全纖維爐襯的結構設計在保溫爐上應用效果

寶鋼不銹鋼有限公司熱軋廠 龔 培

1 問題提出

寶鋼不銹鋼1780熱軋廠板坯庫設有一座裝料量為1440t/爐的不銹鋼板坯保溫爐，使用天然氣作為燃料，用于特殊品種的保溫緩冷。保溫爐設計要求為板坯入爐溫度大于130℃，出坯溫度約300℃左右，保溫爐最高溫度為350℃。原設計爐墻采用高鋁磚砌筑加鋼結構加固，爐蓋為型鋼與鋼板焊接而成的箱式框架結構，內襯為傳統礦棉材料，爐蓋重量達26t。

從熱軋超純鐵素體不銹鋼生產實際運行情況看，該爐子存在如下問題：

(1)爐蓋重，吊運困難，浪費大量時間。爐蓋必須采用行車垂直起吊、移開、再放在現場適當地坪后，行車才能回來起吊坯料。等行車把坯料送到指定位置后，才能返回把爐蓋還原蓋好。由于熱軋廠目前采取的是混合軋制，每次裝出料都是單塊作業，整個過程大約需要20分鐘，占用行車時間較長。在進、出料比較頻繁時，不僅影響爐子的加熱及保溫能力，而且容易造成上層幾塊板坯的質量問題，甚至開裂報廢；

(2)爐蓋在使用過程中，框架受熱變型相當嚴重，導致爐子密封性差，無法正常蓋住保溫爐，使用效果極差。

(3)保溫爐采用的是兩個爐膛全敞開式爐蓋結構，整個裝、出料期間，爐膛處于全敞開狀態，吊運時間控制不好就會引起板坯質量缺陷，同時爐子熱損失相當嚴重。

2 全纖維爐襯結構設計

隨著超純鐵素體不銹鋼產能的日益提高，保溫爐已無法滿足生產的需要，當務之急是將傳統重質保溫爐襯改為輕質、節能的全纖維爐襯，降低爐蓋重量，提高保溫性能，降低天然氣用量。

（1）全纖維爐襯結構

方案采用魯陽標準陶瓷纖維毯和高純陶瓷纖維模塊為保溫材料，將這兩種材料進行優化組合，設計了平鋪毯+模塊的復合結構，總保溫厚度為200mm，其中平鋪厚20mm（將25mm的纖維毯壓縮至20mm），模塊塊厚180mm。模塊排布采用沿折疊方向順次同向排列方式(兵列式)，排與排之間用同材質的纖維毯對折成“U”型壓緊以補償模塊與模塊之間高溫下的收縮。如圖1、2所示：

（2）爐襯選材及錨固方式

爐襯的熱面纖維組件材質為高純型纖維模塊，由折疊甩絲纖維毯、蝶型錨固件和兩根圓形穿釘組成。冷面背襯平鋪為標準型纖維毯。

模塊錨固方式采用蝶型錨固，通過焊接在爐壁鋼板上的螺栓進行固定（見圖3）。錨固件材質為1Cr18Ni9Ti，錨固件處在平鋪毯與模塊之間，錨固件鋼板的厚度為2mm，即可承擔模塊的重量，適應特殊形狀模塊的要求；又可與平鋪毯、爐體鋼板間緊密無縫隙接觸。

（3）保溫爐結構優勢

全纖維爐襯結構具有以下優勢：

1)輕質。保溫爐使用全纖維爐襯材料，重量輕，是傳統耐火磚爐襯材料的十分之一。

2)導熱系數小。全纖維爐襯的導熱系數只有傳統重質爐襯材料的1/1 0-1/5，保溫、節能效果好。

3)陶瓷纖維毯平鋪結構技術優勢。利用陶瓷纖維毯的可壓縮性，找平爐壁板的不平整等缺陷，使爐襯表面更加平整美觀。層鋪毯的材質可以比陶纖模塊低2-3級，降低爐襯整體造價。在爐襯受到意外情況遭受毀損時，能起到臨時保護爐殼鋼板的作用。利用陶瓷纖維類材料柔韌性好的特點，提高密封效果。

圖3 保溫爐耐火保溫材料錨固方式

4)陶瓷纖維模塊技術優勢。施工簡單、安裝方便、節省工時。纖維爐襯維修時無需大面積拆除，只需更換損壞部位的纖維模塊即可迅速恢復生產。陶瓷纖維模塊加工時采取了預壓縮，能補償“模塊”在高溫下的收縮，減少纖維爐襯加熱線收縮量。模塊具有優良的抗風蝕性能，纖維模塊爐襯最大抗風蝕性能可達30m/s以上。纖維模塊的錨固件不暴露于纖維爐襯熱面，無需采用昂貴的耐熱合金或陶瓷錨固件。

