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【摘 要】对耐火纤维及其制品的特性、分类及几种施工工艺进行介绍，并着重对耐火纤维喷涂施工进行说明。对绝热层砌筑、耐火纤维人工安装及耐火纤维喷涂施工的氢氧化铝焙烧炉进行技术经济分析，说明耐火纤维及其喷涂技术在工业炉窑的设计与施工中应合理地选择使用。
【关键词】 耐火纤维;锚固件;喷涂;绝热层
自20世纪90年代我国开始推广使用耐火纤维新型节能材料以来，耐火纤维在冶金、化工、机械、航空等行业逐步取代砖体材料被广泛应用，使用耐火纤维及其二次制品，采用填充、层铺法锚固件固定叠铺法以及组合块式等施工方法形成绝热层和温温层。这些施工方法基本采用人工施工，施工长，劳动强度大。近年来引进开发了耐维喷涂技术，这是耐火纤维施工技术的第二代，是耐火纤维施工技术的一次突破。
1.耐火纤维及制品
1.1耐火纤维
耐火纤维又称陶瓷纤维，是一种人造无机非金属材料，是由AL2O3、Si02为主要成分组成的玻璃或结晶相二元化合物。作为轻质耐火隔热材料用于工业炉窑可节能15%～30%。耐火纤维具有如下良好特性：
（1）耐高温性。普通硅酸铝耐火纤维的使用温1200℃，特种耐火纤维如氧化铝纤维、莫来石等使用温度高达1 600～2000℃，而一般的纤维材料如石棉、岩棉的耐火温度仅650℃左右。
（2）隔热保温性。耐火纤维在高温时的导热率很低，普通硅酸铝耐火纤维在1 000℃时的导热率为轻质粘土砖的l/3，且热容量小，隔热效率高。设计炉衬厚度可比使用轻质耐火砖减薄一半左右。
（3）化学稳定性。除强碱、氢氟酸外，几乎不受任何化学药品和蒸气、油类的侵蚀，常温下不与酸作用，高温时对熔融铝、铜、铅等及其合金不润湿。
（4）抗热震性。耐火纤维性能柔软，有弹性，抗热冲击、耐急热急冷性好。设计中耐火纤维炉衬可不考虑热应力的影响。
另外，耐火纤维的绝缘性及隔声性能也比较好。对于30～300 Hz的声波，其隔声性能优于常用的隔声材料。
1.2耐火纤维制品
散状耐火纤维原棉通过二次加工，形成纤维二次制品，可分为硬制品和软制品。硬制品有较高强度，可进行车、钻等机械加工;软制品有较大的回弹性，可压缩、弯曲而不断裂，如耐火纤维毡、毯、绳、带等。
1.2.1耐火纤维毡
耐火纤维毡是采用湿法加工工艺，将耐火纤维放入含有结合剂的水溶液中均匀混合沉积而成的制品。常用的结合剂有甲基纤维素、乳胶、硅溶胶等。它的表面比耐火纤维毯硬，具有适宜的柔软性和刚度，施工性能好。
耐火纤维毡根据供货状态可分为干毡和湿毡。湿毡是将耐火纤维毡在氧化铝或氧化硅胶体溶液中浸渍，然后封装在塑料袋内保持湿润，通常用于难以施工的复杂部位，干燥后表面硬化，抗风蚀性能好。
1.2.2耐火纤维毯
耐火纤维毯是采用干法加工工艺制成的制品，不含或含少量的结合剂。根据工艺及形状不同可分针刺毯、折迭毯、毯卷等。针刺毯采用针刺工艺，通过带有倒钩的针在纤毯表面上下勾刺而成。具有强度高、抗风蚀性强、收缩小等优点。
1.2.3预制块
将壳内为负压的模具放入含结合剂和纤维的水液中，使纤维向模壳集聚至要求厚度脱模干燥而成;也可用粘结剂将纤维毡粘在金属网上利用螺栓金属网固定在炉墙或钢结构上，施工比较方便。
