耐火纖維爐襯耐火纖維貼面爐襯

貼面爐襯是在業(yè)已砌筑的耐火磚、澆注耐火材料、可塑料等爐襯_仁再鑲貼一層耐火纖維爐襯。這種設計用于舊爐墻的改造能起到明顯的節(jié)能效果。纖維貼面的固定可采用雙頭螺栓錨固法,也可采用耐火膠泥粘貼法,筆者傾向于二種方法并用。

模塊爐襯也稱為組件爐襯,它實際上是預制的模塊(組合件)構成。主要優(yōu)點是安裝迅速、維修方便。標準模塊通常為300漢300mm,厚度依熱計算要求而定,一般以100~300nm之間為多。近年發(fā)展起來的預制組件(模塊)種類繁多,其荃本的結構形式有疊砌式、U型折疊式、層疊式、魚鱗式、手風琴折疊式和真空成型外殼式。

疊砌式組件實際是堆砌爐襯的小型摸塊化。`已由纖維毯或氈的方塊做成,采用耐火膠泥粘結與金屬夾具緊固相結合的方法將其固定在多孔金屬網(wǎng)支撐板_L。安裝時采用卡、焊接和螺絲聯(lián)接等方法固定在爐殼}:。對于高溢爐窯,為了經(jīng)濟地滿足爐窯節(jié)能要求,可將組件做成復合型。

U型折疊組件由纖維毯折疊制成,采用膠結與機械方式固定在金屬網(wǎng)板上,其制做方法較簡單 。

層疊組件中纖維毯垂直于熱流方向,具有層鋪爐襯的優(yōu)點。手風琴組件也稱z形組示。它和魚鱗式組件一樣,都是為了補償熱收縮而設計。

真空成型組件為真空成型外殼內(nèi)填塞散狀纖維而成。外殼上設有專門的滑槽、銷扣等裝置,以利安裝。

堆砌爐襯又稱疊砌爐襯,是將耐火纖維毯切成長方形,與爐殼面成直角疊砌,并用耐熱鋼釬穿入毯中,固定在爐殼仁。纖維毯被斷的端部對齊成平面組成爐襯熱面,由毯一r的寬面構成爐襯厚度。為避兔在過程中因纖維毯l均熱收縮而形成從熱面至冷面的熱流通道,可采用預壓縮安裝,壓縮率一般為25%,以提高纖維爐襯的整體強度并抵消應用過程中的收縮。

堆砌爐襯主要優(yōu)點

（1）金屬錨固裝置位立冷血,而不是暴露于火焰中。!呵時受熱過程中纖維的劣化儀發(fā)生在熱面端部,而不是沿整塊纖維毯面積方向同時劣化。因此,堆砌爐襯一般比同種纖維材料的層鋪爐襯使用溫度提高50~100℃。

(2)堆砌爐襯的抗剝落性和抗風蝕性層鋪爐襯。

堆砌爐襯的主要缺點是不能按爐襯的溫度分布選用不同的纖維材料,因此筑爐成本高。

耐火纖維層鋪爐襯是將耐滅許維毯、氈、板沿爐壁層層鋪設,并用螺栓錨固,從而得到由多層面狀纖維材料組成的絕熱系統(tǒng)。為了降低筑爐材料成本,一般從爐殼向爐襯熱面依次選用礦棉、低溫耐火纖維、一普通耐火纖維和高溫耐火纖維。這樣,在同樣的絕熱效果下,可以使爐襯成本最低。錨固件一般為耐熱鋼制造的雙頭螺栓,對于高溫爐窯,則可選用陶瓷錨固裝置 。

層鋪爐襯的主要優(yōu)點是:

(1)施工容易。對于大面積爐墻,采用層鋪結構不僅施工快,而且接縫少,造成熱短路的的機會少。

(2)能組成最經(jīng)濟的絕熱體系。

(3)修補較容易。

(4)層鋪滬襯中,耐火纖維在熱流方

l句止的熱導率比堆砌結構小20%左右,其絕熱效果優(yōu)于堆砌爐襯。

層鋪爐襯的主要缺點是抗風蝕性差,易層層剝落,而且錨固件暴露于火焰中,易被燒蝕。因此,在錨固件暴露于火焰的地方要拈貼或涂抹一層耐火纖維,以防燒損并減少散熱。

在層鋪爐襯中,纖維毯的連接分平接、搭接和鋪瓦連接三種方)。平接法施簡單,不產(chǎn)生凸面。作為中間夾層或冷面的纖維毯一般均采用此法。平接法的主要缺點是纖維毯熱收縮后易產(chǎn)生開縫。故熱面連接宜采用搭接或鋪瓦連接。其中高溫爐以鋪瓦連接更適宜。

