纤维喷涂工艺在退火炉中的应用及前景
摘要: 综述了纤维喷涂工艺的原理和特点以及对辅助工艺的要求，并与其它工艺进行经济技术指标的实例对比。重点介绍了纤维喷涂工艺在退火炉中的应用及前景。
关键词： 纤维喷涂工艺；退火炉；应用
中图分类号：TQ175.625 文献标识码：B 文章编号：1002-1639(1999)05-0039-03
Application and Prospect of Fiber Spraying Process in Annealing Furnace
YAN Jun The Plan & Design Inst.of Xining Special Steel Group Co.,Xining 810005,China Abstract: The principle and characteristics of fiber spraying process are described.Its economic and technical index contrasts with other process are also discussed.Its application and prospect for annealing furnace are introducted in brief. 1 前言 2 耐火纤维喷涂工艺 3 耐火纤维喷涂辅助工艺 图1 喷涂工艺流程 3.1 结合剂 4 车间罩式退火炉炉况及原因分析 5 纤维喷涂工艺与其它工艺经济技术指标分析 表1 纤维喷涂工艺与其它工艺技术指标对比
Key Words: fiber spraying process;annealing furnace;application
目前， 国内耐火纤维施工技术中仍采用纤维的二次制品(如纤维加工成的毡、毯和板)，在施工现场用层铺法螺钉紧固，叠加法组合块安装内设锚固件串钉法等形成绝热衬和外保温层。这些方法的主要缺陷是：制品单元间有接缝，整体性不好；制品造成的粉尘大，施工环境恶劣；对球面和异型结构处，施工质量难以保证；一旦有损坏部位，抢修比较困难。本文主要对西钢集团公司冷拔车间罩式退火炉轻质砖人工砌筑，耐火纤维人工安装与纤维喷涂机械化施工三种工艺进行经济技术指标分析，以期说明耐火纤维喷涂工艺在工业炉窑中应用的优越性。
2.1 耐火纤维
耐火纤维以其热容小，导热系数低、容重轻、热稳定性好、抗热震性强等优点已广泛应用于冶金、石化、电力、机械、建筑等行业作为耐火、保温，隔热，绝热，防水隔音等功能的首选材料。
2.2 耐火纤维喷涂
80年代中期耐火纤维喷涂是国际上几个发达国家普遍采用的一种节能、保温、绝热新型施工技术。它在材料形状和施工工艺上实现了突破，实质上是耐火纤维炉衬的第2代技术。这项技术应用于工业各行业的炉窑及高温管道内衬绝热、外壁保温、建筑行业屋面保温等，其施工速度快、质量高、整体性强、密封好、使用寿命长。
耐火纤维喷涂是纤维机械化施工的一种新工艺。它通过专用喷涂机，将经过预处理的散状耐火纤维棉与专用的无机高温结合剂在一定的压力下同时喷出，散棉与结合剂在喷枪外部混成一体喷到炉内壁上，外混的方式使纤维棉能成絮片状打在被喷涂面上，因此在被喷涂面上纤维层呈三维网状结构，类似于纤维制品平铺的安装方法。这样的喷涂方法，可将整个内衬形成一个均匀无缝隙，强度高的整体制品结构［1］。
耐火纤维喷涂工艺的主要优点是：
(1)施工速度快，施工质量能得到保证，可以形成多层复合结构的炉衬。
(2)整体性强、无接缝、密封性好。
(3)使用寿命高于手工安装的炉衬。
(4)抢修和维修方便、简单快捷。
耐火纤维喷涂工艺流程，如图1所示，从图中可以看出辅助工艺和技术的重要性。
结合剂影响着喷涂层的常温强度和高温强度。刚喷完的纤维层，水分大、容重高，如超过一定厚度，自重将引起炉衬脱落。水分脱出后，炉体高温生产时，纤维衬层能否形成一个整体性高、强度大、不易剥落的衬层，这就需要在高温时，结合剂能使纤维杆交织牢固。
结合剂必须同时具备两种性能，即能形成常温和高温强度。除上述特性外，结合剂不能腐蚀钢板、锚固件、胶泵和胶泵中的隔膜等，如隔膜稍有腐蚀，其胶泵的扬程将大大降低。另外，结合剂挥发后，其固体存量不应过大，否则将破坏纤维“多孔”的特点，而且会降低纤维的弹性，应用不久纤维层将出现龟裂现象。
3.2 针刺处理
