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常見問題
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耐火纖維你知多少

2019-8-1    來源:    作者:佚名  瀏覽次數:1659
    耐火纖維具有一般纖維的特性,如柔軟、有彈性、有一定的抗拉強度,可以進一步把它加工成各種紙、線、繩、帶、毯和氈等制品;又具有一般纖維所沒有的耐高溫、耐腐蝕性能。作為耐火隔熱材料,已被廣泛應用于冶金、化工、機械、建材、造船、航空、航天等工業部門。
發展簡史
1941年美國巴布科克與威爾科克斯公司 (Babcock&WilcoxCo.)的中央研究所,發現用壓縮空氣噴吹高嶺土熔體的流股,得到一種形狀和石棉相似的纖維。后于1954年公布 了這種纖維的生產設備和工藝專利,并正式投入生產。20世紀60年代初,美國發展了耐火纖維制品的生產工藝,并將技術傳到日本和歐洲。60年代中期,各國開始采用耐火纖維毯、耐火纖維濕氈代替耐火磚,作工業爐內襯,并陸續研制出高純硅酸鋁纖維、高鋁耐火纖維等新品種。70年代又研制成功多晶纖維,并得到迅速發展,1974年英國帝國化學工業公司(Imperial ChemicalIndustries Ltd)首先建成一套生產多晶氧化鋁纖維的半工業試驗裝置,1979年建成年產500~700t。的工業生產線。80年代日本又研制出含Al2O3 80%的莫來石質纖維,美國也生產Al2O3 72%的莫來石質纖維。使用范圍從熱處理爐擴大到加熱爐等高溫領域。
中國從20世紀70年代初開始試制硅酸鋁質耐火纖維,并成功地用于工業爐。80年代在纖維的基礎理論,新產品開發和推廣應用方面都取得很大進展。已成功地研制出Al2O3 72%,Al2O3 80%,Al2O3 95%3種多晶質耐火纖維。在試驗室還研制成功ZrO2多晶纖維。
分類
耐火纖維分為非晶質(玻璃態)和多晶質(結晶態)兩大類。非晶質耐火纖維,包括硅酸鋁質、高純硅酸鋁質、含鉻硅酸鋁質和高鋁質耐火纖維。多晶質耐火纖維,包括莫來石纖維、氧化鋁纖維和氧化鋯纖維。(表1)也有按耐火纖維最高允許使用溫度分類的。
特性
耐火纖維還是良好的紅外輻射材料,具有良好的熱能力和紅外加熱效應,使用耐火纖維制品可有效節約能源,是理想的節能增效材料。生產實踐證明,將耐火纖維應用于連續加熱工業爐可節能15%以上,用在間歇式工業加熱爐可節能30%以上,同時可提高生產率和改善產品質量,實現爐體結構輕型化、大型化,綜合性能好。
耐火纖維柔軟、彈性好,還是理想的密封材料,由于具有絕緣、消音、抗氧化、耐油和耐水性能,施工方便,因此在冶金、建材、石油、化工、船舶、電力、航天等領域應用廣泛。
多晶耐火纖維是20世紀70年代初繼非晶質耐火纖維之后發展起來的新型高溫隔熱材料,主要用在工作溫度高于1400℃的高溫窯爐,可節能25%~40%。多晶耐火纖維還可作為復合增強材料和催化劑載體,應用效果良好。多晶耐火纖維也可應用于宇航導彈和原子能領域。國際上已工業化生產和應用的多晶耐火纖維主要有多晶氧化鋁纖維(Al2O380%~90%,SiO221%~20%)、多晶莫來石纖維(Al2O372%~79%,SiO221%~28%)和多晶氧化鋯纖維(ZrO292%,Y2O38%)等。
能源問題已經引起世界各國的廣泛關注,一方面能源消耗在逐年增加,
另一方面能源利用率仍十分低下,在我國這一矛盾表現得尤為突出。我國熱工窯爐方面的能源利用率僅為發達國家的50%~60%,節能材料的研究開發已成為材料領域面臨的緊迫任務,耐火纖維由于其具有優異的保溫隔熱性能而成為節能材料的開發熱點。
