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《装备制造业节能减排技术手册》(即将出版)

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《装备制造业节能减排技术手册》(即将出版)

* 来源 :本站* 作者 : 管理员 * 发表时间 : 2013/12/11 10:50:03 * 浏览 : 9430
 

《装备制造业节能减排技术手册》(即将出版)

4篇第8章 工业电热设备(节选)

编写人:吴光治  南京摄炉(集团)有限公司 董事长

2  电阻加热装置的节能减排技术

2.1  概述

探讨电阻加热装置的节能减排必须从它所应用的热处理生产领域来观察。

在电阻加热装置中,钢件热处理的奥氏体化(或固溶处理)过程通常在9001100 之间进行(高速钢淬火加热需12501280 ),铝合金的固溶化处理在500 以上的温度,显然,热处理过程中的耗能是很巨大的。

在装备制造业中热处理是耗能大户。通常,热处理用电要占企业用电总量的25%30%,工具、轴承厂等则占60%左右。全国热处理行业中现有工业电热装置(以75kW为一标准台计算)约有15万台,总装机容量大约1100kW,年生产能力近4500t,年实际生产为1350t,耗电总量约100亿度。热处理的工业电热装置的能耗大约占制造业总能耗的1/41/320世纪70年代,欧洲热处理单位能耗达到400 kWh/t以下,日本达到300 kWh/t以下,而我国同期的热处理能耗是12001300 kW·h/t,“十一五”期末降至600 kW·h/t左右,虽然已经了很大的进步,但仍高于上世纪70年代的世界先进水平。我国是一个能源短缺的国家,所以电阻加热装置的节能对我国装备制造业的节能降耗意义重大。

我国热处理行业的能源利用率低下,究其原因,首先是电阻加热装置的设备陈旧,炉龄达3040年的箱式、井式、盐浴炉(俗称老三炉)还有不少,炉衬蓄热量大,炉壁温升高,散热损失大,保温性能差。其次是工艺保守,沿袭传统的热处理工艺约占90%以上;另外,设备管理落后,负载率和利用率低,设备老化,能耗很高。而高效、优质、低污染、环保型的气氛炉、真空炉等占不到电阻加热装置设备总数的5%。而发达国家对热处理工艺过程的控制已向着自动化、智能化和柔性化发展,因而,生产效率低下,比美国差26倍左右,设备利用率和负荷率不到30%,能耗比美国高出40%

热处理对环境的污染也十分严重,鉴于热处理生产的特点,其设备和工艺材料在生产过程中会造成环境污染问题。尤其是陈旧的设备和工艺材料所产生的三废排放问题,主要的污染形式有空气污染、水污染、固体废弃物污染、辐射污染和噪声污染等。据不完全统计,全行业每年大约有5000 t淬火油由于蒸发或局部燃烧,产生对人体有害的CmHn(碳氢化合物)、CO及烟尘等;大约有近万t的废淬火油因排放不当而污染江湖河海;每年盐浴炉要生成盐蒸气7000t和近万t的有害的废渣;燃煤加热炉要排放SO2 1.5t,灰分8.5t;喷丸(砂)机要产生SiO2和有害粉尘1万多t。近年来,由于热处理厂点的改制,市政动迁,污染正逐步从中心城区向郊区农村蔓延。

热处理的能耗很高,污染环境严重,所以加强热处理的节能减排成为行业实现绿色发展和可持续发展发展的当务之急。

电阻加热装置的节能技术途径见表4.8-19

4.8-19  电阻加热装置节能途径

节能途径

具体要求

减少加热装置的热损失,提高热效率

改进加热装置结构,减少散热面积,提高设备密封性,采用陶瓷纤维或轻质砖炉衬,减少炉子散热和蓄热损失,减轻炉内耐热金属构件及工夹具的质量

电阻加热装置应连续使用和接近满负荷条件下工作

合理调配生产,尽量使热处理炉连续开炉或定期满载开炉,提高设备利用率,减少停炉时的能源浪费,尽量做到工件余热利用;

