淺析瓷磚襯里開裂原因

趙愛君

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司 冶金事業(yè)二部， 北京 100038)

淺析瓷磚襯里開裂原因

趙愛君

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司 冶金事業(yè)二部， 北京 100038)

因設(shè)備安裝在熱帶區(qū)域，襯里施工后出現(xiàn)多臺設(shè)備耐酸瓷磚沿磚縫開裂的現(xiàn)象，本文對裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析并提出了修復(fù)的建議，并探討在高溫和溫差較大環(huán)境下襯里如何進(jìn)行合理的設(shè)計和施工。

高溫作業(yè)； 溫差； 耐酸瓷磚； 膠泥； 設(shè)計； 施工

1 現(xiàn)場情況介紹

1.1 設(shè)備簡介

本設(shè)備安裝地位于南半球赤道附近，日照強烈，早晚溫差大。日照中，設(shè)備表面溫度超過超過55 ℃，晝夜溫差超過30 ℃。設(shè)備為立式圓柱形塔器，鋼殼直段高度約16000 mm，鋼殼直徑約為6000 mm。鋼外殼內(nèi)部襯耐酸瓷磚，中間設(shè)置球拱，球拱上堆填料。在填料層的上部側(cè)壁設(shè)置有人孔和進(jìn)酸口。

鋼殼體焊接完成后接近3個月才開始進(jìn)行內(nèi)部襯里施工。施工單位是在國內(nèi)有成熟施工經(jīng)驗的團隊，施工過程監(jiān)理全程監(jiān)督，未發(fā)現(xiàn)有違反施工規(guī)程的現(xiàn)象。

1.2 問題概述

設(shè)備襯砌耐酸瓷磚完成后，內(nèi)部檢查無問題。但是，當(dāng)填充填料一段時間后發(fā)現(xiàn)幾個塔的人孔、進(jìn)酸口處耐酸磚磚縫膠泥開裂，襯里出現(xiàn)了連續(xù)的延展性裂紋。如圖1所示，黑色線表示裂縫的位置和長度。

圖1 襯里裂縫圖

經(jīng)過觀察裂縫狀態(tài)，裂縫在早晨比較小，上午7：54觀察如圖2所示，箭頭所指，裂縫不明顯；而到下午，隨著溫度的升高和太陽直曬，裂縫變大，如圖3所示，下午14：55觀察裂縫狀態(tài)，箭頭所指，裂縫很明顯；在幾天的觀察中，發(fā)現(xiàn)這是有規(guī)律的周期變化，并且裂縫沒有再擴大的傾向。

圖2 襯里裂縫圖局部

圖3 襯里裂縫圖局部

2 開列原因分析與探討

裂紋出現(xiàn)以后，業(yè)主、設(shè)計、施工、監(jiān)理各方進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并從以下幾個方面進(jìn)行了分析。

2.1 殼體設(shè)計結(jié)構(gòu)原因

認(rèn)為鋼殼體局部強度不夠，不能對內(nèi)襯提供足夠的支撐力，需對設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行局部加強。

但相同規(guī)格及結(jié)構(gòu)的設(shè)備在以往的工程中已經(jīng)正常使用，且未出現(xiàn)類似的問題，因此認(rèn)為膠泥開裂與設(shè)備的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計無關(guān)。

2.2 殼體制造原因

在殼體制造過程中，由于焊接工藝問題產(chǎn)生了較大的焊接應(yīng)力，應(yīng)力的釋放使殼體產(chǎn)生變形(這種情況在其它設(shè)備的焊接中曾出現(xiàn)過，由于焊接應(yīng)力導(dǎo)致設(shè)備底板及與底板連接的工字鋼產(chǎn)生嚴(yán)重的變形)，從而擠壓磚體，導(dǎo)致磚縫開裂。

但鋼殼體及其上的管口和人孔焊接完成接近3個月才開始襯里施工，焊接應(yīng)力引起的變形也應(yīng)該在焊后冷卻過程中有效釋放，襯里施工期間及完成后并沒有給設(shè)備施加如焊接等過高的溫度；因此，殘余內(nèi)應(yīng)力引起的變形也應(yīng)該排除。

2.3 材料原因

膠泥是否由于保存不當(dāng)而達(dá)不到性能要求，膠泥的成分及實際各項性能指標(biāo)是否與所提供的數(shù)據(jù)相符合，是否符合HGJ229—91的標(biāo)準(zhǔn)。