1.2.4耐火纤维纺织品
将耐火纤维采用编、织、纺等工艺制成的制品，纱、带、布、绳等品种，具有耐高温、耐腐蚀、绝缘好、无毒性等优点，广泛应用于保温、隔热、密封方面，节能效果好，不污染环境，是石棉制品的优良替代品。
2.耐火纤维施工技术
各种炉窑中的保温材料基本上是使用耐火纤维棉，采用填充法施工，将纤维棉在规定的部位填充至需要的厚度，此时耐火纤维主要起绝热保温作用。耐火炉衬的施工有层铺法、叠铺法、混合法以及耐火纤维喷涂法。
2.1层铺法
层铺法是耐火纤维门内衬施工最早的使用方法。炉衬采用耐火纤维毡，或在耐火纤维与钢板之间衬以矿渣棉毡或玻璃棉毡。由于层铺纤维与受热面平行，因此炉衬高温收缩大，耐气流冲刷性能较差，但炉衬热导率相对减小约20%，有利于绝热保温。一般选用镍铬钛合金、铁铬铝合金、陶瓷、氧化铝等高温材料做锚固件，用于炉顶时其中心距不大于250 mm，用于炉墙时不大于300 mm。
2.2叠铺法
叠铺法常用于加热炉墙的施工中，将耐火纤维板、毯或毡逐层叠加，并用金属件或粘结剂将其固定联为一体。但是受热纤维与受热面垂直，耐火纤维高温收缩较小，耐冲刷性能及高温性能较好，但炉衬的热导率比层铺稍高，并且施工中要注意防止衬体出现通缝。
2.3层叠组合结构
此方法综合了层铺和叠铺的优点，也就是在内层采用叠铺法施工，内层和炉体钢板之间用层铺，此种结构耐冲刷、耐高温、收缩小、热导率较低，但施工复杂。
2.4耐火纤维喷涂
近年来，耐火纤维喷涂技术在我国得到很大程度的推广。它在耐火材料的形状和施工工艺上有了新的突破，耐火纤维炉衬第二代施工技术应用于工业各行业的炉窑热工设备，可防止锚固件及炉壳的烧损，降低散热损失，提高热效率，加快施工进度，炉衬的整体密封性好，使用寿命长。
耐火纤维喷涂是纤维机械化施工的一种新工艺，通过专用纤维喷涂机将经过预处理的散状耐火纤维棉与专用的结合剂在高压下同时喷出，纤维和结合剂在喷枪外混成一体喷到工作面上，形成三维网状结构，如图1所示。与常规的耐火纤维制品层类似，但喷涂是机械化施工，将整个内衬形成均匀无缝隙、高强度的整体制品结构。
图1耐火纤维喷涂示意图 1.炉体钢板2.耐热螺栓3.耐火纤维4.耐热钢网
耐火纤维喷涂工艺流程如图2所示。
在工艺流程中，结合剂影响着喷涂层的常温强度和高温强度，结合剂的选择应考虑既能形成常温强度和高温强度，同时又不能腐蚀钢板、锚固件等，另外结合剂挥发后其固体存量不应太大，否则会降低纤维的弹性。
针刺处理是用针刺机对纤维层进行二次成型处理，使二维网络结构变成三维网络结构，从而提高喷涂衬层的抗拉强度。
耐火纤维喷涂工艺具有如下优点：
（1）机械化湿法施工，劳动强度低，施工进度快，粉尘污染小，质量有保证。每小时可喷涂纤维棉300-500kg，是常规施工的4～5倍。设计灵活性大，形成复合炉衬，使炉衬厚度更趋于经济性和合理性。
（2）喷涂使炉衬整体无接缝，纤维相互交织形成三维空间结构，密封性能好。
（3）适合于复杂异形面的施工，提高异形结合处的密封性能。
（4）使用寿命长，是手工安装炉衬的1～2倍。
3.耐火纤维施工工艺经济技术分析
