平顶隧道窑.doc

拱顶隧道窑、平顶隧道窑
——窑顶吊棉和吊砖保温利弊拙见
拱顶窑窑顶结构
要求：材质应长期承受高温作用（特别是烧成带）、重量轻、保温性好，其结构严密，不漏气，并有利于窑内气流的合理分布。
结构形式：拱顶、平吊顶、吊拱
2-1. 拱顶：顶拱的中心角一般60°～90°。
太大、太小都不利

1.1   窑顶组成形式
     吊平顶：用型钢（或混凝土梁材料做骨架，单件硅酸铝纤维棉、轻质耐火吊板或耐火砖
块、预制耐热混凝土吊板组装（个别用耐热混凝土现浇）而成。
　　微弧拱顶（含拱平顶）：圆弧拱用异型耐火砖块砌筑而成有一对应的圆拱心；矢高在
80mm ~400mm之间。
　　三心拱顶：拱的弧形对应有三个圆心，用异型耐火砖砌块砌筑而成：矢高由窑宽度决定。
 1.2  力学分析
　　拱的受力与横不同：拱受要的力主要是压力，而且力的分布也比较均匀，横梁受的是弯曲
力，受力集中在受力点上，窑拱受竖向压力时，拱心角为180°时压力传到撑脚向下水平无推
力，对于拱心角大于180°的拱同时要在拱的两边撑脚产生水平推力。平顶没有这种向外的推
力。

 1.3  结构设计
　　 三心拱顶或半圆拱顶：依据“拱形受到压力时，能把向下的力向下和向外传递给相邻的
两部分”的力学原理，这类拱形拱顶受力最大，水平推力最小。设计者只要计算出窑拱和窑墙
及墙外、撑墙强度（厚度）满足拱顶受力最大、水平推力最小的设计要求来保证窑炉结构完整
，不需要采取其他措施进行加固即可。在窑炉设计建造中有少数隧道窑采用这种拱形，采用做
多的是轮窑。这类窑炉的保温材料一般都采用制砖泥土或泥土与炉渣混合材料，建窑造价较低
。
　　微弧拱顶（含拱平顶）：与前者相比，其优点是提高了窑炉断面利用率，降低断面温差，
利于焙烧操作。这是众多设计者在窑宽≤3.30m时采用最多的一种形式，力学原理告诉我们这
类拱形两边的水平推力最大，设计者首先应考虑拱顶强度与传热，其次要考虑窑墙强度能否承
受水平推力.为确保窑炉结构完整，在满足拱顶强度和传热这两个技术指标后，设计者采用边
梁+立柱和拉杆方式来克服拱的水平推力，达到拱顶能承受更大压力，这一措施对保护窑顶结
构完整起到良好的作用，但建窑成本倍增。这类窑炉的保温大都采用轻质保温材料来减轻对拱
顶的压力（如硅酸铝纤维棉、膨胀珍珠岩等）。
　　依据“拱形越平水平推力越大”的力学原理分析，微弧拱顶设计者只能考虑到窑炉在正常
焙烧时的热工制度来计算窑拱的厚度和应采取的加固措施。同时应考高温产生的厚度和应采取
的加固措施。同时应考虑高温产生的热胀变形，一般来讲，矢高越小的拱顶变型量越大。
　　在20世纪80年代末，笔者所在单位有一座宽为2.5m的一次码烧煤矸石砖隧道窑，曾将高温
焙烧带长约40m耐热混凝土板吊平顶更改为异形耐火砖块微弧拱顶，在使用进一年时间就发现
变形，随后变形严重，直接影响到码坯高度和窑炉的安全，在第三年度检修时，只有拆除别重
新恢复耐热混凝土板吊平顶。在近十年的生产实践中，我亲眼目睹过有个别的微弧拱顶窑在建
成后尚未投入生产就产生了裂纹变形；有的是因施工质量问题未投入生产：就出现垮塌；还有
的是因点火失败，在清理窑室时就发现高温带窑顶已产生较大变形。若窑炉时烧时频繁，则变
形就越严重，大多数窑炉在一年以后就开始发生变形直至影响码坯高度欧和窑炉安全。窑炉变
形量轻者造成窑体漏气，影响焙烧操作，能耗升高；严重者造成窑顶垮塌，给企业造成重大经
济损失。

