陶瓷纖維產(chǎn)品的性能及應(yīng)用
隨著煉油化工和冶金工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)于廣泛應(yīng)用于這兩個(gè)行業(yè)的耐火材料提出了新的要求，陶瓷纖維以其導(dǎo)熱系數(shù)低、抗拉強(qiáng)度高、重?zé)湛s小、低容重、低蓄熱量、高溫隔熱等特點(diǎn)在各類型工業(yè)窯爐的爐襯上得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
對(duì)于煉油化工行業(yè)來(lái)說(shuō)，加熱爐爐溫比較高，高能達(dá)1350℃。在陶瓷纖維材料未被設(shè)計(jì)和業(yè)主認(rèn)可以前，常規(guī)設(shè)計(jì)的爐墻及爐頂?shù)墓ぷ髅婊旧蠟檩p重耐火澆注料，輕質(zhì)磚和其他的保溫材料，襯里層的厚度較高一般在300mm以上。主
要存在以下缺點(diǎn)：所用耐火材料總量不僅體積大，而且過(guò)于笨重，整座加熱爐共約需耐火材料600T以上，給加熱爐材料采購(gòu)及現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)非常大的難度；爐墻及爐頂錨固磚的吊掛十分不方便，不容易找平；澆注料施工過(guò)程中需要現(xiàn)場(chǎng)支模板留設(shè)膨脹縫，施工周期長(zhǎng)；需要按照材料本身特性曲線進(jìn)行烘爐，鋼結(jié)構(gòu)用量也比較大，以及加熱爐升降溫速度受到限制等。
綜上所述，傳統(tǒng)方式的高溫加熱爐的砌筑存在很多缺陷，必須加以改進(jìn)與完善。實(shí)踐表明，以陶瓷纖維取代傳統(tǒng)重質(zhì)耐火材料，用作高溫加熱爐壁襯材料，其前景非常廣闊。
陶瓷纖維作為一種纖維狀高效節(jié)能材料，按照其使用溫度不同，可分成以下幾類：普通型（950℃）、標(biāo)準(zhǔn)型（1000℃）、高純型（1100℃）、高鋁型（1200℃）、鋯鋁型（1250℃）、含鋯型（1300-1350℃）以及多晶莫來(lái)石型（1350-1400℃左右）等種類。
按照陶瓷纖維產(chǎn)品形態(tài)可分為棉、毯、氈、板、紙、布、帶、繩、模塊、纖維噴涂料以及纖維澆注料等多種形態(tài)。
陶瓷纖維是一種具有多種不同梯度的使用溫度及對(duì)加熱爐氣氛適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)的產(chǎn)品，可以為高溫加熱爐不同部位使用不同檔次陶瓷纖維產(chǎn)品提供了多項(xiàng)選擇，使設(shè)計(jì)建造全纖維爐襯結(jié)構(gòu)的高溫加熱爐成為可能，經(jīng)測(cè)算表明，在加熱爐上使用陶瓷纖維的成本比使用傳統(tǒng)重質(zhì)耐火材料的成本略有減少。這為高溫加熱爐進(jìn)一步推廣使用陶瓷纖維開辟了廣闊的天地。
陶瓷纖維產(chǎn)品的使用施工方法一般主要有以下幾種方式：層鋪式、模塊式、貼面式、纖維噴涂式、纖維澆注料式等種。
層鋪式耐火纖維爐襯
（1）. 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
層鋪式爐襯是將陶瓷纖維毯、氈、板或其它制品按照要求的厚度鋪設(shè)在爐壁鋼板上后用錨固件加以固定的一種全纖維爐襯結(jié)構(gòu)方式。該類爐襯也是應(yīng)用早、傳統(tǒng)的一種壁襯結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)大致概括為：
A. 可根據(jù)各層工作溫度選擇由不同材質(zhì)、體積密度的陶瓷纖維制品組成經(jīng)濟(jì)的絕熱結(jié)構(gòu)。
B. 纖維方向與爐壁傳熱方向平行，壁襯絕熱性能好，可減少壁襯散熱損失。
