三门峡市高科绝热材料

耐火纤维喷涂技术的应用

纤维喷涂是纤维炉衬机械化施工一种新耐火工艺，耐火纤维喷涂实质上也是耐火纤维炉衬的第二代技术。尤如重质耐

火材料炉衬一样，有第一代砌砖发展到第二代不定型耐火材料整体浇注，在材料形状和施工工艺上一次突破。第一代耐火

纤维炉衬技术自八十年代初应用以来，就是采用纤维制品（毡，板，块和毯等），在炉内进行手工粘贴和安装，这种方法

一直影响着炉衬的使用寿命，纤维喷涂是通过专用喷涂机，将预处理的散状纤维棉高压送出喷枪，同时，结合剂通过专用

胶泵均匀地经喷枪外环雾化后喷入纤维中，两者混合具有一定冲量打到炉内壁上。外混方式使纤维棉能成絮片壮附着在被

喷涂面上，在被喷涂面上形成的衬层基本上是三维网络结构，喷涂可将整个炉内衬形成一个均匀无接缝，密封性好的整体

制品结构，其表面光滑平整，没有烘炉要求，炉窑节能约30%。

我公司根据几年来耐火纤维喷涂实践经验，总结了一系列适应不同行业、不同温度、不同部位的耐火纤维喷涂技术。

耐火纤维喷涂技术与传统的耐火纤维应用技术比较具有下列特点：

1.可获得无接缝、结构均匀的整体纤维炉衬，在加热使用中不

产生贯通缝隙。为炉体提供了优良的保温性能，显著的提高了节能

效果。

2.根据炉衬工作温度和厚度，在被喷涂表面或炉衬冷面设备的

不同材质、不同结构的连结锚固件，使炉衬具有优良的高温结构强

度。

3.有利与提高异型炉壁及炉体边、角、孔洞等炉体薄弱部位的

纤维壁衬施工质量，延长了纤维炉衬使用寿命。

一、喷涂对原材料的指标要求

1.普通耐火陶瓷纤维棉（STD型）：AI2O3≥45%，AI2O3

＋SiO2≥98%，Fe2O3≤1.2%，K2O＋Na2O≤0.5%，渣球含量（＞

0.25mm）＜8%。

2.高纯耐火陶瓷纤维棉（HP型）：AI2O3≥47%，AI2O3＋SiO2≥98%，Fe2O3≤0.3%，K2O＋Na2O≤0.5%，渣球含量（＞

0.25mm）＜8%。

3.高铝耐火陶瓷纤维棉（HA型）：AI2O3≥54%，AI2O3＋SiO2≥98%，Fe2O3≤0.3%，K2O＋Na2O≤0.5%，渣球含量（＞

0.25mm）＜8%。

4.含锆耐火陶瓷纤维棉（ZA型）：AI2O3≥54%，AI2O3＋SiO2≥98%，Fe2O3≤0.3%，K2O＋Na2O≤0.5%，渣球含量（＞

0.25mm）＜8%。

5.混配纤维棉：多晶氧化铝纤维棉和高铝陶瓷纤维棉或含锆耐火纤维棉混合后AI2O3≥75%，SiO2≤25%，Fe2O3＜0.15%

多晶莫来石纤维和普通硅酸铝纤维、氧化铝纤维同属A1₂0₃-Sio₂系耐火纤维，这些纤维在980ºC以上就会产生石英、莫来

石、刚玉三种晶体。由不同晶体构成的纤维具有不同的使用温度特性，见表1。

在高温条件下，因方石英发生体积变化所产生巨大应力，足以使纤维结构碎裂粉化，这是造成硅酸铝纤维不能承受

1400ºC以上高温的主要原因。由莫来石和刚玉两种晶体构成的多晶纤维，有效地避免纤维结构碎裂粉化，把使用温度极限提

高到1450-1500ºC。

表1 各种纤维的高温特性

晶体的种类	高温下晶体相体积变化	组成	纤维种类	Al₂O₃(%)	使用温度（ºC）
石英（SiO₂）	α石英→α方石英 +15.4%（1020ºC）	→ ↗ → ↘ →	硅酸铝纤维	45-58	<1100-1350
莫来石（3Al₂O₃·2SiO₂）	单一莫来石相		莫来石纤维	72-75	1400
刚玉（α-Al₂O₃）	同质异构演变		氧化铝纤维	80-95	1500

