钟罩式氮气氛保护烧结窑炉衬的设计与施工工艺

钟罩式氮气氛保护烧结窑炉衬的设计与施工工艺

叶重慧

佛山高砂工业窑炉有限公司 528061

【摘要】：现阶段，我国大部分的电子工业企业主要使用钟罩式氮气氛保护烧结窑烧结高档铁氧体材料，为了紧跟时代的发展，不断创新相关烧结工艺，相关企业有必要对钟罩式氮气氛保护烧结窑炉衬的设计与施工工艺进行深入的研究，保障钟罩式氮气氛保护烧结窑具备完善的功能，以期推动钟罩式氮气氛保护烧结窑的运行效率和稳定发展。

【关键词】：钟罩式；氮气氛；烧结窑；炉衬设计；施工工艺

作为热工设备中的一种，钟罩式氮气氛保护烧结窑在运行中必须以节约能耗和成本导向，以追求一定的经济性和实用性为目标，相关企业有必要对其炉衬的设计与施工工艺进行创新，提升钟罩式氮气氛保护烧结窑的性能。在钟罩式氮气氛保护烧结窑中运用陶瓷纤维炉衬，避开传统模式下平铺法炉衬施工存在的弊端，基于其具有的的特点和优势，提出一种新的施工方法—层铺法。

一、钟罩式氮气氛保护烧结窑性能概述

我国大部分电子工业在烧结高档铁氧体材料时，为了深入贯彻节能要求，减少成本投入，广泛使用钟罩式氮气氛保护烧结窑。顾名思义，氮气氛保护烧结窑就是利用氮气来代替氧气，节约成本，增加效益。作为一种惰性气体，氮气因为其具有的经济性特点，被广泛使用，在运行钟罩式氮气氛保护烧结窑时，在其内部填充惰性气体氮气，在窑炉气氛密闭的情况下，不仅能够以较小的氮气消耗量获得最佳的热交换效能，还能够减少烧结产品的缺陷，确保产品性能优良。此外，钟罩式氮气氛保护烧结窑还能够连续式生产，在冷却阶段起到一定的抗氧化作用，当前，钟罩式氮气氛保护烧结窑十分适用于磁性材料的烧结，符合我国市场发展的趋势。

二、钟罩式氮气氛保护烧结窑炉衬的设计

（一）陶瓷纤维炉衬具有的优势

钟罩式氮气氛保护烧结窑是热工设备中的一种，其所选用的炉衬材料在每段产品烧制的过程中，都存在着一定的热损耗。与传统的炉衬相比较，陶瓷纤维炉衬不仅具有厚度薄、导热系数低、重量轻、热容小等特点，还具有减少炉壁热损失、节省钢材、减低造价、施工便捷、建造周期短、快速升降温、提高生产率、增产节能等功能。当前，全球范围内一些著名的热工设备企业广泛使用陶瓷纤维材料作为钟罩式氮气氛保护烧结窑的炉衬^[1]。我国在对陶瓷纤维材料进口和国产价格相比较的基础上，结合陶瓷纤维材料的性能指标，在层层筛选下，终于选出适合我国实际的国产炉衬材料，能够有效提升钟罩式氮气氛保护烧结窑的竞争力。

（二）陶瓷纤维炉衬的设计

钟罩式氮气氛保护烧结窑的烧结工艺要求在进行炉衬设计工作时，要保障炉衬与各种指标相适应，满足炉温、升温时间、降温时间、炉壁表面温度、炉衬厚度等各方面的要求。在进行炉衬厚度计算工作时，受加热器、导气管、窑车与炉墙间进气间隙等因素的影响，其所得出的炉衬厚度值要科学的放大。炉衬设计工作流程如下。

首先，构建炉墙，要合理选材，保证其具有足够的支撑强度，炉墙的其他部位要使用重量较轻的材料，确保炉衬设计成本合理。其次，在构建炉顶时，要将较小的组块多层叠加，最终压缩成较大的组合块，还要根据组块的尺寸，进行螺杆挂件焊接，组块具有良好的热稳定性和充足的压缩量，在压缩过程中，不会有缝隙，但因为生产制造工艺较为繁琐复杂，价格昂贵，所以当前只在炉顶部位应用。最后，窑车要使用复合陶瓷纤维，窑车底部可以使用中温的陶瓷纤维制品，为有效避免窑车运行时产品对纤维表面的破坏现象，还要在窑车上部铺设纤维毯，抵抗产品的冲击，为了承载产品，窑车的支撑部分还要选择具有足够强度和耐温性能的材料。