加热装置的负荷率不应低于50%,应三班连续生产和维持每周5天以上的开工时间

通过有效的技术和管理,使热处理能源获得最大程度的节约

加热装置的生产能力应和企业的生产纲领相适应;

对热处理工件要根据工况、服役条件拟订乎合节能的技术要求以及与之相适应的节能热处理方法和工艺;

采用高效高性能的节能钢材,如非调质钢、快速渗碳钢、新型高速钢等

推广采用高效节能先进的热处理设备如网带炉、离子氮化炉、真空炉等,它们在保证工件热处理质量的同时,也取得了节能环保的效果。对电阻加热装置的节能措施主要有:合理选择能源,合理选择炉型,连续式炉比周期式炉好,圆型炉膛比方型炉膛好;充分利用余热,如钟罩式炉的一炉罩多炉台,就是一种充分利用炉罩余热的节能炉型;优化炉体结构设计,减少热损失,提高热效率;尽可能采用蓄热少、绝热性好的轻质耐火材料炉衬,进行炉衬的节能设计;采用炉体密封结构,防止漏气和吸入空气;采用红外辐射涂料涂层等等。用轻质砖和纤维的复合炉衬可节能50%左右。

2.2  间歇作业电阻加热装置的节能措施

电阻加热装置按其作业方式可分为间歇式作业炉和连续式作业炉两大类。常见的普通间歇式电炉主要有箱式炉、井式炉、浴炉和流动粒子炉等,这一类电阻加热装置品种规格最多。

箱式炉是热处理中应用最为广泛的一种间歇作业电阻加热装置。

间歇作业电阻加热装置的节能措施主要是积极采用节能炉衬和改进炉体结构。

2.2.1 炉衬设计改进

箱式炉,也包括其他一些类型的炉子的炉衬,近年来主要有两大方面的改进。一是炉衬材料质量特性的提高,二是炉衬设计方面的改进。

1)炉衬的一般结构

通常,炉温低于300 ℃时,炉衬为钢板夹层中填充保温材料;当炉温达700 ℃时,炉衬耐火层可用轻质粘土砖,在耐火层与炉壳之间填充保温材料(如膨胀蛭石粉);当炉温为7001000 ℃时,小型、中型炉子采用轻质粘土砖作耐火层,硅藻土砖外加蛭石粉作隔热保温层,大型炉子砌体强度要求较高,耐火层要用重质粘土砖砌筑;当炉温为10001300 ℃时,炉壁由高铝砖、轻质粘土砖和保温材料三层组成。置放电热元件的搁砖,常用高铝质的。中温、高温炉的保温层与炉壳之间常有一层510 mm的石棉板。

2)节能炉衬的设计

所谓最佳炉衬都是在一定条件下的,当条件变化时,其他炉衬结构就可能代替最佳位置。例如,当加热工艺周期要求短(单班生产)时可以优先考虑全纤维炉衬;如加热周期特别短,也可以考虑贴面法;而当加热工艺周期要求较长可对连续式炉,则选用复合炉衬可能更好。

3)节能炉衬的优化组合

在考虑电炉的节能问题时,不仅要注意节能炉衬的优化设计,还应重视节能炉衬的优化组合,即应针对不同部位炉衬的服役条件分别选用不同结构的节能炉衬,从而保证炉子长期、可靠地工作,获得预期的节能效果和经济效益。

下面以中温箱式电阻炉为例来说明。

     侧墙

箱式炉侧墙承受自身和炉顶的重量,以及炉顶热胀产生的旁推力的影响,此外,还要安装电热元件。因此,虽然纤维炉衬的热工性能优异,但因强度低、承载能力小、重烧收缩量大、电热元件悬挂困难等,所以,除非采取必要措施,一般不宜选用纤维炉衬为侧墙。

如果采用内贴耐火纤维的复合炉衬加长搁砖的结构,经传热计算(从略),其效果也不理想。由于搁砖与纤维性能差异极大,这种结构造成严重的热短路,使内贴纤维复合炉衬的优点丧失,与不放长搁砖的同样贴纤维复合炉衬相比,热流增加了34%,蓄热量增加了76.6%,界面温度与炉壳温度也明显上升。