耐火纖維是一種玻璃態(tài)或微晶態(tài)結構的材料，它們在高溫環(huán)境中使用時纖維結構內(nèi)部將會發(fā)生質(zhì)點重排產(chǎn)生析晶以及晶體長大的現(xiàn)象，當結晶體尺寸長到接近纖維直徑時，纖維結構將被破壞，纖維粉化纖維制品將出現(xiàn)嚴重的收縮。耐火纖維內(nèi)部的析晶與晶體長大的過程除了與其本身的結構成分以及使用溫度有關外，還與所在的環(huán)境氣氛有關"很多燃燒氣氛就會加速這一進程的發(fā)生 。

在現(xiàn)階段,耐火纖維作用工業(yè)爐窯內(nèi)襯的主要目的是節(jié)能。耐火纖維爐襯結構設計的研究與耐火纖維節(jié)能材料的開發(fā)具有同等意義。正確的設計能給用戶帶來下列利益:

(1)節(jié)省爐襯材料;

(2)施工方便迅速;

(3)組成節(jié)能效果最佳的爐襯系統(tǒng);

(4)延長耐火纖維爐襯的使用壽命;

(5)能使廉價的纖維材料J用在更高操作溫度的工業(yè)爐窯上。

材料問題解決之后,爐襯設計就是決定耐火纖維在工業(yè)爐窯上應用成敗的關鍵因素。歐美、蘇聯(lián)和日本等工業(yè)發(fā)達國家中,工業(yè)爐窯能保持較高的熱效率,其中一個重要的經(jīng)驗就是他們重視耐火纖維的推廣應用工作,而爐襯的設計研究在耐火纖維的應用中一直起著重要的作用。近年來,我國在耐火纖維材料的研制方面成績顯著,但是,合格的材料必須通過正確的設計才能發(fā)揮效益。當前,我們應當特別注意耐火纖維爐襯的設計研究工作,尤其注意1300℃以上高溫爐窯耐火纖維爐襯的設計研究。希望本文能起到拋磚引玉的作用,使更多的節(jié)能工作者關注這一問題。

耐火纖維節(jié)能爐襯至少可設計成七種結構形式。即:層鋪爐襯,堆砌爐襯,模塊爐襯,貼而爐襯,絕熱板爐襯,噴涂爐襯和涂抹爐襯。

這種爐襯實際:屬于由耐火纖維板組成的層鋪爐襯。耐火纖維板是含無機粘結劑的剛性制品,其耐氣流沖刷性能、耐氧化鐵屑等飛散物的侵蝕性能、以及耐機械損傷性能都很優(yōu)越,故絕熱板爐襯常設計于工作條件惡劣的場合。

與纖維毯層鋪爐襯一樣,絕熱板爐襯也可以做成復合型的。一般從爐襯熱面至冷面按高、中、低三檔纖維板依次排列,用雙頭螺栓錨固,構成絕熱板復合爐襯。

對于操作溫度達1300℃以上的高溫爐窯,熱面應選用多晶質(zhì)纖維板,錨固件也應采用高溫陶瓷制品。

耐火纖維噴涂爐襯是將長度短于50mm或成球的耐火纖維與高溫無機結合劑混合,用特制的噴涂設備噴向爐壁構成無結縫的整體絕熱爐襯 。

,在噴涂爐襯中,金屬錨件是埋設在噴涂料內(nèi)的,不暴露于高溫氣流中。因此,對錨固件的材料和結構要求不嚴,而且是先設錨件后噴涂,施工簡單。對于舊爐墻的修補,也可以不設錨固件。

手風琴式折登組件短纖維或成球纖維可采取預混、內(nèi)混、外混二種方式與結合劑棍合。預混是先將纖維與結合拍混合好,然后一同輸入噴槍,射向爐墻。這種爐襯結合劑含量高,爐襯熱導率大,絕熱性能不及其他結構的耐火纖維爐突出。

