陶瓷纖維產品的性能及應用

隨著煉油化工和冶金工業的飛速發展，對于廣泛應用于這兩個行業的耐火材料提出了新的要求，陶瓷纖維以其導熱系數低、抗拉強度高、重燒收縮小、低容重、低蓄熱量、高溫隔熱等特點在各類型工業窯爐的爐襯上得到了越來越廣泛的應用。

對于煉油化工行業來說，加熱爐爐溫比較高，高能達1350℃。在陶瓷纖維材料未被設計和業主認可以前，常規設計的爐墻及爐頂的工作面基本上為輕重耐火澆注料，輕質磚和其他的保溫材料，襯里層的厚度較高一般在300mm以上。主

要存在以下缺點：所用耐火材料總量不僅體積大，而且過于笨重，整座加熱爐共約需耐火材料600T以上，給加熱爐材料采購及現場施工帶來非常大的難度；爐墻及爐頂錨固磚的吊掛十分不方便，不容易找平；澆注料施工過程中需要現場支模板留設膨脹縫，施工周期長；需要按照材料本身特性曲線進行烘爐，鋼結構用量也比較大，以及加熱爐升降溫速度受到限制等。

綜上所述，傳統方式的高溫加熱爐的砌筑存在很多缺陷，必須加以改進與完善。實踐表明，以陶瓷纖維取代傳統重質耐火材料，用作高溫加熱爐壁襯材料，其前景非常廣闊。

陶瓷纖維作為一種纖維狀高效節能材料，按照其使用溫度不同，可分成以下幾類：普通型（950℃）、標準型（1000℃）、高純型（1100℃）、高鋁型（1200℃）、鋯鋁型（1250℃）、含鋯型（1300-1350℃）以及多晶莫來石型（1350-1400℃左右）等種類。

按照陶瓷纖維產品形態可分為棉、毯、氈、板、紙、布、帶、繩、模塊、纖維噴涂料以及纖維澆注料等多種形態。

陶瓷纖維是一種具有多種不同梯度的使用溫度及對加熱爐氣氛適應性強等特點的產品，可以為高溫加熱爐不同部位使用不同檔次陶瓷纖維產品提供了多項選擇，使設計建造全纖維爐襯結構的高溫加熱爐成為可能，經測算表明，在加熱爐上使用陶瓷纖維的成本比使用傳統重質耐火材料的成本略有減少。這為高溫加熱爐進一步推廣使用陶瓷纖維開辟了廣闊的天地。

陶瓷纖維產品的使用施工方法一般主要有以下幾種方式：層鋪式、模塊式、貼面式、纖維噴涂式、纖維澆注料式等種。

層鋪式耐火纖維爐襯

（1）. 結構特點：

層鋪式爐襯是將陶瓷纖維毯、氈、板或其它制品按照要求的厚度鋪設在爐壁鋼板上后用錨固件加以固定的一種全纖維爐襯結構方式。該類爐襯也是應用早、傳統的一種壁襯結構，其結構特點大致概括為：

