耐火纤维炉衬

堆砌炉衬又称叠砌炉衬,是将耐火纤维毯切成长方形,与炉壳面成直角叠砌,并用耐热钢钎穿入毯中,固定在炉壳仁。纤维毯被断的端部对齐成平面组成炉衬热面,由毯一r的宽面构成炉衬厚度。为避兔在过程中因纤维毯l均热收缩而形成从热面至冷面的热流通道,可采用预压缩安装,压缩率一般为25%,以提高纤维炉衬的整体强度并抵消应用过程中的收缩。

堆砌炉衬主要优点

（1）金属锚固装置位立冷血,而不是暴露于火焰中。!呵时受热过程中纤维的劣化仪发生在热面端部,而不是沿整块纤维毯面积方向同时劣化。因此,堆砌炉衬一般比同种纤维材料的层铺炉衬使用温度提高50~100℃。

(2)堆砌炉衬的抗剥落性和抗风蚀性层铺炉衬。

堆砌炉衬的主要缺点是不能按炉衬的温度分布选用不同的纤维材料,因此筑炉成本高。

模块炉衬也称为组件炉衬,它实际上是预制的模块(组合件)构成。主要优点是安装迅速、维修方便。标准模块通常为300汉300mm,厚度依热计算要求而定,一般以100~300nm之间为多。近年发展起来的预制组件(模块)种类繁多,其荃本的结构形式有叠砌式、U型折叠式、层叠式、鱼鳞式、手风琴折叠式和真空成型外壳式。

叠砌式组件实际是堆砌炉衬的小型摸块化。`已由纤维毯或毡的方块做成,采用耐火胶泥粘结与金属夹具紧固相结合的方法将其固定在多孔金属网支撑板_L。安装时采用卡、焊接和螺丝联接等方法固定在炉壳}:。对于高溢炉窑,为了经济地满足炉窑节能要求,可将组件做成复合型。

U型折叠组件由纤维毯折叠制成,采用胶结与机械方式固定在金属网板上,其制做方法较简单 。

层叠组件中纤维毯垂直于热流方向,具有层铺炉衬的优点。手风琴组件也称z形组示。它和鱼鳞式组件一样,都是为了补偿热收缩而设计。

真空成型组件为真空成型外壳内填塞散状纤维而成。外壳上设有专门的滑槽、销扣等装置,以利安装。

耐火纤维层铺炉衬是将耐灭许维毯、毡、板沿炉壁层层铺设,并用螺栓锚固,从而得到由多层面状纤维材料组成的绝热系统。为了降低筑炉材料成本,一般从炉壳向炉衬热面依次选用矿棉、低温耐火纤维、一普通耐火纤维和高温耐火纤维。这样,在同样的绝热效果下,可以使炉衬成本最低。锚固件一般为耐热钢制造的双头螺栓,对于高温炉窑,则可选用陶瓷锚固装置 。

层铺炉衬的主要优点是:

(1)施工容易。对于大面积炉墙,采用层铺结构不仅施工快,而且接缝少,造成热短路的的机会少。

(2)能组成最经济的绝热体系。

(3)修补较容易。

(4)层铺沪衬中,耐火纤维在热流方

l句止的热导率比堆砌结构小20%左右,其绝热效果优于堆砌炉衬。

层铺炉衬的主要缺点是抗风蚀性差,易层层剥落,而且锚固件暴露于火焰中,易被烧蚀。因此,在锚固件暴露于火焰的地方要拈贴或涂抹一层耐火纤维,以防烧损并减少散热。

在层铺炉衬中,纤维毯的连接分平接、搭接和铺瓦连接三种方)。平接法施简单,不产生凸面。作为中间夹层或冷面的纤维毯一般均采用此法。平接法的主要缺点是纤维毯热收缩后易产生开缝。故热面连接宜采用搭接或铺瓦连接。其中高温炉以铺瓦连接更适宜。

耐火纤维是一种玻璃态或微晶态结构的材料，它们在高温环境中使用时纤维结构内部将会发生质点重排产生析晶以及晶体长大的现象，当结晶体尺寸长到接近纤维直径时，纤维结构将被破坏，纤维粉化纤维制品将出现严重的收缩。耐火纤维内部的析晶与晶体长大的过程除了与其本身的结构成分以及使用温度有关外，还与所在的环境气氛有关"很多燃烧气氛就会加速这一进程的发生 。

在现阶段,耐火纤维作用工业炉窑内衬的主要目的是节能。耐火纤维炉衬结构设计的研究与耐火纤维节能材料的开发具有同等意义。正确的设计能给用户带来下列利益:

(1)节省炉衬材料;

(2)施工方便迅速;

(3)组成节能效果最佳的炉衬系统;

(4)延长耐火纤维炉衬的使用寿命;

