隨著節能技術的深入發展,節能措施的投資也越來越重視。而砌筑窯爐的材料又是節能降耗、影響窯爐熱效率和使用壽命的重要因素之一。
多晶莫來石耐火纖維(簡稱PMF)是國際上一種新型的超輕質耐高溫絕熱材料,它由莫來石(Mullite)微晶體構成,并集晶體材料和纖維材料特性于一體,有極好的耐熱穩定性,長期使用溫度可達1500oC,熔點達1840oC,其導熱率是傳統耐火磚的1/6,容重只有其1/25,可廣泛應用于工業窯爐內襯絕熱,是高溫窯爐節能降耗、優質高產的理想材料。
在國內多晶莫來石纖維的研制是國家“六。五”期間的重點科研攻關項目之一。浙江歐詩漫晶體纖維有限公司率先于1986年9月通過中試生產技術鑒定,并成為國家經委氧化鋁纖維招標中標廠以及國家經貿委、冶金工業部的定點企業。多晶莫來石纖維采用化學膠體法制取,是技術密集型產品。具有高熱阻、低熱容的特點,可減少散熱損失30%,用于鋼材品種規格變化頻繁的軋鋼加熱爐上,其綜合節能可達5-6%,用于間歇式電加熱爐,其節能效果更加明顯,節能率達30%左右。
一、多晶莫來石纖維及其制品的性能及特征(表一)
其中PMF-100:比熱1024kj/kg.k、導熱率(W/MoC)1000oC∽0.226 1200oC∽0.295 1300oC∽0.337 1400oC∽0.387
二、多晶莫來石纖維在高溫熱處理爐上的應用
某大型企業的82m2臺車式熱處理爐是一座比較特殊的熱處理爐,在進行“浸潤處理”時,滬漫高達1250,該爐在1987年大修時進行了高層次的技術改造,整個爐頂采用全纖維復合結構,該爐爐頂長14米,寬7米,在施工時將頂分成九塊蓋(復合纖維結構),纖維安裝完畢后,吊在爐頂上組裝而成,爐頂纖維總厚度180mm,其中采用40mm的PMF-100系列堆塊作工作面,粘貼在高鋁纖維的縱斷面上(120mm)約120m2,整個爐頂看不到錨固件結構,避免了散熱損失。爐墻采用單層貼面式,粘貼30mm厚的PMF-100系列。這樣整個爐襯全部為PMF結構。由于采用了PMF新型超輕質材料,從而使爐體結構輕型化。爐頂重量12噸,跟原爐頂(磷酸鹽耐熱混凝土預制塊)112噸相比重量隆低了83%,其結構簡單,絕熱效果非常好,該爐僅用鋼材20噸,跟原爐鋼材用量37.3噸相比減少了45%。該爐自1987年投產使用以來,經五年的生產實踐證明:PMF爐襯使爐子升溫速度加快,節能效果顯著,近240m2爐襯的PMF粘貼牢固,完好無損,仍保持其絕熱效果,處理同樣的工件,新舊爐燃耗相差38%。
三、多晶莫來石纖維在軋鋼加熱爐上的應用
1987年11月浙江歐詩漫晶體纖維有限公司和鞍鋼設計計院、鞍鋼小型軋鋼廠合作,在小型廠二車間的兩座步進式軋鋼加熱爐上采用PMF100系列多晶莫來石纖維進行了一次改造(該爐自1985年進入冶金部特等爐行列,其平均單耗一直保持在1.46GJ/t),改造后實現了低耗高產。
軋鋼加熱爐改造前后比較(表二)
