耐火纤维喷涂技术的应用及质量控制

耐火纤维喷涂技术是纤维施工机械化的一项新工艺,其实质是耐火纤维炉衬的第二代技术。该技术是使用纤维喷枪。粘合剂通过隔膜泵均匀地喷入纤维流,两者混合直接喷涂到工作表面上,形成三维网络状制品结构。它克服了小块耐火纤维毡、毯、折叠块炉衬整体性差、接缝多、易定向收缩产生贯通缝、施工难度大、周期性长等缺点,有利于提高工业炉窑的热效率,为企业节能增效提供了很好的途径。

1耐火纤维喷涂技术的应用

1.1应用范围

耐火纤维喷涂技术适用于无固体物料直接与炉衬接触、无颗粒气流及燃气流速≤20m/s(若喷涂表面涂料可增强气流冲刷化能力)的各种工业炉窑的耐火衬里。另外,通过纤维原料的选用,塔、罐、容器等的外保温也可以用喷涂法施工。

1.2特点及优越性

(1)一次性喷涂所获得的衬层整体无接缝,有效地避免了纤维制品在高温下的定向收缩,消除了窜气、露点腐蚀等对炉壳和锚固钉的危害,强化了密封、保温和耐火性能,提高了工业炉窑的热效率。

(2)大大降低复杂异形面如球面、拐角、炉门及排烟管结合处等部位整体锚固的施工难度,提高了异形结合的密封性。喷涂施工方便、灵活,锚固钉用量少,且全部埋在纤维炉衬里,有效防止钉头烧损、避免热短路。

(3)喷涂纤维衬层具有比平铺毡、毯较低的导热系数,比立铺折叠块有较好的热强度,锚固件埋于喷涂层内不直接传递热量,节能率达15%～30%,衬层坚固,均匀而且平整,具有较强的抗侵蚀能力。

(4)喷涂衬层经济合理,可以根据工业炉工况采取多种纤维分层复合喷涂,有利于实现复合材料传热机理的温度梯度分布,降低衬层材料的综合造价。

(5)耐火纤维喷涂速度比常规施工方法提高4倍,缩短了施工周期,尤其在抢修工程更具有优势。涂层结构内属柔性材料,喷涂施工竣工后即可投入使用,减少近80%的烘炉时间。在石化行业现有的大量管式加热炉的节能改造和抢修工程中更具有优势。其无需拆卸原炉管即可作全纤维炉衬,也可在原砖衬、浇注料炉衬表面喷涂含锆耐火纤维表衬,保护了原有砖墙不受火焰直接冲刷,降低了砖墙界面温度,提高了炉体的使用寿命。

2耐火纤维喷涂的质量控制

2.1炉衬设计中应注意的问题

加热炉正常运行时火焰的理论高度在1m左右,但考虑到燃料及操作不当等因素的存在,致使火焰舔着衬里,造成局部超温而影响衬里寿命和炉的热效应。在炉膛设计温度高于1000℃的炉内,距炉底2m以下的炉墙衬里宜采用拉砖结构;在炉膛内设计温度低于500℃的炉内,距炉底2m以下的炉墙衬里宜采用高铝纤维层。

对流段炉顶温度低,易形成亚硫酸(H2SO3),H2SO3极易与耐火纤维的主要成分Al2O3SiO2产生化学反应,使纤维断裂、粉化。对流段炉顶部分的炉衬宜采用烧注料或砖结构。

2.2喷涂原材料的质量控制

严格控制喷涂原材料的质量是保证成品优质的前提。喷涂用纤维原材料要求纤维直径24cm,丝长80100mm,渣球含量≤8%。岩棉价格便宜,在保温、隔热上具有良好的性能,工作温度在-268～700℃之间,可用于连续工作温度在600℃以下的炉窑及管道衬层绝热保温。

硅酸铝系耐火纤维容量在250kg/m3条件下导热系数最小。标准型普通硅酸铝纤维、高铝纤维分别用于工作温度在1000℃以下的设备,作耐火、隔热、保温层,高铝与含锆合纤维及含锆纤维喷涂应用于1300℃左右的高温炉窑。

高温结合剂的质量性能直接影响喷涂产品的寿命。常用硅酸铝系列结合剂属热硬性结合剂。在允许的工作范围内,结合剂成分配比应用有助于形成粘结链和网络结构,既需快速促凝,固化后不收缩,又要具有均匀、分散、流动性、兼顾初始强化度和热态烧结性能。热硬性能结合剂的耐火度不低于175℃,黏度6.0×10-3～8.0×10-3Pa·s。全纤维喷涂炉衬的保温钉结构有“V”、“V”、“L”等形式,一般采用三角形式排布,材质一般采用Φ6mm的A3钢或10T18Niqri钢。

喷涂衬施工用水应达到施工用水标准。

2.3施工中的质量控制

(1)衬里施工期间直至烘炉的环境温度不得低于5℃,雨季施工应有防雨措施。用木塞或牛皮纸将加热炉有接管内孔及燃烧器全部封堵严密。

(2)钢结构除锈标准应达到St3级。保温钉焊接应满焊,无咬肉,垂端偏差≤5mm,高度误差±2mm,间距误差±5mm。

(3)根据喷涂层衬里厚度分层喷涂耐火纤维,每层间挂不锈钢网,衬里应将保温钉完全覆盖,且内表面与保温钉端应有25～30mm的距离,喷涂过程中严禁使用弹料。

(4)旧炉衬在喷涂耐火纤维前必须用钢丝刷彻底清理原耐火砖表面,除去粉尘及油污,凡表面疏松处均应剔除。

(5)纤维衬里喷涂成型后严禁机械碰撞,衬里在使用前不需烘炉。若施工环境的温度高,须用红外灯(250W/盏·m3)对炉顶进行养护。

3耐火纤维喷涂衬里的验收

(1)纤维喷涂衬里的厚度用直径2mm的长探针进行检查,平均不少于1处/m2,喷涂衬里总厚度误差为0～10mm,采用复合炉衬时背衬纤维涂层的厚度误差为-10～0mm,衬里表面平整度误差≤10mm,衬里表面不应存在明显疏松和缝隙。

(2)纤维喷涂衬里的物理性能以每项工程每种材料各制1组样块(包括100mm×10mm×20mm6块,Φ180mm×20mm6块)进行检验,如有不符项目,则取双倍样块复验,2组均达标时判为合格。

4结语

耐火纤维喷涂衬里突出的性能,使其独立成为工业节能技术上的一项重要创新。随着纤维喷涂应用技术的发展,其应用领域日益扩大。