全纖維爐襯的技術(shù)特性

1爐襯結(jié)構(gòu)的改變硅酸鋁纖維條制爐是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種新型耐火纖維條制爐。它克服了傳統(tǒng)的抗護(hù)磚和抗護(hù)料柱的固有體積密度高、蓄熱高、易受溫差影響等不利因素，減少了爐的總重量。這是一種新型的節(jié)能結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在，它是發(fā)展趨勢的工業(yè)爐現(xiàn)代化進(jìn)程的一部分。纖維條的使用與否，直接決定了節(jié)省屋頂?shù)氖褂眯Ч?、產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。2加熱爐爐襯的使用注意事項(xiàng)隨著硅酸鋁纖維材料的系列化和功能化,硅酸鋁爐襯的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛,如何確定其應(yīng)用領(lǐng)域,已廣泛受到設(shè)計(jì)部門和用戶的關(guān)注。下面根據(jù)有關(guān)火焰加熱爐陶纖襯里結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本規(guī)定及公司20多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對纖維襯里的應(yīng)用作以下界定,僅供參考。(1)除強(qiáng)制煙氣流動(dòng)的煙管、風(fēng)道及爐底外,加熱爐其它所有區(qū)域均可采用纖維襯里。(2)任何一層纖維襯里的使用溫度必須高于此層熱面計(jì)算溫度260℃以上。(3)當(dāng)燃料中S含量超過10×10-6,爐襯采用纖維結(jié)構(gòu)時(shí),爐壁鋼板的熱面應(yīng)涂刷一層防腐涂料,該涂料適用于177℃環(huán)境。當(dāng)燃料中S含量超過500×10-6,應(yīng)設(shè)置阻氣鋁箔或不銹鋼箔,阻氣層應(yīng)位于操作條件下至少高于計(jì)算露點(diǎn)56℃以上的部位處。阻氣層邊緣應(yīng)搭接,爐襯邊緣及穿刺部位應(yīng)密封,以防止腐蝕性氣體穿過爐襯結(jié)露,腐蝕鋼板和錨固件。(4)當(dāng)燃料中重金屬含量超過100×10-6時(shí),所有加熱爐爐襯不可采用軟質(zhì)纖維材料,而應(yīng)采用纖維不定型材料、預(yù)制塊或其它重質(zhì)保溫材料。(5)當(dāng)爐襯承受的壓力大于0.8MPa時(shí),不可采用纖維爐襯。(6)設(shè)有吹灰器、蒸汽噴槍、水洗設(shè)備的對流段不可采用纖維爐襯。3硅酸鋁纖維材料硅酸鋁纖維材料的系列化和功能化,促進(jìn)了保溫行業(yè)快速的發(fā)展,打破了纖維材料即為纖維狀軟棉或氈毯的傳統(tǒng)觀念,拓寬了“纖維”這一概念的內(nèi)涵。下面以山東魯陽硅酸鋁纖維系列產(chǎn)品為例,對“纖維”這一概念作闡釋。硅酸鋁纖維材料從形態(tài)上可分為兩類:一類為定型硅酸鋁纖維。目前主要有硅酸鋁纖維棉、纖維毯、纖維氈、纖維板、纖維異型件、纖維磚、纖維紙、纖維紡織品及其它深加工產(chǎn)品。另一類為不定型硅酸鋁纖維,主要有纖維澆注料、纖維可塑料、纖維涂抹料、纖維噴涂料及其它相關(guān)產(chǎn)品。從產(chǎn)品的使用溫度上可將產(chǎn)品劃分為:1050型(使用溫度600～950℃)、1260型(使用溫度950～1100℃)、1400型(使用溫度1100～1350℃)、1600型(使用溫度1350～1400℃)。4爐襯結(jié)構(gòu)的分類隨著耐火纖維材料的系列化和功能化的發(fā)展,爐襯的結(jié)構(gòu)形式也千變?nèi)f化,下面從保溫材料的形態(tài)上將爐襯結(jié)構(gòu)劃分為三類:一類是定型陶纖爐襯,一類是不定型陶纖爐襯,再一類是復(fù)合陶纖爐襯結(jié)構(gòu)。