由表二可知,增產幅度遠大于能耗幅度,節能率6.88%。這是在特等爐達到的新指標。由于采用了全纖維爐頂,提高了爐子熱敏性,冷爐點火到出鋼時間比以前縮短了近二小時,產生了明顯的增產效益。1989年初又將全纖維爐改換成整體澆灌,內貼50mm厚的PMF(仍然是平火焰燒嘴)。未粘貼時,燃氣耗量2600m3/h,粘貼后降為2400-2450m3/h,節能率6-8%,從冷爐點火到出鋼時,粘貼纖維比未貼前要提前1小時。上鋼五廠在軋鋼加熱爐上也采用PMF系列,替代日本東芝電鑄耐火材料公司的高溫混合耐火纖維(NONOFRAX)做加熱爐內襯。
四、多晶莫來石耐火纖維制品在全氫罩式爐上的應用
冷軋帶鋼的罩式爐退火是冷軋板生產的關鍵工序之一。1988年,鞍鋼冷軋薄板廠從國外引進40座全氫罩式爐時,爐子的耐火材料是采用輕質耐火磚和進口多晶莫來石產品,經過幾年的使用,發現輕質耐火磚用于罩式爐存在不少問題。為此,在1993年再次引進36臺全氫罩式爐的項目時,鞍鋼冷軋薄板廠與鞍鋼設計研究院落以及 浙江歐詩漫晶體纖維有限公司合作共同不求甚解發多晶莫來石耐火纖維制品替代進口耐火材料以及輕質耐火磚,多晶莫來石耐火纖維制品的應用技術是根據國家科委文件(國科發成字[1996]349號)關于下達<“九五國家科技成果重點推廣計劃指南項目>(二)中的新材料和新產品之97070101A立項的,主要采用多晶莫工業區石耐火纖維制品做熱罩燒嘴區域爐襯替代輕質耐火磚做罩式爐加熱罩燒嘴區域爐襯。采用這種多晶莫來石耐火纖維制品通過自1995年5有份以來的投產使用,取得了可觀的經濟效益和社會效益。設備年作業時間提高了5640小時,年生產能力增加19740噸,節能效果為18%,同時改善了鋼板產品質量。
多晶莫來石晶體纖維制品的主要特征:低導熱率、抗熱震、易加工、低蓄熱。
主要性能:容重:200-600kg/m3
使用溫度:1500oC
導熱率(W/MoC);1000oC-0.16 1250oC-0.22 1350oC-0.25
通過鞍鋼冷軋薄板廠前期引進罩式爐幾年來使用輕質耐火磚爐襯和后期引進經過完善的全氫式爐使用多晶莫來石耐火纖維復合預制塊爐襯以及進口耐火材料爐襯的生產實踐,可以得出下列結論:
1、國產的多晶莫來石晶體纖維真空成型塊滿足了全氫罩式爐加熱罩燒嘴區域對耐火材料的要求,完全可以替代進口的耐火材料。
2、在用于全氫罩式爐加熱罩燒嘴區域,與輕質耐火磚相比,多晶莫來石晶體纖維真空成型塊可以減少修少修爐時間,提高設備作業時間,提高生產能力,節約能源,減少進口設備品備件消耗。
3、使用多晶莫來石晶體纖維真空成型塊做全氫罩式爐燒嘴區域爐襯,經濟效益顯著。
為此,本鋼、武鋼等企業也相繼進行了全氫罩式爐的改造,采用多晶莫來石纖維制品替國外進口耐火材料作爐襯,取得了 較好的使用效果。
五、多晶莫來石纖維在鐘罩窯上的應用
1989年12月浙江歐詩漫晶體纖維有限公司和國營九九九廠設計四所合作,搞了二臺使用溫度1400oC間歇式全纖維爐的鐘罩窯,在該爐內襯材料是用多晶莫來石纖維硬制品PMF-300系列(容量300kg/m3),它是采用多晶莫來石纖維散棉加入特殊粘結劑用真空吸濾制成,爐襯總厚180mm,其中PMF制品爐頂選用70mm厚,爐墻60mm厚,經近二年高溫連續運行,纖維爐襯完好,取得了非常明顯的綜合經濟效益,節能率30%以上,提高成材率30-40%。該鐘罩窯由于采用了PMF系列取得明顯的技術進步,達到了國際先進水平,1990年通過機電技術鑒定,是機電部鐘罩窯的示范爐。
