全纖維爐襯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在保溫爐上應(yīng)用效果

寶鋼不銹鋼有限公司熱軋廠 龔 培

1 問(wèn)題提出

寶鋼不銹鋼1780熱軋廠板坯庫(kù)設(shè)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)爐墻采用高鋁磚砌筑加鋼結(jié)構(gòu)加固，爐蓋為型鋼與鋼板焊接而成的箱式框架結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯為傳統(tǒng)礦棉材料，爐蓋重量達(dá)26t。

從熱軋超純鐵素體不銹鋼生產(chǎn)實(shí)際運(yùn)行情況看，該爐子存在如下問(wèn)題：

(1)爐蓋重，吊運(yùn)困難，浪費(fèi)大量時(shí)間。爐蓋必須采用行車垂直起吊、移開(kāi)、再放在現(xiàn)場(chǎng)適當(dāng)?shù)仄汉螅熊嚥拍芑貋?lái)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(yè)，整個(gè)過(guò)程大約需要20分鐘，占用行車時(shí)間較長(zhǎng)。在進(jìn)、出料比較頻繁時(shí)，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(zhì)量問(wèn)題，甚至開(kāi)裂報(bào)廢；

(2)爐蓋在使用過(guò)程中，框架受熱變型相當(dāng)嚴(yán)重，導(dǎo)致?tīng)t子密封性差，無(wú)法正常蓋住保溫爐，使用效果極差。

(3)保溫爐采用的是兩個(gè)爐膛全敞開(kāi)式爐蓋結(jié)構(gòu)，整個(gè)裝、出料期間，爐膛處于全敞開(kāi)狀態(tài)，吊運(yùn)時(shí)間控制不好就會(huì)引起板坯質(zhì)量缺陷，同時(shí)爐子熱損失相當(dāng)嚴(yán)重。

2 全纖維爐襯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著超純鐵素體不銹鋼產(chǎn)能的日益提高，保溫爐已無(wú)法滿足生產(chǎn)的需要，當(dāng)務(wù)之急是將傳統(tǒng)重質(zhì)保溫爐襯改為輕質(zhì)、節(jié)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(jié)構(gòu)

方案采用魯陽(yáng)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行優(yōu)化組合，設(shè)計(jì)了平鋪毯+模塊的復(fù)合結(jié)構(gòu)，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(zhì)的纖維毯對(duì)折成“U”型壓緊以補(bǔ)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(zhì)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(biāo)準(zhǔn)型纖維毯。

模塊錨固方式采用蝶型錨固，通過(guò)焊接在爐壁鋼板上的螺栓進(jìn)行固定（見(jiàn)圖3）。錨固件材質(zhì)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(dān)模塊的重量，適應(yīng)特殊形狀模塊的要求；又可與平鋪毯、爐體鋼板間緊密無(wú)縫隙接觸。

（3）保溫爐結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)

全纖維爐襯結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)勢(shì)：

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

2)導(dǎo)熱系數(shù)小。全纖維爐襯的導(dǎo)熱系數(shù)只有傳統(tǒng)重質(zhì)爐襯材料的1/1 0-1/5，保溫、節(jié)能效果好。

3)陶瓷纖維毯平鋪結(jié)構(gòu)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。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?fàn)t襯表面更加平整美觀。層鋪毯的材質(zhì)可以比陶纖模塊低2-3級(jí)，降低爐襯整體造價(jià)。在爐襯受到意外情況遭受毀損時(shí)，能起到臨時(shí)保護(hù)爐殼鋼板的作用。利用陶瓷纖維類材料柔韌性好的特點(diǎn)，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(shù)優(yōu)勢(shì)。施工簡(jiǎn)單、安裝方便、節(jié)省工時(shí)。纖維爐襯維修時(shí)無(wú)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(fù)生產(chǎn)。陶瓷纖維模塊加工時(shí)采取了預(yù)壓縮，能補(bǔ)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(yōu)良的抗風(fēng)蝕性能，纖維模塊爐襯最大抗風(fēng)蝕性能可達(dá)30m/s以上。纖維模塊的錨固件不暴露于纖維爐襯熱面，無(wú)需采用昂貴的耐熱合金或陶瓷錨固件。

