CN110527820A - 冷轧连续退火炉纤维炉衬结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种冷轧连续退火炉纤维炉衬结构，所述炉衬结构包括从炉壁内表面向外依次紧密排列为无机固化涂层、陶瓷纤维模块层、纳米复合绝热板和防护钢外壳，所述陶瓷纤维模块层和纳米复合绝热板内垂直设置有金属锚固件，并且金属锚固件与防护钢外壳连接固定。本发明可增强炉衬的隔热功能，降低炉墙外表面温度与散热损失，提高炉墙的抗破损能力，从而达到降低连退炉能耗、延长炉衬使用寿命等综合目的。

Description

冷轧连续退火炉纤维炉衬结构
技术领域
本发明涉及工业炉窑炉墙结构，具体涉及一种冷轧连续退火炉纤维炉衬结构。
背景技术
目前，冷轧连续退火炉炉衬普遍采用陶瓷纤维层铺毯+不锈钢防护结构，耐火纤维通过金属锚固件与防护钢板和钢壳形成整体。但是，在高温长周期服役环境下，耐火纤维毯由于热收缩量大，容易导致毯间连接处高温粘接开裂失效，形成较大的缝隙；同时由于其体积密度较低(96～128kg/m3)，不耐气流冲刷，烟气容易渗透进入炉衬内部，导致炉壁超温甚至腐蚀；而且金属锚固件直接贯穿到防护钢板，存在热桥效应。因此，冷轧热处理炉的隔热问题逐渐暴露出来，大部分都存在热能损失大、辐射温度高、碳钢炉壳变色等一系列问题。
针对上述问题，中国专利申请号200920075197.X公开了一种工业炉耐材模块及其组合，通过将保温隔热材料折叠压缩，然后在该折叠压缩块上安装特殊锚固件、背部压条等，若干个该种模块单体按照折叠压缩的方向交错排列安装在炉壁上则形成一种工业炉耐火模块组合。但是，多个陶瓷纤维折叠块在拼接时，仅在折叠方向具有压弹性，虽然组装时注意交错拼接，但拼接后接触部的交错、叠压、覆盖的互补性较差，仍可能存在窜气缝隙；且金属锚固件没有完全被纤维层覆盖，局部裸露在炉窑迎火面，易氧化烧蚀。
中国专利申请号01115085.8公开了一种窑炉用组合式陶瓷纤维炉衬及其制法，其炉衬是由经过多层平铺、压实定型的方形单块通过金属锚固件延伸对接而成整体炉衬，模块可以四面压弹，增强了模块间的互补性。但是，炉衬结构单一，炉衬内表面未作处理，若使用过程中纤维粉化，会直接降低连退炉内的清洁度，严重影响产品质量。
可见，针对冷轧连续退火炉炉衬保温隔热方面，国内外做了大量研究，但仍未在实际生产中存在一定缺陷，因此有必要进一步开展冷轧连续退火炉炉衬结构优化研究，以期找到一种更合适的炉衬结构组合方式，降低连退炉的炉墙散热损失和外表面温度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种冷轧连续退火炉纤维炉衬结构，该结构以降低连退炉炉墙散热损失和外表面温度、提高炉窑热效率，从而达到节能降耗、延长炉衬使用寿命等目标。
为实现上述目的，本发明所设计一种冷轧连续退火炉纤维炉衬结构，所述炉衬结构包括从炉壁内表面向外依次紧密排列为无机固化涂层、陶瓷纤维模块层、纳米复合绝热板和防护钢外壳，所述陶瓷纤维模块层和纳米复合绝热板内垂直设置有金属锚固件，并且金属锚固件与防护钢外壳连接固定。
