礦棉熱熔渣保溫爐爐襯研究

礦棉是一種利用冶金渣為主要原料生產(chǎn)的人造纖維，生產(chǎn)工藝包括：將已經(jīng)熔化的熱渣液調(diào)整成分使之達(dá)到相應(yīng)要求，而后熱渣液經(jīng)過離心機(jī)高速拋甩出纖維，纖維經(jīng)收集、整理和固化得到礦棉板、氈等產(chǎn)品。

熱渣液通常采用沖天爐將冷態(tài)冶金渣、焦炭及其它輔料熔化獲得。考慮到循環(huán)經(jīng)濟(jì)能源和資源的有效利用，越來越多的人想到了利用冶金過程形成的副產(chǎn)物熱渣液直接制棉。這樣可同時利用了副產(chǎn)物渣和熱能兩種資源。在利用冶煉熱渣液直接制棉生產(chǎn)線中，熱渣液保溫爐是非常關(guān)鍵的設(shè)備。

熱渣液保溫爐在制棉過程中的作用：①正常制纖維。冶金副產(chǎn)物熱渣液由于出爐和運(yùn)輸?shù)仍蜻M(jìn)入保溫爐時溫度一般都低于制纖維所需值；②調(diào)整成分。根據(jù)不同產(chǎn)品要求，如外墻保溫絕熱用板與制天花板的粒狀棉酸度系數(shù)不同，需要調(diào)整渣成分。完成上述兩項任務(wù)均需要熱能來升溫保溫。

1、目前熱熔渣保溫爐爐襯存在的不足
目前直接利用冶金熱渣液直接制棉在國內(nèi)應(yīng)用時間不長。多家企業(yè)處于產(chǎn)業(yè)化前期，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的鳳毛麟角。實踐中熱渣液保溫爐運(yùn)行效果均不理想，主要是爐襯消耗快、爐齡短。多則數(shù)10d，少則6~7d，影響了整條制棉生產(chǎn)線的效率和效益。

熱熔渣保溫爐的工作流程如下：每隔一個固定的時間周期，如2~4h從進(jìn)渣口流入熱渣液，與此同時放渣口以某個特定的量持續(xù)不斷地流出。保溫爐內(nèi)的渣液面隨著流出時間不斷降低，當(dāng)降至某個位置時又有新渣液補(bǔ)入。

簡而言之，在生產(chǎn)過程中，流入的渣液是間斷的，流出的渣液是連續(xù)的。其工藝流程對保溫爐爐襯造成損傷：①機(jī)械損傷：頻繁狀態(tài)的新渣液補(bǔ)充對爐襯造成強(qiáng)烈的沖刷；②熱損傷：當(dāng)新渣液補(bǔ)滿時爐襯溫度升高，當(dāng)渣液放空時爐襯溫度降低，熱脹冷縮使?fàn)t襯產(chǎn)生熱震而損傷；③化學(xué)浸蝕：一方面熱熔渣或多或少地與爐襯發(fā)生反應(yīng)；另一方面當(dāng)渣液放空時爐襯暴露在空氣中某些材料如炭磚會發(fā)生強(qiáng)烈的氧化反應(yīng)而損耗。

2、解決問題的思路
根據(jù)上述問題，提出爐壁掛渣、爐底保溫的思路。爐壁掛渣：在保溫爐筒體部分，從爐襯內(nèi)壁至爐殼水套夾層間形成一定的溫度梯度，這個溫度梯度在爐襯內(nèi)壁形成一層渣保護(hù)層，對爐襯取到有效地保護(hù)。爐底保溫：由于保溫爐底部爐襯始終處于渣層覆蓋，受損傷的幾率和程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于側(cè)壁，再加之處于盡量減少熱能損失的考慮。因此，保溫爐底部爐襯只要確保不發(fā)生泄漏即可。

3、實施方案
 

流過水套的冷卻水作為載體帶走從爐襯傳出的熱能，炭磚具有耐高溫和熱傳導(dǎo)性好的優(yōu)點(diǎn)但抗氧化能力差；粘土磚主要成分是二氧化硅屬于酸性耐火材料，抗氧化能力強(qiáng)并且與熱熔渣幾乎不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)但耐高溫性能弱和熱傳導(dǎo)性能差。

理想的狀態(tài)是：當(dāng)熱渣液注滿保溫爐時，在爐襯粘土磚內(nèi)壁形成一層渣保護(hù)層，合適的溫度梯度使渣層保持一定的厚度來保護(hù)爐襯。粘土磚在爐襯中取的作用是犧牲層，即便粘土磚層上沒有形成很好的渣保護(hù)層，由于其抗氧化性和與熱熔渣不發(fā)生反應(yīng)的特點(diǎn)也可使?fàn)t襯具有一定的使用壽命期。當(dāng)粘土磚層消耗到一定程度時可以重新砌新磚來更換。

保溫爐底部爐襯始終處于渣層覆蓋，采用炭磚不會被氧化并且在無氧下炭磚具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性。炭磚下面是高鋁磚，高鋁磚具有耐高溫和保溫性好的特點(diǎn)，能夠確保爐底不會發(fā)生泄漏同時又不使底部爐襯散熱過多。

不同材料之間粘接采用的材料不同。保溫爐底部鋼殼與高鋁磚之間采用高鋁澆注料；保溫爐筒體鋼殼與炭磚之間采用炭質(zhì)搗打料；炭磚與粘土磚之間采用炭質(zhì)搗打料，確保分別獲得良好的傳熱性能和保溫性能。