所以,对侧墙而言,合理地选择应该是改良炉衬(厚113 mm的超轻质砖加上厚227 mm的膨胀蛭石)或外贴复合炉衬。

     后墙

后墙结构较简单,承载比侧墙轻,为了保证炉体的刚度和强度,应与侧墙砌为一体,即墙角砖缝要咬合。因此,一般情况下,后墙不能用纤维结构,否则极易倒塌。根据分析计算,后墙宜选用内贴复合结构,即将纤维毡贴在炉膛内壁。

     拱顶

本身承受的载荷不大,其重量压在侧墙和后墙上。对拱顶的要求是,良好的热工性能,重量轻,受热后产生的旁推力小,便于制作等。砖砌拱顶不能满足这些要求,叠砌式带穿针的纤维毡拱顶是一种较理想的柔性构件,它不仅重量轻、制作方便,尤为可贵的是受热后产生旁推力可以通过拱弧变形及纤维材料的挤压变形得到松弛,最终使加在侧墙上的旁推力大大削弱。如果在这种结构的炉顶保温层上留出适量的空气夹层,以便拱弧自由胀缩,更有利于减轻拱弧产生的旁推力。

缩上所述,对中温箱式电炉采用改良炉衬(侧墙)+内贴复合炉衬(后墙)+纤维炉衬(拱顶)的优化组合方案,不仅有利于发挥不同结构炉衬的特长,而且有利于节能和延长炉子的使用寿命。

当然,在确定优化组合方案时,还要考虑筑炉材料的质量和成本,以及各厂自身的筑炉经验和技术水平,不能一概而论。

通常,热处理炉大体上由炉体、电源系统、测温控温系统及相应的附属设备或装置构成。炉体的形状特点是划分炉子类别的依据之一。箱式炉即以其外形像一个箱子而命名。箱式炉炉体主要由炉架、炉壳、炉衬、炉底板、发热元件、炉门及启闭机构等所组成。

普通箱式炉结构简单、通用性大,数十年来经过了多次改进,逐渐克服了体积庞大、结构笨重、密封性差、炉温均匀度差、热损失大、机械化程度低、劳动强度大、氧化脱碳严重等缺点。就箱式炉本身发展来看,除了在炉衬、炉体结构待方面有大的改进外,可控气氛化是它的重要发展方向。

2.2.2 炉体结构改进

为改善热处理炉质量特性,近年来在结构方面有以下变化和发展。

1)炉子外形

在可能情况下,为减少炉壳表面散热,炉壳由方形截面改为圆形截面,表面积可减少10%15%

2)炉膛尺寸

在电阻丝布置允许的条件下,尽量降低炉膛高度,可缩短空炉升温时间和提高工件加热速度。如原45 kW箱式炉炉膛高度为500 mm,现已成为400 mm

3)加强炉子密封

原有热处理炉的炉门、炉盖和热电偶测温及电热元件引出孔等处的密封性不够好,在这些部位容易产生漏热。据测定,一个10 cm2的小孔,每小时侵入炉内的空气可高达10 m3。通常,一个1 cm2小孔的热损失比炉壳表面热损失大50倍左右。孔愈大愈厉害。因此,须采取措施加强密封,并注意减少炉口变形。

4)采用空气保温夹层

根据空气的导热系数小(在60100 ℃时为0.10290.1134 kJ/m·h·℃),大大低于目前最好的保温材料,以及在密闭条件下有较大的热惰性这些特点,在炉子的前后墙和侧墙,采用双金属炉壳空气保温夹层,夹层厚度为63 mm左右,改造后获得高效节能的良好

2.3 连续作业电阻加热装置生产线节能措施

连续作业电阻加热装置生产线是近代发展最快,使用日益增多的一类热处理设备,尤其是连续作业式可控气氛炉。其中,在生产上使用最多的是连续式气体渗碳炉。

30年多来,围绕提高产品质量和生产率,降低处理成本、节能环保,连续作业式可控气氛炉发生了根本性的变革,主要表现在以下几个方面。

1)应用新材料

不断开发并应用优质的耐火材料、保温材料、炉内耐热材料、电热体材料等,使相应的附属装置及元器件更为先进。

2)改善结构

在炉体结构、砌体结构、密封结构等方面有重大改进,如砖和纤维组合的层状绝热结构、高密度耐火纤维真空成形结构等,在炉体外形上为减少散热,炉壳由方形截面改为圆形截面等。