施工方及監(jiān)理單位在襯磚之前曾做過試樣，但限于現(xiàn)場的條件，沒有進(jìn)行檢測。但業(yè)主、監(jiān)理單位根據(jù)試樣的結(jié)果，認(rèn)為可以滿足要求，才允許施工。

制備膠泥粘結(jié)力試樣時，盡量符合現(xiàn)場實際操作環(huán)境，特別是固化溫度的掌握和固化時間的確認(rèn)。因為國內(nèi)生產(chǎn)的膠泥往往只注重低溫襯砌的固化研究(重點研究國內(nèi)北方冬季施工)，可能沒有考慮到熱帶地區(qū)襯里時溫度達(dá)到50多攝氏度時的配方和固化情況。試樣制備的條件與現(xiàn)場實際施工環(huán)境存在差異，也可能影響最終質(zhì)量的判定。

2.4 施工原因

施工過程是否嚴(yán)格按HGJ229—91的要求進(jìn)行，是否根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件采取相應(yīng)的措施，雙組份配比是否按產(chǎn)品說明進(jìn)行；在每圈磚砌筑前是否進(jìn)行預(yù)排，磚縫是否按設(shè)計要求控制。

施工單位是在國內(nèi)有成熟施工經(jīng)驗的團隊，施工過程嚴(yán)格遵守施工規(guī)范和設(shè)計要求，監(jiān)理全程監(jiān)督，未發(fā)現(xiàn)有違規(guī)現(xiàn)象。

2.5 設(shè)備外力影響

設(shè)備外部接管等會造成設(shè)備管口處應(yīng)力發(fā)生變化，當(dāng)應(yīng)力超過材料的強度和剛度時，也會造成設(shè)備局部變形。

發(fā)現(xiàn)裂縫時，外部接管未安裝，管口和人孔都處在自由狀態(tài)，因此管口處不存在額外的外力影響。

2.6 溫度差造成鋼殼體與襯里熱膨脹不均勻

根據(jù)計算結(jié)果，鋼結(jié)構(gòu)滿足生產(chǎn)要求，熱膨脹滿足生產(chǎn)要求；以目前由氣溫變化引起的溫差計算(按中午和晚上的溫差為30 ℃計)，對于人孔接管，鋼管與其內(nèi)襯在周向上的理論熱膨脹量之差為0.63～0.83 mm，設(shè)備鋼殼與磚體在設(shè)備軸向上的理論熱膨脹量之差(按裂縫管口到設(shè)備底部高度12346 mm計算)為2.27～3.01 mm。

由于鋼殼膨脹與磚不一致，原設(shè)計殼體與磚之間有3 mm緩沖襯板，緩沖襯板的作用有2個，一是考慮熱膨脹時鋼殼和磚體的熱膨脹差起到緩沖作用，二是防止膠泥對鋼殼的腐蝕。只是在人孔接管襯里施工時經(jīng)幾方協(xié)商取消了3 mm柔性石棉板，在鋼接管內(nèi)壁直接涂刷稀膠泥后直接襯砌瓷磚，見圖4。

圖4 接管處局部放大圖

現(xiàn)場實際情況是人孔接管處將緩沖襯板取消，此種情況下，鋼殼體帶著管口鋼管、鋼管帶著鋼管中內(nèi)襯瓷磚形成的“瓷管”、“瓷管”懸臂挑著筒體內(nèi)襯磚隨著鋼殼體的軸向膨脹向上運動，鋼殼體內(nèi)襯磚體在設(shè)備軸向上的熱膨脹比鋼殼體要小，膨脹差不能得到緩沖，當(dāng)管口下部瓷磚不能隨著“瓷管”上升時，即可能在此處形成局部拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過材料的許用應(yīng)力時易發(fā)生破壞，破壞往往發(fā)生在薄弱處，即沿著膠泥磚縫出現(xiàn)以管口瓷管下沿為起始點的裂縫。并且內(nèi)襯磚裂縫在早晨比較細(xì)，而到下午，隨著溫度的升高和太陽直曬，裂縫變大。觀察發(fā)現(xiàn)這是有規(guī)律的周期變化，而且裂縫沒有再擴大的傾向。根據(jù)裂縫有規(guī)律的變化，說明外力也是隨著溫度的變化而變化，因此推斷，鋼殼受熱膨脹應(yīng)該是拉應(yīng)力的根源。

