耐火纖維及其制品的生產(chǎn)技術(shù)

耐火纖維及其制品的生產(chǎn)技術(shù)

自20世紀(jì)80年代中國(guó)開始普及抗火纖維用作新型節(jié)能材料以來，抗火纖維已在冶金、化工、機(jī)械、航空等行業(yè)逐步取代磚材材料。應(yīng)使用抗火纖維及其二次產(chǎn)品填充、層壓板法、重疊壓板法、共塊法等施工方法，形成絕熱層和室外溫度層。這些施工方法基本采用人工施工,施工周期長(zhǎng),勞動(dòng)強(qiáng)度大。在80年代后期引進(jìn)開發(fā)了耐火纖維噴涂技術(shù),這是耐火纖維施工技術(shù)的第二代技術(shù),是耐火纖維施工技術(shù)的一次突破。1防火纖維和材料1.1爐襯的性能特點(diǎn)耐火纖維又稱陶瓷纖維,是一種人造無機(jī)非金屬纖維材料,是由Al2O3、SiO2為主要成分組成的玻璃相或結(jié)晶相二元化合物。作為輕質(zhì)耐火隔熱材料應(yīng)用于工業(yè)爐窯可節(jié)能15%～30%。耐火纖維分類如表1所示。耐火纖維具有如下良好特性:(1)耐高溫性。普通硅酸鋁耐火纖維的使用溫度為1200℃,特種耐火纖維如氧化鋁纖維、莫來石等的使用溫度高達(dá)1600～2000℃,而一般的纖維材料如石棉、巖棉的耐火溫度僅650℃左右。(2)隔熱保溫性。耐火纖維在高溫時(shí)的熱導(dǎo)率很低,普通硅酸鋁耐火纖維在1000℃時(shí)的熱導(dǎo)率僅為耐火粘土磚的1/5、輕質(zhì)粘土磚的1/3,且熱容量小,隔熱效率高。設(shè)計(jì)中爐襯厚度可比耐火磚減薄一半左右。(3)化學(xué)穩(wěn)定性。除強(qiáng)堿、氫氟酸外,幾乎不受任何化學(xué)藥品和蒸氣、油類的侵蝕,常溫下不與酸作用,高溫時(shí)對(duì)熔融鋁、銅、鉛等及其合金不潤(rùn)濕。(4)抗熱震性。耐火纖維性能柔軟,有彈性,抗熱沖擊、耐急熱急冷性好。設(shè)計(jì)中耐火纖維爐襯可不考慮熱應(yīng)力的影響。另外,耐火纖維的絕緣性及隔聲性能也比較好。對(duì)于30～300Hz的聲波,其隔聲性能優(yōu)于常用的隔聲材料。1.2按照“硬”還是“軟”散狀耐火纖維原棉通過二次加工,形成纖維二次制品,可分為硬制品和軟制品。硬制品有較高的強(qiáng)度,可進(jìn)行車、鉆等機(jī)械加工;軟制品有較大的回彈性,可壓縮、彎而不斷裂,如耐火纖維氈、毯、布、繩、帶等。1.2.1基纖維素、氨基酸、硅溶膠耐火纖維氈是采用濕法加工工藝,將耐火纖維放入含有結(jié)合劑的水溶液中均勻混合沉積而成的制品。常用的結(jié)合劑有甲基纖維素、乳膠、硅溶膠等。它的表面比耐火纖維毯硬,具有適宜的柔軟性和剛度,施工性能好。常用規(guī)格為600mm×400mm×20mm。耐火纖維氈根據(jù)供貨狀態(tài)可分為干氈和濕氈。濕氈是將耐火纖維氈在氧化鋁或氧化硅膠體溶液中浸漬,然后封裝在塑料袋內(nèi)保持濕潤(rùn),通常用于難以施工的復(fù)雜部位,干燥后表面硬化,抗風(fēng)蝕性能好。1.2.2結(jié)合劑的種類耐火纖維毯是采用干法加工工藝制成的制品,不含或含少量的結(jié)合劑。根據(jù)工藝及形狀不同可分為針刺毯、折迭毯、毯卷等。針刺毯采用針刺工藝,通過帶有倒鉤的針在纖維毯表面上下勾刺而成。具有強(qiáng)度高、抗風(fēng)蝕性強(qiáng)、熱收縮小等優(yōu)點(diǎn)。