涂抹爐襯是用泥刀等瓦工工具,將耐火纖維糊狀漿料涂抹到爐墻上,從而形成抗機械損傷和耐氣流沖刷性極好的絕熱爐襯。漿料由高鋁質(zhì)耐火骨料、無機結合劑及散狀耐火纖維混合而成。涂抹漿料類似預混的噴涂料,但前者的纖維材料無須進行球化等預處理;另外,涂抹料中加入了大量的耐火骨料提高稠度,降低流動性,從而便于涂抹操作,并提高爐襯的使用溫度。但骨料的存在也使爐襯的熱導率增大,纖維爐襯的絕熱性能變?nèi)?。

耐火纖維在高溫下要發(fā)生析晶和收縮,所以使用中抑制或減慢纖維析晶與收縮的措施是提高耐火纖維使用壽命的途徑 。

耐火纖維爐襯耐火纖維予壓縮

上鋼五廠用硅酸鋁耐火纖維機壓塊作為電熱罩式爐爐襯,工作溫度為700~860℃,使用一段時間后,平均收縮率達.21%,整個內(nèi)襯松動,爐壁溫度升高,只得停爐整修。齊鋼煤氣罩式爐,采用厚150一170毫米疊砌式耐火纖維爐襯,表面并涂厚2~3毫米涂料,使用4個月后,由于爐襯安裝時未保持予壓狀態(tài),即開始松脫,爐襯縫隙達3一4毫米,出現(xiàn)多處漏氣及涂層開裂、鼓泡現(xiàn)象。我廠12米,退火爐使用硅酸鋁耐火纖維機壓塊作爐襯,施工前在高度上對纖維機壓塊采用予壓縮方法(即鋪設爐襯前,事先對纖維機壓塊進行壓縮),爐襯寬度上采用錯口接縫法。根據(jù)爐襯安裝要求,先把10一12塊機壓塊串成一組,上下各墊一塊同尺寸纖維板(以防機壓塊予壓時受損)進行予壓縮,壓縮量為10%。然后,連同纖維板,在機壓塊兩側(cè)用紗帶扎緊。整個爐襯就是由許多予壓縮后的機壓塊組裝配而成。安裝完畢,抽出纖維板和紗帶,纖維機壓塊發(fā)生回彈,相互間擠緊,補償了纖維加熱時產(chǎn)生的收縮。實踐證明,采用予壓縮補償耐火纖維在高溫下的收縮,成效顯著。

耐火纖維爐襯耐火纖維爐襯施工方法

鋪設纖維爐襯,依后墻、爐頂、側(cè)墻順序進行。爐頂先里后外,側(cè)墻從上到下,這樣后墻與爐頂、爐頂與側(cè)墻接縫處安裝方便,所有制品尺寸誤差均可在爐襯層找平,爐襯氣密性容易得到保證。有關資料介紹,施工時,在纖維氈之間涂上高溫粘結劑,砌完后,在纖維內(nèi)襯涂刷一層表面硬化劑,可以減少纖維制品收縮,增加耐火纖維表面的高溫強度,提高爐襯使用壽命。

耐火纖維在各種工業(yè)爐窯上的廣泛應用,取得了明顯的經(jīng)濟效益。耐火纖維爐襯強化了工業(yè)爐絕熱,減輕了爐體重量,為工業(yè)爐窯的輕型化、節(jié)能化作出了貢獻。但耐火纖維爐襯的機械強度不及硬質(zhì)耐火材料,抗化學腐蝕性也較弱,加之耐火纖維的熱收縮性,使耐火纖維爐襯比硬質(zhì)材料爐襯更容易損壞。對于耐火纖維爐襯的保護,除了上述措施外,關健在于精心操作,經(jīng)常檢修,要杜絕超高溫生產(chǎn),避免人為損傷。實踐證明,只要設計合理、維護精心、修補及時,耐火纖維爐襯的使用壽命一般皆能超過其經(jīng)濟壽命。在某些場合,由于耐火纖維爐襯所特有的,優(yōu)良的抗熱振性能,使其工作壽命超過硬質(zhì)耐火材料爐襯壽命。

耐火纖維可用作高溫下與火焰接觸，但不與高速氣流、熔融金屬和熔渣接觸的爐襯。主要作為高溫隔熱保溫材料，也可作為密封、吸音、過濾材料，以及高溫復合材料的增強材料。其最高使用溫度隨材質(zhì)不同而異、玻璃質(zhì)耐火纖維1000～1300℃，多晶莫來石纖維和多晶氧化鋁纖維1250～1500℃，氧化鋯纖維1600℃。