进一步地，所述无机固化涂层为铝硅系化合物，所述无机固化涂层1的厚度为2～5mm；所述铝硅系化合物由25～40％用后回收处理的含锆硅酸铝粉、10～20％轻质漂珠、2～6％超细活性Al2O3粉、2～6％气相白炭黑、1～3％短切含锆硅酸铝纤维、5～15％超细氧化镁固化剂、30～40％的三聚磷酸钠和硅溶胶复配的无机复合粘接剂配置而成。
再进一步地，所述铝硅系化合物由30％用后回收处理的含锆硅酸铝粉、15％轻质漂珠、5％超细活性Al2O3粉、5％气相白炭黑、2％短切含锆硅酸铝纤维、10％超细氧化镁固化剂、33％的三聚磷酸钠和硅溶胶复配的无机复合粘接剂配置而成。
再进一步地，所述陶瓷纤维模块层由多块陶瓷纤维单模块拼接而成，所述陶瓷纤维模块由多晶氧化铝纤维层与非晶硅酸铝纤维层通过凹凸榫卯结构机械咬合而形成，其中，所述多晶氧化铝纤维层的厚度为10～40mm，导热系数≤0.21W/m·K(900℃)，所述非晶硅酸铝纤维层的厚度为150～200mm，其分类温度为1260℃，导热系数≤0.12W/m·K(800℃)。
再进一步地，所述纳米复合绝热板由疏水型非晶纳米SiO2颗粒和无机纤维构成，其厚度为10～30mm；所述纳米复合绝热板的使用温度≤700℃，导热系数≤0.028W/m·K(300℃)。
再进一步地，所述金属锚固件为半工字型支架，支架折弯面设置通孔，半工字型穿筋尾端带有小型倒翅片，金属锚固件表面涂有氧化锆热障涂层。
本发明的有益效果：
(1)本发明采用的陶瓷纤维模块无折叠，可实现六面均匀压缩膨胀，增强模块间的界面压应力，减少模块间缝隙的存在，降低通过缝隙直接窜气的可能性；纤维模块由多晶氧化铝纤维层和非晶硅酸铝纤维层的凹凸榫卯结构机械咬合而形成，整体性强，而且由于多晶纤维层的存在，提高了整体模块的使用温度及寿命。
(2)由于采用具有超低热导率的高容重纳米绝热板作为背衬保温层，可显著增强炉衬的阻气隔热性能，降低炉衬散热损失及炉体钢板的外壁温度。
(3)涂有热障涂层的金属锚固件全部内置于纤维模块内部，大幅降低了热桥效应，同时杜绝了炉衬迎火面缝隙。
(4)与普通的不锈钢板防护技术不同，本发明采用纤维表面固化层防护技术，无金属锚固件裸露在炉内，无热桥效应，而且施工方便、成本低；纤维固化涂层不仅增加了纤维模块表面的强度，降低了纤维高温加热时的热收缩，而且提高了纤维炉衬的耐气流侵蚀、冲刷能力和耐氧化铁皮性能，同时降低了纤维剥离物的分散，保证了炉内的清洁度。
通过上述综合措施的应用，可增强炉衬的隔热功能，降低炉墙外表面温度与散热损失，提高炉墙的抗破损能力，从而达到降低连退炉能耗、延长炉衬使用寿命等综合目的。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为陶瓷纤维模块示意图；
图3为金属锚固件示意图；
图中：1-无机固化涂层，2-陶瓷纤维模块，3-金属锚固件，4-纳米复合绝热板，5-防护钢外壳，6-多晶氧化铝纤维，7-非晶硅酸铝纤维，8-尾端带有小型倒翅片的穿筋，9-带有通孔的支架折弯面。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述，以便本领域技术人员理解。
实施例1
如图1～3所示的冷轧连退炉炉衬结构1，从内向外依次排列为2mm厚度的无机固化涂层1、200mm厚度的陶瓷纤维模块2、10mm厚度的纳米复合绝热板4以及防护钢外壳5，穿插纳米复合绝热板和陶瓷纤维模块的金属锚固件3与防护钢外壳5相连，其中，由多块陶瓷纤维单模块拼接而成，所述陶瓷纤维模块由厚度为30mm的多晶氧化铝纤维层与厚度为170mm的非晶硅酸铝纤维层通过凹凸榫卯结构机械咬合而形成。
