多晶莫来石纤维在加热炉上的应用

2019-07-26 20:17:24

钢板带厂于200212月对加热炉进行了技术改造,由原来的常规加热炉改造为蓄热式加热炉,炉子采用混合煤气单蓄热的燃烧方式,炉内最高温度可达1320。主要使用由公司炼钢厂提供的120mm×285360435mm×7800mm三种规格的连铸坯。燃料消耗虽然比改造前有了大幅度降低,但是炉子热效率、燃耗等指标不太理想,导致产品成本偏高,严重影响了钢材在市场的定位。

因此,从减少热损失、降低燃料消耗、保护炉顶、提高烧嘴砖的使用寿命、提高加热炉产量和加热质量考虑,在2005年使用多晶莫来石纤维对高温段炉顶和侧墙的内表面进行粘贴处理,经过2年我的使用,现加热炉炉顶仅有细小裂纹,预计整体寿命可达5年以上,其热效率比以前有较大提高。

1 多晶莫来石纤维的特性

多晶莫来石纤维是一种以莫来石晶相形式存在的多晶质耐火纤维,其和玻璃纤维有着截然不同的制取工艺,其制取工艺是按形成单一晶体——莫来石(3Al2O3、2SiO2)进行化学配方,由可溶性铝、硅盐经过高温完成晶相转变而制成的。制作过程是首先在低温下将有黏度的胶体溶液进行喷吹和甩丝,形成纤维的原纤维,后经高温烧制使其纤维内部的原子成有序排列,组织晶体化,消除处于介稳定的玻璃态,使其使用温度提高近300℃。纤维的耐热性随着Al2O3含量的增加而增加,当Al2O3含量大于72%时,纤维的使用温度大为提高,可超过1400℃。

多晶莫来石纤维形态各异,散状的纤维棉可作高温部位夹层的填充料,将散棉用湿法真空成型可制成板、毡、砖、预制件、模块等各种所需样式。由于它具有低热容、低导热率、低容得、热敏性能好、高辐射能力等特点,对轧钢加热炉来讲,是一种高效、轻型的节能材料。

2 多晶莫来石纤维的施工和使用寿命

加热炉高温区内表面粘贴的多晶莫来石纤维是采用浙江欧诗漫晶体纤维有限公司提供的类型为D-1600的贴面块,其规格为200mm×100mm×50mm,其性能见表1。施工方法是: 首先对施工部位进行清理,并做“拉毛”处理,纤维贴面埠和炉墙内表面均匀涂上高温粘合剂,将纤维模块平推挤压,使其粘贴牢靠。除用于粘贴外,其他的使用方式有:将块型或砖型纤维制品用专用的胶结剂进行炉体砌筑;将纤维预制块吊挂锚固在炉体的框架上进行固定。

 

表1   PMF-100多晶莫来石纤维性能指标

名称                                    性能指标

Al2O3 %                                    72-75

SiO2%                                     25-28

     晶相                                   单一莫来石相

熔点/℃                                   1840

工作温度/℃                               1400

  导热率/W(m·k)-1                       1200℃:0.295

                                           1400℃:0.387

      重烧线收缩率/%                        (1500℃×6h)<1.0%

容重/kg·m³                               100

比热/KJ(kg·K)-1                        1024

 

通过观察和统计发现,加热炉炉顶侧的纤维模块经过2年的使用,脱落率约为155,收到了保护炉顶的预期效果;但侧墙烧嘴及烧嘴周围的纤维脱落量较大,半年的脱落率即达20%,修补后的纤维脱落现象有明显好转。经过分析找到了脱落的主要原因,多晶莫来石纤维的损坯除了长期高温环境使纤维粉化外,还有外力的作用,在蓄热式加热炉中,加热炉的炉温比莫来石纤维的长期使用温度低,因此外力的作用应成为莫来石纤维损坯的主要因素。

由于蓄热式加热炉使用混合煤气做燃料,虽然煤气在进加热炉燃烧之前进行了除尘处理,但是煤气中仍带有颗粒状的不可燃万分和不完全燃烧成分,加热炉烧嘴火焰直接对加热炉侧墙进行强劲的冲刷,此处的冲刷力大于其它各处的冲刷力,加上加热炉小修时间一般不超过7个工作日,由于时间短,炉内温度高,工作环境恶劣,加热炉内侧接触而烧损物不易彻底清理,造成多晶莫来石纤维难以粘贴牢固。由此可知:煤气中不可燃成分和不完全燃烧成分、火焰或炉气的直接冲刷、接触面的平整程度、粘合剂的均匀充满性决定着蓄热式加热炉多晶莫来石纤维的使用寿命。

