為方便比較，以爐底 Ф10000 mm 的爐底，爐底炭素層厚度1400 mm，炭塊400mm×400mm×1200 mm，膨脹縫50mm△LC = 0.2%，爐底溫度1200 ℃為探討依據(jù)。各種材料的0～1200 ℃平均線膨脹系數(shù)見表 1。
一：電爐炭塊寬縫砌筑
1.1 熱應(yīng)力分析
冷搗糊在結(jié)焦前(大約480 ℃ ) ，糊料經(jīng)歷了一次較大的膨脹，電爐炭塊也是膨脹的，此時(shí)由于糊料是軟的有塑性，可以通過糊料的變形來緩沖炭塊的膨脹力，糊自身密度會(huì)變得比搗打時(shí)更大，由于縫中的糊料較少，所以傳遞的膨脹力很小不足以移動(dòng)電爐炭塊。冷搗糊在結(jié)焦后，糊料變成非塑性固體收縮，電爐炭塊隨著溫度增高繼續(xù)膨脹，糊料的收縮抵消了一部分電爐炭塊的膨脹，所以這種砌筑 方法，熱應(yīng)力很小。
1.2 膨脹/收縮量的分析
實(shí)際上在冷搗糊處于480 ℃前的塑性狀態(tài)時(shí)，無論是電爐炭塊還是冷搗糊的膨脹都是通過冷搗糊的密實(shí)變形實(shí)現(xiàn)的，也就是說這時(shí)固體爐襯材料只傳遞應(yīng)力而不產(chǎn)生位移，480 ℃后冷搗糊失去塑性，膨脹/收縮都會(huì)造成爐襯材料的剛性位移，也就是說所有爐襯材料在480 ℃這個(gè)點(diǎn)時(shí)達(dá)到一個(gè)新的平衡，所以實(shí)際膨脹量應(yīng)該為:
橫排方向電爐炭塊的實(shí)際膨脹量=炭塊總長(zhǎng)度×電爐炭塊膨脹/收縮系數(shù)×(最高溫度-冷搗糊結(jié)焦的溫度)= 9600×3.0×10－6×720=20.7mm。
橫排方向冷搗糊實(shí)際收縮量=冷搗糊厚度×冷搗糊收縮率(△LA－△LC)－950℃后的膨脹量 =400×0.8%－250×400×3.0×10－6= 2.8mm。
橫排方向總的實(shí)際膨脹量 17.9 mm。
豎排方向電爐炭塊的實(shí)際膨脹量=炭塊總長(zhǎng)度×電爐炭塊膨脹/收縮系數(shù)×電爐炭塊膨脹/收縮系數(shù)×(最高溫度-冷搗糊結(jié)焦的溫度)= 8888×3.0×10－6×720 =19.2 mm。
豎排方向冷搗糊實(shí)際收縮量=冷搗糊厚度×冷搗糊收縮率(△LA－△LC)－950℃后的膨脹量=1112×0.8%－250×1112×3.0×10－6 =8.1 mm。
豎排方向總的實(shí)際膨脹量11.1 mm。
二：電爐炭塊無縫砌筑
2.1熱應(yīng)力分析
冷搗糊在結(jié)焦前(大約480 ℃ ) 和電爐炭塊同時(shí)膨脹，雖然糊料是軟的有塑性，但只有50 mm的厚度，變形到冷搗糊的密度極限時(shí)將無法完全緩沖炭塊的膨脹力，當(dāng)這種膨脹力足夠大時(shí)將會(huì)使炭塊隆起。
2.2膨脹/收縮量的分析
因冷搗糊使用量太少，所以自由膨脹量基本等于實(shí)際膨脹量，所以簡(jiǎn)化了計(jì)算。
電爐炭塊的膨脹量=炭塊總長(zhǎng)度×電爐炭塊膨脹/收縮系數(shù)×溫度= 10000×3.0×10-6×1200=36 mm。
冷搗糊膨脹量=冷搗糊厚度×冷搗糊膨脹/收縮率△LC=50×0.2% = 0.1mm。
熱應(yīng)力過大，膨脹量大于預(yù)留伸縮量是無縫砌筑穿底事故的主要原因，實(shí)際統(tǒng)計(jì)無縫砌筑的爐襯事故并沒有減少。
三：冷搗糊整體搗打爐襯
3.1 熱應(yīng)力分析
冷搗糊在結(jié)焦前(大約200 ℃ ) 膨脹最高可以達(dá)到3%以上，雖然糊料是軟的有塑性，但10 m的變形量也是驚人的，如果膨脹力達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)使冷搗糊爐襯鼓包，破壞搗打的效果。冷搗糊結(jié)焦后的收縮在10 m的范圍內(nèi)同樣是驚人的，但冷搗糊整體爐襯在燒結(jié)的過程中是由中心向四周，由上層向下層逐步完成的，未達(dá)到結(jié)焦溫度的塑性糊料消除了部分熱應(yīng)力，所以冷搗糊整體爐襯的整體熱應(yīng)力并不大，但局部的熱應(yīng)力的聚積也可以使?fàn)t襯產(chǎn)生裂縫。
3.2膨脹/收縮量的分析
冷搗糊實(shí)際收縮量=冷搗糊厚度×冷搗糊收縮率( △LA－△LC )－950 ℃后的膨脹量=10000×0.8%－250×10000×3.0×10－6 =72.5 mm。
總結(jié)：三種筑爐方式對(duì)冷搗糊的使用要求
由對(duì)比分析可以看出電爐炭塊寬縫砌筑熱應(yīng)力較小，實(shí)際膨脹量較小，兩者都不易使?fàn)t底炭塊破損，所以這種筑爐方式的穿底事故預(yù)防應(yīng)注意磚縫冷搗糊的搗打處。
電爐炭塊無縫砌筑實(shí)際膨脹量大，熱應(yīng)力大，爐底炭塊易破損，在礦熱爐設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)全面計(jì)算爐底所有材料的膨脹量，留有足夠的膨脹空間，不能簡(jiǎn)單的將爐底從有縫原尺寸改為無縫，這樣的方案筑爐質(zhì)量越高，穿底的概率越大。
冷搗糊整體爐襯從燒結(jié)固化開始的△LA到冷搗糊穩(wěn)態(tài)△LC收縮較大，如果爐子外層耐火磚和爐殼的彈性不能恢復(fù)，這種不可逆的收縮將會(huì)產(chǎn)生裂縫，而爐膛直徑越大，這種風(fēng)險(xiǎn)就越大，所以冷搗糊 整體搗打爐襯在大型礦熱爐上的使用，還有待進(jìn)一 步觀察。
線膨脹系數(shù)是耐火材料使用時(shí)應(yīng)考慮的重要 性能之一，礦熱爐爐襯在常溫下砌筑，在高溫下使 用時(shí)爐體膨脹，為抵消熱膨脹造成的應(yīng)力，需預(yù)留 膨脹縫。線膨脹系數(shù)是預(yù)留膨脹縫和砌體總尺寸 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算的關(guān)鍵參數(shù)，它與炭素爐襯受熱沖擊 時(shí)內(nèi)部熱應(yīng)力的分布和大小密切相關(guān)，冷搗糊使用 前必須考慮其線膨脹/收縮率的匹配和差異對(duì)礦熱