(5)能使廉价的纤维材料J用在更高操作温度的工业炉窑上。

材料问题解决之后,炉衬设计就是决定耐火纤维在工业炉窑上应用成败的关键因素。欧美、苏联和日本等工业发达国家中,工业炉窑能保持较高的热效率,其中一个重要的经验就是他们重视耐火纤维的推广应用工作,而炉衬的设计研究在耐火纤维的应用中一直起着重要的作用。近年来,我国在耐火纤维材料的研制方面成绩显著,但是,合格的材料必须通过正确的设计才能发挥效益。当前,我们应当特别注意耐火纤维炉衬的设计研究工作,尤其注意1300℃以上高温炉窑耐火纤维炉衬的设计研究。希望本文能起到抛砖引玉的作用,使更多的节能工作者关注这一问题。

耐火纤维节能炉衬至少可设计成七种结构形式。即:层铺炉衬,堆砌炉衬,模块炉衬,贴而炉衬,绝热板炉衬,喷涂炉衬和涂抹炉衬。

这种炉衬实际:属于由耐火纤维板组成的层铺炉衬。耐火纤维板是含无机粘结剂的刚性制品,其耐气流冲刷性能、耐氧化铁屑等飞散物的侵蚀性能、以及耐机械损伤性能都很优越,故绝热板炉衬常设计于工作条件恶劣的场合。

与纤维毯层铺炉衬一样,绝热板炉衬也可以做成复合型的。一般从炉衬热面至冷面按高、中、低三档纤维板依次排列,用双头螺栓锚固,构成绝热板复合炉衬。

对于操作温度达1300℃以上的高温炉窑,热面应选用多晶质纤维板,锚固件也应采用高温陶瓷制品。

耐火纤维在高温下要发生析晶和收缩,所以使用中抑制或减慢纤维析晶与收缩的措施是提高耐火纤维使用寿命的途径 。

耐火纤维炉衬耐火纤维予压缩

上钢五厂用硅酸铝耐火纤维机压块作为电热罩式炉炉衬,工作温度为700~860℃,使用一段时间后,平均收缩率达.21%,整个内衬松动,炉壁温度升高,只得停炉整修。齐钢煤气罩式炉,采用厚150一170毫米叠砌式耐火纤维炉衬,表面并涂厚2~3毫米涂料,使用4个月后,由于炉衬安装时未保持予压状态,即开始松脱,炉衬缝隙达3一4毫米,出现多处漏气及涂层开裂、鼓泡现象。我厂12米,退火炉使用硅酸铝耐火纤维机压块作炉衬,施工前在高度上对纤维机压块采用予压缩方法(即铺设炉衬前,事先对纤维机压块进行压缩),炉衬宽度上采用错口接缝法。根据炉衬安装要求,先把10一12块机压块串成一组,上下各垫一块同尺寸纤维板(以防机压块予压时受损)进行予压缩,压缩量为10%。然后,连同纤维板,在机压块两侧用纱带扎紧。整个炉衬就是由许多予压缩后的机压块组装配而成。安装完毕,抽出纤维板和纱带,纤维机压块发生回弹,相互间挤紧,补偿了纤维加热时产生的收缩。实践证明,采用予压缩补偿耐火纤维在高温下的收缩,成效显著。

耐火纤维炉衬耐火纤维炉衬施工方法

铺设纤维炉衬,依后墙、炉顶、侧墙顺序进行。炉顶先里后外,侧墙从上到下,这样后墙与炉顶、炉顶与侧墙接缝处安装方便,所有制品尺寸误差均可在炉衬层找平,炉衬气密性容易得到保证。有关资料介绍,施工时,在纤维毡之间涂上高温粘结剂,砌完后,在纤维内衬涂刷一层表面硬化剂,可以减少纤维制品收缩,增加耐火纤维表面的高温强度,提高炉衬使用寿命。

耐火纤维在各种工业炉窑上的广泛应用,取得了明显的经济效益。耐火纤维炉衬强化了工业炉绝热,减轻了炉体重量,为工业炉窑的轻型化、节能化作出了贡献。但耐火纤维炉衬的机械强度不及硬质耐火材料,抗化学腐蚀性也较弱,加之耐火纤维的热收缩性,使耐火纤维炉衬比硬质材料炉衬更容易损坏。对于耐火纤维炉衬的保护,除了上述措施外,关健在于精心操作,经常检修,要杜绝超高温生产,避免人为损伤。实践证明,只要设计合理、维护精心、修补及时,耐火纤维炉衬的使用寿命一般皆能超过其经济寿命。在某些场合,由于耐火纤维炉衬所特有的,优良的抗热振性能,使其工作寿命超过硬质耐火材料炉衬寿命。