针刺处理是纤维喷顶时一项最重要的工艺环节。炉顶喷涂层不经过针刺处理，实际上就是一块湿法成型的大制品。它在纵向或在重力方向上抗拉强度几乎没有，在生产使用中很容易剥落。如果通过针刺处理，喷涂层就变成一块大“针刺毯”。它在纵向的抗拉强度可达到0.015～0.03 MPa，所以不存在表面剥落问题，大大提高了炉顶喷涂层使用寿命［1］。
针刺处理是用针刺机将喷涂纤维层进行二次绞成型处理，使占很大比例的二维网络结构纤维层变成三维网络结构，从而提高喷顶衬层纵向的抗拉强度。
冷拔车间17.8 m2罩式炉炉罩采用轻质粘土砖(T-3，T-19)或硅酸铝耐火纤维毯砌筑铺贴而成。
轻质砖砌筑炉罩砖体完全由炉罩底部四周钢板(δ=16)支撑，由于钢结构的热变形造成炉罩拱顶砖体松动，轻质砖断裂或塌落，局部炉衬的受损将会造成整个炉罩砌体的报废，检修量大，抢修困难，年均检修费用高。同时，天车的频繁吊运振动以及操作工的责任心对炉罩的寿命影响极大。
纤维毯铺贴炉罩采用叠加组合块内设蛇形网串钉法安装形成绝热内衬，由于钢结构蛇形网焊点开焊造成纤维块整体脱落而影响炉罩的使用寿命。
上述两种方法的主要缺点在于砌体单元间有接缝，整体性不好，密封性差，施工质量难以保证；同时，施工速度慢，手工劳动强度大，制品造成的粉尘大，施工环境恶劣，对异型结构处施工质量更难以保证，一旦有损坏部位，整台炉子内衬将会完全报废。
采用耐火纤维喷涂工艺机械化施工以后，纤维制品在升温过程中体积变化小，无脱水反应及同素异晶转化，故炉罩整体没有烘炉要求，施工速度快、环境好、施工质量能得到保证，可以任意形成复合层。通过对耐火纤维喷涂机械化施工与耐火砖、纤维制品人工安装工艺相比较，我们发现绝热保温层厚度降低了50～150 mm，散热损失降低40%～50%，节能率达到30%左右，炉罩及被保温本体结构轻型简单。炉衬外观整洁平整，绝热保温层整体性及密封性好，无接缝，强度高，寿命高于普通制品安装的1～2倍。被喷涂的工作面经针刺固化处理后光滑平洁，阻力损失小，可抗高温气体冲刷，抢修维修方便。
以下就西钢集团公司冷拔车间罩式退火炉轻质砖人工砌筑，耐火纤维人工安装与纤维喷涂机械化施工三种工艺进行经济技术指标对比(表1)。
| 炉衬材料及施工工艺 | 8#罩(轻质砖人工砌筑) | 3#罩(纤维制品人工安装) | 5#罩(纤维喷涂机械化施工) | ||||||
| 炉膛温度/℃ | 900 | 900 | 900 | ||||||
| 有效尺寸/mm | 7 308×2 436 | 7 308×2 436 | 7 308×2 436 | ||||||
| 炉衬厚度/mm | 348 | 250 | 200 | ||||||
| 表面温度/℃ | 100～120 | 60～80 | 50～60 | ||||||
| 砌体容重/kg*m-3 | 600～800 | 200～250 | 200～300 | ||||||
| 炉罩重量/t | 25 | 15 | 13 | ||||||
| 施工周期/天 | 30 | 20 | 10 | ||||||
| 升温时间/h | 烘炉需要120～160 | 达到使用温度需2～3 | 达到使用温度需2～3 | ||||||
| 炉罩工程总价
(元) |
1996 | 中修 | 66 256.5 | 1996 | 抢修 | 49 720.9 | 1996 | 抢修 | 91 249.5 |
| 1997 | 中修 | 54 062.7 | 1997 | 中修 | 82 191.4 | 1997 | 中修 | ||
| 1998 | 抢修 | 31 664.1 | 1998 | 抢修 | 5 413.1 | 1998 | 抢修 | ||
| 年均 | 50 661.11 | 年均 | 45 775.2 | 年均 | 30 416.5 | ||||
| 筑炉工责任心对 质量的影响 |
极大 | 大 | 小 | ||||||
| 炉衬寿命 | 1～2年 | 2～3年 | 6年以上 | ||||||
| 能耗(基数为1) | 1 | 0.7 | 0.6 | ||||||
| 综合造价 | 高 | 一般 | 低 | ||||||
| 6 结论 耐火纤维喷涂炉窑内衬，代表了纤维炉窑衬层第2代技术的突起。这项技术将在工业炉窑及高温管道的内衬绝热、外壁保温，建筑行业屋面保温中具有广阔的前景。 作者简介： 严 军(1971- ),男，助理工程师，主要从事工业炉窑热工技术的应用研究. 作者单位：西宁特殊钢集团公司规划设计院，青海 西宁 810005 参考文献： |