【摘要】耐火纤维喷涂是一种机械化施工的新技术,其施工速度快、质量高、用作炉窑内衬使用寿命长。耐火纤维喷涂内衬无接缝,密封性高于纤维制品的手工安装,因此节能效果好。
关键词耐火纤维喷涂加热炉炉衬机械化施工
1、前言
耐火纤维喷涂技术是当前国内、外各行业纤维施工最新型、最实用的工业技术之一,应用于加热炉等热工设备作耐火、隔热、保温材料的施工技术,可有效地防止炉壳及锚固件的烧损,显著地降低了炉壳散热损失,提高加热炉的热效率与作业率,提高耐火炉衬的使用寿命。为加热炉高产、稳产、降耗提供了保障。
2耐火纤维喷涂技术及应用
2.1耐火纤维喷涂技术
耐火纤维喷涂技术是纤维施工机械化的一项新工艺。即通过专用纤维喷涂机将经过预处理的散状纤维棉高压送出喷枪,同时,结合剂通过专用泵均匀地经喷枪喷人纤维流。两者外混一体直接喷涂到各种工作表面,形成三维网络状制品结构,牢固、均匀、平整地粘附于工作面上。施工中根据纤维喷涂层的工作环境及厚度相应地施以螺柱焊锚固件,纤维喷涂料是弥补现行纤维制品施工缺陷,提高纤维制品综合性能的更新换代产品。(收稿:1996一10一21修回:1997一01一17)
2.2纤维喷涂技术的应用
国内自1981年重点推广硅酸铝纤维以来冶金炉耐火纤维材料的应用取得了迅速的发展,纤维炉衬以其容重轻、热容量小、导热系数低、施工后不需烘炉即可直接投人使用。实践证明,由于纤维2次制品毡毯的施工工艺造成纤维衬层寿命短,维修频繁,存在下述缺陷:①制品安装手工劳动强度大,人员投人多,施工速度慢,质量难以保证,施工环境恶劣。②纤维制品单元间有接缝,遇温变时热收缩率大,整体效果差,从而导致密封隔热性能差,易窜火。③异形面、异形结构处难以锚固,露点腐蚀使锚固件损坏,纤维毡、块脱落。④制品施工过程中,压缩安装密度难以达到设计要求。⑤一旦局部损坏,整体锚固强度大大减弱,并且抢修困难。
纤维喷涂采用优质纤维原棉、高性能纤维系列结合剂为原材料,采用机械化施工形成整体大制品。除了具有纤维毡、毯、折叠块等共性外,其整体无接缝、异形面易施工、速度快、质量好等特点是常规纤维制品安装炉衬所无法替代的。纤维喷涂工艺为冶金工厂热工设备提供了更加完善的耐火、保温、隔热保护的施工技术。
3耐火纤维喷涂材料的特点及其使用性能
3.1耐火纤维喷涂的特点
纤维喷涂技术具有以下特点:
(1)一次性喷涂所获得的衬层整体无接缝,散状棉喷涂过程中,形成三维网络状结构,有效地避免了纤维制品在高温下的定向收缩,弥补了传统的层铺、叠加、贴面等施工方法所形成制品单元间接缝的缺陷。从而消除了窜气、露点腐蚀等对炉壳、锚固钉的危害,提高了密封、保温、隔热性能。
(2)应用纤维喷涂技术可以大大降低复杂异形面(如球面、拐角、炉门及排烟管结合处等部位整体锚固)的施工难度,提高了异形结合处的密封性能。喷涂施工实用而方便,灵活性大,既可减少锚固件品种,又降低了制品包扎、设计安装复杂程度,可确保施工质量,且整体光洁美观。
(3)喷涂纤维衬层较常规纤维制品安装衬密度大、结合力强,比平铺毡、毯的导热系数低,比立铺折叠块的热强度高,衬层坚固、均匀而平整。具有较强的抗风蚀和侵蚀能力,表层的硬质处理耐气流冲刷(25一35ms/)和震动。
