HG T 20642-1998(条文说明) 化学工业炉耐火纤维炉衬设计技术规定.pdf
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1、化学工业炉耐火纤维炉衬设计技术规定HG /T 20642 - 98 条文说明1总则1. 0.1 原耐火纤维炉衬设计技术规定(CD13ZA20-87)出版使用至今已整整十年了,近十年来耐火纤维材料品种有所发展,应用技术不断完善,因此有必要对原技术规定的内容加以补充和修正,以适应化学工业炉技术水平的发展和提高。1. 0.2 本规定提出适应于炉膛温度不大于1300C的一般化学工业炉窑耐火纤维炉衬,是基于含错耐火纤维已经可以生产,并经长期使用的实践证明,用于不大于1300C是切实可行的。至于能用于更高温度的莫来石纤维、氧化铝纤维,虽然也有制品,但产量小,价格昂贵,尚未大量推广使用.故未予列入。1. O
2、. 31. O. 4 炉衬设计根据工况而定,是指由各种类型的工业炉所处温度、气流速度等工况及炉型结构等综合条件来选择耐火纤维材料及炉衬结构。即以安全可靠经久耐用为主要原则,并考虑炉子整体造价,以及结构材料在该炉子上施工安装、检修方便等因素。67 1.0.5 关于耐火纤维的国家标准,曾在1982年颁布了GB3003 标准,它适用于湿法毡制品。最近出版的GBjT16400标准,是针对绝热保温用硅酸制品而制定的。作为耐火纤维的国家标准,本规定应遵照执行,本标准作为化工行业标准,比上述国家标准要求高,能满足化工炉窑的要求。1. O. 6 所列相关标准是为了便于查阅有关的标准。2 耐火纤维炉衬材料及辅助
3、材料2. 1. 1 对耐火纤维材料种类及使用温度进行分类是本规定对原CD标准补充、完善的一个重要方面。原CD132A20-87仅列出普通硅酸铝耐火纤维及高铝耐火纤维。根据国内外多年的应用实践证明,高纯耐火纤维是一种较好的材料,它采用纯净的A1203和Si02料配制,杂质少,高温性能良好,使用温度提高很多。再有含错耐火纤维的开发与应用,使纤维材料的使用温度高达1300C,大大扩大了耐火纤维在工业炉上的应用。耐火纤维材料的允许使用温度是炉衬设计选材的最重要依据。表上所列出的是在氧化气氛条件下使用,并且分别列出了连续(长期)使用与短时使用的区别。短时使用温度是指材料所承受的极限温度,该温度是以此材料
4、24h加热线收缩值达到4%的温度来确定的。通常将此温度称为材料的分类温度或称为牌号温度。有时叫作最高使用温度。实际上在此温度下使用,纤维损坏很快,寿命很短,显然该温度绝不能作为工业炉连续使用温度。连续使用温度即长期允许使用温度,该温度的确定至今尚无统一的说法,国内外均无定义和标准可循。从理论上讲在长期工作温度下,纤维晶体没有发生明显的变化,晶粒生长不大,亦无多少方石英出现,线收缩小,纤维仍富有弹性,即纤维性能稳定,这样可长期安全使68 用的温度就是长期允许使用温度。该温度显然要比上述短期最高使用温度低得多。在氧化性气氛条件下,长期允许使用温度可取比短期最高使用温度(分类温度)低100200C;
5、在还原性气氛下则要低200250C。例如分类温度为1260C型纤维(高纯硅酸铝纤维)的长期使用温度为1260C-150C = 1110C。故可确定为1100C。也有资料介绍长期允许使用温度取加热线收缩不大于2%的温度。这样确定的长期使用温度与国外资料推荐及新国标(GB/T 16400-96)确定的几种纤维棉使用温度也是吻合的。当然在实际应用中还要考虑生产操作时的超温因素,以及要获得更长使用寿命还宜留有安全余量。鉴于此,本规定对普通硅酸铝纤维的长期允许使用温度定为950C,修正了原CD标准中规定的温度。2.1.2 将耐火纤维制品形态加以分类、列表的目的是为了把纤维的用途、应用范围更加明确地展现出