3)采用氮基气氛

大量采用富有且价廉的氮基气氛,代替吸热式气氛,采用炉顶配置气体发生装置,发生气体直接送入炉内(不经冷却)的方式或直生式。

4)测控技术先进

采用先进可靠的传感器、仪表和控制技术。氧探头高精度自动控制方式日益普及,计算机控制技术不断发展和应用。

5)重视辅助设备改进

配置预加热脱脂炉代替传统的三氯乙烯清洗方式,注意回收排气,作为辅助热源加以利用或送回气体发生装置内,经过分调整再作炉内气氛使用等。

6)自动化程度不断提高以及柔性生产线得到发展。

连续作业式可控气氛热处理炉的发展,要在保证热处理工件高质量的前提下,立足于提高性能、节能减排和降低成本,向着高生产率发展,不断改造并完善连续式热处理炉的结构,采用优质炉用材料,合理减轻构件重量,充分利用余热,降低能耗,发展节能减排炉种,采用先进的智能化的测控技术,如各加热区巡回控制,采用触摸屏PLC模块,碳控仪(包括氧探头和氢探头)进行气氛精密控制、同时注重远程监控与网络故障自诊断技术以及云计算技术的应用,使连续电阻加热装置生产线不断升级,节能减排,智能化精密化,实现绿色发展。

2.4 电阻加热装置电气及自动化控制的改进

随着计算机及其应用技术的迅猛发展,将开发的计算机软件与电阻加热装置的结合,使热处理装备具有高度的自动化和智能化,减少人为因素影响,降低人工成本,提高产品质量。国际上一些著名的热处理设备制造商(如德国的IPSEN公司等),经过十多年的研发,于上世纪90年代中期将计算机技术应用在可控气氛热处理多用炉上,推出了智能化的热处理设备。我国也在努力进行相关的软件研发,并取得了一定的成果。以下以 NS88-900系列滴注式气氛密封箱式多用炉和微机控制密封箱式多用炉机组为例,简单扼要介绍它的特色。同时,对于电阻加热装置电气及自动化控制技术的进步从中可见一斑。

多用炉机组的生产柔性大,可以单列或双列组合布置,以适应不同工艺和生产能力的需要。

对于同一炉次,在炉内不同位置放置的工件,以及不同炉次所处理的工件质量(包括硬度、畸变、渗层、淬硬层等)的分散度是一台热处理设备性能质量的重要标志。美国2020年的热处理就有热处理质量分散度达到零(非常小)的目标。为此,要求对热处理炉的测量控制精确度,有效加热区温度均匀度、生产节拍的稳定性、加热和冷却介质、炉气碳势、工件碳浓度梯度等施行严格的限规定。图4.8-2NS88-900系列多用炉机组的计算机控制系统原理图。多用炉机组的微机控制系统由管理微机、控制微机及程控执行系统所组成,分别完成参数管理、气氛控制及动作执行等功能。三大系统通过通讯线路及协议软件构成一个完整的系统,从而实现多用炉机组的智能化控制。

                                                                            

                            4.8-2 微机控制系统

 

众所周知,计算机能够解决热处理生产过程中的许多问题,在该多用炉机组中,全中文界面的计算机控制系统,可以进行工艺程序和工艺参数的优化、工艺的制定、编辑及存储调用以及过程的模拟和控制;可以对炉子进行监控,实现多用炉的群控,实现人机对话,确保炉子的正常运行;可对各种数据记录和分析,保证热处理质量;可以实现多用炉机组的无人自动化操作,并设有故障报警、记录和故障点指示等。