5)同時爐蓋結構形式改變，現只將耐火纖維吊掛于鋼結構上，重量僅12t。

3 項目實施

整個施工過程共分為保溫爐實體查看與設計圖紙校對、除銹、劃線、焊接錨固件、平鋪背襯纖維毯、安裝折疊模塊、鋪設軟密封和襯里修整等八個步驟。在施工過程中，要重點處理好以下施工細節。

（1）平鋪纖維毯需具有一定的壓縮量，確保將25mm的纖維毯壓縮至20mm，以便補償壁板間的高低不平。通過壓縮，可以提高平鋪纖維毯的體積密度，降低纖維毯的導熱系數，提高平鋪層的保溫效果，更好的降低爐外壁溫度，延長爐體壁襯的使用壽命。

（2）在安裝施工程中,模塊之間補償條一定要擠緊壓實，以補償模塊高溫下的收縮。

（3）錨固釘在焊接過程中，一定要保證垂直度，出現的尺寸偏差，應累積在最后一排進行處理。

4 使用效果

（1）全纖維爐襯與原爐襯保溫效果比較

以二個爐蓋的爐頂中心位置為A、B點，二個燃燒室外側各取二點C、D和E、F點，進行改造前后溫度對比測試，其檢測結果如表1：

由以上數據可知，通過改造，相同爐膛溫度條件下，爐頂外壁溫度平均下降了9℃左右,爐墻外壁平均下降10℃左右;全纖維爐襯的應用，有效降低了爐蓋、爐壁外溫度，熱效率明顯提高。

（2）全纖維爐襯與原爐襯節能效果比較

由于采用移動式爐蓋，加快了裝、出料速度，大大提高了保溫爐中料坯的周轉率，對減少保溫爐單位坯料單耗起到了關鍵作用。改造前后的用能單耗數據及變化見表2、表3及圖4。

表1 全纖維爐襯與原爐襯保溫效果測溫表

由上述圖表計算：半年的天然氣節約量為4 5 9 3 4 8m3。全纖維爐襯在爐蓋和爐襯的應用，天然氣消耗明顯下降。可顯著地提高爐子的經濟性，實現節約能源的目的。

（3）全纖維爐襯與原爐襯生產效率比較（見表4）

表2 保溫爐改造前天然氣消耗量匯總(2009.10～2010.3)

表3 保溫爐改造后天然氣消耗量匯總(2010.10～2011.3)

由上述比較可知:改造后使用電動高低蓋后,每塊板坯進出保溫爐,由于爐蓋的自動控制,整個過程操作時間僅是改造前的1/4,行車的使用時間是改造前的約1/7,大大提高了流物周轉效率。

5 結論

表4 全纖維爐襯與原爐襯生產效率比較

通過高低蓋自動控制，改善了保溫爐的操作環境，加快了爐蓋的開啟、關閉速度，加快了出入爐操作節奏，大大提高了流物周轉效率，并有效地保證了超純鐵素體板坯的質量，避免了許多熱軋不銹鋼表面缺陷的發生；由于纖維內襯熱容量較低，能有效提高爐子的升溫速度，縮短爐子操作周期，使保溫爐頻繁開啟的適應性和響應性顯著提高，增強了爐子的操作靈活性；全纖維爐襯的應用，有效降低了爐體的散熱、蓄熱損失，爐蓋、爐壁外溫度顯著下降，熱效率明顯提高；使用全纖維結構作為保溫爐內襯，纖維模塊容重低、施工方便；爐襯間緊密無縫隙，使整個爐壁內襯厚度均勻、平整美觀、爐體壽命提高。上述改造具有不可替代的技術優勢。

為更好地滿足超純鐵素體不銹鋼生產的板坯保溫工藝，通過對保溫爐實施改造，除了將原有爐蓋改為移動式高低罩的形式，降低吊車的負荷，減輕操作工的勞動強度，提高爐子的潛在產能，同時，將全纖維模塊的爐蓋、爐襯應用到了保溫爐，并實現了爐蓋的全自動控制，采用全纖維爐襯，提高了爐子的整體密封性，減少爐子的熱損失，達到了節能、降耗、提效的預期目標。

[1]宋湛蘋，史競 工業爐的節能與環保，機械工人，2005.7，p10～13

[2]沈阿二,工業爐的節能技術,浙江冶金,2007.5，P20～23

[3]孫斌,陳振東,工業爐節能現狀和發展趨勢,能源與環境,2007.3,P30～31