6、来。这将有利于耐火纤维材料的推广应用。尤其是近年来新材料的出现,其应用领域大大拓宽了。故本条是对原CD标准、对GB3003及GB/TL6400标准的补充。在介绍各类产品时也应提及不少场合纤维毡制品已逐步被纤维毯所替代了。2. 1. 32. 1. 6 这些条文具体地给出了各种材料的理化质量指标。有必要说明的是本规定指出的材料理化指标与现行国家标准是有差异的。这点在本标准1.O. 5中已经提及了。作为长期使用在直接受火的炉膛中的纤维材料,对其性能指标适当提高些是必要的。例如,对于纤维材料的加热线收缩值,本规定取24h测试数据,明显高于现行国家标准和企业标准,对测试工作也带来了一些困难。这是鉴T纤维
7、材料在6h短时间内,未能反映纤维晶体变化的真实情况,一般经过24h高温试验,才基本体现出晶体的变化情况,再以后变化就缓慢了,故以此来测得材料的加热线收缩值,能真实衡量材料的性能。目前国际t均取24h的加热线收缩值,所以无论从制品质量的衡量,还是与国际接轨,便于以国产材料替代国外产品而言,这个指标的更改是必要的。此外,对于纤维材和化学成份中杂质含量及渣球含量也均作出了比国标严格的规定,这也是化工炉窑内长期安全使用的要求。根据对几个生产厂的调研,征求意见后,表明这些指标是可以做到的。2.1.7 耐火纤维浇注料是近来出现的新型不定形耐火材料,兼有耐火纤维与耐火浇注料所具有的-切优点,耐火纤维浇注料是
8、生产厂特配的由各种耐火纤维原棉、掺和料、粘结剂及促凝剂组成的胶泥状料,可采用涂抹和浇注方法进行施王。经捣实、养护、脱模,再经表面修整,不需烘炉,即可升温使用。但目前仅有少数企业标准,尚无国标、部标。因现有的企业标准中体积密度差别较大、性能也有些不同,故暂不便作出规定,使用时可参照企业标准选用。2.1.8 耐火纤维喷涂料亦是近来出现的新型不定形耐火材料,比一般的耐火材料具有比较突出的优点,如施工万便、衬里施工劳动强度小等特点,在大型工业炉上应用越来越广泛。耐火纤维喷涂料的构成如下:首先在清理过的被喷涂表面涂刷粘贴剂,然后将结合剂和耐火纤维原棉加入喷涂机连续喷涂。表面经轻轻压平整形即可。2.1.9
9、 导热系数是耐火纤维制品的重要物理性能,它是纤维炉衬设计的依据。但国标GB3003未对此作出规定,在原CD标准中列出了容重为150ZOOkg/m3普通硅酸铝耐火纤维制品的导热系数值。这既没有列出各种容重的准确数值,也没有列出不同材料的数值,使用不大方便。国标GB/T16400虽然列出了不同容重下的导热系数值,但仅对应一个温度点(500土ZOC),对炉衬设计是远远不够的。本规定考虑到不同材料、不同容重、不同制品的导热系数值是有差异的,认为准确的导热系数值须根据制品的实测值确定。在此条文说明中,因l图5列出了部分制品在不同容重下的导热系数曲线,该曲线是根据产品样本的数值求得,可作为设计参考。另外,
10、不同种类纤维原棉的耐火纤维烧注料的导热系数差别不大。70 03 0279 、b,HgJ .d 、E .、0237 0216 在员019 峭。17者要lD 500 600 平均温度CC)700 固1普通硅酸铝耐火纤维制品的导热系数ggPV掘叫阿旅昨1I.:n 700 平均温度(C)图2高纯硅酸铝耐火纤维制品的导热系数71 045 0418 0.386 0.354 0.322 0.29 0.26 0.23 o .9 0.(, O.B 6 QEPV掘峭嚓盼1200 1080 960 840 720 平均温度(C)含错硅酸铝耐火纤维制品的导热系数国304 03 02 2gPV剖唰M晴穰盼l nu 叽)