3 修復(fù)措施及施工建議

(1)按圖紙要求，接管內(nèi)側(cè)恢復(fù)3 mm緩沖石棉襯板；

(2)用遮陽布對設(shè)備進(jìn)行遮擋，以減緩太陽直曬的高溫對膠泥固化產(chǎn)生影響及減輕鋼殼體的熱膨脹變形；

(3)對于已開裂的磚縫，要先將開裂處的磚剔除，在剔除過程中要盡量避免塔體的震動，以防將其它膠泥縫震裂，同時還應(yīng)避免對未剔除的耐酸瓷磚造成破壞；

(4)然后按HGJ229—91的要求重新進(jìn)行砌筑、檢驗。記錄一切砌筑信息(膠泥配方、環(huán)境濕度、固化時間、膠泥固化后顏色、膠泥質(zhì)保期、配磚方式、砌筑程序等等)。

4 結(jié)論

經(jīng)過上述分析及修復(fù)結(jié)果，可得出如下結(jié)論：

(1)施工時取消橫向接管管口內(nèi)的緩沖襯板是不恰當(dāng)?shù)摹Ｔ谝r里施工完成后一段時間檢查沒有發(fā)現(xiàn)裂縫，表明此時膠泥的粘接力還夠?qū)?nèi)襯磚提起以適應(yīng)鋼殼的受熱變形，而當(dāng)放入填料之后，下部重量增加，橫向接管在鋼殼受熱后仍然向上帶動筒體襯里，如果管口內(nèi)設(shè)置緩沖襯板，則緩沖襯板被壓縮，可以抵消掉部分變形產(chǎn)生的拉力。此襯板被取消后，拉力超出了膠泥的粘接力時，產(chǎn)生了裂紋。

(2)參考理論計算的熱膨脹差和實際觀察裂縫的寬度也是基本吻合的，由此證明，內(nèi)襯磚的裂縫受力來源是鋼殼受熱膨脹。

(3)所有設(shè)備按照第3條措施進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)施工后沒有出現(xiàn)類似問題，已投入正常生產(chǎn)，說明修復(fù)方法是正確的。

中國恩菲發(fā)明的雙底吹連續(xù)煉銅工藝工業(yè)化裝置投產(chǎn)成功

3月20日，采用中國恩菲工程技術(shù)有限公司發(fā)明的雙底吹連續(xù)煉銅工藝，并由中國恩菲設(shè)計的世界上第一套氧氣底吹連續(xù)吹煉煉銅工業(yè)化生產(chǎn)裝置，順利產(chǎn)出第一批合格銅陽極板。

世界現(xiàn)有煉銅技術(shù)中，銅锍吹煉80%以上的產(chǎn)能仍沿用已有百年歷史的P-S轉(zhuǎn)爐吹煉技術(shù)。轉(zhuǎn)爐吹煉存在液態(tài)銅锍吊運過程中SO2低空污染難以治理、勞動強度大、爐襯壽命短、煙氣SO2波動大不利于制酸等嚴(yán)重缺點。雙底吹連續(xù)吹煉工藝將熱態(tài)銅锍從氧氣底吹熔煉爐直接流入氧氣底吹連續(xù)吹煉爐，克服了傳統(tǒng)P-S轉(zhuǎn)爐吹煉的一系列缺點。該工藝和雙閃工藝相比，具有不需要銅锍磨碎干燥，同時可搭配處理冷料等獨特優(yōu)點。

雙底吹連續(xù)煉銅這一革命性清潔節(jié)能技術(shù)的成功投產(chǎn)，標(biāo)志著中國恩菲又一項重大技術(shù)創(chuàng)新獲得成功，在世界銅冶煉技術(shù)發(fā)展史上具有重要的里程碑意義，必將在世界銅冶煉行業(yè)中發(fā)揮重要的示范作用，應(yīng)用前景十分廣闊。

ReasonAnalysisofCrackingofCeramicBrick

ZHAO Ai-jun
(Metallurgy Department, China ENFI Engineering Corporation, Beijing 100038, China)

As the tanks were used in tropical regions, some acid-proof ceramic bricks in the tank cracked after lining was done. This paper analyses the reasons for cracking of ceramic brick, gives suggestions for repairing, discuses how to design and construct in high temperature and in high temperature difference environment.

high-temperature operation；temperature difference；acid-proof ceramic brick；mortar；design；construction

2014-01-06

趙愛君(1960-)，男，北京市人，高級工程師，大學(xué)本科，主要從事濕法冶金設(shè)備設(shè)計工作。

TQ11

B

1003-8884(2014)02-0010-03