我厂目前有6台氢氧化铝焙烧炉，分别是在不同的时期建设，各台焙烧炉主炉内衬所采用不同材料的绝热层，其中包括保温砖砌筑，耐火纤维制品安装，以及耐火纤维喷涂施工。虽然这些炉型的设计时间、内衬结构不一样，但其工况是基本一致的，所以有非常强的可比性。
3.1炉体结构
3.1.1耐火砖砌筑
2#焙烧炉1994年建成，主炉绝热层用硅藻土砖保温，绝热层厚度为230mm。炉体结构庞大，施工难度大，周期长。
3.1.2耐火纤维制品安装
4#焙烧炉2002年建成，主炉绝热层采用层铺和叠铺结合方式，炉墙内衬用耐火纤维板叠铺，粘结剂胶合。炉顶采用层铺法，1Crl8Ni9Ti材质的螺栓锚固，并用高温粘结剂胶合。绝热层设计厚度为200mm。在施工中，环境恶劣，质量不易保证，特别是异形面处更难以保证，接缝施工不当，在使用时由于纤维的热收缩形成贯通缝隙，整体密封性差，炉外侧局部出现高温，特别是顶部，造成炉盖钢结构局部变形。
3.1.3耐火纤维喷涂炉
6#焙烧炉2005年建成，，由于考虑成本造价原因，炉顶采用耐火纤维喷涂施工工艺，绝热层设计厚度为150 mm炉子实现了轻型化，且造价合理，密封性能良好，经过运行，使用效果良好。
3.2经济技术指标比较
3种施工工艺的经济技术指标见表2。
4.结语
（1）耐火纤维是一种优良的耐火保温材料，具有优良的特性，是耐火、保温、绝热的首选材料。
（2）耐火纤维喷涂技术是纤维炉衬第二代施工技术，在工业炉窑的内衬耐火绝热、保温中具有广泛的使用前景。
（3）耐火纤维喷涂虽具有优异的特性，但其一次性投资较高，在设计时应因地制宜地选用。
参考文献：
[1]葛霖.筑炉手册.冶金工业出版社，2000.
[2]钱之荣、范广举.耐火材料实用手册.冶金工业出版社，2003
作者简介：白利军，男1979年3月，山西兴县，汉族，太原铁路机械学校，本科学历，窑炉衬体热工。
【关键词】 耐火纤维;锚固件;喷涂;绝热层
自20世纪90年代我国开始推广使用耐火纤维新型节能材料以来，耐火纤维在冶金、化工、机械、航空等行业逐步取代砖体材料被广泛应用，使用耐火纤维及其二次制品，采用填充、层铺法锚固件固定叠铺法以及组合块式等施工方法形成绝热层和温温层。这些施工方法基本采用人工施工，施工长，劳动强度大。近年来引进开发了耐维喷涂技术，这是耐火纤维施工技术的第二代，是耐火纤维施工技术的一次突破。
1.耐火纤维及制品
1.1耐火纤维
耐火纤维又称陶瓷纤维，是一种人造无机非金属材料，是由AL2O3、Si02为主要成分组成的玻璃或结晶相二元化合物。作为轻质耐火隔热材料用于工业炉窑可节能15%～30%。耐火纤维具有如下良好特性：
（1）耐高温性。普通硅酸铝耐火纤维的使用温1200℃，特种耐火纤维如氧化铝纤维、莫来石等使用温度高达1 600～2000℃，而一般的纤维材料如石棉、岩棉的耐火温度仅650℃左右。
（2）隔热保温性。耐火纤维在高温时的导热率很低，普通硅酸铝耐火纤维在1 000℃时的导热率为轻质粘土砖的l/3，且热容量小，隔热效率高。设计炉衬厚度可比使用轻质耐火砖减薄一半左右。
（3）化学稳定性。除强碱、氢氟酸外，几乎不受任何化学药品和蒸气、油类的侵蚀，常温下不与酸作用，高温时对熔融铝、铜、铅等及其合金不润湿。