耐火纤维喷涂炉衬是将长度短于50mm或成球的耐火纤维与高温无机结合剂混合,用特制的喷涂设备喷向炉壁构成无结缝的整体绝热炉衬 。

,在喷涂炉衬中,金属锚件是埋设在喷涂料内的,不暴露于高温气流中。因此,对锚固件的材料和结构要求不严,而且是先设锚件后喷涂,施工简单。对于旧炉墙的修补,也可以不设锚固件。

手风琴式折登组件短纤维或成球纤维可采取预混、内混、外混二种方式与结合剂棍合。预混是先将纤维与结合拍混合好,然后一同输入喷枪,射向炉墙。这种炉衬结合剂含量高,炉衬热导率大,绝热性能不及其他结构的耐火纤维炉突出。

贴面炉衬是在业已砌筑的耐火砖、浇注耐火材料、可塑料等炉衬_仁再镶贴一层耐火纤维炉衬。这种设计用于旧炉墙的改造能起到明显的节能效果。纤维贴面的固定可采用双头螺栓锚固法,也可采用耐火胶泥粘贴法,笔者倾向于二种方法并用。

涂抹炉衬是用泥刀等瓦工工具,将耐火纤维糊状浆料涂抹到炉墙上,从而形成抗机械损伤和耐气流冲刷性极好的绝热炉衬。浆料由高铝质耐火骨料、无机结合剂及散状耐火纤维混合而成。涂抹浆料类似预混的喷涂料,但前者的纤维材料无须进行球化等预处理;另外,涂抹料中加入了大量的耐火骨料提高稠度,降低流动性,从而便于涂抹操作,并提高炉衬的使用温度。但骨料的存在也使炉衬的热导率增大,纤维炉衬的绝热性能变弱 。

耐火纤维可用作高温下与火焰接触，但不与高速气流、熔融金属和熔渣接触的炉衬。主要作为高温隔热保温材料，也可作为密封、吸音、过滤材料，以及高温复合材料的增强材料。其最高使用温度随材质不同而异、玻璃质耐火纤维1000～1300℃，多晶莫来石纤维和多晶氧化铝纤维1250～1500℃，氧化锆纤维1600℃。

耐火纤维是非致密材料，金属熔体和熔渣能渗入纤维而导致炉衬的损坏。因此，耐火纤维一般不用于与熔融物直接接触的部分，耐火纤维制品的强度低于致密耐火材料，在那些经常遭受机械挤压、碰撞、摩擦的部位，应采用特殊的保护措施。耐火纤维制品不耐冲刷，当选用耐火纤维材料作炉衬时，炉内气流速度一般应小于10m/s。炉窑的气氛对耐火纤维的使用寿命有密切关系，在还原气氛和真空下的最高使用温度应低于在氧化气氛下的使用温度，一般在还原气氛下低100～150℃，在真空下低250～300℃。

现代管式加热炉常用的炉衬有三种结构：砖结构、耐火纤维喷涂结构和浇注料结构等。

管式炉砖结构

砖砌炉衬是采用耐火砖，包括标准耐火砖和异型耐火砖砌筑的炉衬。其优点是可以根据加热炉不同部位的工作温度、工作条件、热负荷的不同，相应选择不同种类、不同性质、不同等级的耐火砖和耐火泥浆。其缺点是炉衬的整体性和密封性差，施工效率低。

管式炉耐火纤维喷涂结构

耐火纤维喷涂是通过专用纤维喷涂机，将预处理的散状纤维棉高压送出喷枪，同时通过几套专用流体输送设备均匀地经喷枪外环将无机结合剂喷入纤维棉中，两者在枪外混成一体喷射到炉内壁上。耐火纤维喷涂施工技术的优点是施工速度快，衬里无接缝，气密性好，特别适用于对复杂、 异型炉墙部位的施工。其缺点是：

（1）炉衬强度低，使用过程中容易被机械力破坏；

（2）抗气流冲刷能力较差；

（3）施工环境恶劣、受人为因素的影响质量不稳定，难以保证设备在运行使用中的效果。

管式炉浇注料结构

浇注料结构主要是由耐热混凝土、浇注料等耐火材料修筑的炉衬。其主要优点是炉衬整体性和气密性好，炉衬寿命高，易实现机械化施工作业，施工效率高。其缺点是耐火材料必须在有效期内使用，炉衬修补不如砖砌炉衬灵活。

使用步骤

加水搅拌

浇注料采用分包方式，每袋中除含有主料外，还有一小袋外加剂，将主料和外加剂倒入搅拌机。使用强制式搅拌机前 , 应将浇注料干混1-2 分钟左右，再加洁净的自来水搅拌，每 100kg 浇注料加 77 %±1Kg 自来水 , 边搅拌边加水至物料均匀，方可出料。混好的湿料及时运至施工现场浇注施工。（若湿料存放时间过长，导致施工性能变差，应将该料丢弃不要，严禁将料放回搅拌机内重新加水搅拌继续使用）。