多用炉机组的温度控制含有“专家”PID调节,采用调功控制模式,可对加热炉温度、淬火油温度、回火炉温度、清洗液温度等进行精确的实时控制,其中以加热炉温度控制尤为重要。加热炉温度的控制要求精确,控制点能够代表工件加热的温度。

温度控制的准确性将会直接影响到工件渗碳的质量,如果渗碳温度±10 ℃波动,将导致气氛碳势±0.07%C变化。温度波动愈小,碳势的变化愈少,所以提高温度控制的精度,可以减小气氛碳势的波动,从而保证零件的渗碳质量。

用红外仪和氧探头作为传感器进行多元控制,对气氛碳势、渗碳层深度做到精确控制。

氧探头系把所测得气氛的氧势值送到碳势控制仪,根据炉温和氧势值计算出气氛碳势值,将工艺设定碳势值与所测得碳势值进行比较,输出信号调整气氛碳势。

在滴注式气氛或直生式气氛渗碳,当渗碳气氛中甲烷含量较高时,单独使用氧探头控制,容易产生碳势失控,此时应采用联合控制的方法进行气氛碳势控制,即使用氧探头测得氧势,红外仪测得CO2%值并和炉膛温度一起传送给碳势控制仪进行运算,最终得出的碳势值才真实反映气氛碳势,这样才不会产生气氛碳势的失控。所以密封箱式多用炉的气氛碳势控制,选用氧探头和红外仪进行联合控制,从单参数控制,发展为氧势-CO2-温度三参数控制,从而保证控制的准确性和精确性。

系统软件切合我国的国情,按照国人的使用习惯进行编制,功能强大,全中文操作菜单,友好的用户界面,方便人机对话。软件具有工艺自生成功能,能够精确控制碳浓度分布和工艺的自动优化以及仿真模拟处理,预测处理结果。

随着软件技术、网络技术和云计算技术的不断发展,不断应用在热处理生产实际过程,滴注式气氛密封箱式多用炉的软件也将不断的改进升级。

2.5 新型节能炉衬的应用

热处理炉用材料,主要包括筑炉材料和结构材料两大类。筑炉材料包括耐火材料和保温材料,结构材料包括炉用普通结构材料和炉内耐热钢材料。

热处理炉的炉衬一般分为两层,一层是耐火层,另一层是隔热保温层。用于耐火层的材料必须是耐火材料;隔热保温层常用保温材料。炉用普通结构材料用于炉体构架和附属部件,炉内耐热钢材料通常用于炉内结构件或部件。

早期,热处理炉采用的耐火材料,主要是体积质量比较大的粘土砖和高铝砖。粘土砖的主要成分是Al2O3(含量小于48%)和SiO2。高铝砖的特点是Al2O3含量大于48%,性能稳定,不与电热元件发生化学作用,常用于高温炉和盐浴炉的内衬砌砖,以及电热元件搁砖和套管等。过去用于耐火层的粘土砖和高铝砖的体积质量通常在1.3 g/cm3左右。这类材料能满足热处理炉耐火层的要求。一般来说,体积质量越大,其热导率和强度越高,使用温度也越高,但是炉子蓄热量大,热效率低,不节能,炉体重量也大。

随着耐火材料制造技术的发展,耐火砖的技术性能指标和质量稳步提高,尤其是高温结构强度得到提高。因此,除了炉温很高或工作条件十分恶劣的热处理炉外,耐火层已大量采用体积质量为0.6 g/cm3的轻质粘土砖和高铝砖。

近年来,为了提高炉子的节能效果,对轻质耐火材料进行了较多的研究改进,开发出一种耐火度可达1670 ℃,最高使用温度为1250 ℃、比热容为0.88 kJ/kg·℃)、导热系数为0.171+0.178×10-3 t[W/m2·℃],体积质量仅0.4 g/cm3的漂珠超轻质高强度节能耐火砖。

随着可控气氛炉的发展,在没有耐热钢马弗罐的可控气氛热处理炉内,可控气氛直接与炉膛接触,气氛中的COH2等还原性气体与耐火砖中的Fe2O3等金属氧化物发生化学反应,导致砖体疏松、表面剥落,同时反应生成的H2OCO2等又会影响炉气成分的稳定。因此,开发了Fe2O3含量低于1%的具有良好抗渗碳性能的粘土质和高铝质砖。轻质砖的抗渗碳性优于重质砖。

