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中能技術

簡述耐火纖維的生產工藝及應用

文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2022/4/24     瀏覽次數:    

一、耐火纖維的發展概況

耐火纖維是屬不定型耐火隔熱材料,它具有容重輕、導熱系數小、抗熱震性好、使用方

便、節能效率高等特點。自1941年美國B&W公司首次制成高嶺土耐火纖維以來,耐火纖維以其高效的節能效益在工業窯爐中被得到了廣泛的應用,生產技術、產量、品種及用途也得到了較快的發展,取得了很大的成就。

目前國內外生產的耐火纖維主要有兩大類:陶瓷纖維(玻璃態)和多晶纖維(晶體態)。陶瓷纖維的品種國際上通常是按牌號溫度(亦稱分類溫度)進行分類的,其等級有1050、1260、1400,國內也有按硅酸鋁纖維、高鋁纖維、含鋯纖維等進行分類。牌號溫度不是安全使用溫度,在氧化氣氛爐中使用要降低200-300℃,在還原氣氛爐中使用要降低300-400℃。多晶纖維的分類有:多晶莫來石纖維、多晶氧化鋁纖維、多晶氧化鋯纖維,多晶莫來石纖維和多晶氧化鋁纖維的的安全使用溫度為1650℃,多晶氧化鋯纖維的安全使用溫度為1800℃。

陶瓷纖維的生產與應用已很普遍,產量也很大,國內具有代表性的幾大廠家,年產量都在3000-5000噸左右,產品主要應用于1250℃以下的各種工業窯爐。多晶纖維由于其技術含量高,生產工藝復雜,在國外也只有少數幾個工業發達的國家才能生產,如英國的I(2I公司、美國的聯合碳化硅公司、日本的三棱化學公司等。我國多晶莫來石耐火纖維的研制和生產是從80年代初開始的,其初期技術的開發與應用得到了原國家經委科技局、能源局、冶金工業部科技司的大力支持,歷經25年的發展,我國多晶莫來石纖維的各項技術指標已達到了國際先進水平,并已在冶金、電子、陶瓷、玻璃、化工、軍工等高溫工業窯爐得到了成功應用。杭州宏達晶體纖維有限公司是國內規模最大、最具代表性的多晶莫來石耐火纖維的專業生產廠家,年產量在500噸以上,并與原輕工部上海玻璃搪瓷研究所(現屬上海東華大學)共同承擔了國家“九五”重點科研攻關項目——“多晶纖維復合制品的研究與在高溫爐窯上的應用開發”。多晶纖維的開發與應用,彌補了陶瓷纖維不能在1300℃以上使用的缺點,開拓了1300℃一1700℃更為廣泛的高溫應用領域。