支模浇注

模具支设严密牢固（严禁大量跑浆），并进行刷油或脱模剂（薄且均匀）。支好模具后，下料时沿模具均匀布料，布料厚度 200-400厚时及时开启振动棒。振动棒做到快进慢出，均匀振动，禁止长时间在同一地方振动，以防止颗粒偏析，当料面泛浆，冒出的气泡由多变少时，表明该料已经浇注完成。浇注体厚度大于 400mm 时应分层施工，但要求分层施工连续进行。

脱模及养护

浇注体模板的拆除应在浇注料产生较高的强度以后（常温一般12-24h 小时）。在强度还未达到可承受较大压力前，应避免踩压、碰撞等，否则可能造成裂纹和边角的损伤。若环境温度较低，则应适当延长养护时间 , 或采取保温措施（养护温度最好能保证在 10℃以上）。如工期较短 , 应适当提高环境温度，加快浇注体硬化。模具拆除后，浇注体必须在温湿环境中继续养护 12-24 小时以上，方能进行烘烤。

炉衬烘烤

按照制定的烘炉方案及烘炉曲线进行炉衬的烘烤 。

注意事项

（1）加水量应严格按比例，多加水将严重降低浇注体的强度和高温性能，在保证施工流动性的前提下应尽量少加水。

（2）施工用水温度最低应不低于 5℃，养护温度最低也应在 5℃以上，温度较低时应适当延长养护时间，或设法提高环境温度。严禁未经烘烤的湿浇注体处于 0℃以下环境中。

（3）搅拌好的浇注料应在 25-30 分钟内用完，否则砂浆将失去触变流动性。失去触变流动性的浇注料不得加水稀释再用。

耐火纤维分为非晶质（玻璃态）和多晶质（结晶态）两大类。非晶质耐火纤维，包括硅酸铝质、高纯硅酸铝质、含铬硅酸铝质和高铝质耐火纤维。多晶质耐火纤维，包括莫来石纤维、氧化铝纤维和氧化锆纤维。（表1）也有按耐火纤维最高允许使用温度分类的。（表2）

表1 耐火纤维的分类

表2 耐火纤维在不同气氛下的使用温度

注：表中纤维种类是美国、日本和西欧一些国家的分类。

硅酸铝质耐火纤维用杂质含量较低的粘土熟料（焦宝石）作为原料，经1800～2000℃高温熔融、喷吹或甩丝成纤，纤维中Al₂O₃含量45%左右，长期使用温度不超过1000℃。

高纯硅酸铝耐火纤维采用工业氧化铝和高纯硅石砂或石英砂作原料，亦可加入少量B₂O₃，或ZrO₂等作为添加剂，经配料混合、熔融喷吹或甩丝成纤，制成的纤维含Al₂O₃50%左右，Al₂O₃ SiO₂> 99%，最高使用温度1260℃，长期使用温度约1100℃。

含铬硅酸铝耐火纤维以工业氧化铝、硅石粉和氧化铬为原料，按照硅石粉40%～60%、工业氧化铝40%～55%，氧化铬3%～6%配料，经熔融喷吹或甩丝成纤，最高使用温度1400℃，长期使用温度1150～1200℃。

高铝耐火纤维以工业氧化铝和高纯硅石作为主要原料，配合料经熔融喷吹或甩丝成纤，得到氧化铝含量58%以上的高纯度玻璃态硅酸铝耐火纤维。最高使用温度1400℃，长期使用温度为1200℃。

莫来石质耐火纤维用氯化铝、金属铝粉、硅溶胶、冰乙酸及各种有机添加剂作原料，经制胶、纤维化、热处理等工艺过程，制得Al₂O₃72%～80%的多晶纤维，其主成分为莫来石，使用温度1300～1500℃。

氧化铝耐火纤维用氯化铝、金属铝粉、硅溶胶、冰乙酸和各种有机添加剂作原料，经制胶，纤维化，热处理等工艺过程，制得Al₂O₃95%左右、SiO₂约5%的多晶纤维，其主要矿物成分为θ-Al₂O₃或α-Al₂O₃，使用温度1400～1600℃。

氧化锆耐火纤维用醋酸锆、氧氯化锆及YCl₃、MgCl₂、CaCl₂等作原料，经制胶、纤维化、热处理等工艺过程，制得主成分为ZrO₂（含稳定剂）大于98%的耐火纤维，使用温度1600℃。

美国、日本和西欧的一些国家，通常按耐火纤维的最高允许使用温度进行分类，其方法是把耐火纤维样品加热保温24h，其线收缩接近并小于2.5%时的温度作为分类温度。实际允许最高长期使用温度要比分类温度低，在氧化气氛下允许最高长期使用温度应比分类温度低100～150℃，在还原气氛下应低200～250℃，在真空气氛下应低400～450℃。