台车式加热炉炉衬材料的选择与应用

台车式加热炉炉衬材料的选择与应用

近年来，随着我国装备制造业的快速发展，尤其是大型压机的快速增加，相应的车间加热炉在数量上和加热能力上都显著提高。为了满足大尺寸材料的生产要求，加热炉的有效加热尺寸应大于传统炉。例如国内某重机厂新建165MN压力机配套加热炉群中炉宽最大已达到7.5m,最大长度为18m,其中7.5m宽加热炉为国内已投产台车式加热炉中宽度最大的一台。台车式锻造加热炉用于钢锭锻前加热,其炉温随时间变化而变化,最高炉温可达1350℃。由于工作方式的需要决定了台车式锻造加热炉的工况非常恶劣。工件在炉外完成装载,由驱动机构将台车及工件送入炉内开始按照工艺曲线加热。当工件加热到规定温度并完成保温后即可开始锻压操作,即工件出炉送入压机完成锻压操作,此时炉温由工作温度下降约400~500℃,待工件锻压完成后重新入炉加热,此时一般对升温速度没有要求。如此反复对台车加热炉的炉衬材料的热稳定性要求很高。目前加热炉炉衬材料耐火层多采用耐火砖、浇注料及预制块,隔热层采用轻质黏土砖或硅藻土砖。国内也有采用含锆纤维作为内衬材料的,但使用寿命并不理想。1它通常用于加热设备1.1耐火砖浇筑炉墙的施工方法简单,单耐火砖是很成熟的耐火材料,被广泛地应用于各种热处理和加热炉上。加热炉多采用高铝砖作为耐火层,通常要求Al2O3的质量分数≥65%。高铝砖具有很好的热稳定性,适合用于锻造加热炉这样温度变化频繁的场合。采用耐火砖砌筑炉墙时施工方法简单并且已形成相关砌筑标准。根据不同使用温度、不同炉型、不同部位对砖缝宽度、砌筑误差等指标提出明确的指标。当加热炉炉顶采用砖砌拱顶结构时,炉膛最大宽度一般不超过5m,且应远离压机等有较强震动的设备。采用耐火砖的炉衬厚度一般采用以下尺寸:348mm厚高铝砖+232mm厚轻质黏土砖或硅藻土砖+20mm硅钙板。采用上述厚度炉衬时,炉外壁温升不超过70℃。由于耐火砖已经经过烧结,因此烘炉过程主要是烘烤砌筑过程中所带入的游离水及耐火泥的烧结。采用耐火砖砌筑时烘炉时间较浇注料要短很多,50m2以下的加热炉烘炉时间不超过5d。1.2浇注、减模保质量由于砖砌拱顶结构对炉膛宽度的要求,因此大型加热炉尤其是宽度较大的加热炉较少采用耐火砖砌筑炉顶。高温大跨度的加热炉炉顶使用浇注料施工,采用平顶吊挂式结构。目前浇注料在大型加热炉上应用较多。浇注料是由耐火骨料及结合剂组成的混合料,施工时加水调配后使用。耐火浇注料的施工远比耐火砖复杂的多。首先应制作安装锚固件,在加热炉上采用锚固砖来起支撑和固定的作用,锚固砖通过锚固钩与炉体钢结构连接。金属锚固钩的长度不应超过炉衬厚度的1/3,其间距水平方向不超过600mm,垂直方向间距不超过500mm。在隔热层与浇注料接触面上应做好防水处理,防止浇注料施工过程中的水分破坏隔热材料。然后根据图纸制作模板,模板尺寸要求准确,支撑必须牢固,防止浇注时模板发生位移,模板在施工前应涂刷机油,安装时应考虑拆模的方便。浇注料搅拌过程中应严格控制加水量。采用振动棒振捣时,振捣深度不超过振动棒工作长度的1.25倍,在一处振捣时间不宜过长,以浇注料中气泡析出为准,约2~3s。对于加热炉,采用浇注料时炉衬厚度一般为300mm低水泥高铝浇注料+232mm轻质黏土砖+20mm硅钙板。通常采用浇注料施工的炉衬烘炉时间较长而且升温速度有严格要求,对加热炉来说一般为10~15d。浇注料预制块的尺寸可根据不同炉子更改,并预先烘烤成型。采用浇注料预制块免除了浇注料现场复杂的施工,减少了现场工作量,同时也缩短了烘炉时间。采用浇注料预制块时,炉墙结构与耐火砖炉衬结构完全相同,炉顶也可以按照砖砌拱顶结构设计预制块。可以说浇注料预制块与耐火砖有着大致相同的使用条件。1.3多晶纤维在加热炉上的安装情况目前国内市场上常用的耐火纤维按照其使用温度有以下几种:(1)普通耐火纤维,使用温度<1000℃;(2)高纯耐火纤维,使用温度<1050℃;(3)高铝纤维,使用温度<1100℃;(4)含锆、铬纤维,使用温度<1300℃;(5)多晶莫来石纤维,使用温度>1300℃。(1)~(4)种纤维由于采用熔融喷吹法制作,因此其组织结构为玻璃相组织。