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多晶莫来石纤维在宝钢热轧加热炉上的应用
多晶莫来石纤维在宝钢热轧加热炉上的应用
宝山钢铁股份有限公司1880热轧产线于2007年3月投产, 产线建设有4座步进式连续加热炉, 由重庆赛迪工业炉进行设计, 加热炉设计能力250 t/h, 有效尺寸为40 m×12 m, 由热回收段、预热段、一加热段、二加热段以及均热段组成, 燃料选用热值为2 200×4.18 kJ/m3的高焦转混合煤气。坯料规格主要是230 mm×1 250 mm×10 000 mm, 生产品种以汽车板、高强钢以及硅钢为主。4座加热炉中1#加热炉为常规加热炉, 除均热段上部采用平焰烧嘴外, 其它各段为轴向和侧向低NOx调焰烧嘴;而2#～4#加热炉为蓄热式加热炉, 除均热段上部采用平焰烧嘴外, 其它各段均采用沿炉墙布置的侧向蓄热式烧嘴, 炉型结构如图1所示。这是宝钢第一次在大型板坯加热炉上大面积采用蓄热式烧嘴。
由于产线生产品种的加热工艺差异较大, 加热炉在生产过程中需要经常进行升温和降温操作, 加热炉的升温和降温速率偏低的话就会影响品种钢的生产节奏和加热质量。而正常生产过程中蓄热式加热炉相比1#常规炉明显表现出升温和降温速率偏慢的现象, 即蓄热式加热炉热惰性强、升降温速度慢。蓄热式加热炉的这一特性使得蓄热式炉对加热工艺的变化适应性较差、同时对加热工艺变化情况下的燃耗控制不利。针对蓄热式加热炉热惰性强的问题, 宝钢热轧厂利用多晶莫来石纤维导热系数小、低容重以及低蓄热的特性在蓄热式加热炉上通过粘贴纤维炉衬进行改善, 实践证明利用多晶莫来石纤维可以改善蓄热式炉的“热惰性”以及降低加热炉燃耗。 多晶莫来石纤维是一种新型的超轻质高温耐火纤维, 是Al2O3-SiO2系陶瓷纤维的一种。它是将可溶性的铝、硅盐制成具有一定黏度的胶体溶液, 采用高速离心甩丝的方法使胶体溶液形成纤维, 再经高温处理完成晶相转变而制成的。 制作过程是首先在低温下将有粘度的胶体溶液进行喷吹和甩丝, 形成纤维的原纤维, 后经高温烧制使其纤维内部的原子呈有序排列, 组织晶体化,消除处于介稳定的玻璃态, 使其使用温度提高近300℃。纤维的耐热性随着Al2O3含量增加而增强, 当Al2O3含量>72%时, 纤维的使用温度大为提高,可超过1 400℃。硅酸铝耐火纤维Al2O3-SiO2相图见图2。
多晶莫来石纤维形态各异, 散状的纤维棉可作高温部位夹层的填充料, 将散棉用湿法真空成型可制成板、毡、砖、预制件、模块等各种所需样式。由于它具有低热容、低导热率、低容重、热敏性能好、高辐射能力等特点, 对轧钢加热炉来讲, 是一种高效、轻型的节能材料。 蓄热式加热炉的工作特点是蓄热式烧嘴布置在加热炉侧墙上, 烧嘴成对工作, A侧烧嘴燃烧时, 对面的B侧烧嘴进行排烟;下一周期时切换为A侧烧嘴排烟, 而B侧烧嘴燃烧。因此与常规加热炉相比蓄热式烧嘴炉内气流流动速度快, 并且可能存在长期使用后粉末化的纤维随烟气流动堵塞蓄热箱的风险。 因此为了减少高温烟气对纤维炉衬的冲刷作用, 仅在低温段蓄热式炉膛顶部, 即热回收段、预热段和一加段炉顶以及炉顶水冷隔墙内壁粘贴一层50 mm厚的纤维炉衬。具体来说, 热回收段炉顶采用1420耐火纤维贴面块, 其余部分全部采用多晶莫来石纤维贴面块。另外, 为对比粘贴纤维炉衬后对“热惰性”和燃耗的改善效果, 仅在4#蓄热式加热炉上进行试验, 以便与2#和3#炉进行对比。 蓄热式炉顶原有砌筑结构如图3所示, 为了将多晶莫来石纤维炉衬紧固地粘贴在炉顶上, 首先要对炉顶粘贴部位进行清理。
