耐火纖維爐襯

耐火纖維爐襯是一種利用耐火纖維材料製作工業爐襯。其關鍵技術為耐火纖維材料，耐火纖維是一種玻璃態或微晶態結構的材料，它們在高溫環境中使用時纖維結構內部將會發生質點重排產生析晶以及晶體長大的現象，當結晶體尺寸長到接近纖維直徑時，纖維結構將被破壞，纖維粉化纖維製品將出現嚴重的收縮。耐火纖維節能爐襯至少可設計成七種結構形式。即:層鋪爐襯,堆砌爐襯,模組爐襯,貼而爐襯,絕熱板爐襯,噴塗爐襯和塗抹爐襯。詳細街上了上述7種爐襯結構與提高耐火纖維壽命的措施。

基本介紹

• 中文名：耐火纖維爐襯
• 外文名：Refractory fiber lining
• 關鍵：耐火纖維材料
• 類型：工業窯爐配套設備
• 領域：能源
• 學科：熱力學、材料學

簡介

耐火纖維是一種玻璃態或微晶態結構的材料，它們在高溫環境中使用時纖維結構內部將會發生質點重排產生析晶以及晶體長大的現象，當結晶體尺寸長到接近纖維直徑時，纖維結構將被破壞，纖維粉化纖維製品將出現嚴重的收縮。耐火纖維內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，還與所在的環境氣氛有關"很多燃燒氣氛就會加速這一進程的發生。

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

(1)節省爐襯材料;

(2)施工方便迅速;

(3)組成節能效果最佳的爐襯系統;

(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爐窯上。

材料問題解決之後,爐襯設計就是決定耐火纖維在工業爐窯上套用成敗的關鍵因素。歐美、蘇聯和日本等工業已開發國家中,工業爐窯能保持較高的熱效率,其中一個重要的經驗就是他們重視耐火纖維的推廣套用工作,而爐襯的設計研究在耐火纖維的套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製方面成績顯著,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,使更多的節能工作者關注這一問題。

耐火纖維節能爐襯至少可設計成七種結構形式。即:層鋪爐襯,堆砌爐襯,模組爐襯,貼而爐襯,絕熱板爐襯,噴塗爐襯和塗抹爐襯。

耐火纖維層鋪爐襯

耐火纖維層鋪爐襯是將耐滅許維毯、氈、板沿爐壁層層鋪設,並用螺栓錨固,從而得到由多層面狀纖維材料組成的絕熱系統。為了降低築爐材料成本,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製造的雙頭螺栓,對於高溫爐窯,則可選用陶瓷錨固裝置。

層鋪爐襯的主要優點是:

(1)施工容易。對於大面積爐牆,採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,其絕熱效果優於堆砌爐襯。

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

在層鋪爐襯中,纖維毯的連線分平接、搭接和鋪瓦連線三種方)。平接法施簡單,不產生凸面。作為中間夾層或冷麵的纖維毯一般均採用此法。平接法的主要缺點是纖維毯熱收縮後易產生開縫。故熱面連線宜採用搭接或鋪瓦連線。其中高溫爐以鋪瓦連線更適宜。

耐火纖維層砌爐襯

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,並用耐熱鋼釺穿入毯中,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麵的熱流通道,可採用預壓縮安裝,壓縮率一般為25%,以提高纖維爐襯的整體強度並抵消套用過程中的收縮。

堆砌爐襯主要優點

（1）金屬錨固裝置位立冷血,而不是暴露於火焰中。!呵時受熱過程中纖維的劣化儀發生在熱面端部,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,因此築爐成本高。

耐火纖維模組爐襯

模組爐襯也稱為組件爐襯,它實際上是預製的模組(組合件)構成。主要優點是安裝迅速、維修方便。標準模組通常為300漢300mm,厚度依熱計算要求而定,一般以100~300nm之間為多。近年發展起來的預製組件(模組)種類繁多,其荃本的結構形式有疊砌式、U型摺疊式、層疊式、魚鱗式、手風琴摺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,採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支撐板_L。安裝時採用卡、焊接和螺絲聯接等方法固定在爐殼}:。對於高溢爐窯,為了經濟地滿足爐窯節能要求,可將組件做成複合型。