钟罩式氮气氛保护烧结窑炉衬的施工工艺

（一）传统施工工艺状况

国内外钟罩式氮气氛保护烧结窑炉衬的传统施工工艺明显不同，在国外，通常是在将耐高温的纤维毯制成组块后，再进行钢结构安装，施工质量十分高。纤维组块具有的预压缩量能够保证施工后不会产生缝隙，实现对气体的热密封，同时，纤维毯本身还具有良好的热稳定性，即使被反复使用，也不会产生裂纹。但耐高温的纤维毯生产国家较少，生产价格十分昂贵，如果我国对其进行使用，由于成本过高，会出现一系列的后续问题。在国内，钟罩式氮气氛保护烧结窑炉衬的施工工艺往往使用平铺法，炉衬外部可以使用低温纤维，内部使用高温纤维，亦或外部使用中、低温纤维，内部使用高温纤维粘贴块，在科学合理选择材料的基础上，进行铆固工作。使用平铺法进行炉衬施工，能够减少施工成本。但纤维制品经过多次使用后，同层之间很容易出现缝隙，造成串火，减少炉衬外部纤维的使用寿命，此外，由于使用粘结剂，炉衬的透气性受到影响，进一步限制烧结工艺水平的提升^[2]。

（二）层铺法施工工艺

现阶段，在进行钟罩式氮气氛保护烧结窑炉衬的施工时，为了实现低成本获取高可靠性、使用寿命长、维修性良好材料的目标，引进了一种比较新型的工艺，即层铺法施工工艺。

基于炉衬的厚度，结合科学的炉腔尺寸，将国产高温纤维块按照自上而下的顺序进行同缝铺设，凸凹块间的错缝可形成热密封。此外，由于国产的高温纤维具有较好的弹性和有效的压缩量，在一定的压力作用下，也能够形成热密封。使用层铺法施工工艺的炉衬具有良好的热密封性能，即使经历反复多次的升降温，也不会影响其保温性能，炉衬的使用期限也因此得以延长。

层铺法施工工艺还可以解决纤维材料热胀冷缩出现的热气外串等问题。通过合理对凸凹块的尺寸进行控制、对单件水平方向长度进行控制，结合炉衬材料温度梯度，在凸凹块接缝处，勾出合理的形槽，能够解决纤维材料热胀冷缩带来的热气外串现象。

在对炉墙纤维实施固定工作时，结合炉墙高度的实际情况，科学的利用凸凹块的交错限位，能够保障纤维不内倾。此外，由于层铺法施工工艺没有使用锚固件，所以也不会发生锚固件断裂或脱落事件，炉衬具备的透气性能，也可以满足设备的烧结工艺^[3]。

此外，层铺的材料都属于同一种类型的高温纤维，在出现局部破损状况时，只需去除破损部分，并裁量尺寸，选择同一类型的高温纤维嵌入即可，在一定程度上节约了材料时间和成本。层铺法施工工艺性价比相对来说较高，使用寿命较长。

结束语：

总之，为提高钟罩式氮气氛保护烧结窑的运行性能和效率，有必要对其炉衬的设计和施工工艺进行深入研究，结合钟罩式氮气氛保护烧结窑的实际运行情况，科学合理的对炉衬展开设计，并采取先进的、性价比较高、使用周期较长的层铺法施工工艺，提升钟罩式氮气氛保护烧结窑的性能，促进其稳定高效的发展。

参考文献：

王亚东,季宁波,刘强.陶瓷纤维大模块在地面火炬中的应用[J].中国石油和化工,2016(S1)

王霞,林军.浅谈含锆陶瓷纤维制品的应用技术[J].佛山陶瓷,2009(11)

[3]鹿自忠,齐春山,唐文珍.陶瓷纤维产品及其应用[J].航空制造技术,2005(06)