3使用效果

3.1 提高炉顶、烧嘴砖使用寿命

炉顶内表面粘贴多晶莫来石纤维后,改善了炉气对炉顶的直接冲刷,缓冲了炉面的急冷急热,炉顶承受的的炉温可降低70-100℃,有效的防止了耐材的开裂、剥落。加热炉于2005年1月投入使用至今,炉顶除有几处细小裂纹外,整体状况良好,炉顶的使用寿命能够延长至5年以上,节约炉顶大修费用80万元以上。由于蓄热式燃烧技术的特点,经蓄热后的空气对烧嘴砖有较大的损坯性,烧嘴砖损坯后,由于烧嘴砖采用预先成型技术或采用现场浇注技术,存在维修和更换难度大、拆除困难、占用时间长的缺点,如果在烧嘴砖表面粘贴多晶莫来石纤维,进一步缓解了火焰对烧嘴砖的冲刷,而且可有效地保护烧嘴砖耐材。自粘贴纤维后,烧嘴砖使用2年仅出现少量细小裂纹,使用寿命由以前的2年延长至4年以上。,改变了因为烧嘴砖的损坏每12个月就必须停产检修一次的周期。

3.2 增加辐射传热 减少热损失

加热记高温区的传热方式以辐射传热为主,炉气、炉壁与被加热钢坯之间相互进行辐射热交换。炉壁的黑度一般为0.8,多晶莫来石纤维的黑度为0.95,即炉内墙的黑度提高了10%,相同的供热条件下,粘贴多晶莫来石纤维后,黑度的提高增强了炉内的热辐射,进而提高了钢坯的加热速度和炉子的加热能力。在同等炉况的条件下,粘贴多晶莫来石纤维后,燃气消耗有了一定程度的降低,经统计加热炉检修前、后各1个月内煤气单耗指标有了明显的降低,分别为1.04GJ/t和0.98GJ/t,降低了燃料成本.

确定炉顶和侧墙外表面的10个测温点,通过测量检修后与临近下次检修时的各点温度,查看多晶莫来石纤维的脱落情况,检测结果见表2。得出结论:相同炉温条件下,粘贴多晶莫来石纤维后,炉体外表面平均下降了34.8℃,在一定程度上减少了炉体散热,提高了炉子热效率;同时,工作环境的改善,给现场检查和操作带来了方便。

 

表2   粘贴多晶莫来石纤维前后炉外墙温度变化情况

检测点温度/

检测点序号码    1    2         3         4         5         6         7         8         9         10

粘贴纤维前     152   166      173     176     185     192     140     146     148      155

粘贴纤维后     136   130      136     141     144     150     110     115     114      119

前后温差           26      36        37       35       41       42       30       31       34        36

平均温差                                                               34.8

 

3.3 减少热惯性 提高产量和加热质量

加热炉高温段侧墙是浇注料整体浇筑而成的,炉顶为可塑料捣打,使用的耐材热容量较大,且烧嘴采用单蓄热燃烧方式,一方面这决定了加热炉在升温、降温时存在一定的滞后性;另一方面使用多晶莫来石纤维可使炉子的热容量减少,导热率降低,炉子待轧时的升、降温速度加快,炉子的热惯性减小,利于产量的提高,由于坯料加热时间的缩短,减少了坯料在加热炉内的氧化、脱碳,在一定程度上保证了坯料的加热质量,氧化烧损量由原来的1.22%降为了现在的1.20%,提高了成材率0.02个百分点。

4结语

实践证明,多晶莫来石纤维应用于蓄热式加热炉上,节能效果明显。主要体现在:延长了炉顶的使用寿命,降低了检修成本;减少了炉体热量损失,提高了热效率;缩短了待轧前后的程式降温速度,提高了生产作业率和成材率。对其它形成的轧钢加热炉都有借鉴的意义和使用价值,利于环保和节能,值得推广。