國外多晶耐火纖維的研究開發起步較早,生產技術已趨成熟,工藝穩定,纖維制品綜合性能優越,已在許多領域獲得應用。
作為多晶耐火纖維的主要品種,多晶氧化鋁纖維具有優異的性價比和巨大的商業價值。自20世紀70年代以來,許多發達國家投入大量精力研制開發多晶氧化鋁纖維。以英國的ICI公司為例,該公司已有20多年生產多晶氧化鋁纖維的歷史,生產的多晶纖維使用溫度可達1600℃。國外多晶耐火纖維不僅用作高溫絕熱材料,而且還用作高級陶瓷、金屬和塑料的增強材料。
國內多晶耐火纖維主要以多晶莫來石纖維和多晶氧化鋁纖維為主,20世紀70年代末,洛陽耐火材料研究院和上海第二耐火材料廠開始多晶莫來石纖維的開發。目前國內多品莫來石的生產多以氯化鋁水溶液和金屬鋁粉為原料,采用膠體法進行生產。主要用于使用溫度為1350℃~1400℃的陶瓷貼面。由洛陽耐火材料研究院研制生產的多晶氧化鋁纖維(Al2O380%~95%)主要用于1500℃~1650℃的高溫窯,年產量為80噸。
我國制造多晶氧化鋁纖維主要采用膠體工藝法,將鋁鹽制成溶液,加熱收縮,
制成紡絲膠體,然后在特定條件下成纖和熱處理,獲得多晶氧化鋁纖維。與國外相比,國內多晶耐火纖維在技術水平和產品質量上都還存在一定差距,生產工藝和裝備也相對落后。
多晶耐火纖維屬高檔新型絕熱材料,具有很大的發展潛力。今后的發展方向是研制一系列具有更高使用溫度和更佳使用性能,能滿足各種特殊要求的多晶耐火纖維相關制品。以多晶耐火纖維為原料生產纖維澆注料、可塑料以及涂料等來替代耐火磚及不定型耐火材料等傳統耐火材料,可充分發揮多晶耐火纖維材料在節能、環保等方面的優異性能,拓展多晶耐火纖維的使用范圍。

2主要用途
1、各種隔熱工業窯爐的爐門密封、爐口幕簾。
2、高溫煙道、風管的襯套、膨脹的接頭。
3、石油化工設備、容器、管道的高溫隔熱、保溫。
4、高溫環境下的防護衣、手套、頭套、頭盔、靴等。
5、汽車發動機的隔熱罩、重油發動機排氣管的包裹、高速賽車的復合制動摩擦襯墊。
6、輸送高溫液體、氣體的泵、壓縮機和閥門用的密封填料、墊片。
7、高溫電器絕緣。
8、防火門、防火簾、滅火毯、接火花用墊子和隔熱覆蓋等防火縫制品。
9、航天、航空工業用的隔熱、保溫材料、制動摩擦襯墊。
10、深冷設備、容器、管道的隔熱、包裹。
11、高檔寫字樓中的檔案庫、金庫、保險柜等重要場所的絕熱、防火隔層,消防自動防火簾。

噴涂技術
耐 火纖維以耐高溫(1000~1400)℃、耐振動、盡熱、吸聲和重量輕等優點,已取代磚結構和澆注料而成為耐火、保溫、隔熱、隔聲、防火的優選材料,在冶金、石油、化工、機械、建筑等行業得到廣泛應用。傳統的耐火纖維的施工技術主要指的是耐火纖維制品的施工技術。采用粘貼、拼接等技術和工藝進行施工,施工 難度大、速度慢,質量控制困難、接縫多,整體性差,操縱工人勞動強度大,環境惡劣。耐火纖維噴涂技術是纖維施工機械化的一項新技術新工藝。該技術是使用纖維噴槍,結合劑通過隔膜泵均勻地噴進纖維,二者在噴槍出口混合直接噴涂到工作表面上,形成三維網絡狀制品結構。克服了傳統施工技術的缺點,有利于進步產業 爐窯的熱效率。
種類
以耐火纖維為主要原料制成的隔熱耐火制品通稱為耐火纖維制品。耐火纖 維分為非晶質(玻璃態)和多晶質(結晶態)兩大類:非晶質耐火纖維包括硅酸鋁質、高純硅酸鋁質、含鉻硅酸鋁質和高鋁質耐火纖維;多晶質耐火纖維包括莫來石纖維、氧化鋁纖維、氧化鋯纖維。耐火纖維制品的最高使用溫度因制品纖維品種、爐內氣氛而不同,一般在(1100~1500)℃。
應用 于高溫耐火材料的結合劑品種繁多,性能各異。按照結合劑的化學性質分為無機結合劑和有機結合劑。無機結合劑主要有硅酸鹽類、鋁酸鹽類、磷酸鹽類、硫酸鹽類、氯化物類和溶膠;有機結合劑包括自然有機物和有機合成物。應用于耐火纖維噴涂技術的高溫結合劑一般是硅酸鈉。
