全纖維結構陶瓷纖維模塊爐墻內(nèi)化性能研究

全纖維結構陶瓷纖維模塊爐墻內(nèi)化性能研究

陶瓷纖維作為一種高效、節(jié)能的材料，自20世紀70年代以來在中國廣泛使用。它除了具有傳統(tǒng)隔熱材料的優(yōu)點和特點外,還因其特有的耐熱性、熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性而廣泛應用于冶金、機械、電子、陶瓷、玻璃、化工、汽車、建材、輕工、軍工、船舶、航空航天等領域工業(yè)爐窯、熱工設備的絕熱保溫,對提升加熱質量、實現(xiàn)高效節(jié)能及結構輕型化具有十分重要的意義。1纖維產(chǎn)品的分類和性能特點1.1涂料的施工陶瓷纖維制品分為非晶質玻璃態(tài)纖維、晶質陶瓷纖維、混配纖維3個系列;實物形態(tài)有棉、毯、氈、板、紙、布、帶、繩、卷管、瓦塊、模塊、異型件、可塑料、噴涂料、涂抹料、澆注料等。按使用溫度從900℃到1600℃分為普通、標準、高純、高鋁、鋯鋁、含鉻、含鋯、多晶莫來石、多晶氧化鋁等9個級別,可以滿足各種爐窯及熱工設備不同部位不同檔次不同型式的絕熱保溫要求。1.2節(jié)能環(huán)保型資本主義整理軌道交通整理業(yè)陶瓷纖維制品具有耐高溫、體積密度小、絕熱性能好、化學穩(wěn)定性好、抗熱震穩(wěn)定性好、抗風蝕性能好、施工方便快速等特點,是當今世界上最具發(fā)展?jié)摿Φ墓?jié)能環(huán)保型絕熱保溫材料。2窯及管道砌體背襯在冶金系統(tǒng),加熱爐、高爐熱風爐、石灰窯等工業(yè)爐窯及管道砌體背襯中,設計采用纖維毯、纖維棉、纖維板、纖維噴涂料等纖維制品替代常規(guī)隔熱材料或背襯噴涂料,既可減輕自重,又可大幅度提高絕熱效果。2.1常規(guī)工業(yè)爐爐爐墻東北部結構設計加熱爐水冷梁隔熱內(nèi)襯包1層纖維毯后加自流澆注料,圖1為某廠加熱爐水冷雙梁包扎圖。也有報道說水冷梁直接打纖維澆注料。加熱爐大墻耐火內(nèi)襯緊靠爐皮處貼掛纖維毯,砌筑纖維板、輕質磚作為保溫層。圖2為常規(guī)工業(yè)爐窯爐墻內(nèi)襯結構圖。在加熱爐爐膛內(nèi)壁(傳統(tǒng)耐火內(nèi)襯)粘貼多晶莫來石纖維貼面塊,強化爐體保溫,減少爐體表面散熱,提高爐溫并相應提高爐子熱效率。爐門、爐頂壓下等采用全纖維結構,可減輕鋼結構自重,減少提升動力,減少蓄熱量和散熱損失。2.2高性能熱風爐及加熱管道熱風爐大墻及熱風管道后背襯,一般采用高溫膠泥貼掛纖維毯,也有設計采用纖維噴涂料。2.3灰燼石石灰窯的內(nèi)襯中同樣使用了纖維毯或纖維棉,對窯體絕熱及密封起到關鍵性的作用。2.4爐窯溫度精確控制困難傳統(tǒng)工業(yè)爐窯耐火內(nèi)襯自重較大,爐體蓄熱量浪費嚴重,保溫效果差,爐體冷面溫度超過100℃,爐窯溫度精確控制困難。最近十幾年,通過引進國外節(jié)能先進理念,改變設計思路,攻克纖維制品生產(chǎn)及施工難關,許多類型的爐窯爐墻爐頂耐火內(nèi)襯在設計時采用了全纖維內(nèi)襯。圖3為全纖維結構陶瓷纖維模塊爐墻內(nèi)襯示意圖。2.5加熱爐的設計CSP軋制技術要求加熱爐同時具備加熱、均熱、保溫、輸送、緩沖的功能,起到將連鑄連軋工序連成一體的作用。該加熱爐為164~291m長的輥底爐,爐體擺渡段要求作平行或成一定角度轉動(要求輕型化),爐內(nèi)耐材要求耐酸、耐堿、耐水蒸汽,國內(nèi)外設計均采用全纖維結構。爐體為纖維模塊,爐輥密封為纖維噴涂料加纖維繩或整體預制件,前幾年這些材料從國外進口,這兩年已逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化。2.6退火爐爐襯結構化由于纖維制品良好的保溫性能和急冷急熱性能,退火爐爐襯逐步由砌磚或搗打料過渡到全纖維結構。特別是在一些臨時建造的退火爐上,其優(yōu)越的施工性能和使用性能更是有口皆碑。