1.2.3由模殼集聚至產(chǎn)品模具干燥將殼內(nèi)為負(fù)壓的模具放入含結(jié)合劑和纖維的水溶液中,使纖維向模殼集聚至要求厚度脫模干燥而成;也可用粘結(jié)劑將纖維氈粘在金屬網(wǎng)上利用螺栓將金屬網(wǎng)固定在爐墻或鋼結(jié)構(gòu)上,施工比較方便。1.2.4石棉制品銅粉產(chǎn)品將耐火纖維采用編、織、紡等工藝制成的制品,有紗、帶、布、繩等品種,具有耐高溫、耐腐蝕、絕緣好、無毒性等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于保溫、隔熱、密封方面,節(jié)能效果好,不污染環(huán)境,是石棉制品的優(yōu)良替代品。2填充法施工各種加熱爐中的保溫材料基本上是使用耐火纖維棉,采用填充法施工,將原棉在規(guī)定的部位填充至需要的密度,此時(shí)耐火纖維主要起絕熱保溫作用。耐火爐襯的施工有層鋪法、疊鋪法、混合法以及耐火纖維噴涂法。2.1與鋼板和爐襯層鋪法是耐火纖維爐襯最早的使用方法,其結(jié)構(gòu)形式如圖1a所示。爐襯采用耐火纖維氈,或在耐火纖維與鋼板之間襯以礦渣棉氈或玻璃棉氈。由于層鋪纖維與受熱面平行,因此爐襯高溫收縮大,耐氣流沖刷性能較差,但爐襯熱導(dǎo)率相對(duì)減小約20%,有利于絕熱保溫。一般選用鎳鉻合金、鐵鉻鋁合金、陶瓷、氧化鋁等高溫材料做錨固件,用于爐頂時(shí)其中心距不大于250mm,用于爐墻時(shí)不大于300mm。2.2金屬件和粘結(jié)劑的組合疊鋪法常用于加熱爐墻的施工中,將耐火纖維板、毯或氈逐層疊加,并用金屬件或粘結(jié)劑將其固定聯(lián)為一體,如圖1b所示。但是受熱纖維與受熱面垂直,耐火纖維高溫收縮較小,耐沖刷性能及高溫性能較好,但爐襯的熱導(dǎo)率比層鋪稍高,并且施工中要注意防止襯體出現(xiàn)通縫。2.3內(nèi)疊鋪法施工此方法綜合了層鋪和疊鋪的優(yōu)點(diǎn),也就是在內(nèi)層采用疊鋪法施工,內(nèi)層和爐體鋼板之間用層鋪,此種結(jié)構(gòu)耐沖刷、耐高溫、收縮小、熱導(dǎo)率較低,但施工復(fù)雜。2.4專用纖維噴涂機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)80年代中期,耐火纖維噴涂技術(shù)首先在發(fā)達(dá)國(guó)家采用,隨后引入我國(guó)逐步推廣。它在耐火材料的形狀和施工工藝上有了新的突破,耐火纖維爐襯第2代施工技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)各行業(yè)的爐窯熱工設(shè)備,可防止錨固件及爐殼的燒損,降低散熱損失,提高熱效率,加快施工進(jìn)度,爐襯的整體密封性好,使用壽命長(zhǎng)。耐火纖維噴涂是纖維機(jī)械化施工的一種新工藝,通過專用纖維噴涂機(jī)將經(jīng)過預(yù)處理的散狀耐火纖維棉與專用的結(jié)合劑在高壓下同時(shí)噴出,纖維和結(jié)合劑在噴槍外混成一體噴到工作面上,形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),如圖2所示。與常規(guī)的耐火纖維制品層鋪類似,但噴涂是機(jī)械化施工,將整個(gè)內(nèi)襯形成均勻無縫隙、高強(qiáng)度的整體制品結(jié)構(gòu)。耐火纖維噴涂工藝流程如圖3所示。