A. 可根據各層工作溫度選擇由不同材質、體積密度的陶瓷纖維制品組成經濟的絕熱結構。

B. 纖維方向與爐壁傳熱方向平行，壁襯絕熱性能好，可減少壁襯散熱損失。

C. 纖維壁襯采用大尺寸的陶瓷纖維毯（或氈）進行施工，不僅施工速度快，并且爐壁接縫少，提高了層鋪壁襯絕熱性能和節能效果。

（2）. 設計使用中應注意的問題：

A. 層鋪式纖維壁襯錨固件，直接裸露于爐壁熱面，雖然可以選用耐熱合金鋼或陶瓷質的錨固件，但仍然限制了這種纖維壁襯的使用溫度。一般僅適用于1000℃以下的溫度。

B. 層鋪毯式纖維壁襯抗風蝕性能差，一般爐內氣流速度超過10m/s時易產生層狀剝離。

C. 完全采用纖維毯進行層鋪時，抗風蝕性能較差，采用板/毯復合壁襯結構后，可提高抗風蝕性能。

D. 由于錨固件直接暴露于工作熱面，不銹鋼耐熱合金錨固件使用溫度較低，用于高溫時，錨固件易損壞，而采用陶瓷錨固件時，因陶瓷錨固件質脆抗熱震性能差，無法長期使用，需頻繁更換，同時，陶瓷錨固件與不銹鋼錨固件相比，價格相對較高。

因此，對于層鋪式纖維爐襯，可以應用于1000℃以下的爐壁內襯如常減壓、加氫等。但由于層鋪結構特點局限，因此在加熱爐上應用相對少些，但在管道保溫方面可大顯身手。另外，如何找到既耐高溫、強度大、熱穩定好、抗熱震性能優良的錨固件是拓寬層鋪式纖維爐襯應用領域的一條有效途徑。

模塊式纖維爐襯：

模塊式爐襯結構是將陶瓷纖維毯按一定寬度折疊成風琴狀纖維模塊，然后將纖維折疊塊加以一定量的壓縮，并必須在壓縮狀態下捆起來，同時預埋錨固件（有的不預埋，現場施工時直接安裝固定）組成纖維模塊，再通過各種形式與焊接在爐殼鋼板上的金屬錨固件連接固定的一種纖維壁襯結構。