二、耐火纖維的生產工藝與理化性能

1.玻璃態耐火纖維

玻璃態耐火纖維的制取采用高溫熔融法,其方法是用電阻爐(早期用電弧爐)將原料熔

化成液體,同時,液體以細流股流出,并被壓縮空氣噴吹成纖維。但現已大都采用離心甩絲

法制取纖維,即將熔融料的高溫液體澆注在高速旋轉的輥子上,靠離心力將液體甩成纖維。

采用離心甩絲法生產的纖維,質量要高于噴吹法。其絲長、渣球含量少。制成的纖維叫作纖

維原棉,可制成各種纖維制品,如毯、氈、板、繩、真空成型制品及各種預制組件。玻璃態

纖維制取工藝流程如下圖1。

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圖1玻璃態纖維制取工藝

玻璃態耐火纖根據氧化鋁含量的不同,主要可分為四種:普通硅酸鋁纖維、高純硅酸鋁

纖維、高鋁纖維、含鋯纖維。

玻璃態纖維最初是用高嶺土之類的天然原料制成的,這種原料的氧化鋁含量為40-45%。由于玻璃態纖維的耐火性能及抗收縮性能隨著A1203含量的增加而提高,因此,為提高玻璃態纖維的使用溫度,后來采用了配合料的方法以提高原料的A1203含量。但氧化鋁含量提高到60%以上時,由于配合料熔體粘度的溫度系數太高,導至在高溫下熔體粘度太低,而無法生成纖維,故用熔融法生產的玻璃態纖維其A1203含量只能在60%以下,從而限制了纖維的使用溫度。同時,由于高溫液體在通過噴吹或甩絲成纖的瞬間,迅速冷凝,其冷卻的速度遠大于物體微觀組織內原子的擴散速度,因此晶格的排列與形成的過程沒能夠進行,這樣在物體內就形成了一種非穩定結構,即物體呈介穩定狀態。這種介穩定狀態的物體內保持著一定的勢能,在一定的條件下(如溫度升高給原子擴散創造了條件),它就會向穩定態轉變,其轉變過程中在玻璃相內開始析晶,即先析出方石英,而后開始析出莫來石晶體。開始析晶的溫度是900℃一12 00"C,溫度的繼續升高析晶量將迅速增加,晶粒開始長大,晶粒的長大將造成纖維的收縮,纖維的收縮會造成纖維桿在長度方向上出現下均勻的“縮徑”,最后纖維將斷折、粉化。因此,玻璃態纖維的長期使用溫度不能超過1200℃。另外,熔融液體雜質含量高也是影響玻璃態纖維使用溫度的一個主要原因。

2.晶體纖維的生產工藝及理化性能

A1203一Si02系多晶體纖維的生產是采用“膠體法”工藝制取。首選將金屬鋁粉加人氯化鋁水溶液中,反應生成減式氯化鋁溶液,再加入硅膠溶液和有機酸,經加溫濃縮后制成可成纖維的膠體溶液,通過高速離心甩絲成纖維原坯體,再經高溫熱處理成進行晶相轉變,制成晶體纖維原棉。晶體態纖維制取工藝流程如下圖2。

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圖2晶體態纖維制取工藝

多晶纖維主要有三種:A72多晶莫來石纖維;A80和A95多晶氧化鋁纖維。國內生的主

要以多晶莫來石纖維為主,其理化性能指標見表2。

表2多晶莫石纖維理化性能指標

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晶體纖維是一種在低溫下制取纖維的原坯體的,而最終是在高溫煅燒結晶后形成的,。在制造過程中纖維的內部原子就呈有序排列,物體內部微觀組織已逐漸晶體化,‘這樣就消除了處于介穩定態的玻璃相,因此它在高溫應用過程中基本消除了析品現象,從而使其使用溫度比玻璃態纖維提高了近450℃。

三.耐火纖維的應用

根據窯爐的不同使用要求,采用耐火纖維原棉可制作成纖維粘貼塊、纖維折疊塊、纖維板、纖維異型制品。

1、纖維粘貼塊:纖維粘貼塊主要適用于耐火磚砌筑、澆注料爐體結構的高溫窯爐作內襯

絕熱,如鋼廠的軋鋼加熱爐、陶瓷燒成窯等。纖維粘貼塊不含任何有機添加劑,具有較大的

彈性。粘貼厚度為50—80mm。施工時只要在爐體表面和纖維被貼表面各涂上一層高溫粘結劑即可。見圖3。

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圖3爐墻粘貼纖維結構示意圖

2.纖維折疊塊:纖維折疊塊是采用纖維針刺毯折疊經壓縮而成的纖維模塊,其內部金屬

桿用于安裝錨固。主要可應用于熱處理爐、石化裂解爐、陶瓷燒成窯及其它各種工業窯爐。

安裝時只要將纖維折疊塊吊掛在爐子外殼鋼板上就行,施工極為方便。見圖4。

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圖4纖維折疊塊安裝結構示意圖

3、纖維針刺毯:除用于制作纖維折疊塊外,還可用于窯爐內襯及窯車底部平鋪,窯門等

特殊部位的密封,窯爐膨脹縫的填充等。

4、纖維板:采用耐火纖維原棉加有機添加劑經濕法真空成型而成。主要可應用于各窯爐

爐襯的砌筑、層鋪、吊掛等。

5、纖維的異型制品:是屬不定型耐火纖維制品,可根據用戶需要制作成不同規格、不同

形狀纖維異型制品。如箱式電爐爐襯、鑲嵌式電阻絲組塊、高溫特殊部位的異型件等。耐火纖維在高溫工業窯爐的應用與傳統的耐火磚砌筑及澆注料爐襯相比,具有較大的優越性:1.減少了爐襯厚度,降低了爐體重量,實現了窯爐的輕型化結構。

2.由于升溫速率高降溫速度快,提高了爐子的生產效率。

3.抗震性好,耐急冷急熱,爐體使用壽命長。

4.由于耐火纖維的導熱系數非常小,是一種低蓄熱材料,因此提高了爐子的熱效率,其節能效果十分明顯,節能率達30%以上。

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