全纤维炉衬的结构设计在保温炉上应用效果

宝钢不锈钢有限公司热轧厂 龚 培

1 问题提出

宝钢不锈钢1780热轧厂板坯库设有一座装料量为1440t/炉的不锈钢板坯保温炉，使用天然气作为燃料，用于特殊品种的保温缓冷。保温炉设计要求为板坯入炉温度大于130℃，出坯温度约300℃左右，保温炉最高温度为350℃。原设计炉墙采用高铝砖砌筑加钢结构加固，炉盖为型钢与钢板焊接而成的箱式框架结构，内衬为传统矿棉材料，炉盖重量达26t。

从热轧超纯铁素体不锈钢生产实际运行情况看，该炉子存在如下问题：

(1)炉盖重，吊运困难，浪费大量时间。炉盖必须采用行车垂直起吊、移开、再放在现场适当地坪后，行车才能回来起吊坯料。等行车把坯料送到指定位置后，才能返回把炉盖还原盖好。由于热轧厂目前采取的是混合轧制，每次装出料都是单块作业，整个过程大约需要20分钟，占用行车时间较长。在进、出料比较频繁时，不仅影响炉子的加热及保温能力，而且容易造成上层几块板坯的质量问题，甚至开裂报废；

(2)炉盖在使用过程中，框架受热变型相当严重，导致炉子密封性差，无法正常盖住保温炉，使用效果极差。

(3)保温炉采用的是两个炉膛全敞开式炉盖结构，整个装、出料期间，炉膛处于全敞开状态，吊运时间控制不好就会引起板坯质量缺陷，同时炉子热损失相当严重。

2 全纤维炉衬结构设计

随着超纯铁素体不锈钢产能的日益提高，保温炉已无法满足生产的需要，当务之急是将传统重质保温炉衬改为轻质、节能的全纤维炉衬，降低炉盖重量，提高保温性能，降低天然气用量。

（1）全纤维炉衬结构

方案采用鲁阳标准陶瓷纤维毯和高纯陶瓷纤维模块为保温材料，将这两种材料进行优化组合，设计了平铺毯+模块的复合结构，总保温厚度为200mm，其中平铺厚20mm（将25mm的纤维毯压缩至20mm），模块块厚180mm。模块排布采用沿折叠方向顺次同向排列方式(兵列式)，排与排之间用同材质的纤维毯对折成“U”型压紧以补偿模块与模块之间高温下的收缩。如图1、2所示：

（2）炉衬选材及锚固方式

炉衬的热面纤维组件材质为高纯型纤维模块，由折叠甩丝纤维毯、蝶型锚固件和两根圆形穿钉组成。冷面背衬平铺为标准型纤维毯。

模块锚固方式采用蝶型锚固，通过焊接在炉壁钢板上的螺栓进行固定（见图3）。锚固件材质为1Cr18Ni9Ti，锚固件处在平铺毯与模块之间，锚固件钢板的厚度为2mm，即可承担模块的重量，适应特殊形状模块的要求；又可与平铺毯、炉体钢板间紧密无缝隙接触。

（3）保温炉结构优势

全纤维炉衬结构具有以下优势：

1)轻质。保温炉使用全纤维炉衬材料，重量轻，是传统耐火砖炉衬材料的十分之一。

2)导热系数小。全纤维炉衬的导热系数只有传统重质炉衬材料的1/1 0-1/5，保温、节能效果好。

3)陶瓷纤维毯平铺结构技术优势。利用陶瓷纤维毯的可压缩性，找平炉壁板的不平整等缺陷，使炉衬表面更加平整美观。层铺毯的材质可以比陶纤模块低2-3级，降低炉衬整体造价。在炉衬受到意外情况遭受毁损时，能起到临时保护炉壳钢板的作用。利用陶瓷纤维类材料柔韧性好的特点，提高密封效果。

图3 保温炉耐火保温材料锚固方式

4)陶瓷纤维模块技术优势。施工简单、安装方便、节省工时。纤维炉衬维修时无需大面积拆除，只需更换损坏部位的纤维模块即可迅速恢复生产。陶瓷纤维模块加工时采取了预压缩，能补偿“模块”在高温下的收缩，减少纤维炉衬加热线收缩量。模块具有优良的抗风蚀性能，纤维模块炉衬最大抗风蚀性能可达30m/s以上。纤维模块的锚固件不暴露于纤维炉衬热面，无需采用昂贵的耐热合金或陶瓷锚固件。