該模塊式纖維壁襯結構的優點是：

A. 施工簡單，安裝方便，節省工時，纖維壁維修時，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。

B. 纖維模塊在加工時，采取了預壓縮，能補償組件在高溫下的收縮，不僅減少了纖維壁襯加熱收縮量，同時，比同條件傳統層鋪式壁襯可提高使用溫度50℃以上。

C. 具有優良的抗風蝕性能，傳統的層鋪式纖維爐襯900℃以下抗風蝕性能大為10m/s，而模塊式纖維爐襯允許抗風蝕性能可達30 m/s。

D. 纖維模塊的錨固件不暴露于纖維壁襯熱面，無需采用昂貴的耐熱合金、陶瓷及氮化物等材質作錨固件，節省投資的同時降低了傳熱，還延長了錨固件的使用壽命。

由于該結構有著多種優點，因此在石化行業的乙烯裂解爐、轉化爐、加氫爐等加熱爐上的應用越來越廣泛。

貼面式纖維爐襯：

（1）. 結構組成及特點：

貼面式纖維爐襯是采用纖維毯制成纖維條捆，再通過高溫粘結劑粘貼在爐壁上，以獲得良好的耐火隔熱襯里結構形式。它的優點有：

A.可以與其它耐火材料復合使用，能夠顯著增強保溫效果。

B. 可在加熱爐上任意選擇相關部位進行施工，施工方便。

C. 有選擇的使用，可大大降低造價。

設計使用中應注意的問題：

A.缺乏既能與鋼板結合牢固、又耐高溫的成熟、理想粘結劑，現有粘結劑粘貼后在使用中出現過貼面組件脫落現象。

B. 貼面襯大厚度僅為50mm，厚度小，無法單獨作內襯使用，只能與其它內襯復合使用。

C. 貼面纖維條塊組合件彈性差，相鄰兩組件間補償能力弱。

該結構目前在石化加熱爐上僅個別乙烯裂解爐等高溫爐應用了晶體纖維貼面塊，以增強纖維材料的高溫性能以外，其它等級的貼面塊在石化爐上應用的還不是很多。

纖維噴涂壁襯：

（1）. 結構組成及特點：

陶瓷纖維噴涂料，是以低渣球含量的噴吹陶瓷纖維為原料，加入有機結合劑和無機結合劑配制而成。并通過專用噴涂機施工，獲得陶瓷纖維噴涂纖維壁襯。

特定的噴涂工藝決定了陶瓷纖維噴涂壁襯具有下列特性：

A. 施工方便、迅速，爐壁無接縫，整體性好，不存在爐壁縫間熱損失問題。以利窯爐使用壽命和節能效果的提高。

B. 不僅規則爐壁，特別適于異形爐壁的施工。

C. 壁襯錨固件為埋入式結構，減少了錨固件腐蝕、氧化和熱短路問題。

噴涂壁襯厚度不受限制。噴涂纖維壁襯具有優良的耐熱、絕熱、抗風蝕及抗熱震性能。

（2）. 設計使用中注意的問題：

A.部分廠家生產的噴涂用粘結劑質量不夠理想，常溫及高溫時粘結能力不強，導致噴涂襯里高溫時有坍塌現象。

B. 噴涂粘結劑含有CL—，對不銹鋼爐壁會產生應力腐蝕，易造成壁襯質量事故，這一點在設計中應注意，并對金屬件采取一定的保護措施。

C. 施工完畢，需進行合理養護與烘爐。

D. 施工受環境條件有一定要求，在0℃以下時無法施工。

E. 由于噴涂纖維壁襯中所包含錨固件離工作熱面過近（一般為30—50mm），錨固件所處位置溫度較高，因此，對錨固件材質及耐高溫性能要求非常高，與此同時，由于噴涂內襯中所需錨固件數量較多，錨固件傳熱量較大，導致內襯隔熱性能較差，爐壁外壁溫度較高。所以，一般認為，噴涂纖維壁襯僅適用作溫度較低的爐壁內襯。

纖維可塑料內襯：

（1）. 結構組成及特點：

耐火纖維可塑料是以優質、低渣球含量的噴吹纖維為骨料，加入填料、結合劑、添加劑等制備而成，并具有以下特點：

A. 低容重、低導熱率、良好的高溫強度；

B. 具有良好的可塑性，適宜于用澆注法施工，且施工方便迅速。特別是對形狀、結構復雜的陶瓷壁襯施工容易。壁襯整體性和氣密性好。爐襯局部損壞，可方便的進行修補，節約維修時間，延長使用壽命。

C. 良好的耐壓、抗折性能，使其具有優良的抗風蝕、抗磨損、抗沖擊振動性能和一定承重能力。

D. 陶瓷纖維壁襯澆注后3-6小時即可脫模，并具有一定強度。

E. 對窯爐氣氛適應性強，可用作各種燃料爐壁材料。在可控氣氛窯爐內使用，較定形陶瓷纖維制品穩定。

（2）. 設計和使用中應注意的問題；

A. 施工過程中，加入促凝劑后的可塑料，凝結時間需準確控制，否則會造成施工過程中的不便。

C. 養護及烘爐制度需嚴格按要求執行。

D. 無論是干態供貨，還是濕態供貨，施工現場都需攪拌，施工現場需配備一定的攪拌設備。

根據纖維澆注料本身的性能特點，纖維澆注料壁襯結構現多用于加熱爐爐底、爐墻上的異型部位及對流室等。

由上所述不難看出，陶瓷纖維有著不同的溫度檔次、不同形態的產品，有著多種不同壁襯結構和施工方法，可以針對不同爐型特性進行選擇，因此纖維在耐火保溫領域的應用已形成規模化、功能化、系列化，在各行業得到廣泛應用。

陶瓷纖維在高溫加熱爐上的應用優勢

（1）. 施工方便。高溫加熱爐采用全纖維結構，爐墻厚度可以減少，從而使爐頂大梁長度、加熱爐寬、加熱爐占地面積減少，又因為采用低體積密度全纖維爐襯使整個加熱爐總荷載大大降低，基礎開挖深度減小，施工周期可以大大縮短。另外，全纖維壁襯加熱爐維修簡便、迅速、維修工作量小，既可降低維修費用，又可縮短維修周期，提高加熱爐作業率。

（2）. 技術可靠。采用陶瓷纖維壁襯結構，設計及施工過程中，不必考慮膨脹縫問題（因為膨脹縫的留設是設計高溫加熱爐必須重視的問題之一），可大減少設計施工難度，使設計施工更加完善可靠。

（3）. 節約能源。施工完畢后不需要烘爐或采用短時間烘爐（對于采用噴涂施工的加熱爐來說），可以節省部分燃料及烘爐費用，同時采用纖維壁襯結構后，爐子蓄熱損失降低30%左右，因此可節約大量能源，大大降低使用成本，從而增強了企業的市場競爭力。

種種研究分析和實際應用表明，陶瓷纖維在石化加熱爐上的應用將會越來越廣泛，推廣和使用陶瓷纖維已經成為在耐火保溫領域的發展趨勢。

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