11、H() O() 500 300 200 。1 平均温度CC)耐火纤维浇注料的导热系数图472 hvaPVM制幡嗦盼0375 0346 0317 0288 02u 0.231 0.202 0173 0.1 44 0.115 0087 0.058 0029 0 1093 v / 1/ / v / / / / L./ / 982 871 760 649 538 427 316 204 平均温度(C)250-350kg/mJ的普铝或高铝耐火纤维喷涂料的导热系数2.2 锚固件作为耐火纤维应用时的辅助配套材料是必不可少的。锚固件材料选用是否得当,直接影响到炉衬的使用寿命,因此,在编写耐火纤维炉衬设叶规定时
12、,除对纤维材料本身有规定外,对作为辅助材料的锚固钉也提出相应的要求与规定,是必要的。2.2.1 鉴于本规定是用于一般的化学工业炉窑,故确定材质的主要依据是按材料所处的温度而定。也就是指材料在微氧化条件下,按材料耐热抗氧化的性能而定的。2.2.2 对于采用含硫燃料的炉子,由于燃烧后会产生硫酸腐蚀问题,因此须对锚固件及炉壳铜板内表面采取防腐措施,通常是采用耐热防腐涂料加以保护。2. 2. 32. 2. 5 这几条是为保证铺固钉与炉壳板焊牢,以保证炉衬锚固件的可靠性而制定的具体要求。2.3.1 保护涂料用于耐火纤维表面可大大地提高耐火纤维的抗73 固5气流冲刷能力,并延长了纤维的使用寿命。因此对用于
13、炉衬热面的纤维材料,为提高抗气流冲刷能力及保护纤维材料本体二个作用,推荐采用耐火纤维保护涂料。所以,本规定也将它作为耐火纤维材料的辅助材料。2. 3. 22. 3. 3 鉴于目前保护涂料在国内尚无统一的国标、部标,市场上的产品也是各企业自行开发研制的,本规定仅对涂料的使用特性提出若干原则要求,以供设计和使用者选用产品时参考。2.3.4 高黑度涂料是近年作为推广应用的一种材料,它不仅可起到普通涂料保护纤维本体的作用,还可强化炉内辐射传热。对于高温加热炉,特别是双辐射式加热炉,高黑度涂料涂于纤维表面对强化传热的作用,在理论上及实践上都是肯定的。然而有必要指出的是.以前曾研制使用过的,以碳化硅为主要
14、成份的高辐射涂料,随着使用时间的延续,高黑度的碳化硅会有所损失,明显减弱了辐射能力。为此提出了涂料的高辐射性能必须具有长期有效、不易衰减的要求。2.3.5 由于喷涂方式比较均匀、效率高,故推荐以喷涂施工为好。2.3.6 耐火纤维保护涂料的选用应与所处炉内温度、气氛及被涂耐火纤维材料相适应。2.4.1 耐火纤维粘贴剂不仅要顾及施工时具有粘贴强度,更重要的是在高温上具有粘结强度,才能保证长期经久耐用。2.4.2 由于水玻璃在高温下会发生糊化,故不能用于高温场合。又由于水玻璃呈碱性,不能用于酸性耐火材料上,以免耐火材料发生化学反应而损坏衬里材料。2.4.3 由于较多工厂采用双氢磷酸铝为粘贴剂,该材料
15、的酸性高,易腐蚀纤维本体及被粘贴的衬里材料,因此建议采用酸性较小的磷酸铝代替双氢磷酸铝。2.4.4 由于铝胶在高温下形成稳定的氧化铝陶资结构,具有相当高的结合强度,且耐高温性好,还没有磷酸的腐蚀性,故本规定推荐了铝胶质粘贴剂,使用于高温下更为安全可靠。74 3 耐火纤维炉衬设计原则3.0.1 在原CD132A20-87规定中提及了耐火纤维炉衬不得用于高温气流冲刷严重的部位,并规定了层铺式用于气流速度不大于10m/s;叠砌式不大于15m/s的场合。这对无涂料保护的层铺和叠砌纤维炉衬仍然可以运用,在此条文说明中加以补充说明。随着耐火纤维制品种类的发展,已有了较高强度的纤维硬板及耐火纤维烧注料等新品
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