六、多晶莫來石纖維制品在保溫蓋及隧道窯、燃氣節能間歇窯上的應用
1、武鋼三煉鋼連鑄鋼包旋轉塔原設計的保溫蓋是采用澆注料,由于澆注料容重大(與纖維制品相比),在使用中易發生脫落,危及安全。鑒于此,在1996年底采用多晶莫來石纖維制品復合結構做保溫蓋。經過三年多來的實際使用,效果良好,能有效地降低鋼水熱損失,提高保溫蓋使用壽命和安全性。
2、江西省陶瓷研究所生產的燃氣節能間歇窯曾獲國家實用新型專利,并多次榮獲部省級大獎。該窯爐體采用多晶莫來石纖維制品和輕質耐火磚復合結構,即把纖維制品用高溫粘結劑貼在輕質磚墻上,直接接角火焰,歷年來的使用結果表明,多晶莫來廠纖維制品不僅具有耐溫高、熱收縮率小、蓄散熱低、粘貼牢固、不掉渣及使用壽命長等特點,而且節能效果顯著,特別是在1450oC-1470oC之間的還原氣氛下,該纖維制品仍能保持良好的性能。無疑為陶瓷熱工設備的技術發行和節約能源創造了良好的條件,市場前景十分廣闊。
3、福建省德化達益窯爐材料應用技術研究所于1996年5月將多晶莫來石纖維及其制品應用于陶瓷隧道窯、梭式窯的高溫部位,其使用實例是:
1996年5月將多晶莫來石纖維及制品應用于德化匯盛陶瓷有限公司隧道窯。該窯為2500×400×600,燒制品為陶瓷西洋小玩具。改造前:燒成溫度在1250-1350C,燃料為零號柴油,公斤瓷耗油量為0.2385,高溫段表面溫度為96oC,改造后,相同的燒成溫度、燃料和制品,公斤瓷耗油量只有0.1852,高溫段表面溫度降至41oC,節油率達28.78%,且使用至今,高溫段仍完好無損。
但在應用多晶莫來石纖維和制品時,應根據燒成溫度進行合理分布,做到經濟可行,并相應地改善燃燒室的位置和體積,經過三年多的使用,充分證明其節能效果顯著、經濟效益較好且使用壽命長,而且“多晶莫來石纖維在陶瓷梭式窯應用”項目也于1998年3月被國家科委定為“1998年國家級科技成果推廣項目計劃”(項目編號為98E061D7200074)。
以上所例舉的僅是幾個在行業應用中較為典型的多晶莫來石纖維范例。其他在鞍鋼、武鋼、包鋼、馬鋼、濟鋼等各類冶金加熱爐,以及在化工、機械、陶瓷、玻璃、建材、電子、軍工等900多家企業與科研單們得到了廣泛的應用和嘗試,實踐證明:
1、由于多晶來石纖維松多孔,具有導熱系數低、黑度系數高的特征,加上其高溫穩定性和耐急冷急熱性好,目前在高溫爐窯中用于工作面日趨廣泛,其節能效果非常顯示著。
2、多晶莫來石纖維在高溫爐窗使用時的節能效果比一般的耐火磚或高溫涂料節能效果好,節能量遠大于散熱損失量,其原因不僅是因為減少了散熱損失,而主要是由于強化了爐氣對爐壁的對流傳熱,使爐壁能得到更多的熱量,再通過輻射傳給物料,從而提高了物料的加熱速度和生產能力。
因此,使用多晶莫來石纖維及其制品都取得了同樣滿意的節能效果,有效地推動了我國高溫爐窯的輕型化的和技術進步,特別是在當今高能值時代,更為國家的能源節約作出了貢獻。為此,浙江歐詩漫集團德清晶體纖維廠也被國家科委認定為《國家級重點科技成果推廣計劃》項目“多晶莫來石纖維及其制品的生產和應用技術”的技術依托單位。
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