陶瓷纤维炉衬的应用及质量控制

陶瓷纤维炉衬的应用及质量控制

目前，工业设备的陶瓷纤维管阀已被广泛使用。陶瓷纤维以其密度低、导热系数小、热稳定性好、抗热振性强等优良特性,已广泛应用于冶金、石油、化工、机械、电子、建筑、轻工等行业,是耐火、保温、隔热、隔音、防火的优选材料。国内耐火纤维的应用是将其二次制品如毡、毯、板、组合纤维块等,在现场采用层铺法、叠砌法、贴面法等施工方法形成炉衬。用陶瓷纤维制品施工的炉衬,不论是层铺式、叠砌式还是纤维模块结构,都同过去的耐火砖、浇注料,或耐火可塑料的结构不同,除了优点很明显外,也存在很多缺陷:(1)陶瓷纤维炉衬与其他耐火材料不同,表面部位的毯子在高温作用下受到气流冲击,容易发生剥离、飞散而导致炉内环境污染及自身的蚀损;(2)由于其机械强度极小,如果受到工件的碰撞,纤维炉衬很容易受到刮伤等损伤,也容易受到金属、碱蒸汽等等的化学侵蚀;(3)纤维制品之间有接缝,在较高温度下由于纤维的热收缩性,很容易造成贯通缝隙,接缝开裂有可能导致热量大量损失而使炉衬收缩及锚固件损坏,导致炉壳严重过热。因此对陶瓷纤维衬砌的炉子有必要进行表面防护,使陶瓷纤维作为炉衬可以获得长期稳定的特性。陶瓷纤维炉衬表面防护技术总结起来,主要有不锈钢衬板防护、表面喷涂固化剂、陶瓷纤维板防护、贴面防护、硅铝布防护、多晶纤维毯防护等技术。1退火炉式纤维制品结构不锈钢衬板防护技术大量应用于宝钢2030冷轧、1420冷轧、1550冷轧、1800冷轧、五冷轧连续退火炉及热镀锌炉等工程,在武钢、马钢、首钢、广钢JFE等大中型冷轧厂中也得到广泛应用。不锈钢衬板防护技术主要适用于炉内环境洁净度要求高、炉衬采用层铺式纤维制品结构(用耐热不锈钢锚固螺栓固定)的退火炉。不锈钢防护衬板根据炉温的不同,可选用材质为SUS304S、SUS309S或SUS310S,厚度1～2mm。不锈钢衬板一般提前在工厂内按零件设计图加工制作,在现场按照一定的顺序进行安装组对,应注意的是炉内衬表面部分的焊接(含固定螺母的焊接)必须采用氩弧焊焊接,以防止电焊产生的焊渣污染炉内环境。不锈钢衬板对陶瓷纤维炉衬防护效果较好,保证了其不受损伤和纤维剥离物的飞散,炉内环境保持洁净;虽然一次性投入较大,但炉衬使用过程中基本免于维护。不锈钢衬板防护的不足之处是其在高温状态下焊点易开裂、变形,若炉室采用电阻带加热时容易产生电阻带接地现象而致使整条机组停机处理,付出较高的经济代价;而且不锈钢长期高温状态下使用易析出Cr或Cr的氧化物,粘附于炉辊从而造成带钢表面产生瑕疵,影响带钢表面质量。2减少陶瓷纤维高温加热时热收缩,提高炉衬的耐侵蚀性能及炉衬防护应用于1800冷轧2#热镀锌炉、某钢管有限公司淬火炉及回火炉、钛镍冷轧光亮退火炉、罩式炉等工程。根据炉子的使用条件选择适当的材质,将陶瓷纤维表面喷涂固化剂的目的在于:(1)减少陶瓷纤维高温加热时的热收缩。表面涂层不仅仅增加陶瓷纤维表面强度,也可防止在800～1000℃附近发生第一次收缩时伴随有体积变化而使模块变形扭曲;(2)表面固化剂对于向着陶瓷纤维燃烧的煤气或炉气中的煤气有耐浸透性能,因此炉衬的耐侵蚀性能和耐氧化铁皮性能提高了;(3)提高了陶瓷纤维的耐气流冲刷、耐磨损性能;(4)保持炉内洁净,减少了纤维剥离物的飞散。纤维炉衬除了表面喷涂固化剂保护外,锚固钉端头一般采用湿毡防护。湿毡衬砌后进行干燥或烧成时,由于其表面发生硬化,形成轻型的弹性层,耐气流冲刷性、耐摩擦性可得到明显提高。