5)同时炉盖结构形式改变，现只将耐火纤维吊挂于钢结构上，重量仅12t。

3 项目实施

整个施工过程共分为保温炉实体查看与设计图纸校对、除锈、划线、焊接锚固件、平铺背衬纤维毯、安装折叠模块、铺设软密封和衬里修整等八个步骤。在施工过程中，要重点处理好以下施工细节。

（1）平铺纤维毯需具有一定的压缩量，确保将25mm的纤维毯压缩至20mm，以便补偿壁板间的高低不平。通过压缩，可以提高平铺纤维毯的体积密度，降低纤维毯的导热系数，提高平铺层的保温效果，更好的降低炉外壁温度，延长炉体壁衬的使用寿命。

（2）在安装施工程中,模块之间补偿条一定要挤紧压实，以补偿模块高温下的收缩。

（3）锚固钉在焊接过程中，一定要保证垂直度，出现的尺寸偏差，应累积在最后一排进行处理。

4 使用效果

（1）全纤维炉衬与原炉衬保温效果比较

以二个炉盖的炉顶中心位置为A、B点，二个燃烧室外侧各取二点C、D和E、F点，进行改造前后温度对比测试，其检测结果如表1：

由以上数据可知，通过改造，相同炉膛温度条件下，炉顶外壁温度平均下降了9℃左右,炉墙外壁平均下降10℃左右;全纤维炉衬的应用，有效降低了炉盖、炉壁外温度，热效率明显提高。

（2）全纤维炉衬与原炉衬节能效果比较

由于采用移动式炉盖，加快了装、出料速度，大大提高了保温炉中料坯的周转率，对减少保温炉单位坯料单耗起到了关键作用。改造前后的用能单耗数据及变化见表2、表3及图4。

表1 全纤维炉衬与原炉衬保温效果测温表

由上述图表计算：半年的天然气节约量为4 5 9 3 4 8m3。全纤维炉衬在炉盖和炉衬的应用，天然气消耗明显下降。可显著地提高炉子的经济性，实现节约能源的目的。

（3）全纤维炉衬与原炉衬生产效率比较（见表4）

表2 保温炉改造前天然气消耗量汇总(2009.10～2010.3)

表3 保温炉改造后天然气消耗量汇总(2010.10～2011.3)

由上述比较可知:改造后使用电动高低盖后,每块板坯进出保温炉,由于炉盖的自动控制,整个过程操作时间仅是改造前的1/4,行车的使用时间是改造前的约1/7,大大提高了流物周转效率。

5 结论

表4 全纤维炉衬与原炉衬生产效率比较

通过高低盖自动控制，改善了保温炉的操作环境，加快了炉盖的开启、关闭速度，加快了出入炉操作节奏，大大提高了流物周转效率，并有效地保证了超纯铁素体板坯的质量，避免了许多热轧不锈钢表面缺陷的发生；由于纤维内衬热容量较低，能有效提高炉子的升温速度，缩短炉子操作周期，使保温炉频繁开启的适应性和响应性显著提高，增强了炉子的操作灵活性；全纤维炉衬的应用，有效降低了炉体的散热、蓄热损失，炉盖、炉壁外温度显著下降，热效率明显提高；使用全纤维结构作为保温炉内衬，纤维模块容重低、施工方便；炉衬间紧密无缝隙，使整个炉壁内衬厚度均匀、平整美观、炉体寿命提高。上述改造具有不可替代的技术优势。

为更好地满足超纯铁素体不锈钢生产的板坯保温工艺，通过对保温炉实施改造，除了将原有炉盖改为移动式高低罩的形式，降低吊车的负荷，减轻操作工的劳动强度，提高炉子的潜在产能，同时，将全纤维模块的炉盖、炉衬应用到了保温炉，并实现了炉盖的全自动控制，采用全纤维炉衬，提高了炉子的整体密封性，减少炉子的热损失，达到了节能、降耗、提效的预期目标。

[1]宋湛苹，史竞 工业炉的节能与环保，机械工人，2005.7，p10～13

[2]沈阿二,工业炉的节能技术,浙江冶金,2007.5，P20～23

[3]孙斌,陈振东,工业炉节能现状和发展趋势,能源与环境,2007.3,P30～31