耐火纖維是非致密材料，金屬熔體和熔渣能滲入纖維而導致爐襯的損壞。因此，耐火纖維一般不用于與熔融物直接接觸的部分，耐火纖維制品的強度低于致密耐火材料，在那些經(jīng)常遭受機械擠壓、碰撞、摩擦的部位，應采用特殊的保護措施。耐火纖維制品不耐沖刷，當選用耐火纖維材料作爐襯時，爐內(nèi)氣流速度一般應小于10m/s。爐窯的氣氛對耐火纖維的使用壽命有密切關系，在還原氣氛和真空下的最高使用溫度應低于在氧化氣氛下的使用溫度，一般在還原氣氛下低100～150℃，在真空下低250～300℃。

現(xiàn)代管式加熱爐常用的爐襯有三種結構：磚結構、耐火纖維噴涂結構和澆注料結構等。

管式爐磚結構

磚砌爐襯是采用耐火磚，包括標準耐火磚和異型耐火磚砌筑的爐襯。其優(yōu)點是可以根據(jù)加熱爐不同部位的工作溫度、工作條件、熱負荷的不同，相應選擇不同種類、不同性質(zhì)、不同等級的耐火磚和耐火泥漿。其缺點是爐襯的整體性和密封性差，施工效率低。

管式爐耐火纖維噴涂結構

耐火纖維噴涂是通過專用纖維噴涂機，將預處理的散狀纖維棉高壓送出噴槍，同時通過幾套專用流體輸送設備均勻地經(jīng)噴槍外環(huán)將無機結合劑噴入纖維棉中，兩者在槍外混成一體噴射到爐內(nèi)壁上。耐火纖維噴涂施工技術的優(yōu)點是施工速度快，襯里無接縫，氣密性好，特別適用于對復雜、 異型爐墻部位的施工。其缺點是：

（1）爐襯強度低，使用過程中容易被機械力破壞；

（2）抗氣流沖刷能力較差；

（3）施工環(huán)境惡劣、受人為因素的影響質(zhì)量不穩(wěn)定，難以保證設備在運行使用中的效果。

管式爐澆注料結構

澆注料結構主要是由耐熱混凝土、澆注料等耐火材料修筑的爐襯。其主要優(yōu)點是爐襯整體性和氣密性好，爐襯壽命高，易實現(xiàn)機械化施工作業(yè)，施工效率高。其缺點是耐火材料必須在有效期內(nèi)使用，爐襯修補不如磚砌爐襯靈活。

使用步驟

加水攪拌

澆注料采用分包方式，每袋中除含有主料外，還有一小袋外加劑，將主料和外加劑倒入攪拌機。使用強制式攪拌機前 , 應將澆注料干混1-2 分鐘左右，再加潔凈的自來水攪拌，每 100kg 澆注料加 77 %±1Kg 自來水 , 邊攪拌邊加水至物料均勻，方可出料?；旌玫臐窳霞皶r運至施工現(xiàn)場澆注施工。（若濕料存放時間過長，導致施工性能變差，應將該料丟棄不要，嚴禁將料放回攪拌機內(nèi)重新加水攪拌繼續(xù)使用）。

支模澆注

模具支設嚴密牢固（嚴禁大量跑漿），并進行刷油或脫模劑（薄且均勻）。支好模具后，下料時沿模具均勻布料，布料厚度 200-400厚時及時開啟振動棒。振動棒做到快進慢出，均勻振動，禁止長時間在同一地方振動，以防止顆粒偏析，當料面泛漿，冒出的氣泡由多變少時，表明該料已經(jīng)澆注完成。澆注體厚度大于 400mm 時應分層施工，但要求分層施工連續(xù)進行。

脫模及養(yǎng)護

澆注體模板的拆除應在澆注料產(chǎn)生較高的強度以后（常溫一般12-24h 小時）。在強度還未達到可承受較大壓力前，應避免踩壓、碰撞等，否則可能造成裂紋和邊角的損傷。若環(huán)境溫度較低，則應適當延長養(yǎng)護時間 , 或采取保溫措施（養(yǎng)護溫度最好能保證在 10℃以上）。如工期較短 , 應適當提高環(huán)境溫度，加快澆注體硬化。模具拆除后，澆注體必須在溫濕環(huán)境中繼續(xù)養(yǎng)護 12-24 小時以上，方能進行烘烤。