U型摺疊組件由纖維毯摺疊製成,採用膠結與機械方式固定在金屬網板上,其製做方法較簡單。

層疊組件中纖維毯垂直於熱流方向,具有層鋪爐襯的優點。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。

耐火纖維貼面爐襯

貼面爐襯是在業已砌築的耐火磚、澆注耐火材料、可塑膠等爐襯_仁再鑲貼一層耐火纖維爐襯。這種設計用於舊爐牆的改造能起到明顯的節能效果。纖維貼面的固定可採用雙頭螺栓錨固法,也可採用耐火膠泥貼上法,筆者傾向於二種方法並用。

耐火纖維絕熱板爐襯

這種爐襯實際:屬於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製品,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越,故絕熱板爐襯常設計於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複合型的。一般從爐襯熱面至冷麵按高、中、低三檔纖維板依次排列,用雙頭螺栓錨固,構成絕熱板複合爐襯。

對於操作溫度達1300℃以上的高溫爐窯,熱面應選用多晶質纖維板,錨固件也應採用高溫陶瓷製品。

耐火纖維噴塗爐襯

耐火纖維噴塗爐襯是將長度短於50mm或成球的耐火纖維與高溫無機結合劑混合,用特製的噴塗設備噴向爐壁構成無結縫的整體絕熱爐襯。

,在噴塗爐襯中,金屬錨件是埋設在噴塗料內的,不暴露於高溫氣流中。因此,對錨固件的材料和結構要求不嚴,而且是先設錨件後噴塗,施工簡單。對於舊爐牆的修補,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採取預混、內混、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,然後一同輸入噴槍,射向爐牆。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。

耐火纖維塗抹爐襯

塗抹爐襯是用泥刀等瓦工工具,將耐火纖維糊狀漿料塗抹到爐牆上,從而形成抗機械損傷和耐氣流沖刷性極好的絕熱爐襯。漿料由高鋁質耐火骨料、無機結合劑及散狀耐火纖維混合而成。塗抹漿料類似預混的噴塗料,但前者的纖維材料無須進行球化等預處理;另外,塗抹料中加入了大量的耐火骨料提高稠度,降低流動性,從而便於塗抹操作,並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弱。

提高耐火纖維使用壽命的措施

耐火纖維在高溫下要發生析晶和收縮,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。

耐火纖維予壓縮

上鋼五廠用矽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℃,使用一段時間後,平均收縮率達.21%,整個內襯鬆動,爐壁溫度升高,只得停爐整修。齊鋼煤氣罩式爐,採用厚150一170毫米疊砌式耐火纖維爐襯,表面並塗厚2~3毫米塗料,使用4個月後,由於爐襯安裝時未保持予壓狀態,即開始鬆脫,爐襯縫隙達3一4毫米,出現多處漏氣及塗層開裂、鼓泡現象。我廠12米,退火爐使用矽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採用予壓縮方法(即鋪設爐襯前,事先對纖維機壓塊進行壓縮),爐襯寬度上採用錯口接縫法。根據爐襯安裝要求,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%。然後,連同纖維板,在機壓塊兩側用紗帶紮緊。整個爐襯就是由許多予壓縮後的機壓塊組裝配而成。安裝完畢,抽出纖維板和紗帶,纖維機壓塊發生回彈,相互間擠緊,補償了纖維加熱時產生的收縮。實踐證明,採用予壓縮補償耐火纖維在高溫下的收縮,成效顯著。

耐火纖維爐襯施工方法

鋪設纖維爐襯,依後牆、爐頂、側牆順序進行。爐頂先里後外,側牆從上到下,這樣後牆與爐頂、爐頂與側牆接縫處安裝方便,所有製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,在纖維氈之間塗上高溫粘結劑,砌完後,在纖維內襯塗刷一層表面硬化劑,可以減少纖維製品收縮,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爐窯上的廣泛套用,取得了明顯的經濟效益。耐火纖維爐襯強化了工業爐絕熱,減輕了爐體重量,為工業爐窯的輕型化、節能化作出了貢獻。但耐火纖維爐襯的機械強度不及硬質耐火材料,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材料爐襯更容易損壞。對於耐火纖維爐襯的保護,除了上述措施外,關健在於精心操作,經常檢修,要杜絕超高溫生產,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濟壽命。在某些場合,由於耐火纖維爐襯所特有的,優良的抗熱振性能,使其工作壽命超過硬質耐火材料爐襯壽命。