　　吊平顶：力学原理告诉我们“横梁只有弯曲力，受力集中在受力点上，没有水平推力”，
采用吊平顶窑结构的关键技术是选用吊顶材料和保温材料，设计者只需要计算出窑强度和吊顶
材料厚度与耐火度、承受吊顶材料的骨架（衡量与联系梁）、吊顶强度等符合设计要求，就确
保吊平顶结构完整和窑炉安全运行。 摘自《内燃烧砖隧道窑窑顶结构的选择》

耐火砖吊平顶隧道窑

常见错误做法及产生的原因分析
1.对灰缝控制不重视
灰缝是保证窑体结构强度和密封性的重要措施，然而一些非专业窑炉施工单位对灰缝的控制不
重视，施工质量很差，灰缝超厚和不饱满现象普遍存在，使窑体砌筑质量下降。根据我们的总
结，产生上述现象的原因主要有以下三个方面。
其一，施工员放松对质量的监督检查，以及工人对砌筑部侠的技术要求不明了，盲目施工，造
成灰缝质量不合格。
其二，砌筑窑炉用的耐火砖质量不合格，几何尺寸远未达到规定标准，给施工带来困难，因而
放宽对灰缝的控制。
其三，为了赶工期抢进度，对灰缝的质量“无暇顾及”，未能严格控制灰缝质量就成了情理之
中的事。
针对以上情况，在隧道施工之前，应该请设计人员到现场仔细进行图纸技术交底，让有关人员
领会设计要求和控制要点，并向全体施工人员进行再交底，制定相应的保证措施，层层把关，
确保灰缝的施工质量。

2.回填保温层不符合要求
烧砖隧道窑的内墙与外墙之间常常留有0.6-1.5m的空间，并填充干粘土或其废渣作窑体的保温
层。这是为了降低造价而采取的办法。
显然，回填保温层属于窑体的隐蔽工程。因而这成了一些人偷工减料的好地方。为了完成本班
组的施工进度，某些工人趁技术员不在现场，不管回填土的含水率有多少，也不顾粒径的大小
，凡工地上一切建筑废料统统填将进去。更严重的是，不执行分层夯实的要求，填进了之。这
样施工出来的“回填保温层”，其效果可想而知。尽管外面窑墙砌筑得再漂亮，必定也是败絮
其中，不起任何作用，往往造成漏气、能耗高和次品增多的后遗症。
回填土的施工必须坚持执行低水分、细粒度和分层夯实的“三要素”原则。只有这样，才能保
证隔热保温的效果，促使窑炉高产、优质和低耗。
3.内撑墙不按要求砌筑
内撑墙是把内窑墙与外窑墙联系在一起，使之形成一个整体的重要结构。窑拱及窑墙产生的应
力通过内撑墙进行分解和支撑，使窑体结构成为一个牢固稳定的整体。大多数隧道窑的内撑墙
间隔1.2～1.5m设置一道，并且要求与内外窑墙同时搭接向上砌筑，不允许独立砌筑。遗撼的
是一些施工单位（特别是非筑炉专业施工单位）对此结构的重要性了解甚少，常常是先砌完了
内墙和外墙之后，再用次品砖、半截砖来补砌内撑墙，并把技术不熟练的工人放到这里来“操
练手艺”，根本不按设计要求施工。
这样做是十分危险的。由于内撑墙未按要求施工，使内窑墙和外窑墙形成各自独立的砌体，相
互之间失去依靠，窑体的强度被大大地削弱，将造成无法挽回的严重损失。不重视内撑墙质量
的问题，目前还是一个普遍现象。

总结：平顶砖吊顶隧道窑，钢体结构及质量要求比较苛刻，沉重的钢架结构，使两侧窑墙承受巨大的压力，增加窑体负担，吊顶用耐火砖多是氧化镁、铝硅、钙等物质组成，属于晶体复合物，长期高温处理晶型变化，体积收缩。另外温度变化快，局部收缩膨胀不均匀，所以施工时必须设计合理的膨胀缝，缝隙过小，后期窑顶容易发生局部坍塌，缝隙过大，容易造成热量的损失，并且给钢体机构带来不可逆转的热损害，减少窑顶的使用年限，另外，膨胀嵌缝材料选择也须要注意。