此外,热处理炉还常用以下耐火制品。                            

碳化硅耐火材料,是以SiC粉为原料,以10%20%的结合黏土或5%10%的硅铁作粘合剂,搅和后压制成型,经过烧结而成为耐火制品。它的荷重软化温度约为1600 ℃,导热性比普通耐火材料高出510倍;在1300 ℃以上易于氧化,也易于被碱性物质侵蚀而脆化,特别硬脆,导电性好。这种材料可用于高温炉炉底板、马弗罐等。

耐火混凝土是一种不定形耐火材料,由耐火骨料、掺和料、水泥(胶结料)和适量的水混合均匀后再经过成型、干燥、硬化等过程而制成整体炉衬,如马弗罐、盐浴炉坩埚等。耐火混凝土按其所用粘合剂的不同,可分为铝酸盐、磷酸盐、硫酸盐和水玻璃等四种类型。热处理炉应用较多的是铝酸盐耐火混凝土。

为减少砌炉工作量,提高炉衬性能,还研制出高强轻质浇注料。如QL型高强轻质浇注料,采用空心球莫来石作骨料,主要特点是容重和导热系数较小,节能效果显著,主要用于1450 ℃以下的各种加热炉、电炉炉衬或用作轻质隔热层。其主要性能指标是:体积质量1.01.6 t/m31000 ℃热态耐压强度21.3 MPa1000 ℃导热系数0.250.4 W/m·℃。还有一种SD-1型耐火烧注料,抗热振稳定性好,耐高温冲刷,主要用于台车式热处理炉的台车工作面、台车封墙以及各种加热炉的挡火墙,尤其是预制成型的各种大、中、小型烧嘴砖和燃烧室炉拱,寿命可提高35倍,其主要成分为Al2O3≥75%SiC≥12%1400 ℃的耐压强度为10 MPa

4)炉衬的技术经济分析

分析热处理炉节能技术经济效果,对旧炉改造和新炉设计有大的意义。

改造旧电阻炉的一个主要工作是,将炉衬改为节能炉衬。由于改造时还必须保持原有炉膛和外壳尺寸,因此,通常情况下旧炉的炉壁厚度不变。下面以RJX-60-9型电阻炉(壁厚为340 mm)为例,讨论比较10种炉衬的情况。各种炉衬的结构见表4.8-20 。热工特性的计算机计算结果见表4.8-21

4.8-20  各种炉衬的结构

序号

名称

结构

蓄热量/kJ

炉壳温度/

成本/

1

旧炉炉衬

QN1.3113+0.55硅藻土砖(227

1.88×105

80

111.1

2

改良炉衬

QN0.6113+0.25硅藻土砖(227

7.7×104

63

67.4

3

改良炉衬

0.5漂珠砖(113+0.25膨胀蛭石(227

6.37×104

62

107.5

4

复合炉衬

0.2纤维毡(50+QN1.3113+0.25膨胀蛭石(177

1.2×105

61

142.0

5

复合炉衬

QN1.3113+0.2纤维毡(50+0.25膨胀蛭石(177

1.58×105

60

142.0

6

复合炉衬

0.2纤维毡(50+QN0.6113+0.25膨胀蛭石(177

6.40×104

56

122.4

7

复合炉衬

QN0.6113+0.2纤维毡(50+0.25膨胀蛭石(177

7.95×104

56

122.4

8

复合炉衬

0.2纤维毡(50+0.5漂珠砖(113+0.25膨胀蛭石(177

5.58×104

56

162.5

9

复合炉衬

0.5漂珠砖(113+0.2纤维毡(50+ +0.25膨胀蛭石(177

6. 53×104

55

162.5

10

纤维炉衬

0.2纤维毡(80+0.25膨胀蛭石(260

2.91×104

51

122.0

①表中括号外的数字系炉衬材料的体积密度,单位为克每立方厘米,括号内的数字为材料层厚度,单位为毫米;②此处的成本为1990年的参考价。

4.8-21  计算机计算结果

序号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

中界面温度

/

t2

828.0

761.2

752.7

727.0

868.0

756.1

793.9

759.0

787.6

674.2

t3

634.1

630.5

577.5

575.2

573.2

570.5

炉外表面温度/

80.1

62.9

62.2

61.1

60.8

56.0

55.9

55.8

54.9

51.1

热流密度/W·m-2

775.6

553.6

544.0

530.6

525.9

465.0

463.3

462.2

452.0

401.7

从以上结果可见:

