多晶莫來(lái)石纖維在鋼廠(chǎng)加熱爐上的應用

　　面對市場(chǎng)競爭的日趨激烈和原燃料價(jià)格的上漲，能源消耗占產(chǎn)品成本的比例越來(lái)越大。如何利用有效的資源能源，降低能耗，實(shí)現經(jīng)濟可持續發(fā)展，是需要探討的重要問(wèn)題。
　　某鋼鐵集團板帶廠(chǎng)于2002年1月對加熱爐進(jìn)行了技術(shù)改造，由原來(lái)的常規加熱爐改造為蓄熱式加熱爐，采用混合煤氣單蓄熱的燃燒方式，爐內最高溫度可達1 320 ℃，燃料消耗雖然比改造前有了降低，但是爐子熱效率、燃耗等指標仍不理想，導致產(chǎn)品成本偏高。因此，從減少熱損失，降低燃料消耗、保護爐頂，延長(cháng)燒嘴磚的使用壽命，提高加熱爐產(chǎn)量和加熱質(zhì)量考慮，2005年使用多晶莫來(lái)石纖維對高溫段爐頂和側墻的內表面進(jìn)行粘貼處理。經(jīng)過(guò)2 a的使用，現加熱爐爐頂僅有細小裂紋，預計整體壽命可達5 a以上，其熱效率也比以前有較大提高。

2 多晶莫來(lái)石纖維的特性

　　多晶莫來(lái)石纖維是一種以莫來(lái)石晶相形式存在的多晶質(zhì)耐火纖維，是按形成單一晶體—莫來(lái)石（3Al2O3·2SiO2）進(jìn)行化學(xué)配方，由可溶性鋁、硅鹽經(jīng)過(guò)高溫完成晶相轉變而制成的。制作過(guò)程是在低溫下將有黏度的膠體溶液進(jìn)行噴吹和甩絲，形成原纖維，再經(jīng)高溫燒制使其纖維內部的原子成有序排列，組織晶體化，消除處于介穩定的玻璃態(tài)，使其使用溫度提高近300 ℃。纖維的耐熱性隨著(zhù)Al2O3含量的增加而增強，當Al2O3含量大于72%時(shí)，使用溫度可超過(guò)1 400 ℃。硅酸鋁耐火纖維Al2O3-SiO2相圖見(jiàn)圖1。

圖1  硅酸鋁耐火纖維Al2O3-SiO3相圖

　　多晶莫來(lái)石纖維形態(tài)各異，散狀的纖維棉可作高溫部位夾層的填充料，將散棉用濕法真空成型可制成板、氈、磚、預制件、模塊等各種所需樣式。由于多晶莫來(lái)石纖維具有低熱容、低導熱率、低容重、熱敏性能好、高輻射能力等特點(diǎn)，對軋鋼加熱爐來(lái)講，是一種高效、輕型的節能材料。

3 多晶莫來(lái)石纖維的應用

　　板帶廠(chǎng)加熱爐高溫區內表面粘貼的多晶莫來(lái)石纖維采用模塊型，類(lèi)型為PMF-1600，規格200 mm×100 mm×50 mm。其性能指標如下：Al2O3 72%～75%；SiO2 25%～28%；晶相為單一莫來(lái)石相；熔點(diǎn)1 840 ℃；工作溫度1 400 ℃；熱導率1 200 ℃，0.295 W（m·K）；1 400 ℃，0.387 W（m·K）；重燒線(xiàn)收縮率（1 500 ℃×6 h）<1.0%；容重100 kg/m3；比熱1 024 kJ/（kg·K）。
　　施工方法是：首先對施工部位進(jìn)行清理，并做“拉毛”處理，纖維貼面和爐墻內表面均勻涂上高溫黏合劑，將纖維模塊平推擠壓，使其粘貼牢靠。除粘貼外，其他企業(yè)的使用方式還有將塊型或磚型纖維制品用專(zhuān)用的膠結劑砌筑爐體，或將纖維預制塊吊掛錨固在爐體框架上進(jìn)行固定。
　　通過(guò)觀(guān)察和統計發(fā)現，板帶廠(chǎng)加熱爐爐頂的纖維模塊經(jīng)過(guò)2 a的使用，脫落率約為30%，達到了保護爐頂的預期效果，但側墻燒嘴及燒嘴周?chē)睦w維脫落量較大，經(jīng)過(guò)0.5 a脫落率即達40%，且修補后的纖維也易脫落。經(jīng)過(guò)分析，認為多晶莫來(lái)石纖維的損壞除了長(cháng)期高溫環(huán)境使纖維粉化外，還有外力的破壞作用。在蓄熱式加熱爐中，加熱爐的爐溫比莫來(lái)石纖維的長(cháng)期使用溫度低。因此外力的作用應是莫來(lái)石纖維損壞的主要因素。由于蓄熱式加熱爐使用混合煤氣做燃料，雖然煤氣在進(jìn)加熱爐燃燒之前進(jìn)行了除塵處理，但是煤氣中仍帶有顆粒狀的不可燃成分和不完全燃燒成分。加熱爐燒嘴火焰直接對加熱爐側墻進(jìn)行沖刷，此處的沖刷力大于其它各處的沖刷力。加上加熱爐小修時(shí)間一般不超過(guò)7個(gè)工作日，由于時(shí)間短，爐內溫度高，工作環(huán)境惡劣，加熱爐內側接觸面燒損物不易徹底清理，造成多晶莫來(lái)石纖維難以粘貼牢固。由此可知：煤氣中顆粒狀不可燃成分和不完全燃燒成分、火焰或爐氣的直接沖刷、接觸面的平整程度、黏合劑的均勻充滿(mǎn)性決定著(zhù)蓄熱式加熱爐多晶莫來(lái)石纖維的使用壽命。
　　為了解決側墻纖維脫落問(wèn)題，在施工前爐體表面一定要清潔干凈，并嚴格按施工程序進(jìn)行施工。同時(shí)，加大對煤氣的除塵力度。另外，在側墻多晶莫來(lái)石纖維上噴涂一層遠紅外節能涂料，使纖維表面固化，抵抗火焰沖刷，不易脫落。

