多晶莫来石纤维在轧钢加热炉的应用
多晶莫来石纤维在轧钢加热炉的应用
陈来正，马强
（莱芜钢铁股份有限公司 型钢厂，山东 莱芜 271126）
摘要：介绍了国产新型绝热材料——多晶莫来石纤维的特性及其在连续式轧钢加热炉上的成功应用，并对其节能效果进行了分析和评价。
浙江欧诗漫晶体纤维有限公司生产的多晶莫来石耐火纤维（简称PMF）是一种新型的超轻质耐高温绝热材料，它由莫来石（Mullite）微晶体构成，并集晶体材料和纤维材料特性于一体，有极好的耐热稳定性，长期使用温度可达1500℃，熔点达1840℃，其导热率是传统耐火砖的1/6，容重只有其1/25，可广泛应用于工业炉内衬绝热，是高温工业炉节能降耗、优质高产的理想材料。
1 多晶莫来石绝热纤维在加热炉的应用
1.1基本概况
莱钢型钢厂中型加热炉为三段连续步进式加热炉，炉长29910mm，有效炉长为26300mm；加热炉以高焦混合煤气为燃料；设计加热能力；热装130t/h；坏料断面尺寸：230mm×230mm、240mm×375mm、275（280）mm×380mm、320mm×410mm，加热温度为1250~1300℃，烧嘴形式为FHC-ⅢWQA NOx，数量40个，其中均热段14个，加热段14个，预热段12个；采取侧出料和下排烟方式，加热炉采用开路循环水冷却，空、煤气双预热。
1.2 应用耐火纤维的合理性及产品选型
莱钢型钢厂中型加热炉已服役9年，其原设计的炉墙耐火材料为复合捣打料，由于长时间工作于高温下，炉内高温气氛频繁侵蚀冲击炉墙耐火材料，再加上步进梁机械运动造成的震动，炉墙耐火材料已有破损和裂纹。致使炉体散热多，炉子的热效率变差，炉体外侧温度不断升高，个别地方炉气泄漏，致使劳动环境变差，安装在炉体周围的辅助设备及自控元件损坏严重，备件消耗增加，更为严重的是影响到炉子的加热质量和寿命。
整体更换及局部修补炉体耐火材料都需要较长的施工时间，至少停炉7天。况且炉顶为异形结构，有大量曲面以及不规划过渡面，使修补工作难于进行。因此选用高级轻型耐火隔热纤维作为炉墙内衬，对于保护原有耐火材料，提高炉子的密闭性与热效率效果理想，是合理的解决方案。
本次选用的多晶莫来石纤维制品型号为OSM-PMF-100（PMF1600），40mm厚度的多层堆块，其性能见表1。
表1多晶莫来石纤维（OSM-PMF-100）的性能及特征
成分(%) | 加热收缩率(%)（1500℃×24h） | 容重 (kg/m³) | 比热（kj.(kg.k)-1 | 导热系数（W/m.k） | 使用温度(℃) | ||
AL2O3 | SiO2+AL2O3 | Fe2O3 | |||||
72-75 | 99.6 | 0.073 | ≤1 | 100 | 1.24 | 0.387 | ≤1500 |
产品特征：重量轻、耐冲刷、抗热震、高温稳定、低导热率、低储热率、优良的耐蚀性、优越的吸音性，并可按需要加工成各种异形件。 | |||||||
1.3 施工情况
施工在设备大修时进行，首先，将炉墙工作面的浮灰清理干净，在工作面上刷一层抗高温粘结剂，然后直接将40mm厚度的块状纤维贴在炉墙耐火材料上，整个施工过程30h。检修结束后炉子可以快速升温，缩短了烘炉时间，节约了宝贵的生产时间，经济效果显著。
2 使用效果评价及经济效益分析
2.1 使用现状及寿命
在2008年8月份大修时发现经过一年的生产，该纤维贴面状况良好，剥落率大约在15%左右。预计一次施工能有效使用二年。
2.2 节能效果与投资回收期
一次施工使用多晶莫来石耐火纤维4t,施工与成本费每t15万人民币,总计60万.经统计施工前后加热炉的能耗相比,节约煤气0.1GJ/t钢,节能率达9.62%。由此带来的经济效益按每月生产9万t计算，约合人民币18万元，投资回收期为3.3个月。
2.3 减少修炉时间，提高生产能力
采用多晶莫来石纤维内衬，提高了炉子热敏性，炉子得以快速升温，冷炉点火到出钢时间比以前缩短了近1h，大修烘炉时间缩短了4h，效益明显。
2.4 保护了炉子原有耐火材料，减少了备件更换次数和时间
隔热保温性能得到最大限度的发挥，很好地保护了原有耐火材料的薄弱处，损毁的裂缝及固件锚固处也到了较好的保护，减少了在高温暴露下元器件损坏对生产的影响。
2.5 降低了炉体外表温度，改善了劳动环境，延长了炉子寿命
据测试，用隔热纤维后炉体外表温度平均降低了50℃，减少了热损失，提高了热效率。
实践证明：浙江欧诗漫晶体纤维有限公司生产的多晶莫来石纤维具有导热系数低、高温稳定性和耐急冷急热性好，在高温工业炉中使用，节能效果显著。