淺析耐火纖維與窯爐構(gòu)筑施工

【摘??要】對耐火纖維及其制品的特性、分類及幾種施工工藝進(jìn)行介紹，并著重對耐火纖維噴涂施工進(jìn)行說明。對絕熱層砌筑、耐火纖維人工安裝及耐火纖維噴涂施工的氫氧化鋁焙燒爐進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，說明耐火纖維及其噴涂技術(shù)在工業(yè)爐窯的設(shè)計(jì)與施工中應(yīng)合理地選擇使用。

【關(guān)鍵詞】?耐火纖維;錨固件;噴涂;絕熱層

自20世紀(jì)90年代我國開始推廣使用耐火纖維新型節(jié)能材料以來，耐火纖維在冶金、化工、機(jī)械、航空等行業(yè)逐步取代磚體材料被廣泛應(yīng)用，使用耐火纖維及其二次制品，采用填充、層鋪法錨固件固定疊鋪法以及組合塊式等施工方法形成絕熱層和溫溫層。這些施工方法基本采用人工施工，施工長，勞動強(qiáng)度大。近年來引進(jìn)開發(fā)了耐維噴涂技術(shù)，這是耐火纖維施工技術(shù)的第二代，是耐火纖維施工技術(shù)的一次突破。

1.耐火纖維及制品

1.1耐火纖維

耐火纖維又稱陶瓷纖維，是一種人造無機(jī)非金屬材料，是由AL2O3、Si02為主要成分組成的玻璃或結(jié)晶相二元化合物。作為輕質(zhì)耐火隔熱材料用于工業(yè)爐窯可節(jié)能15%～30%。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1200℃，特種耐火纖維如氧化鋁纖維、莫來石等使用溫度高達(dá)1?600～2000℃，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)的導(dǎo)熱率很低，普通硅酸鋁耐火纖維在1?000℃時(shí)的導(dǎo)熱率為輕質(zhì)粘土磚的l/3，且熱容量小，隔熱效率高。設(shè)計(jì)爐襯厚度可比使用輕質(zhì)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)對熔融鋁、銅、鉛等及其合金不潤濕。

（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。對于30～300?Hz的聲波，其隔聲性能優(yōu)于常用的隔聲材料。

1.2耐火纖維制品

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、彎曲而不斷裂，如耐火纖維氈、毯、繩、帶等。

1.2.1耐火纖維氈

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。

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，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耐火纖維毯

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毯表面上下勾刺而成。具有強(qiáng)度高、抗風(fēng)蝕性強(qiáng)、收縮小等優(yōu)點(diǎn)。

1.2.3預(yù)制塊

將殼內(nèi)為負(fù)壓的模具放入含結(jié)合劑和纖維的水液中，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耐火纖維紡織品

將耐火纖維采用編、織、紡等工藝制成的制品，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.耐火纖維施工技術(shù)

各種爐窯中的保溫材料基本上是使用耐火纖維棉，采用填充法施工，將纖維棉在規(guī)定的部位填充至需要的厚度，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層鋪法

層鋪法是耐火纖維門內(nèi)襯施工最早的使用方法。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)率相對減小約20%，有利于絕熱保溫。一般選用鎳鉻鈦合金、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250?mm，用于爐墻時(shí)不大于300?mm。

2.2疊鋪法

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。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層疊組合結(jié)構(gòu)

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耐火纖維噴涂

近年來，耐火纖維噴涂技術(shù)在我國得到很大程度的推廣。它在耐火材料的形狀和施工工藝上有了新的突破，耐火纖維爐襯第二代施工技術(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。

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1所示。與常規(guī)的耐火纖維制品層類似，但噴涂是機(jī)械化施工，將整個內(nèi)襯形成均勻無縫隙、高強(qiáng)度的整體制品結(jié)構(gòu)。

圖1耐火纖維噴涂示意圖

1.爐體鋼板2.耐熱螺栓3.耐火纖維4.耐熱鋼網(wǎng)

耐火纖維噴涂工藝流程如圖2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，否則會降低纖維的彈性。

針刺處理是用針刺機(jī)對纖維層進(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，是手工安裝爐襯的1～2倍。

3.耐火纖維施工工藝經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

我廠目前有6臺氫氧化鋁焙燒爐，分別是在不同的時(shí)期建設(shè)，各臺焙燒爐主爐內(nèi)襯所采用不同材料的絕熱層，其中包括保溫磚砌筑，耐火纖維制品安裝，以及耐火纖維噴涂施工。雖然這些爐型的設(shè)計(jì)時(shí)間、內(nèi)襯結(jié)構(gòu)不一樣，但其工況是基本一致的，所以有非常強(qiáng)的可比性。

3.1爐體結(jié)構(gòu)

3.1.1耐火磚砌筑

2#焙燒爐1994年建成，主爐絕熱層用硅藻土磚保溫，絕熱層厚度為230mm。爐體結(jié)構(gòu)龐大，施工難度大，周期長。

3.1.2耐火纖維制品安裝

4#焙燒爐2002年建成，主爐絕熱層采用層鋪和疊鋪結(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，1Crl8Ni9Ti材質(zhì)的螺栓錨固，并用高溫粘結(jié)劑膠合。絕熱層設(shè)計(jì)厚度為200mm。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耐火纖維噴涂爐

6#焙燒爐2005年建成，，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，絕熱層設(shè)計(jì)厚度為150 mm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)技術(shù)指標(biāo)比較

3種施工工藝的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)見表2。

4.結(jié)語

（1）耐火纖維是一種優(yōu)良的耐火保溫材料，具有優(yōu)良的特性，是耐火、保溫、絕熱的首選材料。

（2）耐火纖維噴涂技術(shù)是纖維爐襯第二代施工技術(shù)，在工業(yè)爐窯的內(nèi)襯耐火絕熱、保溫中具有廣泛的使用前景。

（3）耐火纖維噴涂雖具有優(yōu)異的特性，但其一次性投資較高，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)因地制宜地選用。

參考文獻(xiàn)：

[1]葛霖.筑爐手冊.冶金工業(yè)出版社，2000.

[2]錢之榮、范廣舉.耐火材料實(shí)用手冊.冶金工業(yè)出版社，2003

作者簡介：白利軍，男1979年3月，山西興縣，漢族，太原鐵路機(jī)械學(xué)校，本科學(xué)歷，窯爐襯體熱工。