4 應用效果

4.1 提高爐頂、燒嘴磚使用壽命
　　爐頂內表面粘貼多晶莫來(lái)石纖維后，改善了爐氣對爐頂的直接沖刷，緩沖了爐頂的急冷急熱，爐頂承受的爐溫可降低70～100 ℃，有效防止了耐材的開(kāi)裂、剝落。板帶廠(chǎng)加熱爐于2005年3月投入使用至今，爐頂除有幾處細小裂紋外，整體狀況良好，爐頂的使用壽命能夠延長(cháng)至5 a以上，至少節約爐頂大修費用80萬(wàn)元。由于蓄熱式燃燒技術(shù)的特點(diǎn)，經(jīng)蓄熱后的空氣對燒嘴磚有較大的損壞性。燒嘴磚采用預先成型技術(shù)或采用現場(chǎng)澆注技術(shù)，維修和更換時(shí)難度大。如果在燒嘴磚表面粘貼多晶莫來(lái)石纖維，將緩解火焰對燒嘴磚的沖刷，可有效保護燒嘴磚。自粘貼纖維后，燒嘴磚使用2 a后僅出現少量細小裂紋，使用壽命可延長(cháng)至4 a以上。
4.2 增加輻射傳熱減少熱損失
　　加熱爐高溫區的傳熱方式以輻射傳熱為主，爐氣、爐壁與被加熱鋼坯之間相互進(jìn)行輻射熱交換。爐壁的黑度一般為0.8，多晶莫來(lái)石纖維的黑度為0.95，在相同的供熱條件下，粘貼多晶莫來(lái)石纖維后，黑度的提高增強了爐內的熱輻射，進(jìn)而提高了鋼坯的加熱速度和爐子的加熱能力。在同等爐況條件下，粘貼多晶莫來(lái)石纖維后，燃氣消耗降低。經(jīng)觀(guān)測統計，加熱爐檢修前、后各1個(gè)月內煤氣單耗分別為1.04 GJ/t和0.98 GJ/t。
　　板帶廠(chǎng)確定爐頂和側墻外表面的10個(gè)測溫點(diǎn)，通過(guò)測量檢修后與臨近下次檢修時(shí)的各點(diǎn)溫度，查看多晶莫來(lái)石纖維的脫落情況，檢測結果見(jiàn)表1。由表1可知，在相同爐溫條件下，粘貼多晶莫來(lái)石纖維后，爐體外表面平均下降了34.8 ℃，減少了爐體散熱，提高了爐子熱效率。同時(shí)，隨著(zhù)工作環(huán)境的改善，給操作人員的現場(chǎng)檢查和操作帶來(lái)了方便。

表1 粘貼多晶莫來(lái)石纖維前后爐外墻溫度變化情況 ℃

4.3 減少熱慣性，提高產(chǎn)量和加熱質(zhì)量
　　板帶廠(chǎng)的加熱爐高溫段側墻由澆注料整體澆筑而成，爐頂為可塑料搗打，使用的耐材熱容量較大，且燒嘴采用單蓄熱燃燒方式。這一方面決定了加熱爐在升溫、降溫時(shí)存在一定的滯后性，另一方面多晶莫來(lái)石纖維可使爐子的熱容量減少，導熱率降低，爐子的升、降溫速度加快，熱慣性減小，利于產(chǎn)量的提高。由于坯料加熱時(shí)間的縮短，減少了坯料在加熱爐內的氧化、脫碳，保證了坯料的加熱質(zhì)量。氧化燒損量由1.22％降為1.20％，提高成材率0.02百分點(diǎn)。

5 結 語(yǔ)

　　實(shí)踐證明，在蓄熱式加熱爐上應用多晶莫來(lái)石纖維，延長(cháng)了爐頂的使用壽命，降低了檢修成本；減少了爐體熱量損失，提高了熱效率；縮短了待軋前后的升降溫速度，提高了作業(yè)率和成材率。對其它形式的軋鋼加熱爐有借鑒意義，從環(huán)保和節能角度考慮，值得推廣。