玻璃相组织不稳定会产生析晶现象,即在特定温度下会向结晶相转化,因此多晶莫来石纤维的使用温度较其它几种纤维高。普通耐火纤维,高纯、高铝纤维的使用温度是因为其中Al2O3的含量增加,杂质Fe2O3含量减少而提高的。目前国内在加热炉上大多是采用含锆纤维,由于含锆纤维使用温度与加热炉工作温度接近甚至相同,因此其使用寿命并不理想,长期使用后纤维收缩、粉化现象比较严重。含锆纤维在1200℃下线收缩率为2.2%,含铬纤维在1200℃下线收缩率为1.7%,其使用温度比含锆纤维高30~50℃。因此在加热炉上使用情况要好于含锆纤维。耐火纤维按照成型方法不同可分为以下几种:纤维毯,包括普通毯、针刺毯、毡;模块,包括折叠块、切片块、派洛块、真空成型块。由于多晶莫来石纤维制作方法及晶向结构不同,其纤维长度较短且柔软性差,无法制作成大模块,导致多晶纤维无法大规模应用。现在多晶纤维多使用在浇注料或耐火砖炉墙、炉顶内表面贴块,使用多晶纤维贴块可有效降低炉外壁温度同时减少炉墙蓄热损失。目前国内耐火纤维制造厂家使用的模块形式多为折叠块,该结构使用针刺毯进行折叠,成型时使用机械设备对模块进行预压。施工时待全部模块安装完毕后去除包装带模块发生回弹,从而抵消高温时纤维的收缩。由于折叠块制作方法导致表面凹凸不平影响抗冲刷涂料喷涂的效果。切片块就是在此基础之上改进而来,其制作方法与折叠块相同,只是在成型后将纤维毯折叠处切去使模块表面平整。目前国内部分厂家可以生产此种模块。派洛块是一种全新的模块,其采用的成型方法与上述两种模块完全不同,成型后的模块纤维没有方向性,因此绝热效果优于前两种模块。据厂家介绍,采用此种模块作为加热炉炉衬时,其使用寿命可延长一年。此种模块安装方式与前两种模块基本相同,但是目前国内没有厂家能够生产,所以采购、安装及后期维护均需要进口,运行成本非常昂贵。折叠块、切片块及派洛块只是纤维成型方式不同,与模块采用材质无关,纤维的砌筑方式为在迎火面采用模块叠砌并且每隔一段距离增加一层补偿条,靠近炉墙钢板处平铺一层纤维毯,这种砌筑方式现在应用比较广泛。含锆或含铬纤维应用在加热炉时,由于炉温较高都会产生收缩,因此可在模块中增加多晶纤维补偿层,组成复合材质模块,减少纤维收缩带来的影响。上述三种模块都可以增加多晶纤维补偿层。由于重质耐火材料蓄热量大且施工、养护周期较长,因此采用耐火纤维作为炉衬材料可以作为加热炉发展的新方向。采用全纤维炉衬结构时每平米炉衬重量为0.1~0.15t左右,而采用浇注料时每平米炉衬重量为1.5t。通过测算全部采用含铬耐火纤维比使用浇注料炉衬,投资增加20%~30%左右。投资增加尚在可承受范围内。2产品的热情不高目前国内台车式锻造加热炉常用炉衬结构以浇注料居多。虽然台车式锻造加热炉属于间歇式炉但单次使用时间很长而且在单次运行过程中蓄热损失占所有热损失的比例并不高,加之浇注料在加热炉上运用已经很成熟,因此国内各大重型机械厂对使用耐火纤维的热情并不高。笔者介绍几种在加热炉上运用的典型炉衬结构。2.1所有砖块即炉墙、炉顶均采用耐火砖砌筑,该结构多使用于炉膛宽度较小的加热炉,施工简单,工期短。2.2炉衬使用寿命采用这种结构,应注意浇注料的施工工艺,否则对炉衬使用寿命影响很大。炉顶采用预制块拱顶结构可使用在较宽的加热炉上,但是炉顶重量大大增加同时要求炉体钢结构要有较高强度。2.3所有楼层墙和楼层都采用灌注料采用这种材料时炉顶为吊挂式平顶结构,该结构是成熟技术,在冶金企业中连续加热炉上广泛应用,适合在大宽度的台车加热炉上使用。2.4氧化铁皮炉衬炉墙、炉顶全部采用耐火纤维。国内已有采用这种结构的加热炉建成,在使用中出现以下问题:由于纤维强度很低,工件产生的氧化铁皮对炉衬损害很大;由于烧嘴砖附近温度较高与烧嘴砖接触的纤维收缩较大,易形成热短路,对炉体钢结构影响很大;由于炉顶温度较高纤维收缩量较炉墙更大,因此炉顶使用寿命也很短。2.5提高炉墙材质和质量针对全纤维结构炉子产生的问题,可以采取以下方法解决:炉顶采用浇注料吊挂式平顶结构,此技术已广泛应用且可用于各种宽度的炉子上,因此不存在风险;炉墙下部使用高铝砖砌筑,提高砌体强度减少氧化铁皮对炉衬损害,延长炉衬使用寿命,同时施工质量容易保证,且施工周期不