其中，所述无机固化涂层1为铝硅系化合物，所述铝硅系化合物由30％用后回收处理的含锆硅酸铝粉、15％轻质漂珠、5％超细活性Al2O3粉、5％气相白炭黑、2％短切含锆硅酸铝纤维、10％超细氧化镁固化剂、33％的三聚磷酸钠和硅溶胶复配的无机复合粘接剂配置而成。
所述多晶氧化铝纤维层的导热系数≤0.21W/m·K(900℃)，所述非晶硅酸铝纤维层分类温度为1260℃，导热系数≤0.12W/m·K(800℃)。
所述纳米复合绝热板4由疏水型非晶纳米SiO2颗粒和无机纤维构成；所述纳米复合绝热板4的使用温度≤700℃，导热系数≤0.028W/m·K(300℃)。
所述金属锚固件3为半工字型支架，支架折弯面设置通孔，半工字型穿筋尾端带有小型倒翅片，金属锚固件表面涂有氧化锆热障涂层。
实施后，连退炉炉衬耐温性和抗气流冲刷大幅提高，可在1000℃长时间工作，耐风速可达42m/s，寿命可长达10年。经传热计算，当连退炉炉内温度为900℃时，炉衬外壁温度仅为46℃，与现有传统纤维毯结构炉衬的外表面温度相比，新炉衬外壁温度下降了40℃。
实施例2
如图1～3所示的冷轧连退炉炉衬结构1，从内向外依次排列为3mm厚度的无机固化涂层1、180mm厚度的陶瓷纤维模块2、30mm厚度的纳米复合绝热板4以及防护钢外壳5，穿插纳米复合绝热板和陶瓷纤维模块的金属锚固件3与防护钢外壳5相连，其中，由多块陶瓷纤维单模块拼接而成，所述陶瓷纤维模块由厚度为30mm的多晶氧化铝纤维层与厚度为150mm的非晶硅酸铝纤维层通过凹凸榫卯结构机械咬合而形成。
其中，所述无机固化涂层1为铝硅系化合物，所述铝硅系化合物由25％用后回收处理的含锆硅酸铝粉、18％轻质漂珠、5％超细活性Al2O3粉、5％气相白炭黑、2％短切含锆硅酸铝纤维、5％超细氧化镁固化剂、40％的三聚磷酸钠和硅溶胶复配的无机复合粘接剂配置而成。
所述多晶氧化铝纤维层的导热系数≤0.21W/m·K(900℃)，所述非晶硅酸铝纤维层分类温度为1260℃，导热系数≤0.12W/m·K(800℃)。
所述纳米复合绝热板4由疏水型非晶纳米SiO2颗粒和无机纤维构成；所述纳米复合绝热板4的使用温度≤700℃，导热系数≤0.028W/m·K(300℃)。
所述金属锚固件3为半工字型支架，支架折弯面设置通孔，半工字型穿筋尾端带有小型倒翅片，金属锚固件表面涂有氧化锆热障涂层。
实施后，连退炉炉衬耐温性和抗气流冲刷大幅提高，可在950℃长时间工作，耐风速可达42m/s，寿命可长达10年。经传热计算，当连退炉炉内温度为900℃时，炉衬外壁温度仅为43℃。
实施例3
如图1～3所示的冷轧连退炉炉衬结构1，从内向外依次排列为3mm厚度的无机固化涂层1、200mm厚度的陶瓷纤维模块2、20mm厚度的纳米复合绝热板4以及防护钢外壳5，穿插纳米复合绝热板和陶瓷纤维模块的金属锚固件3与防护钢外壳5相连，其中，由多块陶瓷纤维单模块拼接而成，所述陶瓷纤维模块由厚度为40mm的多晶氧化铝纤维层与厚度为160mm的非晶硅酸铝纤维层通过凹凸榫卯结构机械咬合而形成。
