由于绝热的轻重材料组成的复合结构，界面温度高，炉温的升降波动产生热应力以及结构拉应力破坏锚固砖，导致不同程度的损坏。锚固砖受拉应力、剪应力的影响，如图1所示。

图1 炉顶结构示意图

拉应力：锚固砖所受的拉应力是从下往上分段递增的，而且在重质层(高铝层)的一段锚固砖所受的拉应力增长最快，然而轻质层内增加较少，生产操作中升降温，锚固砖界面因承受不了瞬间产生膨胀拉力，导致锚固砖断裂。

剪切力：由于保温层与工作层的线膨胀系数有较大的差异，在两层间会发生剪切力，从而剪切锚固砖，剪切力的大小与两种材质的膨胀系数有关。

锚固砖材质：当界面处于1100℃时，界面锚固砖将承受在部分的炉顶重量，拉应力与抗拉强度之间的矛盾达到最大。同时，界面处锚固砖还承受着巨大的循环剪切应力，锚固砖很有可能从界面处断裂。

由于浇注料和锚固砖组成的是复合结构，炉温的升降波动，加之炉墙锚固砖和轻质砖之间无间隙，在两种材质之产生剪应力，同时锚固砖断面小(最小80mmX80mm)，铺固砖易断而导致炉墙向内倾斜，另外浇注料)厚度薄(最小仅230mm，国内大多在260〜400mm)，也导致了炉墙整体稳定性差。如图2所示。

图2 炉墙结构示意图

严格按照《工业炉设计手册》进行设计，施工及检査中严格遵守国家标准GB211-87《工业炉砌筑施工及验收规范》，国家标准GB50309-92《工业炉砌筑工程质量检验评定标准》要求，在具体施工中还要采取一些技术措施。

(1)浇注料面锚固砖的凸起部位在施工之前应用δ=1mm左右马粪纸包扎4个面，并用透明胶带粘牢，防止下料时马粪纸损坏。

(2)炉顶浇注料面铺一层δ=20mm厚的高铝纤维毯作隔离层，缓冲工作层与保温层因村料膨胀系数不同而对锚固砖产生的剪应力。

(3)炉顶保温层施工：施工完毕，合格后烘炉，升至850℃，开始铺高铝毯，毯与锚固砖之间留2mm的缝隙，炉子第一个生产周期完，检查炉顶完好后，再铺80mm厚的密度小于0.5t/m3的轻质浇注料，不振动、不加压、不抹光。

(4)缩小炉顶平焰烧嘴附近的锚固砖悬壁尺寸，不大于120〜150mm，增加炉顶锚固砖。

(5)膨胀缝设计:炉体施工完毕，刚开始烘炉升温时，由于炉顶下部温度高，浇注料快速脱水，下部收缩，炉顶向上凸起，炉顶出现大的热应力，膨胀缝间距越大应力越大。正常生产时在稳定温度情况下，炉顶向下凹，结果使膨胀缝中间的锚固砖拉力增加数倍。所以膨胀缝的设计必须合理。通常炉顶每隔1.5〜2m，留5~8mm膨胀缝。

(1)锚固砖断面:加大锚固砖断面，采用锚固砖断面不小于120mm*120mm。同时设计增加耐热合金托墙板，减较锚固砖承受的热应力。

(2)浇注料厚度:为了炉墙整体稳定性，炉墙浇注料厚度不小于260mm。

⑶炉墙锚固砖四周采用与炉顶锚固砖一样的包扎方式。

(4)炉墙锚固砖与轻质砖四周填充δ=20mm厚的耐火纤维毯，缓冲剪应力。

烘炉其实是加热炉投入运行的第一个关键期。刚开始烘炉升温时，由于浇注料表面温度高，浇注料快速脱水，外表收缩，浇注料内部出现大的热应力;另外浇注料施工时一般要加入6％〜10％的水，这部分结合水必须在浇注料温度升高至110°C以上才能排出，而结晶水必须在浇注料温度升高至250°C以上才能排出。当水变成水蒸汽体积急剧膨胀。这两个原因都会造成浇注料损坏。所以必须对浇注料升温速度加以控制。目前加热炉中低温烘炉采用易控制的大气烧嘴烘炉(低温段0℃~600℃)，烘炉升温速度≤5℃/h;高温段烘炉时开部分烧嘴，升温速度≤10℃/h。虽然不同浇注料供货厂家对烘炉的要求不同，但都要求温度达到110°C和250℃时有足够长的保温时间，只外由于浇注料内部存在温度梯度，所以总烘炉时间不少于20天。

在施工烘炉完毕后，加热炉耐火浇注料炉衬需要经过相当长的时间(一般2〜3年)才能完成表面材质的转换，即烧结过程。在这个过程中，要适当控制各部位的炉温及其变化，尤其注意不宜在开炉、停炉时急剧升温和降温，在烧结过程完成U的升降温可适当提高。

(1)在烧结过程中各段炉温控制。

均热段≤1250℃;加热段≤1300℃由于没有烧嘴，通常温度≤1000℃，很难完成烧结过程，预热段浇注料强度始终不如均热段和加热段，所以预热段压下部分的浇注料更容易损坏，更要保持炉温稳定减少波动。

(2) 在烧结过程中高温段的升降温度。见表1。

表1 各种情况下的升温及降温速度

(3)在烧结过程完成后升降温操作。

在烧结过程完成后的升降温速度不能超过烧结过程升降温的一倍。所以在生产组织的初期就要制定严格的岗位作业标准和操作规程，而且所有操作人员必须要有上岗证(经严格考试)。烘炉及生产的升降温均按操作规程和作业指导书的要求进行。生产中减少升降温次数。

要提高炉体耐火材料寿命必须在技术和管理上同时努力，虽然短期利益驱使下进行的违章操作并不能立即看到其造成的后果，但量变必然会造成质变。只有在设计、施工、烘炉、生产维护等环节采取正确的技术管理措施，才能保证炉体耐火材料的使用寿命。

参考资料：

1 张先倬，高仲龙 .关于工业加热炉发展方向的探讨 . 工业炉.2001.(1)

2 王秉铨主编 工业炉设计手册.北京：机械工业出版社会 1996.第二版