17年專注硅酸鋁（陶瓷）耐火纖維的研發(fā)、制造、
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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)計的基本規(guī)定及多年的實踐經(jīng)驗對纖維襯里的應(yīng)用作以下界定，以供參考。
硅酸鋁爐襯的設(shè)計原則
(1)除強制煙氣流動的煙管、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，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50×10-⁶，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算露點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100X10-⁶時，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，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。
硅酸鋁爐襯的組成材料
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℃)。
硅酸鋁纖維爐襯的結(jié)構(gòu)形式
1、定型陶纖爐襯
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)。
（一）層鋪式耐火纖維爐襯結(jié)構(gòu)
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)纖維毯層鋪結(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)纖維氈、板層鋪結(jié)構(gòu)
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)層鋪結(jié)構(gòu)的性能特點
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：
優(yōu)點：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用，增強爐襯結(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：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，對錨固件材質(zhì)的要求較同，同時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：
優(yōu)點：避免了錨固釘熱面裸露，減少了能量損失，增強了保溫效果。
缺點：很難克服層鋪結(jié)構(gòu)抗風(fēng)蝕能力極低的缺陷。同時錨固釘預(yù)埋若采用陶瓷杯結(jié)構(gòu)，陶瓷杯易碎，且價格高，增加了施工難度，提高了工程的造價。
錨固釘預(yù)埋采用沉孔結(jié)構(gòu)，溫度變化時，沉孔內(nèi)纖維棉易收縮產(chǎn)生縫隙，進(jìn)而會損壞錨固件，所以此類爐襯只適用于低溫爐墻保溫。
（二）平鋪疊砌復(fù)合結(jié)構(gòu)
(1)爐襯結(jié)構(gòu)
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+模塊十平鋪的平鋪疊砌復(fù)合爐襯結(jié)構(gòu)。同時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、抗沖刷的保護層，以增強爐襯輻射和抗?fàn)t氣沖刷的能力。
(2)保溫厚度的確定
耐火纖維爐襯厚度的設(shè)計應(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，Qf~=Q散的公式進(jìn)行計算。
各層的厚度可根據(jù)計算確定，原則上確定條塊厚度為50mill，模塊的厚度為大于150mill的整數(shù)，平鋪可計算后取整。
(3)爐襯選材
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)錨固件材質(zhì)的選擇
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，1Crl8Ni9Ti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)爐襯排列形式
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)用實踐證明，模塊采用拼花地板排列方式存在以下缺點：
①各模塊在高溫下長時間作業(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，整個襯里就會出現(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。
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)。現(xiàn)行方案多采用兵列式順排模塊方式，詳見圖3。
2、不定型陶瓷纖維爐襯
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，可進(jìn)行局部涂抹修補，既節(jié)約維修時間，增強保溫效果，又延長了使用壽命。同時，耐火纖維澆注料壁襯還具有較強的適應(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3o一50m)，所以當(dāng)該結(jié)構(gòu)應(yīng)用于較高爐溫的窯爐時，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。
3、復(fù)合爐襯
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。
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)一耐火澆注料或纖維澆注料(熱面);陶纖毯、氈或板(背襯)一耐火澆注料或纖維澆注料(熱面);耐火纖維氈或板(背襯)一耐火絕熱磚(熱面);耐火纖維澆注料(背襯)一耐火澆注料(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)一陶纖模塊(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。
硅酸鋁纖維爐襯的綜合性能
1、抗風(fēng)蝕性能優(yōu)良
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)。
2、熱化學(xué)性能穩(wěn)定
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Ⅲ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、扭曲等機械振動和其它熱震動。
3、熱量損失低
爐襯在平均溫度為600oC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。
4、使用溫度應(yīng)用領(lǐng)域?qū)拸V
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化，采用不同材質(zhì)的纖維制品組成，不僅可以降低筑爐費用，更重要的是完成了爐襯結(jié)構(gòu)合理性和保溫效果合理性的組合，達(dá)到物盡所用，安全經(jīng)濟。
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