①以210九种炉衬都有明显的节能效果,从大到小的顺序是纤维炉衬→复合炉衬→改良炉衬;

②九种节能炉衬的成本差异较大,从低到高的顺序是改良炉衬→纤维炉衬→复合炉衬;

③复合炉衬中有两种结构,468为内贴纤维毡,579为外贴纤维毡,这两种结构的成本相同,热流接近,但蓄热量外贴的比内贴的大约多20%30%,这将增加炉子空炉升温时间,而且砖体温度大大高于内贴的,甚至超过对应材料的改良炉衬,这显然会增大砌体的热胀冷缩程度,有损于砌体的强度与刚度,因此,从使用角度来看,内贴纤维优于外贴纤维,当然,这仅仅从节能等方面来年;

 ④分别比较同种结构的炉衬123468579时可以看出,选用材料越轻,热流密度和蓄热量越小,其节能效益越大。

5)耐火纤维制品的炉壁结构

耐火纤维毡的导热系数低,密度小、热容量与普通耐火粘土砖相近,故用此毡砌出的薄得多的耐火纤维毡炉壁,其散热损失和蓄热损失都远比砌砖炉壁小。几种炉壁的经济效果比较可参看表4.8-19

采用耐火纤维毡制品时,必须考虑其炉壁结构和安装形式。

1)大面积炉壁结构的安装形式

主要有层式、叠式、组合式、真空成形壳体式、折叠毡式和预制块式等几种。

①层式结构。纤维与受热面平行。与叠式相比,高温收缩大,抗气流冲刷差,同类别纤维制品的使用温度低于50 ℃,但导热系数比叠式约小20%。这种结构适用于炉温≤950 ℃的工业炉。

②叠式结构。纤维与受热面垂直,适用于炉温>950 ℃的工业炉。

③组合式结构。受热面纤维吸取了叠式的优点,即高温收缩小,抗气流冲刷好,耐温较高等。而外层纤维吸取了层式的导热系统小的优点,适用于炉温>950 ℃的工业炉。

④真空成型壳体式结构。耐150 m/s的气流距离1.2 m45°和90°的冲刷(此时密度8001000 kg/m3)。比同类别耐火纤维毡使用温度有所提高。

⑤折叠毯式结构。纤维与受热面垂直,故具有叠式的特点。此外,高温下不失弹,比叠式有更高的使用温度。炉壁结构简单,安装迅速。适用于炉温>950 ℃的工业炉。

⑥预制块式结构。纤维与受热面垂直,故具有叠式特点。炉壁结构简单,安装迅速,适用于炉温≥950 ℃的工业炉。

2)炉体连结部位结构

①转角结构,有交错、转弯和组合三种接法。

②与砌体的连接。

③折叠毯安装在金属框内的结构有两种方法可供选择。采用嵌入法时,金属框四周毯的折向与框边一致,并且金属框要陷入折叠毯40 mm左右。采用紧定法时,在折叠毯与框边之间留一空隙,在空隙中顺向填毯,用钉使毯与框连接。

耐火纤维与炉体连接时,还要注意,不论采用何种安装形式,炉壳钢板尺寸应是制品尺寸的倍数,一利安装施工,另外耐火纤维毡炉壁不应采用外鼓结构,以防开裂。

近几年来,国内不少厂家采用全纤维炉衬技术,取得了节电2030%效果。

参考文献:

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[2] 吴光治 . 关于热处理节能和环保若干问题的思考[J]. 热处理技术与装备,2006272):13.

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