近幾年來, 耐火纖維以其耐高溫 (1273～1473K) 、耐振動、絕熱、吸音和重量輕等優點, 已取代磚結構和澆注料而成為耐火、保溫、隔熱、隔音、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。耐火纖維噴涂技術是纖維施工機械化的一項新工藝。該技術是使用專用纖維噴槍, 將結合劑通過隔膜泵均勻地噴入纖維, 并使二者混合直接噴涂到工件表面上, 形成三維網絡狀制品結構。它克服了小塊耐火纖維氈、毯、折疊塊爐襯整體性差、接縫多, 易定向收縮產生貫通縫, 施工難度大、周期長等缺點, 有利于提高工業爐窯的熱效率, 為企業節能增效提供了一條很好的途徑。

耐火纖維噴涂技術適用于無固體物料直接與爐襯接觸、無顆粒氣流沖刷及燃氣流速≤20m/s (若噴涂表面涂料可增強抗氣流沖刷能力) 的各種工業爐窯的耐火襯里。另外, 通過纖維原料的選用, 塔、罐、容器等的外保溫也可用噴涂法施工。

我國工業爐窯是能耗大戶, 其能耗占全國總能耗的25%。目前, 國內大部分爐窯依舊沿用上世紀50年代的設計與技術, 爐墻仍采用復雜的砌磚。其缺點是:爐體點火升溫時, 爐墻蓄熱量大, 升溫速度慢;爐墻保溫效果差, 散熱損失大, 工作環境惡劣;爐墻熱惰性大, 不適合自動化控制燃燒。

爐襯材料由耐火磚至澆注料發展到輕質纖維氈、毯、塊等的應用, 雖然在一定程度上提高了爐窯技術性能指標, 但纖維二次制品的層鋪、疊加、穿釘、貼面等施工工藝和質量、壽命也暴露出很大的局限性。主要缺點有:人力投入大, 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。

對于加熱爐等工業爐襯來說, 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的三維網絡結構形式的爐襯, 與其他施工方法形成的纖維爐襯相比, 具有以下優點:

1) 一次性噴涂所獲得的襯層整體無接縫, 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、保溫和耐火性能, 提高了工業爐窯的熱效率。

2) 應用纖維噴涂技術可以大大降低復雜異形面, 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, 提高了異形結合處的密封性能。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鋪氈、毯較低的導熱系數, 比立鋪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, 節能率達15%～30%。襯層堅固、均勻而平整, 具有較強的抗侵蝕能力。

4) 噴涂層經濟合理, 可以根據工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提高4.5倍, 縮短了施工周期, 尤其對搶修工程更具有優勢。涂層結構屬柔性質料, 噴涂施工竣工后即可投入使用, 減少近4/5的烘爐時間。

加熱爐正常運行時火焰的理論高度在1m左右。燃料及操作不當等因素的存在, 致使火焰舔著襯里, 造成局部超溫而影響襯里壽命和爐的熱效應。在爐膛設計溫度高于1000℃的爐內, 距爐底2m以下的爐墻襯里宜采用拉磚結構;在爐膛設計溫度低于500℃的爐內, 距爐底2m以下的爐墻襯里宜采用高鋁纖維層。

對流段爐頂溫度低, 易形成硫酸 (H2SO3) , H2SO3極易與耐火纖維的主要成分Al2O3、SiO2產生化學反應, 使纖維斷裂、粉化。對流段爐頂部分的爐襯宜使用澆注料或磚結構。

在輻射室至對流室的過渡段等煙氣流速較大部位, 襯里噴涂完成后需刷一層約1～2mm厚的專用高溫無機涂料, 加強過渡段襯里的抗氣流沖刷能力。設計纖維爐襯厚度的經驗值見表1。

嚴格控制噴涂原料的質量是保證成品優質的前提。噴涂用纖維原材料要求纖維直徑2～4μm, 絲長80～100mm, 渣球含量≤8%。

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?？捎糜谶B續工作溫度在600℃以下的爐窯及管道襯層絕熱保溫。

硅酸鋁系列耐火纖維密度在250～300kg/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, 高鋁與含鋯復合纖維及含鋯纖維噴涂應用于1300℃左右的高溫爐窯。

高溫結合劑的質量性能直接影響著噴涂產品的壽命。常用硅酸鋁系列結合劑屬熱硬性結合劑。在允許的工作溫度范圍內, 結合劑成分、配比應有助于形成粘結鏈和網絡結構, 既要快速促凝、固化后不收縮, 又要具有均勻、分散、流動性, 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6.0×10-3～8.0×10-3Pa·s。

全纖維噴涂爐襯的保溫釘結構有“V”、“Y”、“L”等形式, 一般采用三角形式排布。材質一般采用Ø6mm的A3鋼或1Cr18Ni9Ti鋼。

噴涂襯里施工用水應達到工業用水標準。

(1) 襯里施工期間直至烘爐時的環境溫度不得低于5℃, 雨季施工還應有防雨措施, 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。保溫釘焊接根部應滿焊、無咬肉, 垂直偏差≤5mm, 高度誤差為±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, 襯里應將保溫釘完全覆蓋, 且內表面與保溫釘頂端應有25～30mm的距離, 噴涂過程中嚴禁使用回彈料。

(4) 舊爐襯在噴涂耐火纖維前必須用鋼絲刷徹底清理原耐火磚表面, 除去粉塵及油污, 凡表面疏松處均應剔除。

(5) 硅酸鋁纖維噴涂襯里噴涂成型后嚴禁機械碰撞, 襯里在使用前不需烘爐。若施工環境的濕度高, 須用燈對爐頂進行養護。

(1) 硅酸鋁纖維噴涂襯里的厚度用直徑2mm的長探針進行檢查, 平均不少于1處/m2;噴涂襯里總厚度誤差為0～+10mm;采用復合爐襯時背襯纖維涂層的厚度誤差為-10～0mm;襯里表面平整度誤差≤10mm/m;襯里表面不應存在明顯疏松和縫隙。

(2) 纖維噴涂襯里的物理性能以每項工程每種材料各制1組樣塊 (包括100mm×10mm×20mm6塊, Ø180mm×20mm6塊) 進行檢驗, 如有不符項目, 則取雙倍樣塊復驗, 2組均達標時判為合格。

耐火纖維噴涂襯里突出的優越性使之成為工業節能技術上的一項重要創新。隨著纖維噴涂應用技術的發展, 其應用領域將日益擴大。