耐火纤维炉衬长期磨损原因分析

耐火纤维炉衬长期磨损原因分析

1炉衬破损机理在过去的10年里，抗火纤维设备的基本方法是用60%的湿纤维胶带、板和干处理纤维布拉格的全过程。耐火纤维炉衬的损坏除手工安装质量很难保证外,也与长期使用后微观组织变化有着内在有机的联系。Al2O3-SiO2系耐火纤维在长时间的使用中,尤其是使用温度超过980℃,其损坏原因基于两个方面。一是造成纤维杆自身断裂和粉化;二是产生收缩造成制品间缝隙扩大。究其根本是长时间在高温下受热,纤维发生析晶和晶粒长大现象。2玻璃纤维的损坏机制2.1玻璃态纤维的晶体结构目前采用高温熔融喷吹和甩丝法的纤维均属玻璃态纤维。玻璃是过冷的熔融体。高温液体几秒内骤冷,使物体内原子不能按其规则排列而偏离平衡状态,因此具有较高的内能。在热力学上,玻璃是不稳定态的,原子能自动重新排列,即析晶,向晶体结构转化。玻璃态物质在常温下粘度大,内部原子的扩散和重新排列速度慢,扩散的行程短。因此说,玻璃态纤维在常温下有很大的相对稳定性。随着温度的升高,纤维的粘度降低,原子扩散速度增大。玻璃态物质存在着原子“近程有序”和“远程有序”的排列,近程有序中的原子分布接近于晶格排列形状,远程有序不接近于晶格的排列形状。所以,在一定温度下(980℃以上),玻璃态物质析晶首先从近程有序的质点群开始。无序排列向有序排列的过渡,有序排列形成晶体的过程,都是一个能量释放的过程,从差热分析测定结果可以看出这一点。几种玻璃态纤维在被加热到980℃左右,都有较强的放热峰出现。图1显示了纤维杆断面在加热过程中析晶、晶粒长大、出现缩颈和收缩变形过程。2.2纤维缩颈机理纤维的收缩与损坏,是原因与结果的关系,而纤维的析晶和晶粒长大与收缩也是一对原因和结果的关系。析晶和晶粒长大,是纤维在受热条件下,微观组织释放内能的变化过程。这种变化过程结果导致纤维出现不均匀收缩的缩颈现象。收缩是一项明显的定量指标。析晶过程是质点杂乱排列向规则排列的过渡过程,是一种松散状态向致密型形成过程。质点的重新布置,使纤维原整体性受到破坏,丧失了原来具有的弹性功能,造成应力缩颈处集中,纤维发生断裂粉化。微观上的收缩,在宏观上的累积更加明显,纤维制品单元相接间隙增大,虽然在安装时留有预压缩量,但由于纤维失去弹性,补充回填受到限制。火焰将从单元间隙缝处窜入,造成锚固件氧化烧损,最后纤维块脱落。3维修技术3.1内埋锚固结构的组合安装耐火纤维炉衬的常规安装方式有:将湿法成型的纤维板平铺在炉皮钢板上,穿过直杆带有螺纹的锚固钉,每层纤维板交错压缝布置,有时每层纤维压一个逆止卡环,最后的一层用耐热螺帽把紧或用陶瓷环扣上。这种方式用在低于850℃以下的炉温较合适,如超过900℃,裸露的锚固件氧化烧损后脱落,或者纤维横向收缩后撕开锚固处结构,最后纤维分层脱落。干法成型纤维针刺毯折叠块安装采用内埋锚固件,这种方式优于上一种方式,使用寿命长一些,但到一定周期,纤维组合块单元间收缩缝易形成贯通式直缝,火焰窜入后破坏了内埋锚固结构,如图2所示。耐火纤维炉衬采用折叠块组合安装前,预压缩量约15%～20%,这仅能解决安装后炉衬密封表面效果,单元间接缝能挤紧,但在长时间高温下,纤维收缩后留有的预压缩量并不能弹回充填,因为这时纤维已失去了弹性,脆性增大,经不起碰撞和振动,一旦脱落,其维修相当困难,因周边的纤维制品已失去弹性后不能经受碰撞。即使局部补修完,几个月后其他部位又会发生脱落。因此说,耐火纤维组合块安装的炉衬,再修补时仍采用原方式是不经济的。3.2纤维现场喷覆耐火纤维炉衬机械化施工技术,就是采用耐火纤维喷涂技术,最大厚度可喷到300mm。耐火纤维喷涂是通过专用纤维喷涂机,将散状纤维棉高压送出喷枪,同时,结合剂通过专用胶泵均匀地经喷枪外环喷入纤维棉中,混合后的纤维棉呈絮片状并带有一定的冲量打在被喷涂面上。常规纤维炉衬单元块内,存在着折叠缝和单元间贯通式直缝,通过喷涂纤维后可以全部填平并在表层形成一定厚度的保护层。脱落的组合块留下的空位也可以填平补齐,最后整个工作面形成一层新的、无接缝的光洁内衬层。这种方法施工速度快、质量好、寿命至少能坚持一年左右。对于砌砖和浇注料的炉衬采用这种补修方式更为可观,因为喷涂层不需烘炉,直接可以生产,坚持到中修期。鞍钢半连轧厂垛板式罩式退火炉,炉温约950℃,原罩内衬为纤维组合块,因长时间使用和罩要频繁启落,纤维组合块单元间缝隙增大,顶部纤维组合块有不规则的脱落并露出钢板,经几个小时纤维喷涂后,整个内衬表面完整光洁无接缝,使用一年多没出现脱落。鞍钢厚板厂步进梁式加热炉,其上排烟烟道换热器后烟箱,全部采用纤维针刺毯折叠块安装,生产二年后出现局部脱落和接缝增大,经喷涂后至今已二年多没出现问题。4耐火纤