淺析瓷磚襯里開裂原因

趙愛君

(中國恩菲工程技術有限公司 冶金事業二部， 北京 100038)

淺析瓷磚襯里開裂原因

趙愛君

(中國恩菲工程技術有限公司 冶金事業二部， 北京 100038)

因設備安裝在熱帶區域，襯里施工后出現多臺設備耐酸瓷磚沿磚縫開裂的現象，本文對裂縫產生的原因進行了分析并提出了修復的建議，并探討在高溫和溫差較大環境下襯里如何進行合理的設計和施工。

高溫作業； 溫差； 耐酸瓷磚； 膠泥； 設計； 施工

1 現場情況介紹

1.1 設備簡介

本設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，設備表面溫度超過超過55 ℃，晝夜溫差超過30 ℃。設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。鋼外殼內部襯耐酸瓷磚，中間設置球拱，球拱上堆填料。在填料層的上部側壁設置有人孔和進酸口。

鋼殼體焊接完成后接近3個月才開始進行內部襯里施工。施工單位是在國內有成熟施工經驗的團隊，施工過程監理全程監督，未發現有違反施工規程的現象。

1.2 問題概述

設備襯砌耐酸瓷磚完成后，內部檢查無問題。但是，當填充填料一段時間后發現幾個塔的人孔、進酸口處耐酸磚磚縫膠泥開裂，襯里出現了連續的延展性裂紋。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

經過觀察裂縫狀態，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，箭頭所指，裂縫很明顯；在幾天的觀察中，發現這是有規律的周期變化，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

裂紋出現以后，業主、設計、施工、監理各方進行了詳細的研究，并從以下幾個方面進行了分析。

2.1 殼體設計結構原因

認為鋼殼體局部強度不夠，不能對內襯提供足夠的支撐力，需對設備結構進行局部加強。

但相同規格及結構的設備在以往的工程中已經正常使用，且未出現類似的問題，因此認為膠泥開裂與設備的鋼結構設計無關。

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生了較大的焊接應力，應力的釋放使殼體產生變形(這種情況在其它設備的焊接中曾出現過，由于焊接應力導致設備底板及與底板連接的工字鋼產生嚴重的變形)，從而擠壓磚體，導致磚縫開裂。

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，焊接應力引起的變形也應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備施加如焊接等過高的溫度；因此，殘余內應力引起的變形也應該排除。

2.3 材料原因

膠泥是否由于保存不當而達不到性能要求，膠泥的成分及實際各項性能指標是否與所提供的數據相符合，是否符合HGJ229—91的標準。

施工方及監理單位在襯磚之前曾做過試樣，但限于現場的條件，沒有進行檢測。但業主、監理單位根據試樣的結果，認為可以滿足要求，才允許施工。

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

2.4 施工原因

施工過程是否嚴格按HGJ229—91的要求進行，是否根據當地環境條件采取相應的措施，雙組份配比是否按產品說明進行；在每圈磚砌筑前是否進行預排，磚縫是否按設計要求控制。

施工單位是在國內有成熟施工經驗的團隊，施工過程嚴格遵守施工規范和設計要求，監理全程監督，未發現有違規現象。

2.5 設備外力影響

設備外部接管等會造成設備管口處應力發生變化，當應力超過材料的強度和剛度時，也會造成設備局部變形。

發現裂縫時，外部接管未安裝，管口和人孔都處在自由狀態，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

根據計算結果，鋼結構滿足生產要求，熱膨脹滿足生產要求；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，鋼管與其內襯在周向上的理論熱膨脹量之差為0.63～0.83 mm，設備鋼殼與磚體在設備軸向上的理論熱膨脹量之差(按裂縫管口到設備底部高度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幾方協商取消了3 mm柔性石棉板，在鋼接管內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、鋼管帶著鋼管中內襯瓷磚形成的“瓷管”、“瓷管”懸臂挑著筒體內襯磚隨著鋼殼體的軸向膨脹向上運動，鋼殼體內襯磚體在設備軸向上的熱膨脹比鋼殼體要小，膨脹差不能得到緩沖，當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力，當拉應力超過材料的許用應力時易發生破壞，破壞往往發生在薄弱處，即沿著膠泥磚縫出現以管口瓷管下沿為起始點的裂縫。并且內襯磚裂縫在早晨比較細，而到下午，隨著溫度的升高和太陽直曬，裂縫變大。觀察發現這是有規律的周期變化，而且裂縫沒有再擴大的傾向。根據裂縫有規律的變化，說明外力也是隨著溫度的變化而變化，因此推斷，鋼殼受熱膨脹應該是拉應力的根源。

3 修復措施及施工建議

(1)按圖紙要求，接管內側恢復3 mm緩沖石棉襯板；

(2)用遮陽布對設備進行遮擋，以減緩太陽直曬的高溫對膠泥固化產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的要求重新進行砌筑、檢驗。記錄一切砌筑信息(膠泥配方、環境濕度、固化時間、膠泥固化后顏色、膠泥質保期、配磚方式、砌筑程序等等)。

4 結論

經過上述分析及修復結果，可得出如下結論：

(1)施工時取消橫向接管管口內的緩沖襯板是不恰當的。在襯里施工完成后一段時間檢查沒有發現裂縫，表明此時膠泥的粘接力還夠將內襯磚提起以適應鋼殼的受熱變形，而當放入填料之后，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，如果管口內設置緩沖襯板，則緩沖襯板被壓縮，可以抵消掉部分變形產生的拉力。此襯板被取消后，拉力超出了膠泥的粘接力時，產生了裂紋。

(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，內襯磚的裂縫受力來源是鋼殼受熱膨脹。

(3)所有設備按照第3條措施進行修復，修復施工后沒有出現類似問題，已投入正常生產，說明修復方法是正確的。

中國恩菲發明的雙底吹連續煉銅工藝工業化裝置投產成功

3月20日，采用中國恩菲工程技術有限公司發明的雙底吹連續煉銅工藝，并由中國恩菲設計的世界上第一套氧氣底吹連續吹煉煉銅工業化生產裝置，順利產出第一批合格銅陽極板。

世界現有煉銅技術中，銅锍吹煉80%以上的產能仍沿用已有百年歷史的P-S轉爐吹煉技術。轉爐吹煉存在液態銅锍吊運過程中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重缺點。雙底吹連續吹煉工藝將熱態銅锍從氧氣底吹熔煉爐直接流入氧氣底吹連續吹煉爐，克服了傳統P-S轉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點。

雙底吹連續煉銅這一革命性清潔節能技術的成功投產，標志著中國恩菲又一項重大技術創新獲得成功，在世界銅冶煉技術發展史上具有重要的里程碑意義，必將在世界銅冶煉行業中發揮重要的示范作用，應用前景十分廣闊。

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，大學本科，主要從事濕法冶金設備設計工作。

TQ11

B

1003-8884(2014)02-0010-03