(4)喷涂衬层纤维相互交织成一个三维空间整体,与结合剂形成粘结链网络结构,严密性好。锚固件埋于喷涂层内不直接传递热量,炉壳表面散热及衬层材料的蓄热损失较常规安装形成的制品衬层小,提高了加热炉的热效率。
(5)喷涂衬层经济合理,设计灵活性大,有利于实现复合衬层传热机理的温度梯度分布。复合炉衬的应用进一步降低了衬层材料的造价,使衬层厚度设计更趋于经济性、合理性。喷涂技术更易实现复合材料和混合材料衬层的整体成形。
(6)纤维喷涂属机械化湿法施工,劳动强度低、粉尘污染小,改善了施工环境,确保了施工质量。平均可喷涂30一500k留h纤维棉,比常规施工提高4.5倍,尤其抢修工程更具有优势。纤维喷涂料属柔性质料,在热状态下不存在刚性材料的自应力,喷涂施工后即可投人使用,减少了近45/的烘炉时间。
32纤维喷涂模块的理化性能(测试参数)见表1
4纤维喷涂原材料的质量性能及应用环境
4.1纤维原棉的选择
岩棉在保温、隔热上具有良好的性能。其容重轻、导热系数低、吸音性好、价格便宜,制品的工作温度在一268一70℃之间。采用岩棉材料喷涂形成内衬、外包层,可取代其制品层铺安装。不同容重岩棉的导热系数曲线见图l
喷涂形成的岩棉制品导热系数小,绝热效果好,使用寿命长。可用于连续工作温度在60℃以下的炉窑复合衬层绝热保温。
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硅酸铝系耐火纤维在容重为20gk/m’左右时导热系数较小。而喷涂纤维容重正处于此范围,因此成功地替代了制品毡、毯的压缩安装。
氧化铝纤维是多晶结构,其IAZO3含量大于78%,在提高其生产液相温度的同时,耐热性也随之大幅度上升,因此其应用环境温度可高达1400℃左右。由于氧化铝纤维中的1A2O3与高铝纤维中多余的5102在高温作用下再次形成莫来石,可提高其耐高温使用效果,同时可大大降低成本。多晶氧化铝纤维与高铝纤维按一定的配比混合而成混合纤维可在1250一140℃温度范围内使用。混合纤维材料喷涂经济、实用,普铝、高铝纤维,混合纤维及氧化铝纤维的加热线收缩率变化曲线见图2。
严格控制喷涂原材料的质量是保证成品优质的前提。纤维原棉的化学组成纯度为实现其较好的耐温性能、较小的线收缩率、低导热率及一定的抗拉强度和弹性提供了保障。同时化学组成也是决定其使用寿命的一个因素。喷涂用纤维原材料一般要求纤维丝直径2一4林m,丝长80一100mm,渣球含量<8%。
.42高温结合剂
高温结合剂的质量性能也直接影响着喷涂产品的寿命。用于纤维散状料的结合剂种类繁多,常用的硅酸铝系列结合剂属热硬性结合剂,用于岩矿棉喷涂的结合剂属气硬性结合剂。在允许的工作温度范围内结合剂的成分,配比应有助于成粘结链和网络结构。既需快速促凝,固化后不收缩,又要有均匀、分散、流动性,兼顾初始强度和热态烧结性能。表面固化剂将与纤维涂层一体形成硬质层和耐磨层,以抗冲击和震动。
5纤维喷涂施工
采用引进喷涂设备,现场喷涂。施工前首先模拟试喷,以检验现场条件下设定的设备参数的作业性能及最佳胶、棉配比,形成设计密度和较小的回弹率。喷涂过程中喷枪与被喷涂面垂直,距离为lm左右,原则上自上而下进行,圆枪与扁枪并施,以保证喷涂表面均匀无死角。其工艺见图3