粘贴部位必须保持干净平整, 不得有浮尘、灰渣、熔融玻璃等。粘贴前用压缩空气或扫帚、刷子之类, 清除粘贴部位表面的浮尘、灰渣等杂物, 铲去挂渣、熔融物, 对松动的可塑料或浇注料表面必须在修复后完成后, 方可粘贴。粘贴时先在粘贴部位用刷子均匀涂刷一层高温粘结剂, 同时在贴面块表面涂抹一层高温粘结剂, 在贴面块表面涂抹高温粘接剂时不能来回涂刷。粘贴时抽除包装袋并将其压缩按在所粘位置, 要揿实, 不得出现空缝现象, 块块之间的缝隙由其压缩量膨胀而得到补偿。粘贴完毕用一块平木板轻轻压平粘贴层表面, 仔细检查是否有缝隙、脱落。 加热炉的炉温升降速率除了受到加热炉自身“热惰性”影响外, 还受到生产工况的影响 (如钢种、板坯来料温度、生产节奏等) , 为了便于分析粘贴纤维炉衬后对蓄热炉“热惰性”的改善效果, 在试验分析时选取大批量生产同一钢种、加热工艺完全一致、加热炉在满流量升温时的升温速率进行对比, 对比结果如表1所示。
如上表可知, 预热段上部在粘贴纤维炉衬后, 同工况下的升温速率由0.84℃/min提高到1.79℃/min, 提升幅度达到213%。这说明在蓄热炉膛内壁粘贴纤维炉衬, 确实能够有效改善蓄热式加热炉的“热惰性”, 提高蓄热式炉的温度响应速率, 从而提高蓄热式炉生产品种钢工艺切换的效率, 从而也有利于提高板坯的加热质量。对于使用蓄热式燃烧技术的加热炉, 如果存在“热惰性”大影响加热炉升降温速度的情况, 可以利用炉体内壁粘贴多晶莫来石纤维进行改善。 从粘贴纤维前后各6个月数据对比来看, 4#炉在粘贴纤维后自身同比燃耗下降5.51 kg标准煤/t, 下降幅度约为11%。
由于不同阶段加热炉的燃耗受到板坯装炉温度、产能、加热制度等多因素影响, 不同阶段加热炉自身的燃耗也会随炉况的变化而发生变化, 因此为了比较加热炉燃耗的变化, 将粘贴纤维的4#炉燃耗与未粘贴纤维的2#炉和3#炉进行同时期数据对比 (见图6) , 从相对数据的变化来比较燃耗的变化。
从图6来看, 4#炉在粘贴纤维炉衬前燃耗比2#炉和3#炉都要高, 而在粘贴纤维炉衬后其燃耗比2#炉和3#炉都要低, 燃耗下降较为明显, 从比例变化来看粘贴纤维炉衬后4#炉的燃耗同比下降幅度达6.18%。 可以看出4#炉耐火纤维炉衬在使用两年后基本已经脱落, 分析其原因可能有如下因素: (1) 蓄热式炉烧嘴火焰喷射速度过高, 气流冲刷作用强烈加剧了纤维炉衬的损耗。 (2) 施工时表面未喷涂保护涂料, 纤维炉衬与高温火焰直接接触, 使得纤维炉衬在高温烟气流作用下脆化。 (3) 施工时清理工序完成质量较差, 影响了纤维炉衬的使用寿命。 实践证明, 将多晶莫来石纤维应用于蓄热式加热炉炉衬, 能够显著改善蓄热式加热炉的“热惰性”, 并降低加热炉燃耗, 宝钢热轧厂已将加热炉内壁粘贴纤维炉衬作为一项重要的节能措施予以推进。另一方面, 目前纤维炉衬在现场的使用寿命仅能维持两年左右, 这说明在纤维炉衬的施工工艺方面还需进一步做出改进和探索, 力争纤维炉衬能够获得理想的使用寿命。
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