在工藝流程中,結(jié)合劑影響著噴涂層的常溫強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度,結(jié)合劑的選擇應(yīng)考慮既能形成常溫強(qiáng)度和高溫強(qiáng)度,同時(shí)又不能腐蝕鋼板、錨固件等,另外結(jié)合劑揮發(fā)后其固體存量不應(yīng)太大,否則會(huì)降低纖維的彈性。針刺處理是用針刺機(jī)對(duì)纖維層進(jìn)行二次成型處理,使二維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),從而提高噴涂襯層的抗拉強(qiáng)度。耐火纖維噴涂工藝具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)機(jī)械化濕法施工,勞動(dòng)強(qiáng)度低,施工進(jìn)度快,粉塵污染小,質(zhì)量有保證。每小時(shí)可噴涂纖維棉300～500kg,是常規(guī)施工的4～5倍。設(shè)計(jì)靈活性大,形成復(fù)合爐襯,使?fàn)t襯厚度更趨于經(jīng)濟(jì)性和合理性。(2)噴涂使?fàn)t襯整體無接縫,纖維相互交織形成三維空間結(jié)構(gòu),密封性能好。(3)適合于復(fù)雜異形面的施工,提高異形結(jié)合處的密封性能。(4)使用壽命長(zhǎng),是手工安裝爐襯的2～3倍。3爐窯的制作在對(duì)金屬制品行業(yè)的各種加熱爐和熱處理爐的施工設(shè)計(jì)中,我們因地制宜綜合各種因素設(shè)計(jì)了一系列爐窯,包括耐火磚砌筑爐,耐火纖維制品安裝的全纖維爐,以及耐火纖維噴涂施工的加熱爐等各種爐型。雖然這些爐型的設(shè)計(jì)時(shí)間、施工地點(diǎn)不一樣,但仍有一定的可比性。3.1主電源的結(jié)構(gòu)3.1.1爐墻厚度、厚度爐膛內(nèi)襯采用耐火粘土磚,外層用硅藻土磚保溫,爐墻厚度為464mm。頂部采用232mm拱頂結(jié)構(gòu),上部覆蓋保溫材料。爐體結(jié)構(gòu)龐大,施工中架支拱胎,施工難度大,周期長(zhǎng)。3.1.2爐頂鋪設(shè)及熱壓為江南某金屬制品廠設(shè)計(jì)的全纖維管式加熱爐采用層鋪和疊鋪結(jié)合方式,爐墻內(nèi)襯用耐火纖維板疊鋪,粘結(jié)劑膠合。爐頂采用層鋪法,1Cr18Ni9材質(zhì)的螺栓吊掛錨固,并用高溫粘結(jié)劑膠合。內(nèi)襯設(shè)計(jì)厚度為300mm。在施工中,環(huán)境惡劣,質(zhì)量不易保證,特別是異形面處更難以保證,接縫施工不當(dāng),在使用時(shí)由于纖維的熱收縮形成貫通縫隙,整體密封性差,爐外側(cè)局部出現(xiàn)高溫,特別是頂部,造成爐蓋鋼結(jié)構(gòu)局部變形。3.1.3纖維噴涂工藝為某廠設(shè)計(jì)的三段管式加熱爐,由于考慮成本造價(jià)原因,爐頂采用耐火纖維噴涂施工工藝,設(shè)計(jì)厚度為250mm。爐墻為復(fù)合內(nèi)襯,內(nèi)側(cè)用輕質(zhì)耐火磚砌筑,外側(cè)填充耐火纖維棉,設(shè)計(jì)厚度為320mm,爐子實(shí)現(xiàn)了輕型化,且造價(jià)合理,密封性能良好,經(jīng)過運(yùn)行,使用效果良好。3.2經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的