6耐火纤维喷涂技术在冶金炉窑上应用实例
纤维喷涂技术的应用对加热炉节约燃料,缩短施工周期或抢修时间,降低工程总造价,降低噪声等均有显著效果。更有利于实现冶金行业耐火、焦化、炼铁、炼钢、轧钢及机修等各生产环节热工设备的理想性能指标。
鞍钢厚板厂连续推钢式加热炉始建于!9!年,预热段炉顶及排烟系统原设计为轻型纤维结构。采用纤维毡折叠块弓形件串钉固定方法安装,炉温1350~1400℃,炉尾烟气温度950一1050℃。生产运行一年左右,预热段炉顶纤维块便大面积脱落,相继上排烟竖烟道内纤维块也严重脱落,造成钢板烧坏,顶梁烧弯。此后经几次修补,均未奏效。经最终论证,预热段炉顶捣打浇注料,竖烟道采用纤维喷涂,启用新钢板,喷涂厚度20mm。经实践检验,纤维喷涂衬层使用效果很好,炉壳温度测试最高72℃。而预热段的浇注料炉顶至今已塌了两次,严重影响生产。
1995年厚板厂步进板坯加热炉筹建。由于推钢炉喷涂纤维衬性能特点优越,步进炉所有纤维隔热、保温部位均采用喷涂施工,包括预热段炉顶也由原吊挂砖整体浇注改为机械喷涂纤维240mm。其他如炉门、进料端、排烟系统管道及换热器室边板等共计喷涂面积达1060余mZ。由于工期紧,喷涂纤维施工与炉体安装交叉作业,直径为2.8m的排烟管在结构制作厂家喷涂,干燥后,途经25km由汽车运至施工现场,经钢丝绳吊装,打锤法兰连结安装,衬层完好无损。标高9.5m平台上的换热器室边板及顶盖板分3.6mx8.2m,3.6mx7·3m等1块钢板于地面喷涂20mm厚,自然干燥后经3跨吊车,3次吊运,吊至.95m平台上进行组装焊接,无任何损坏。由于喷涂纤维施工中采取分体、分部作业,不仅降低了高空作业的施工难度,而且缩短了工期,节约了材料。该炉自投产以来,喷涂纤维衬使用效果颇佳,与同能力推钢式炉相比节能15%,钢坯加热速度快,质量好。表2为推钢、步进两座炉的不同衬层材料的预热段炉顶几个参数的测试结果比较。
由表2可见,以纤维喷涂代替浇注料衬,大大减少了炉体散热量,并且可避免浇注料顶因膨胀不均而造成的塌顶。纤维喷涂既增加了炉体严密性又减少了噪音污染。
鞍钢北部机械厂台车热处理炉,大修改造采用高铝纤维喷涂,最高炉温1150℃,喷涂层厚200mm。测试结果对比见表3。
纤维喷涂技术以其技术上的先进性和投资的经济性获得了冶金行业用户的普遍认可。鞍钢北部焊接材料厂焊剂加热炉,半连轧厂罩式炉,型材厂的坯料加热炉,烧结总厂球团焙烧窑以及西部机械厂、弓矿回转窑、大重集团热处理厂等炉窑设备均已采用耐火纤维喷涂炉衬,并获得了良好的综合经济效益。
7经济效果分析
(1)节能定量分析。以鞍钢厚板厂两座炉测试结果为例,仅从散热损失减少而论,1mZ炉顶节约标准煤6632kg/年。
(2)统计资料表明,如果我国十几万座高温炉窑普遍采用纤维喷涂技术,可节约340-5000万t标准煤/年.
(3)以纤维喷涂炉衬代替耐火砖及浇注料衬,炉墙厚度可减薄12/,炉子重量减轻13/,基础费用降低20%,并可节省结构用钢材童,节约人力、物力,总造价平均可降低10%。