其中，所述无机固化涂层1为铝硅系化合物，所述铝硅系化合物由35％用后回收处理的含锆硅酸铝粉、15％轻质漂珠、5％超细活性Al2O3粉、5％气相白炭黑、2％短切含锆硅酸铝纤维、5％超细氧化镁固化剂、33％的三聚磷酸钠和硅溶胶复配的无机复合粘接剂配置而成。。
所述多晶氧化铝纤维层的导热系数≤0.21W/m·K(900℃)，所述非晶硅酸铝纤维层分类温度为1260℃，，导热系数≤0.12W/m·K(800℃)。
所述纳米复合绝热板4由疏水型非晶纳米SiO2颗粒和无机纤维构成；所述纳米复合绝热板4的使用温度≤700℃，导热系数≤0.028W/m·K(300℃)。
所述金属锚固件3为半工字型支架，支架折弯面设置通孔，半工字型穿筋尾端带有小型倒翅片，金属锚固件表面涂有氧化锆热障涂层。
实施后，连退炉炉衬可在1050℃长时间工作，耐风速45m/s，寿命可长达10年。经传热计算，当连退炉炉内温度为900℃时，炉衬外壁温度仅为40℃。
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (6)

1.一种冷轧连续退火炉纤维炉衬结构，其特征在于：所述炉衬结构包括从炉壁内表面向外依次紧密排列为无机固化涂层、陶瓷纤维模块层、纳米复合绝热板和防护钢外壳，所述陶瓷纤维模块层和纳米复合绝热板内垂直设置有金属锚固件，并且金属锚固件与防护钢外壳连接固定。
2.根据权利要求1所述冷轧连续退火炉纤维炉衬结构，其特征在于：所述无机固化涂层为铝硅系化合物，所述无机固化涂层的厚度为2～5mm；所述铝硅系化合物由25～40％用后回收处理的含锆硅酸铝粉、10～20％轻质漂珠、2～6％超细活性Al2O3粉、2～6％气相白炭黑、1～3％短切含锆硅酸铝纤维、5～15％超细氧化镁固化剂、30～40％的三聚磷酸钠和硅溶胶复配的无机复合粘接剂配置而成。
3.根据权利要求2所述冷轧连续退火炉纤维炉衬结构，其特征在于：所述铝硅系化合物由30％用后回收处理的含锆硅酸铝粉、15％轻质漂珠、5％超细活性Al2O3粉、5％气相白炭黑、2％短切含锆硅酸铝纤维、10％超细氧化镁固化剂、33％的三聚磷酸钠和硅溶胶复配的无机复合粘接剂配置而成。
4.根据权利要求1所述冷轧连续退火炉纤维炉衬结构，其特征在于：所述陶瓷纤维模块层由多块陶瓷纤维单模块拼接而成，所述陶瓷纤维模块由多晶氧化铝纤维层与非晶硅酸铝纤维层通过凹凸榫卯结构机械咬合而形成，其中，所述多晶氧化铝纤维层的厚度为10～40mm，温度为900℃条件下导热系数≤0.21W/m·K，所述非晶硅酸铝纤维层的厚度为150～200mm，其分类温度为1260℃，温度为800℃条件下导热系数≤0.12W/m·K。
5.根据权利要求1所述冷轧连续退火炉纤维炉衬结构，其特征在于：所述纳米复合绝热板由疏水型非晶纳米SiO2颗粒和无机纤维构成，其厚度为10～30mm；所述纳米复合绝热板的使用温度≤700℃，温度为300℃条件下导热系数≤0.028W/m·K。
6.根据权利要求1所述冷轧连续退火炉纤维炉衬结构，其特征在于：所述金属锚固件为半工字型支架，支架折弯面设置通孔，半工字型穿筋尾端带有小型倒翅片，金属锚固件表面涂有氧化锆热障涂层。
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