（4）抗热震性。耐火纤维性能柔软，有弹性，抗热冲击、耐急热急冷性好。设计中耐火纤维炉衬可不考虑热应力的影响。
另外，耐火纤维的绝缘性及隔声性能也比较好。对于30～300 Hz的声波，其隔声性能优于常用的隔声材料。
1.2耐火纤维制品
散状耐火纤维原棉通过二次加工，形成纤维二次制品，可分为硬制品和软制品。硬制品有较高强度，可进行车、钻等机械加工;软制品有较大的回弹性，可压缩、弯曲而不断裂，如耐火纤维毡、毯、绳、带等。
1.2.1耐火纤维毡
耐火纤维毡是采用湿法加工工艺，将耐火纤维放入含有结合剂的水溶液中均匀混合沉积而成的制品。常用的结合剂有甲基纤维素、乳胶、硅溶胶等。它的表面比耐火纤维毯硬，具有适宜的柔软性和刚度，施工性能好。
耐火纤维毡根据供货状态可分为干毡和湿毡。湿毡是将耐火纤维毡在氧化铝或氧化硅胶体溶液中浸渍，然后封装在塑料袋内保持湿润，通常用于难以施工的复杂部位，干燥后表面硬化，抗风蚀性能好。
1.2.2耐火纤维毯
耐火纤维毯是采用干法加工工艺制成的制品，不含或含少量的结合剂。根据工艺及形状不同可分针刺毯、折迭毯、毯卷等。针刺毯采用针刺工艺，通过带有倒钩的针在纤毯表面上下勾刺而成。具有强度高、抗风蚀性强、收缩小等优点。
1.2.3预制块
将壳内为负压的模具放入含结合剂和纤维的水液中，使纤维向模壳集聚至要求厚度脱模干燥而成;也可用粘结剂将纤维毡粘在金属网上利用螺栓金属网固定在炉墙或钢结构上，施工比较方便。
1.2.4耐火纤维纺织品
将耐火纤维采用编、织、纺等工艺制成的制品，纱、带、布、绳等品种，具有耐高温、耐腐蚀、绝缘好、无毒性等优点，广泛应用于保温、隔热、密封方面，节能效果好，不污染环境，是石棉制品的优良替代品。
2.耐火纤维施工技术
各种炉窑中的保温材料基本上是使用耐火纤维棉，采用填充法施工，将纤维棉在规定的部位填充至需要的厚度，此时耐火纤维主要起绝热保温作用。耐火炉衬的施工有层铺法、叠铺法、混合法以及耐火纤维喷涂法。
2.1层铺法
层铺法是耐火纤维门内衬施工最早的使用方法。炉衬采用耐火纤维毡，或在耐火纤维与钢板之间衬以矿渣棉毡或玻璃棉毡。由于层铺纤维与受热面平行，因此炉衬高温收缩大，耐气流冲刷性能较差，但炉衬热导率相对减小约20%，有利于绝热保温。一般选用镍铬钛合金、铁铬铝合金、陶瓷、氧化铝等高温材料做锚固件，用于炉顶时其中心距不大于250 mm，用于炉墙时不大于300 mm。
2.2叠铺法
叠铺法常用于加热炉墙的施工中，将耐火纤维板、毯或毡逐层叠加，并用金属件或粘结剂将其固定联为一体。但是受热纤维与受热面垂直，耐火纤维高温收缩较小，耐冲刷性能及高温性能较好，但炉衬的热导率比层铺稍高，并且施工中要注意防止衬体出现通缝。
2.3层叠组合结构
此方法综合了层铺和叠铺的优点，也就是在内层采用叠铺法施工，内层和炉体钢板之间用层铺，此种结构耐冲刷、耐高温、收缩小、热导率较低，但施工复杂。
2.4耐火纤维喷涂
近年来，耐火纤维喷涂技术在我国得到很大程度的推广。它在耐火材料的形状和施工工艺上有了新的突破，耐火纤维炉衬第二代施工技术应用于工业各行业的炉窑热工设备，可防止锚固件及炉壳的烧损，降低散热损失，提高热效率，加快施工进度，炉衬的整体密封性好，使用寿命长。