5)同時(shí)爐蓋結(jié)構(gòu)形式改變，現(xiàn)只將耐火纖維吊掛于鋼結(jié)構(gòu)上，重量?jī)H12t。

3 項(xiàng)目實(shí)施

整個(gè)施工過(guò)程共分為保溫爐實(shí)體查看與設(shè)計(jì)圖紙校對(duì)、除銹、劃線、焊接錨固件、平鋪背襯纖維毯、安裝折疊模塊、鋪設(shè)軟密封和襯里修整等八個(gè)步驟。在施工過(guò)程中，要重點(diǎn)處理好以下施工細(xì)節(jié)。

（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(bǔ)償壁板間的高低不平。通過(guò)壓縮，可以提高平鋪纖維毯的體積密度，降低纖維毯的導(dǎo)熱系數(shù)，提高平鋪層的保溫效果，更好的降低爐外壁溫度，延長(zhǎng)爐體壁襯的使用壽命。

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

（3）錨固釘在焊接過(guò)程中，一定要保證垂直度，出現(xiàn)的尺寸偏差，應(yīng)累積在最后一排進(jìn)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(gè)爐蓋的爐頂中心位置為A、B點(diǎn)，二個(gè)燃燒室外側(cè)各取二點(diǎn)C、D和E、F點(diǎn)，進(jìn)行改造前后溫度對(duì)比測(cè)試，其檢測(cè)結(jié)果如表1：

由以上數(shù)據(jù)可知，通過(guò)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(yīng)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(jié)能效果比較

由于采用移動(dòng)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(zhuǎn)率，對(duì)減少保溫爐單位坯料單耗起到了關(guān)鍵作用。改造前后的用能單耗數(shù)據(jù)及變化見(jiàn)表2、表3及圖4。

表1 全纖維爐襯與原爐襯保溫效果測(cè)溫表

由上述圖表計(jì)算：半年的天然氣節(jié)約量為4 5 9 3 4 8m3。全纖維爐襯在爐蓋和爐襯的應(yīng)用，天然氣消耗明顯下降?？娠@著地提高爐子的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的目的。

（3）全纖維爐襯與原爐襯生產(chǎn)效率比較（見(jiàn)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(dòng)高低蓋后,每塊板坯進(jìn)出保溫爐,由于爐蓋的自動(dòng)控制,整個(gè)過(guò)程操作時(shí)間僅是改造前的1/4,行車的使用時(shí)間是改造前的約1/7,大大提高了流物周轉(zhuǎn)效率。

5 結(jié)論

表4 全纖維爐襯與原爐襯生產(chǎn)效率比較

通過(guò)高低蓋自動(dòng)控制，改善了保溫爐的操作環(huán)境，加快了爐蓋的開(kāi)啟、關(guān)閉速度，加快了出入爐操作節(jié)奏，大大提高了流物周轉(zhuǎn)效率，并有效地保證了超純鐵素體板坯的質(zhì)量，避免了許多熱軋不銹鋼表面缺陷的發(fā)生；由于纖維內(nèi)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(kāi)啟的適應(yīng)性和響應(yīng)性顯著提高，增強(qiáng)了爐子的操作靈活性；全纖維爐襯的應(yīng)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(jié)構(gòu)作為保溫爐內(nèi)襯，纖維模塊容重低、施工方便；爐襯間緊密無(wú)縫隙，使整個(gè)爐壁內(nèi)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(shù)優(yōu)勢(shì)。

為更好地滿足超純鐵素體不銹鋼生產(chǎn)的板坯保溫工藝，通過(guò)對(duì)保溫爐實(shí)施改造，除了將原有爐蓋改為移動(dòng)式高低罩的形式，降低吊車的負(fù)荷，減輕操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高爐子的潛在產(chǎn)能，同時(shí)，將全纖維模塊的爐蓋、爐襯應(yīng)用到了保溫爐，并實(shí)現(xiàn)了爐蓋的全自動(dòng)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(dá)到了節(jié)能、降耗、提效的預(yù)期目標(biāo)。

[1]宋湛蘋，史競(jìng) 工業(yè)爐的節(jié)能與環(huán)保，機(jī)械工人，2005.7，p10～13

[2]沈阿二,工業(yè)爐的節(jié)能技術(shù),浙江冶金,2007.5，P20～23

[3]孫斌,陳振東,工業(yè)爐節(jié)能現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì),能源與環(huán)境,2007.3,P30～31