4.1定型材料的爐襯主要指纖維毯、纖維氈、纖維板或纖維組件等定型耐火材料組成的爐襯。從結(jié)構(gòu)上大體可分為兩大類:一類是層鋪結(jié)構(gòu),另一類是平鋪疊砌復(fù)合結(jié)構(gòu)。4.1.1爐襯結(jié)構(gòu)的固定層鋪式耐火纖維爐襯就是將耐火纖維制品(毯、氈、板)一層層地鋪放到爐壁鋼板上,然后通過耐熱鋼錨固件或其它方式進(jìn)行固定的一種爐襯結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)爐襯材料,層鋪結(jié)構(gòu)通常有兩種形式,一種為纖維毯層鋪結(jié)構(gòu),另一類為纖維氈、板層鋪結(jié)構(gòu)。(1)纖維毯層織物結(jié)構(gòu)此結(jié)構(gòu)按熱面纖維毯的安裝方式可分為對接式和搭接式,按錨固釘固定形式又可分為錨固釘裸露式和錨固釘預(yù)埋式,具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。(2)由纖維織墊、板層制成纖維氈、板的安裝固定方式多為對接,按錨固釘固定形式可分為錨固釘裸露式和錨固釘預(yù)埋式,具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。(3)裸式層鋪材料的抗風(fēng)蝕能力①錨固釘裸露式層鋪結(jié)構(gòu):指纖維毯、纖維氈或纖維板層鋪到爐壁上,通過錨固釘、快速卡片和旋轉(zhuǎn)卡片或螺母固定,詳見圖2(a)。裸露層鋪式耐火纖維爐襯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn):優(yōu)點(diǎn)層鋪式爐襯可根據(jù)爐襯厚度方向上溫度變化,采用不同材質(zhì)的纖維制品組成,從而可以大大降低筑爐費(fèi)用,增強(qiáng)爐襯結(jié)構(gòu)合理性和保溫效果。層鋪式耐火纖維爐襯施工簡便,異型部位容易處理,易檢修。缺點(diǎn)很難克服層鋪結(jié)構(gòu)抗風(fēng)蝕能力極低的缺陷。由于錨固件直接裸露于工作熱面,當(dāng)爐溫較高時(shí),對錨固件材質(zhì)的要求較高,同時(shí)層鋪式耐火纖維爐襯所需耐熱錨固件數(shù)量較多,這些錨固件本身又是一個(gè)熱傳導(dǎo)體,加之纖維氈(毯、板)在使用溫度下產(chǎn)生收縮,容易在對接處出現(xiàn)縫隙,會(huì)從一定程度上影響保溫效果。因此,裸露式層鋪耐火纖維爐襯結(jié)構(gòu)適用于低溫?zé)崽幚頎t。②錨固釘預(yù)埋式平鋪結(jié)構(gòu)、指纖維毯、纖維氈或纖維板層鋪到爐壁上,通過錨固釘保溫固定,但錨固釘預(yù)埋到耐火材料中間,詳見圖2(b)。預(yù)埋層鋪式耐火纖維爐襯結(jié)構(gòu)的特點(diǎn):優(yōu)點(diǎn)避免了錨固釘熱面裸露,減少了能量損失,增強(qiáng)了保溫效果。缺點(diǎn)很難克服層鋪結(jié)構(gòu)抗風(fēng)蝕能力極低的缺陷。同時(shí)錨固釘預(yù)埋若采用陶瓷杯結(jié)構(gòu),陶瓷杯易碎,且價(jià)格高,增加了施工難度,提高了工程的造價(jià)。錨固釘預(yù)埋采用沉孔結(jié)構(gòu),溫度變化時(shí),沉孔內(nèi)纖維棉易收縮產(chǎn)生縫隙,進(jìn)而會(huì)損壞錨固件,所以此類爐襯只適用于低溫爐墻保溫。4.1.2平截面復(fù)合結(jié)構(gòu)(1)多晶條塊+模塊+鋪設(shè)的復(fù)合爐襯結(jié)構(gòu)的組合根據(jù)目前層鋪疊砌復(fù)合結(jié)構(gòu)形式可分為:由熱面到冷面依次確定為:模塊+平鋪的平鋪疊砌復(fù)合爐襯結(jié)構(gòu)和多晶條塊+模塊+平鋪的平鋪疊砌復(fù)合爐襯結(jié)構(gòu)。