3不锈钢锚固螺栓固定该技术已应用于某冷轧板厂水平热镀锌炉、1800冷轧2#热镀锌炉等。炉子内衬结构为层铺式耐火纤维毯结构,用耐热不锈钢锚固螺栓固定,纤维炉衬内表面使用陶瓷纤维板。由于在炉子内表面使用密度较高通气性低的板状制品,因此衬里的绝热性有所损失,但炉墙内的对流现象明显降低。再抗机械冲击、耐气流冲刷、耐飞散物侵蚀的能力是远胜于其他方法的。近年来,陶瓷纤维板多用于高温炉(1600℃及以上),但是由于长期高温,其锚固件使用安全性较差,容易出现问题。4炉衬内表面陶瓷纤维安装技术贴面施工法在不需要换衬的情况下获得较好的节能,因此贴面防护法适用于炉顶采用叠砌式纤维结构,如某不锈钢公司热带酸洗线水平退火炉、某冷轧厂宽幅热线退火炉等均应用了该项技术。贴面防护是在已砌内衬材料的炉子内表面安装一层陶瓷纤维,由于内部的绝热作用而使炉体散热减少,特别是在炉温经常变化的间歇式加热炉上其效果尤为显著。在炉衬内表面安装陶瓷纤维的方法,一般采用纤维模块,由于其良好的施工性能,得以广泛应用。固定方式为安装或焊接双头螺栓,支撑固定在纤维模块上,或采用高温黏结剂黏贴,或者上述两种方法并用。贴面模块同陶瓷纤维模块一样,先将纤维毯(或毡)切成长方形,折叠成叠层板,或者反复折叠组合起来;外形尺寸一般是200mm×200mm;厚度为25mm、50mm或75mm,多采用厚度50mm。贴面防护技术同样可以应用在耐火砖、浇注料、可塑料等炉衬表面。采用贴面防护技术的缺点是贴面施工容易剥落,主要原因是:贴面衬砌的模块与已有炉墙衬底的黏结性差,再加上炉温变化剧烈和附着物的影响,容易发生剥落。采取的对策是:(1)在原炉衬贴面施工时,原耐火材料表面附着氧化铁而发生玻璃化的时候较多,在施工时必须铲除干净。还要将炉衬凹凸部分铲除掉或用泥浆找平。(2)贴面模块不仅要用高温黏结剂黏贴,而且和陶瓷螺栓并用。5加热时产生变形该防护技术在某钢铁公司1800冷轧连续退火炉、2030冷轧连续退火炉中得以应用,适用于炉衬采用纤维模块或纤维折叠块结构。采用硅铝布防护的最大优点是解决了连续退火炉采用电阻带加热时,不锈钢防护板长期高温使用产生变形导致电阻带经常接地的问题,可以确保炉子的安全使用和正常生产。硅铝布、铝线及铝绳的供应商均为国外引进,铝布材质为AL12,厚度一般为0.6mm,铝线材质为ALS12-(0.6),铝绳材质为ALS12-(2.3)。硅铝布通过铝线和铝绳采用搭接方式缝制在纤维模块表面,缝制时应留有膨胀余量。缝制完成后要做好成品保护,防止电阻带安装及炉内脚手架平台拆除过程中损伤硅铝布。采用硅铝布防护技术的不足之处是,硅铝布长期在高温作用下容易粉化、剥离,在炉内漂浮或附着在炉辊上,影响带钢表面质量。6炉衬支护结构改造多晶氧化铝纤维毯防护技术于2010年在某钢铁公司连续退火炉均热室改造首次应用,又接连应用于该公司1500冷轧连续退火炉加热均热室改造工程,适用于炉衬采用纤维模块或纤维折叠块结构。多晶纤维毯容重150kg/m3,厚度一般为10mm,采用U型锚固件固定,如图1所示。纤维模块炉衬安装完成后开始铺砌多晶纤维毯,边铺砌边用“U”型锚固件将多晶纤维毯固定在纤维模块上。铺砌顺序:采用从上往下逐层铺砌、上下层间搭接方式,即下层压住上层。多晶氧化铝纤维毯为日本最新开发的高端纤维制品,由于投入成本较高,目前属于推广阶段。7炉衬材料的选择通过以上对几种陶瓷纤维炉衬表面防护技术的分析,可以得出这样的结论:当陶