C. 纖維壁襯采用大尺寸的陶瓷纖維毯（或氈）進(jìn)行施工，不僅施工速度快，并且爐壁接縫少，提高了層鋪壁襯絕熱性能和節(jié)能效果。
（2）. 設(shè)計(jì)使用中應(yīng)注意的問(wèn)題：
A. 層鋪式纖維壁襯錨固件，直接裸露于爐壁熱面，雖然可以選用耐熱合金鋼或陶瓷質(zhì)的錨固件，但仍然限制了這種纖維壁襯的使用溫度。一般僅適用于1000℃以下的溫度。
B. 層鋪毯式纖維壁襯抗風(fēng)蝕性能差，一般爐內(nèi)氣流速度超過(guò)10m/s時(shí)易產(chǎn)生層狀剝離。
C. 完全采用纖維毯進(jìn)行層鋪時(shí)，抗風(fēng)蝕性能較差，采用板/毯復(fù)合壁襯結(jié)構(gòu)后，可提高抗風(fēng)蝕性能。
D. 由于錨固件直接暴露于工作熱面，不銹鋼耐熱合金錨固件使用溫度較低，用于高溫時(shí)，錨固件易損壞，而采用陶瓷錨固件時(shí)，因陶瓷錨固件質(zhì)脆抗熱震性能差，無(wú)法長(zhǎng)期使用，需頻繁更換，同時(shí)，陶瓷錨固件與不銹鋼錨固件相比，價(jià)格相對(duì)較高。
因此，對(duì)于層鋪式纖維爐襯，可以應(yīng)用于1000℃以下的爐壁內(nèi)襯如常減壓、加氫等。但由于層鋪結(jié)構(gòu)特點(diǎn)局限，因此在加熱爐上應(yīng)用相對(duì)少些，但在管道保溫方面可大顯身手。另外，如何找到既耐高溫、強(qiáng)度大、熱穩(wěn)定好、抗熱震性能優(yōu)良的錨固件是拓寬層鋪式纖維爐襯應(yīng)用領(lǐng)域的一條有效途徑。
模塊式纖維爐襯：
模塊式爐襯結(jié)構(gòu)是將陶瓷纖維毯按一定寬度折疊成風(fēng)琴狀纖維模塊，然后將纖維折疊塊加以一定量的壓縮，并必須在壓縮狀態(tài)下捆起來(lái)，同時(shí)預(yù)埋錨固件（有的不預(yù)埋，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)直接安裝固定）組成纖維模塊，再通過(guò)各種形式與焊接在爐殼鋼板上的金屬錨固件連接固定的一種纖維壁襯結(jié)構(gòu)。
該模塊式纖維壁襯結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：
A. 施工簡(jiǎn)單，安裝方便，節(jié)省工時(shí)，纖維壁維修時(shí)，無(wú)需大面積拆除，只需更換損壞部位的纖維模塊即可迅速恢復(fù)生產(chǎn)。
B. 纖維模塊在加工時(shí)，采取了預(yù)壓縮，能補(bǔ)償組件在高溫下的收縮，不僅減少了纖維壁襯加熱收縮量，同時(shí)，比同條件傳統(tǒng)層鋪式壁襯可提高使用溫度50℃以上。
C. 具有優(yōu)良的抗風(fēng)蝕性能，傳統(tǒng)的層鋪式纖維爐襯900℃以下抗風(fēng)蝕性能大為10m/s，而模塊式纖維爐襯允許抗風(fēng)蝕性能可達(dá)30 m/s。
D. 纖維模塊的錨固件不暴露于纖維壁襯熱面，無(wú)需采用昂貴的耐熱合金、陶瓷及氮化物等材質(zhì)作錨固件，節(jié)省投資的同時(shí)降低了傳熱，還延長(zhǎng)了錨固件的使用壽命。
由于該結(jié)構(gòu)有著多種優(yōu)點(diǎn)，因此在石化行業(yè)的乙烯裂解爐、轉(zhuǎn)化爐、加氫爐等加熱爐上的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
貼面式纖維爐襯：
（1）. 結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn)：
貼面式纖維爐襯是采用纖維毯制成纖維條捆，再通過(guò)高溫粘結(jié)劑粘貼在爐壁上，以獲得良好的耐火隔熱襯里結(jié)構(gòu)形式。它的優(yōu)點(diǎn)有：