同時(shí)考慮到燒嘴火焰噴速大小、煙氣成分等客觀條件,確定對纖維襯里的熱面是否涂刷一層抗沖刷高溫涂料,若涂刷該涂料,經(jīng)過處理后,涂料在模塊表面形成了一層致密的耐高溫、抗沖刷的保護(hù)層,以增強(qiáng)爐襯輻射和抗?fàn)t氣沖刷的能力。(2)確定熱損失的實(shí)驗(yàn)依據(jù)耐火纖維爐襯厚度的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)加熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)是平壁還是曲壁,材料的導(dǎo)熱系數(shù)高低,冷熱面平均溫度及單位表面允許的熱損失等因素確定。一般情況,可根據(jù)穩(wěn)態(tài)熱平衡計(jì)算,即由爐內(nèi)經(jīng)過纖維爐襯傳導(dǎo)的熱量應(yīng)與爐壁外鋼板向大氣中散失的熱量相同,Q傳=Q散的公式進(jìn)行計(jì)算。各層的厚度可根據(jù)計(jì)算確定,原則上確定條塊厚度為50mm,模塊的厚度為大于150mm的整數(shù),平鋪可計(jì)算后取整。(3)陶瓷纖維材料的使用條件爐子壁襯材料的材質(zhì)除滿足最高爐溫條件外,還必須考慮陶瓷纖維材料的使用條件,加熱爐內(nèi)的燃料,爐子的操作氣氛,爐內(nèi)爐氣正負(fù)壓等各方面的因素綜合選材。(4)錨固件材料使用表錨固件材質(zhì)的選用一般應(yīng)根據(jù)錨固件所處位置的工作溫度,以及是否直接與煙氣接觸而確定。根據(jù)“化學(xué)工業(yè)爐耐火纖維爐襯設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定”,錨固件材料選用表中的有關(guān)規(guī)定,與煙氣直接接觸條件下,1Cr18Ni9Ti材質(zhì)的錨固件最高使用溫度為750℃,Cr25Ni20材質(zhì)的錨固件最高使用溫度為1050℃,601材質(zhì)的錨固件最高使用溫度為1100℃。(5)模塊排列方式的缺陷模塊安裝排列方式通常分為拼花地板式和兵列順排式兩種,拼花地板排列方式是一種較為傳統(tǒng)的安裝排列方式,幾年以前曾經(jīng)廣泛應(yīng)用。但是,隨著陶瓷纖維模塊應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展,特別是近幾年國際上各大陶瓷纖維工程承包公司對陶瓷纖維模塊應(yīng)用技術(shù)的研究及應(yīng)用實(shí)踐證明,模塊采用拼花地板排列方式存在以下缺點(diǎn):①各模塊在高溫下長時(shí)間作業(yè)后,各向膨脹不同,回彈不均,模塊間易出現(xiàn)不規(guī)則裂縫,引起爐襯竄火,進(jìn)而燒壞錨固件,致使模塊脫落;②每一組有4塊模塊縱橫拼花而成,而每一塊模塊的外形尺寸誤差不同,致使相鄰每4塊模塊中間產(chǎn)生一小方洞,整個(gè)襯里就會(huì)出現(xiàn)無數(shù)小洞,影響了爐襯的保溫效果,見圖3;③爐墻間的連接處為保溫薄弱點(diǎn)。綜上所述,拼花地板排列模塊的方式的確存在一定缺陷,現(xiàn)僅應(yīng)用于爐襯熱面的50mm厚度的條塊粘貼結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)行方案多采用兵列式順排模塊方式,詳見圖3。4.2爐襯的使用主要指采用陶纖澆注料、可塑料、涂抹料及噴涂料等不定型陶纖爐襯材料,此結(jié)構(gòu)形式的爐襯通過耐熱鋼骨架將不定型陶纖材料固定到爐壁鋼板上,烘干后形成整體。此類不定型陶纖爐襯沿襲了傳統(tǒng)耐火澆注料優(yōu)良的施工性能和棉、毯、氈、板的保溫絕熱性能,配制好的袋裝或桶裝澆注料,在施工現(xiàn)場拆封后即可使用。