要求耐火陶瓷纤维棉纤维直径细而均匀（直径一般为2--3μm），纤维要柔软性能好，纤维长度需要小于50--100mm

二、喷涂纤维对结合剂的技术要求

耐火陶瓷纤维喷涂施工对结合剂要求不但具有常温的强度而且还要有一定的高温强度，水份含量不能太大，并要具有速凝

特性，不能腐蚀钢板、锚固件、泵体、泵隔膜，另外，结合剂高温挥发后，其固体存留量不能过大，过大时一是破坏了纤维的

“多孔”特点；二是降低了纤维的弹性，应用一段时间后纤维层将出现龟裂现象。

耐火陶瓷纤维喷涂施工结合剂对纤维喷涂层的导热系数起着非常重要的作用。试验表明水结合的纤维喷涂料导热性最

小，进入结合的喷涂料导热率将增大，差别可达200%。这是由于用水湿润的泥料制得的无结合剂喷涂料，只是纤维之间单纯

的机械接触而产生热接触点，此时具有最大的热阻，所以这种喷涂料的热导率也就最小。当加入结合剂后，由于改变了纤维之

间的接触的数量以及产生结合剂与纤维间的化学作用，因而热阻减少、热导率增加。因此，纤维喷涂料结合剂及耐火填料的选

择是影响喷涂纤维炉衬热导率的一个主要因素。

耐火陶瓷纤维喷涂施工结合剂要求在常温和工况情况下纤维之间具有一定的结合强度，以保证纤维炉衬的完整性，而且

对纤维炉衬的热导率及析晶均无任何影响。烘炉后纤维炉衬不得出现龟裂现象。目前已推出用于矿棉、岩棉的低温型结合剂；

适应于普通耐火陶瓷纤维、高铝耐火陶瓷纤维及含锆耐火陶瓷纤维等不同型号不同用途的纤维喷涂结合剂。

这些结合剂的特点是在常温和高温下均具有很高的粘结力，良好的流动性、分散性及固化时间短和优良的施工性能。

三、喷涂纤维的施工工艺

耐火陶瓷纤维喷涂不仅适用于新建工业窑炉（在钢板上直接喷涂纤维），也适应于旧炉改造（在原有砖墙或混凝土表面

喷涂）。

1、新炉施工：首先要清除钢板内表面的氧化铁皮及浮锈，再按要求焊接锚固件（炉顶为“螺栓式”锚固件，炉墙为

“V”型锚固件），锚固件四周应满焊、无咬肉。锚固件垂直偏差应≤5mm，高度偏差为±2mm，锚固件间距偏差为±5mm。

2、旧炉施工：首先要清除原有砖墙（混凝土衬里）表面的积灰、油污及松动部分。用少量水湿润原炉衬表面。

上述工作进行完后，将用的纤维散棉装入混料箱，结合剂装入结合剂储罐，开机进行模拟试喷，以检验现场条件下设定

参数的作业性能及最佳胶、棉配比，形成设计密度和较小的回弹率。模拟试喷后即可进行纤维喷涂施工，施工时各种喷涂用料

都输送到喷枪中，结合剂经喷枪雾化后均匀粘附在经喷枪喷出的纤维及填料表面，然后再粘附在炉墙表面，用胶皮辊轻轻压实

衬里表面或针刺梳棉机进行表面整理，经适当平整便形成了整体无缝隙的纤维喷涂炉衬。

喷涂施工时的主要技术参数：雾化室空气压力0.2-0.25MPa；结合剂湿润器压力0.3-0.4MPa；喷枪距喷涂表面1-1.5m，喷

涂层的体积密度为0.15-0.30g/cm3。一般当设计温度≤750℃时，喷涂衬里推荐厚度为140mm；设计温度750-800℃时，喷涂衬

里推荐厚度为160mm；设计温度900℃时，喷涂衬里的推荐厚度为180mm；设计温度1000℃时，喷涂衬里的推荐厚度为200mm；

设计温度1200℃时，喷涂衬里的推荐厚度为250mm；旧炉改造时，可在原砖墙（衬里）表面喷涂耐火陶瓷纤维，推荐喷涂厚度

为20-50mm。

四、喷涂纤维的经济技术指标对比

下面对罩式退火炉的罩三种不同炉衬结构的经济技术指标进行对比，

纤维喷涂工艺与其它工艺炉衬技术指标的对比

不同窑型炉衬项目	轻质砖	纤维模块	纤维喷涂
炉膛温度/℃	900	900	900
有效尺寸/mm	7308×2436	7308×2436	7308×2436
炉衬厚度/mm	348	250	200
表面温度/℃	100-120	60-80	50-60
砌体容重/kg．m3	600-800	200-250	200-300
炉罩重量/t	25	15	13
施工周期/天	30	20	10
升温速度	烘炉需要120-160h	2-3h达到使用温度	烘炉需要20h
炉罩工程总价/元
中修	5406.2	82191.4
抢修	31664.1	5413.1
新制作	66256.5	109720.9	91249.5
筑炉工操作的影响	极大	大	小
炉衬寿命/年	1-2	2-3	＞6
能耗（基数为1）	1	0.7	0.6
综合造价	高	一般	低

五、经济效果分析

节能定量分析：仅从散热寻损失减少而论，1m2炉顶节约标准煤6632kg/年。统计资料表明，如果我国十几万座高温炉窑普

遍采用纤维喷涂技术，可节约3400-5000万吨标准煤/年。以纤维喷涂炉衬代替耐火砖及浇注料炉衬，炉墙厚度可减薄1/2，炉

子重量减轻1/3，基础费用降低20%，并可节省结构用钢材量，节约人力、物力，总造价平均可降低10%。

六、结束语

耐火陶瓷纤维喷涂施工技术具有方法简便，速度快，平均每小时可喷涂0.5吨纤维棉。衬里无接缝，气密性好，施工造价

低。特别适用于对复杂、异型炉墙部位的施工，以及罐、阀门等设备的外部保温施工。喷涂炉衬表面能形成一硬壳层，可有

效地提高耐火陶瓷纤维承受较强气流冲刷的能力。衬里修补容易。纤维损耗率低，回弹率一般小于10%。从设计合理性考虑，

在纤维炉衬的选用上应根据不同的温度点选用不同的材秩（如：岩棉、普通陶瓷纤维、高铝纤维等）。采用喷涂纤维的施工方

法，更有利于岩棉--耐火陶瓷纤维复合炉衬结构的推广应用。在耐火纤维喷涂衬里的施工中，将保温钉埋入纤维炉衬中，一般

喷涂纤维炉衬的表面距保温钉的顶端为10-30mm，从而可效地降低加热炉外璧温度，避免加热炉炉壳外表面出现“热点”。