A.可以與其它耐火材料復(fù)合使用，能夠顯著增強(qiáng)保溫效果。
B. 可在加熱爐上任意選擇相關(guān)部位進(jìn)行施工，施工方便。
C. 有選擇的使用，可大大降低造價(jià)。
設(shè)計(jì)使用中應(yīng)注意的問(wèn)題：
A.缺乏既能與鋼板結(jié)合牢固、又耐高溫的成熟、理想粘結(jié)劑，現(xiàn)有粘結(jié)劑粘貼后在使用中出現(xiàn)過(guò)貼面組件脫落現(xiàn)象。
B. 貼面襯大厚度僅為50mm，厚度小，無(wú)法單獨(dú)作內(nèi)襯使用，只能與其它內(nèi)襯復(fù)合使用。
C. 貼面纖維條塊組合件彈性差，相鄰兩組件間補(bǔ)償能力弱。
該結(jié)構(gòu)目前在石化加熱爐上僅個(gè)別乙烯裂解爐等高溫爐應(yīng)用了晶體纖維貼面塊，以增強(qiáng)纖維材料的高溫性能以外，其它等級(jí)的貼面塊在石化爐上應(yīng)用的還不是很多。
纖維噴涂壁襯：
（1）. 結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn)：
陶瓷纖維噴涂料，是以低渣球含量的噴吹陶瓷纖維為原料，加入有機(jī)結(jié)合劑和無(wú)機(jī)結(jié)合劑配制而成。并通過(guò)專用噴涂機(jī)施工，獲得陶瓷纖維噴涂纖維壁襯。
特定的噴涂工藝決定了陶瓷纖維噴涂壁襯具有下列特性：
A. 施工方便、迅速，爐壁無(wú)接縫，整體性好，不存在爐壁縫間熱損失問(wèn)題。以利窯爐使用壽命和節(jié)能效果的提高。
B. 不僅規(guī)則爐壁，特別適于異形爐壁的施工。
C. 壁襯錨固件為埋入式結(jié)構(gòu)，減少了錨固件腐蝕、氧化和熱短路問(wèn)題。
噴涂壁襯厚度不受限制。噴涂纖維壁襯具有優(yōu)良的耐熱、絕熱、抗風(fēng)蝕及抗熱震性能。
（2）. 設(shè)計(jì)使用中注意的問(wèn)題：
A.部分廠家生產(chǎn)的噴涂用粘結(jié)劑質(zhì)量不夠理想，常溫及高溫時(shí)粘結(jié)能力不強(qiáng)，導(dǎo)致噴涂襯里高溫時(shí)有坍塌現(xiàn)象。
B. 噴涂粘結(jié)劑含有CL—，對(duì)不銹鋼爐壁會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕，易造成壁襯質(zhì)量事故，這一點(diǎn)在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意，并對(duì)金屬件采取一定的保護(hù)措施。
C. 施工完畢，需進(jìn)行合理養(yǎng)護(hù)與烘爐。
D. 施工受環(huán)境條件有一定要求，在0℃以下時(shí)無(wú)法施工。
E. 由于噴涂纖維壁襯中所包含錨固件離工作熱面過(guò)近（一般為30—50mm），錨固件所處位置溫度較高，因此，對(duì)錨固件材質(zhì)及耐高溫性能要求非常高，與此同時(shí)，由于噴涂?jī)?nèi)襯中所需錨固件數(shù)量較多，錨固件傳熱量較大，導(dǎo)致內(nèi)襯隔熱性能較差，爐壁外壁溫度較高。所以，一般認(rèn)為，噴涂纖維壁襯僅適用作溫度較低的爐壁內(nèi)襯。
纖維可塑料內(nèi)襯：
（1）. 結(jié)構(gòu)組成及特點(diǎn)：
耐火纖維可塑料是以優(yōu)質(zhì)、低渣球含量的噴吹纖維為骨料，加入填料、結(jié)合劑、添加劑等制備而成，并具有以下特點(diǎn)：
A. 低容重、低導(dǎo)熱率、良好的高溫強(qiáng)度；
B. 具有良好的可塑性，適宜于用澆注法施工，且施工方便迅速。特別是對(duì)形狀、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的陶瓷壁襯施工容易。壁襯整體性和氣密性好。爐襯局部損壞，可方便的進(jìn)行修補(bǔ)，節(jié)約維修時(shí)間，延長(zhǎng)使用壽命。