特別是對形狀、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的窯爐壁襯,不定型陶纖爐襯比其它爐襯更容易施工。爐襯局部損壞時(shí),可進(jìn)行局部涂抹修補(bǔ),既節(jié)約維修時(shí)間,增強(qiáng)保溫效果,又延長了使用壽命。同時(shí),耐火纖維澆注料壁襯還具有較強(qiáng)的適應(yīng)窯爐氣氛的特性,在可控氣氛窯爐中使用,較定形耐火纖維制品性能穩(wěn)定。但是由于該爐襯結(jié)構(gòu)采用了較多的錨固釘進(jìn)行固定,而且錨固釘雖然不直接裸露于工作熱面,但離工作熱面較近(僅30～50mm),所以當(dāng)該結(jié)構(gòu)應(yīng)用于較高爐溫的窯爐時(shí),對錨固釘材質(zhì)的要求較高。因此,該爐襯比較適用低溫或中溫窯爐工況。結(jié)構(gòu)示意見圖4。4.3爐襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)合結(jié)構(gòu)爐襯就是根據(jù)不同爐溫、煙氣流速及工作面環(huán)境等綜合工況設(shè)計(jì)的爐襯,通俗的說復(fù)合結(jié)構(gòu)爐襯就是指熱面、背襯采用不同材質(zhì)、不同形態(tài)的材料進(jìn)行復(fù)合的一種爐襯,其主要目的是采取合理的組合,達(dá)到物盡所用、安全經(jīng)濟(jì)。復(fù)合結(jié)構(gòu)爐襯有多種不同方式,根據(jù)用途可分為兩類:一類主要有陶纖噴涂料(背襯)—耐火澆注料或纖維澆注料(熱面);陶纖毯、氈或板(背襯)—耐火澆注料或纖維澆注料(熱面);耐火纖維氈或板(背襯)—耐火絕熱磚(熱面);耐火纖維澆注料(背襯)—耐火澆注料(熱面)。此類結(jié)構(gòu)具有較高的抗氣流沖刷能力,多用于爐墻。另一類是陶纖噴涂料或澆注料(背襯)—陶纖模塊(熱面)。此類結(jié)構(gòu)具有較高的綜合性能,可充分避免煙氣的腐蝕破壞,效果等同于阻氣金屬箔。上述不定型爐襯及復(fù)合爐襯結(jié)構(gòu),均可在爐襯的熱面粘貼一層含鋯或多晶纖維條塊,將爐襯應(yīng)用溫度空間拓寬到1400℃,但粘貼層耐風(fēng)蝕性能較差,使用壽命較短。5硅酸鋁纖維環(huán)的綜合能5.1抗風(fēng)蝕性能好對于火焰加熱爐,要求耐火纖維具有一定的抗氣流沖刷性能,表1是硅酸鋁耐火纖維制品在爐襯熱面抗氣流沖刷的最大風(fēng)速參考數(shù)據(jù)。5.2耐火纖維制品耐火纖維的熱穩(wěn)定性是任何致密或輕質(zhì)耐火材料無法比擬的,耐火纖維制品是由直徑〉2～〉5μm的纖維相互交織構(gòu)成的多孔制品,即使溫度急劇變化,也不會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)應(yīng)力和發(fā)生剝落現(xiàn)象,還能有效抵御彎折、扭曲等機(jī)械振動(dòng)和其它熱震動(dòng)。5.3爐襯材料的密度爐襯在平均溫度為600℃的環(huán)境中,材料的導(dǎo)熱系數(shù)在0.17W/(m·K)左右,比重質(zhì)耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù)降低了1/2,增強(qiáng)了保溫效果,降低了能量損耗。爐襯的蓄熱損失又與爐襯材料的體積密度成正比,而硅酸鋁耐火纖維的體積密度是重質(zhì)材料的1/10。所以,采用耐火纖維作爐襯,不僅可以減少爐墻的蓄熱損失,而且還可以很大程度地減輕了爐子的重量。5.4爐襯的應(yīng)用硅酸鋁材料的使用溫度介于600～1400℃之間,不僅拓寬了纖維爐襯的應(yīng)用領(lǐng)域,更重要的是爐襯材料可根據(jù)爐襯厚度方向上溫度變