耐火棉吊平顶隧道窑

砖窑隧道窑吊顶纤维棉块（硅酸铝陶瓷纤维模块），是用对应材质的陶瓷纤维针刺毯，按
纤维组件结构、尺寸，在专用机械上加工而成。在加工过程中，均保持一定比例的压缩量，以
保证陶瓷纤维模块壁衬砌筑完毕后，陶瓷纤维模块在不同方向的膨胀，使陶瓷纤维模块之间相
互挤成一个无缝隙的整体，陶瓷纤维模块均能通过各种形式的锚固件直接固定于工业窑炉炉壳
钢板锚固钉上。
耐火纤维模块对隧道窑的意义：耐火纤维是利用耐高温氧化铝粉等原料，采用2000℃高温清洁
电熔后甩丝、喷吹制成，耐火纤维特点是纯度高、不受急冷急热影响、不需要烘炉养护、耐酸
碱腐蚀，寿命长达10年以上、施工快捷费用低、施工安全性更高，重量只有耐火砖的1/20，节
能效果好，可以有效提高砖的质量。
产品特性：
（1）优良的化学稳定性及热稳定性；
（2）低热导率、低热容量；
（3）处在模块背面的多种形式的锚固件使得模块的安装既可采用并列式排列方式也可采用拼
花地板式排列方式；
（4）有弹性的纤维毯可以抵抗机械外力；
（5）折叠毯在解除捆扎后会在不同方向上相互挤紧，不产生缝隙；
（6）纤维毯的弹性可以弥补炉壳的变形，使得组件之间不产生缝隙；
（7）由于重量轻，作为隔热材料时的吸热很少；
（8）低导热性能带来高的节能效果；
（9）具有抵抗任何热冲击的能力；
（10）衬体无需烘干和养护，所以安装好以后便可立即投入使用；
（11）锚固系统远离组件的热面，使得金属锚固件设置于壁衬冷面，可降低锚固件材质要求
（12）耐火纤维模块安装迅速可根据客户不同炉温进行保温设计和施工培训。
产品优势：
1、耐高温：使用温度可达950-1450℃。
2、导热能力低：常温下为0.03w/m.k，在1000℃时仅为粘土砖的1/5。
3、体积密度小：耐火陶瓷纤维制品一般在64-500kg/m3之间。
4、化学稳定性好：除强碱、氟、磷酸盐外，几乎不受化学药品的侵蚀。
5、耐热震性能好：具有优良的耐热震性。
6、热容量低：仅为耐火砖的1/72，轻质转的1/42。
7、可加工性能好：纤维柔软易切割,连续性强，便于缠绕。
8、良好的吸音性能：耐火陶瓷纤维有高的吸音性能，可作为高温消音材料。
9、良好的绝缘性能：耐火陶瓷纤维是绝缘性材料，常温下体积电阻率为1×1013Ω.cm，800℃
下体积电阻率为6×108Ω.cm。
10、 光学性能：耐火陶瓷纤维对波长1.8-6.0um的光波有很高的反射性。

陶瓷纤维棉的施工流程
炉衬施工技术
炉衬安装步骤：除锈、画线、焊接螺栓、凃高温防腐层、安装平铺毯、安装模块、安装补偿条、衬里修正、炉衬表面喷涂、磨压最终处理。
安装方法：
炉板除锈—>将模块螺栓焊接在炉壁板上—>取出模块—>将模块导向杆拧到螺杆的小头上—>将模块沿中心孔穿过导向杆靠到炉板上—>采用专用板手将螺母拧紧到螺杆上—>拧下导向杆—>依次进行其他模块的安装—>抽出模块中心塑料管—>拆开模块捆扎带—>压缩安装补偿毯—>安装下一排折叠模块
安装要求：
●锚固钉焊接位置应准确，严格控制误差；
●先将背衬层安装完毕，再施工纤维模块；
●先安装炉顶模块再安装炉墙；
●炉墙模块的安装应从底部开始向上安装；
●模块的排列方式多采用同向“兵列式”排列，安装完一排模块后应按要求压缩铺衬补偿毯；
●顶与墙及墙与墙的链接处应压缩铺衬补偿毯；
表面修整：
●折叠模块安装完成后应仔细检查，大于5mm的缝隙应填塞补偿毯；
●纤维毯填塞完毕后，用方木板将折叠模块表面拍平。

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