C. 良好的耐壓、抗折性能，使其具有優(yōu)良的抗風(fēng)蝕、抗磨損、抗沖擊振動(dòng)性能和一定承重能力。
D. 陶瓷纖維壁襯澆注后3-6小時(shí)即可脫模，并具有一定強(qiáng)度。
E. 對(duì)窯爐氣氛適應(yīng)性強(qiáng)，可用作各種燃料爐壁材料。在可控氣氛窯爐內(nèi)使用，較定形陶瓷纖維制品穩(wěn)定。
（2）. 設(shè)計(jì)和使用中應(yīng)注意的問(wèn)題；
A. 施工過(guò)程中，加入促凝劑后的可塑料，凝結(jié)時(shí)間需準(zhǔn)確控制，否則會(huì)造成施工過(guò)程中的不便。
C. 養(yǎng)護(hù)及烘爐制度需嚴(yán)格按要求執(zhí)行。
D. 無(wú)論是干態(tài)供貨，還是濕態(tài)供貨，施工現(xiàn)場(chǎng)都需攪拌，施工現(xiàn)場(chǎng)需配備一定的攪拌設(shè)備。
根據(jù)纖維澆注料本身的性能特點(diǎn)，纖維澆注料壁襯結(jié)構(gòu)現(xiàn)多用于加熱爐爐底、爐墻上的異型部位及對(duì)流室等。
由上所述不難看出，陶瓷纖維有著不同的溫度檔次、不同形態(tài)的產(chǎn)品，有著多種不同壁襯結(jié)構(gòu)和施工方法，可以針對(duì)不同爐型特性進(jìn)行選擇，因此纖維在耐火保溫領(lǐng)域的應(yīng)用已形成規(guī)?；?、功能化、系列化，在各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。
陶瓷纖維在高溫加熱爐上的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
（1）. 施工方便。高溫加熱爐采用全纖維結(jié)構(gòu)，爐墻厚度可以減少，從而使?fàn)t頂大梁長(zhǎng)度、加熱爐寬、加熱爐占地面積減少，又因?yàn)椴捎玫腕w積密度全纖維爐襯使整個(gè)加熱爐總荷載大大降低，基礎(chǔ)開挖深度減小，施工周期可以大大縮短。另外，全纖維壁襯加熱爐維修簡(jiǎn)便、迅速、維修工作量小，既可降低維修費(fèi)用，又可縮短維修周期，提高加熱爐作業(yè)率。
（2）. 技術(shù)可靠。采用陶瓷纖維壁襯結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中，不必考慮膨脹縫問(wèn)題（因?yàn)榕蛎浛p的留設(shè)是設(shè)計(jì)高溫加熱爐必須重視的問(wèn)題之一），可大減少設(shè)計(jì)施工難度，使設(shè)計(jì)施工更加完善可靠。
（3）. 節(jié)約能源。施工完畢后不需要烘爐或采用短時(shí)間烘爐（對(duì)于采用噴涂施工的加熱爐來(lái)說(shuō)），可以節(jié)省部分燃料及烘爐費(fèi)用，同時(shí)采用纖維壁襯結(jié)構(gòu)后，爐子蓄熱損失降低30%左右，因此可節(jié)約大量能源，大大降低使用成本，從而增強(qiáng)了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
種種研究分析和實(shí)際應(yīng)用表明，陶瓷纖維在石化加熱爐上的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣泛，推廣和使用陶瓷纖維已經(jīng)成為在耐火保溫領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。
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