2.7熱收縮性間斷作業(yè),爐罩頻繁起吊,溫度周期變化。要求耐材熱收縮性小,適應長期冷熱交替變化,開啟時散熱損失小,較強的抗熱震穩(wěn)定性和抗氣流沖刷性。近年來越來越多采用全纖維爐襯結構。2.8墻外脹和外墻內(nèi)脹采用全纖維內(nèi)襯解決了爐體蓄熱量大、保溫效果差、內(nèi)墻外脹和外墻內(nèi)脹等問題,減輕爐體自重。通過在爐體外表面涂抹50mm厚的纖維涂抹料,可將爐體外表面溫度降低50℃左右,從而降低爐體表面的散熱損失。2.9啟和加固技術要求由于頻繁開啟,必須滿足急冷急熱性。鋼包蓋開啟和加蓋由通過行車改為通過自身機械自動完成,這就要求鋼包蓋輕型化、抗熱震性好、隔熱效果好。纖維模塊的采用較好地實現(xiàn)了這一目標。2.10外包鍍鋅鐵皮(1)空、煤氣管道等外保溫采用層鋪纖維毯,用細鋼絲纏緊,外包鍍鋅鐵皮。(2)煙管內(nèi)保溫在架空煙管中保溫內(nèi)襯除了追求保溫效果外更要求自重輕,才能保證管道和支撐結構的輕型化。有些煙管采用纖維模塊,有些煙管則采用纖維涂抹料或纖維澆注料。2.11用于高等溫度、布口混凝土的布放制品主要有纖維紙、纖維布、纖維繩、纖維帶等,用于磚體、管道及法蘭,浸入水口磚,插入設備,儀表套管電絕緣,絕熱、密封襯墊,爐門、隔墻的纖維幕簾,隔熱防護勞保用品等。3纖維原料加工馬鋼十分重視節(jié)能降耗工作,大部分工業(yè)爐窯耐火砌體襯里中,都采用了高效保溫材料纖維制品。近幾年全纖維爐襯在馬鋼有了長足的發(fā)展。車輪公司4#環(huán)形加熱爐、淬火爐、回火爐上部爐墻及爐頂、煙管均采用全纖維模塊內(nèi)襯結構,其熱空氣管道采用層鋪纖維毯保溫,經(jīng)測試對比,采用全纖維內(nèi)襯比普通耐火材料爐體表面溫度至少降低50℃。CSP輥底爐、大型工件退火爐,采用的是纖維模塊結構。修建公司大型高爐風口帶及熱風爐變徑段、退火爐則采用疊掛纖維毯內(nèi)襯。不定形纖維制品在馬鋼:一鐵總廠13#、10#、11#高爐熱風爐及熱風管道絕熱層首次采用纖維噴涂料代替過去常用的FN130噴涂料,隔熱效果明顯提高;二鋼高線及棒材加熱爐支煙管一改過去砌磚模式,采用纖維澆注料,大大降低施工難度和工人勞動強度,降低煙管及支架鋼材消耗量。熱工設備頂蓋部位采用纖維制品也進行了有益的嘗試。三鋼軋小H型鋼用來給待軋鋼坯保溫、提高軋前鋼坯溫度的輥道保溫罩,原設計保溫材料為石棉板,用鋼絲網(wǎng)固定。投產(chǎn)不到1個月,鋼絲網(wǎng)被鋼坯輻射的熱量燒壞脫落,石棉板在高溫狀態(tài)下迅速脆化碎裂。由于保溫罩要承受1100℃的高溫,且急冷急熱溫度梯度較大,建議采用纖維制品替代石棉板,用耐熱錨固件替代鋼絲網(wǎng)。按照用耐熱鋼板固定層鋪纖維毯和用耐熱鋼錨固組件安裝纖維模塊2種方案進行對比試驗,實踐表明這2種方案均使用了1年以上,至今狀況良好,鋼坯表面溫度至少提高了50℃,保溫效果十分理想,用戶非常滿意。在H型鋼、高速線材等加熱爐爐膛內(nèi)壁粘貼多晶莫來石纖維貼面塊,強化了爐體保溫,效果較好。4經(jīng)濟效益4.1爐墻和爐頂、煙管2006年2月施工的淬火爐和回火爐,上部爐墻和爐頂、煙管采用纖維模塊,比砌磚或搗打料節(jié)省有效工日1000多個,節(jié)省人工費10萬元。提前投產(chǎn),創(chuàng)造了更大的經(jīng)濟效益。4.2提高表面溫度年產(chǎn)鋼材30萬t的小H型鋼生產(chǎn)線采用筆者設計的2種保溫結構后,使用壽命均超過1年,鋼坯表面溫度較之前提高了50℃,保溫效果相當于1年節(jié)省了960t標準煤。該項保溫效果改進的更大效益,在于既提高了鋼坯在線軋制表面溫度(降低鋼坯內(nèi)外溫差),提高了成材率,降低了加熱爐鋼坯出爐溫度,節(jié)約了加熱爐消耗的能源,同時還降低了鋼坯表面氧化燒損,可謂一舉三得。5間歇式爐窯及建立于陶瓷纖維的常用方法陶瓷纖維制品在工業(yè)爐窯中的廣泛使用,取得了明