耐火纤维喷涂是纤维机械化施工的一种新工艺，通过专用纤维喷涂机将经过预处理的散状耐火纤维棉与专用的结合剂在高压下同时喷出，纤维和结合剂在喷枪外混成一体喷到工作面上，形成三维网状结构，如图1所示。与常规的耐火纤维制品层类似，但喷涂是机械化施工，将整个内衬形成均匀无缝隙、高强度的整体制品结构。
图1耐火纤维喷涂示意图 1.炉体钢板2.耐热螺栓3.耐火纤维4.耐热钢网
耐火纤维喷涂工艺流程如图2所示。
在工艺流程中，结合剂影响着喷涂层的常温强度和高温强度，结合剂的选择应考虑既能形成常温强度和高温强度，同时又不能腐蚀钢板、锚固件等，另外结合剂挥发后其固体存量不应太大，否则会降低纤维的弹性。
针刺处理是用针刺机对纤维层进行二次成型处理，使二维网络结构变成三维网络结构，从而提高喷涂衬层的抗拉强度。
耐火纤维喷涂工艺具有如下优点：
（1）机械化湿法施工，劳动强度低，施工进度快，粉尘污染小，质量有保证。每小时可喷涂纤维棉300-500kg，是常规施工的4～5倍。设计灵活性大，形成复合炉衬，使炉衬厚度更趋于经济性和合理性。
（2）喷涂使炉衬整体无接缝，纤维相互交织形成三维空间结构，密封性能好。
（3）适合于复杂异形面的施工，提高异形结合处的密封性能。
（4）使用寿命长，是手工安装炉衬的1～2倍。
3.耐火纤维施工工艺经济技术分析
我厂目前有6台氢氧化铝焙烧炉，分别是在不同的时期建设，各台焙烧炉主炉内衬所采用不同材料的绝热层，其中包括保温砖砌筑，耐火纤维制品安装，以及耐火纤维喷涂施工。虽然这些炉型的设计时间、内衬结构不一样，但其工况是基本一致的，所以有非常强的可比性。
3.1炉体结构
3.1.1耐火砖砌筑
2#焙烧炉1994年建成，主炉绝热层用硅藻土砖保温，绝热层厚度为230mm。炉体结构庞大，施工难度大，周期长。
3.1.2耐火纤维制品安装
4#焙烧炉2002年建成，主炉绝热层采用层铺和叠铺结合方式，炉墙内衬用耐火纤维板叠铺，粘结剂胶合。炉顶采用层铺法，1Crl8Ni9Ti材质的螺栓锚固，并用高温粘结剂胶合。绝热层设计厚度为200mm。在施工中，环境恶劣，质量不易保证，特别是异形面处更难以保证，接缝施工不当，在使用时由于纤维的热收缩形成贯通缝隙，整体密封性差，炉外侧局部出现高温，特别是顶部，造成炉盖钢结构局部变形。
3.1.3耐火纤维喷涂炉
6#焙烧炉2005年建成，，由于考虑成本造价原因，炉顶采用耐火纤维喷涂施工工艺，绝热层设计厚度为150 mm炉子实现了轻型化，且造价合理，密封性能良好，经过运行，使用效果良好。
3.2经济技术指标比较
3种施工工艺的经济技术指标见表2。
4.结语
（1）耐火纤维是一种优良的耐火保温材料，具有优良的特性，是耐火、保温、绝热的首选材料。
（2）耐火纤维喷涂技术是纤维炉衬第二代施工技术，在工业炉窑的内衬耐火绝热、保温中具有广泛的使用前景。
（3）耐火纤维喷涂虽具有优异的特性，但其一次性投资较高，在设计时应因地制宜地选用。
参考文献：
[1]葛霖.筑炉手册.冶金工业出版社，2000.
[2]钱之荣、范广举.耐火材料实用手册.冶金工业出版社，2003
作者简介：白利军，男1979年3月，山西兴县，汉族，太原铁路机械学校，本科学历，窑炉衬体热工。