爐襯烘烤

按照制定的烘爐方案及烘爐曲線進行爐襯的烘烤 。

注意事項

（1）加水量應嚴格按比例，多加水將嚴重降低澆注體的強度和高溫性能，在保證施工流動性的前提下應盡量少加水。

（2）施工用水溫度最低應不低于 5℃，養(yǎng)護溫度最低也應在 5℃以上，溫度較低時應適當延長養(yǎng)護時間，或設法提高環(huán)境溫度。嚴禁未經(jīng)烘烤的濕澆注體處于 0℃以下環(huán)境中。

（3）攪拌好的澆注料應在 25-30 分鐘內(nèi)用完，否則砂漿將失去觸變流動性。失去觸變流動性的澆注料不得加水稀釋再用。

耐火纖維分為非晶質(zhì)（玻璃態(tài)）和多晶質(zhì)（結晶態(tài)）兩大類。非晶質(zhì)耐火纖維，包括硅酸鋁質(zhì)、高純硅酸鋁質(zhì)、含鉻硅酸鋁質(zhì)和高鋁質(zhì)耐火纖維。多晶質(zhì)耐火纖維，包括莫來石纖維、氧化鋁纖維和氧化鋯纖維。（表1）也有按耐火纖維最高允許使用溫度分類的。（表2）

表1 耐火纖維的分類

表2 耐火纖維在不同氣氛下的使用溫度

注：表中纖維種類是美國、日本和西歐一些國家的分類。

硅酸鋁質(zhì)耐火纖維用雜質(zhì)含量較低的粘土熟料（焦寶石）作為原料，經(jīng)1800～2000℃高溫熔融、噴吹或甩絲成纖，纖維中Al₂O₃含量45%左右，長期使用溫度不超過1000℃。

高純硅酸鋁耐火纖維采用工業(yè)氧化鋁和高純硅石砂或石英砂作原料，亦可加入少量B₂O₃，或ZrO₂等作為添加劑，經(jīng)配料混合、熔融噴吹或甩絲成纖，制成的纖維含Al₂O₃50%左右，Al₂O₃ SiO₂> 99%，最高使用溫度1260℃，長期使用溫度約1100℃。

含鉻硅酸鋁耐火纖維以工業(yè)氧化鋁、硅石粉和氧化鉻為原料，按照硅石粉40%～60%、工業(yè)氧化鋁40%～55%，氧化鉻3%～6%配料，經(jīng)熔融噴吹或甩絲成纖，最高使用溫度1400℃，長期使用溫度1150～1200℃。

高鋁耐火纖維以工業(yè)氧化鋁和高純硅石作為主要原料，配合料經(jīng)熔融噴吹或甩絲成纖，得到氧化鋁含量58%以上的高純度玻璃態(tài)硅酸鋁耐火纖維。最高使用溫度1400℃，長期使用溫度為1200℃。

莫來石質(zhì)耐火纖維用氯化鋁、金屬鋁粉、硅溶膠、冰乙酸及各種有機添加劑作原料，經(jīng)制膠、纖維化、熱處理等工藝過程，制得Al₂O₃72%～80%的多晶纖維，其主成分為莫來石，使用溫度1300～1500℃。

氧化鋁耐火纖維用氯化鋁、金屬鋁粉、硅溶膠、冰乙酸和各種有機添加劑作原料，經(jīng)制膠，纖維化，熱處理等工藝過程，制得Al₂O₃95%左右、SiO₂約5%的多晶纖維，其主要礦物成分為θ-Al₂O₃或α-Al₂O₃，使用溫度1400～1600℃。

氧化鋯耐火纖維用醋酸鋯、氧氯化鋯及YCl₃、MgCl₂、CaCl₂等作原料，經(jīng)制膠、纖維化、熱處理等工藝過程，制得主成分為ZrO₂（含穩(wěn)定劑）大于98%的耐火纖維，使用溫度1600℃。

美國、日本和西歐的一些國家，通常按耐火纖維的最高允許使用溫度進行分類，其方法是把耐火纖維樣品加熱保溫24h，其線收縮接近并小于2.5%時的溫度作為分類溫度。實際允許最高長期使用溫度要比分類溫度低，在氧化氣氛下允許最高長期使用溫度應比分類溫度低100～150℃，在還原氣氛下應低200～250℃，在真空氣氛下應低400～450℃。