巖棉在保溫、隔熱上具有良好的性能,價格便宜,工作溫度在(-268~700)℃之間。可用于連續工作溫度在600℃以下的爐窯及管道襯層盡熱保溫。
硅 酸鋁系耐火纖維密度在(250~300)kg/m3條件下導熱系數最小。標準型普通硅酸鋁纖維、高鋁纖維噴涂分別用于工作溫度在1000℃、1200℃以 下的熱工設備,作耐火、隔熱、保溫層,高鋁與含錯復合纖維及含錯纖維噴涂應用于1300℃左右的高溫爐窯。
常用硅酸鋁系列結合劑 屬熱硬性結合劑。在答應的工作溫度范圍內,結合劑成分、配比應有助于形成粘結鏈和網絡結構,既需快速促凝、固化后不收縮,又要具有均勻、分散、活動性,兼顧初始強化度和熱態燒結性能。熱硬性結合劑的耐火度不低于1750℃,粘度(6.0~8.0)×10-3Pa·s。
應用
1.應用范圍
耐 火纖維制品有很多優點,但其強度和耐火磚、高強度澆注料相比,還是有較大差距,故耐火纖維制品適用于直接與爐襯接觸、無顆粒氣流沖洗及燃氣流速 ≤20m/s(若噴涂表面涂料可增強抗氣流沖洗能力)的各種產業爐窯的耐火襯里和復合爐襯的保溫層。采自中國資產治理網。另外,通過纖維原料的選用,塔、罐、容器等的外保溫也可用纖維制品。噴涂技術是耐火纖維施工技術的改進和進步,施工速度快,質量較好。適合使用耐火纖維制品的結構同樣適合噴涂技術的使 用。
2.特點及優越性
目前國內大部分爐窯的爐墻仍采用磚砌層結構,其缺點是點火升溫時,蓄熱量大,升溫速度慢,熱耗增加;保溫效果差,散熱損失大,工作環境惡劣;熱惰性大,不適合自動化控制燃燒。
對 于復合結構的內襯,爐襯材料由耐火磚至澆注料發展到輕質纖維氈、毯、塊等,固然在一定程度上進步了爐窯技術性能指標,但纖維制品的施工工藝落后,施工質量難以保證,內襯的壽命受到較大影響。主要缺點是人力投進大,施工速度慢,施工質量很難控制;纖維制品間有貫通式直縫,密封性差,易竄火;球面及異型結構難 以施工,維修和搶修困難。
對于加熱爐等產業爐襯來說,纖維噴涂材料采用優質纖維原棉,高性能纖維系列結合劑為原料,在一次性整體噴涂過程中形成網絡結構,與其他施工方法相比,具有以下優點:
(1)一次性噴涂所獲得的襯層無接縫,有效地避免了纖維制品在高溫下的定向收縮,消除了竄氣、露點腐蝕等對爐殼、錨固釘的危害,強化了密封、保溫順耐火性能,進步了產業爐窯的熱效率。
(2) 纖維噴涂技術可以降低復雜形面,如球面、拐角、爐門及排煙管結合處等部位整體錨固的施工難度,進步了異形結合處的密封性能。襯層堅固、均勻而平整,具有較強的抗腐蝕能力。噴涂施工方便、靈活,錨固釘用量少,且全部埋在纖維爐襯里,有效防止釘頭燒損,避免熱短路。
(3)噴涂纖維襯層具有比平展氈、毯較低的導熱系數,比立展折疊塊有較好的熱強度,錨固件埋于噴涂層內不直接傳遞熱量,節能達15%~30%。
(4)噴涂層經濟公道,可以根據產業爐工況,采用多種纖維分層復合噴涂,有利于實現復合材料傳熱機理的溫度梯度分布,降低襯層材料的綜合造價。
(5)耐火纖維噴涂速度比常規施工方法進步4.5倍,尤其對搶修工程更具有上風。涂層結構屬柔性質料,噴涂施工竣工后即可投進使用,減少近4/5的烘爐時間。
質量控制
1.襯里施工期間直至烘爐時的環境溫度不得低于5℃,雨季施工應有防雨措施,用木塞或牛皮紙將加熱爐所有接管內孔及燃燒器孔全部封堵嚴密。
2.鋼結構除銹標準應達到St3級。錨固釘焊接根部應滿焊、無咬肉,垂直偏差≤5mm,高度誤差±2mm,間距誤差±5mm。
3.根據噴涂襯里的厚度分層噴涂耐火纖維,每層間掛不銹鋼網,襯里應將錨固釘完全覆蓋,且內表面與錨固釘頂端應有(25~30) mm的間隔,噴涂過程中嚴禁使用回彈料。
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