混配陶纤制品及其在裂解炉上的应用Word文件下载.docx

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制作混配纤维制品原料表1

项目

多晶氧化铝纤维

高铝纤维

化学成分%

Al2O3

SiO2

Fe2O3

K2O＋Na2O

≥79.5

≤19.5

≤0.09

≤0.07

≥58

≤41

≤0.20

≤0.10

纤维平均直径μ

≤10

≤3

渣球含量（≥0.25mm）%

≤5

加热线收缩率%

（1500℃×

6h）

（1250℃×

晶相

莫来石＋少量θ-Al2O3

玻璃相

4．影响混配纤维制品性能的制作因素

影响混配纤维制品性能的制作因素主要有：

纤维的分散方法，结合剂加入量，结合剂及填料的存在状态。

（1）分散剂

采用湿法制造混配纤维制品时，由于纤维在水中结团，不能很好分散，纤维本身在制品中不能很好地交织成网络，影响制品的性能。

通过采用定量纤维置于烧怀中，加入定量的水后，再分别加入羧甲基纤维素、食用淀粉、可溶性淀粉、阳离子分散剂、高分子有机物等五种分散剂，搅拌分散同样的时间，然后观察纤维分散的情况。

研究表明阳离子分散剂和高分子有机物是很好的分散剂，食用淀粉次之，水是最差的。

（2）分散剂加入量

对加入不同数量的阳离子分散剂的混配纤维制品样块，测定其压缩50%的强度，其结

果见图1。

图1分散剂加入量与强度的关系

其表明，随阳离子分散剂加入量的增加，样块的强度也随之提高，加入4~8%时即可满足运输、施工对制品强度的要求。

（3）SO型结合剂加入量

为增加制品的强度，加入不同数量的SO结合剂，制作混配纤维制品样块，然后测定

样块压缩50%时的强度，其结果见图2。

图2结合剂加入量与强度的关系

图中表明，随着SO型结合剂加入量的增加，样块的强度随之提高，加入量为15~50%时，可显著提高样块的强度。

（4）填料

纤维是一种瘠性物料，在制造过程中，主要不得依靠纤维本身的交织增加强度，再者

就是依靠加入结合剂和填料，为改善制品的结构，提高强度和耐热性，曾在试样中加入氧化铝粉、莫来石粉、硅石粉、碳化硅粉。

这些填料，无论在常温还是在高温，都是以单独的颗粒存在于制品之中。

而选用微细的或胶状的含Al2O3矿物作为填料，并与SO型结合剂同时加入到制品中可获得满意的效果。

图3为两种纤维的配比为L50∶G50（L表示氧化铝纤维,G表示高铝纤维），纤维用阳离子分散剂充分分散后，将SO型结合剂与填料同时加入样块中，将制好的样块经干燥后，测定压缩50%的强度及加热线收缩率。

·

——样块的强度×

——样块加热线收缩率（1350℃×

图3填料含量与强度、加热线收缩率关系

由图4电镜照片可见，SO型结合剂与填料粘附在纤维表面或纤维与纤维交叉处，将纤维联结，提高制品强度。

图4混配纤维样块的SEM照片

由图5电镜照片可见，试样经高温加热之后，填料与结合剂作用后，聚集在纤维表面或纤维与纤维之间，由电镜能谱仪对聚集物质所作化学成份分析结果是典型的莫来石组成。

图5高温加热后的混配纤维样块的SEM照片

在混配纤维制品中，氧化铝纤维能提供一种稳定的骨架结构，高铝纤维起充填作用。

在高温下，高铝纤维的收缩对制品的几何尺寸影响不大，这是混配纤维制品所具有的独特结构。

通过对填料加入量的研究，探明填料与结合剂分布于纤维表面，纤维与纤维交叉处，在高温作用下形成新相——莫来石，把纤维牢牢联接起来，这就使得混配纤维制品中的骨架结构更为牢固，使得混合纤维制品具有很好的耐热性和强度。

5．混配纤维制品的使用温度

混配纤维制品的使用温度，通常是用制品的加热线收缩率来判断。

将样块在某一温度下保温24小时，该样块的线收缩率等于或接近3%，此温度为该样块的理论使用温度。

考虑长期安全使用温度，即混配纤维制品在长期使用温度下，线收缩率小，体积稳定。

参考国内外混配纤维制品使用情况，确定样块在不同温度下加热保温24小时，测得加热线收缩率为1~1.5%的温度，规定该温度为使用温度。

不同配比的混配纤维制品使用温度表3

样块配比L∶G

20∶80

30∶70

40∶60

50∶50

60∶40

70∶30

80∶20

90∶10

加热温度℃×

24h

1220

1250

1300

1350

1400

1420

1450

1480

加热线收缩率%

1.06

1.16

1.37

1.43

1.50

1.30

1.08

由表3及图6可见，不同配比的混配纤维制品是随着氧化铝纤维含量的增加，使用温度也提高，各种不同配比的制品可在1220~1480℃温度范围内使用。

图6不同配比的混配纤维制品使用温度与氧化铝纤维含量的关系

6．混配纤维制品的性能

以湿法制毡工艺，制造不同配比的混配纤维制品，其牌号规定为：

LG28~LG82，理化性能指标见表4。

不同配比的混配纤维制品理化指标表4

制品

LG82

LG73

LG64

LG55

LG46

LG37

LG28

氧化铝纤维∶

灼减

≤24

≥70

≤0.15

≤0.12

≤6

≤26

≥68

≤27

≥66

≤28

≥65

≤29

≥63

≤32

≥61

≤33

≥60

≤2

1500℃×

24h

1450℃×

1400℃×

1350℃×

1300℃×

1250℃×

1200℃×

导热系数（热面）

W/m·

K

0.15~0.20

（1100℃）

0.15~0.18

0.15~0.18（1100℃）

0.14~0.16

主晶相：

莫来石

其余：

刚玉

方石英

体积密度kg/m3

230±

15

250±

260±

290±

310±

340±

380±

含水量%

≤0.5

使用温度℃

1500

1200

（1）化学组成

由表4可见，混配纤维制品的多晶氧化铝纤维含量由20%增加到80%，制品中Al2O3含量也由60%增加到80%，所以制品的耐热性也随之提高。

（2）耐热性

判定混配纤维制品的耐热性，通常是用制品的加热线收缩率大小来判定，混配纤维制品的加热线收缩率受纤维长短，排列方向和原棉晶相组成的影响。

通过对表4各种配比的混配纤维制品的样品，按GB3006-82规定的方法测定其加热线收缩率，结果见图7，依此来判定制品的耐热性。

图7不同配比的混配纤维制品的加热线收缩与温度关系

由图7可见，制品在1300℃×

24h时的收缩率：

LG28为1.4%；

LG37为1.3%；

LG46为1.6%。

可以认为LG28，LG37，LG46三种制品可在1200~1300℃下使用是适宜的。

在1400℃×

LG55小于1.6%；

LG64小于1.5%。

可以认为LG55，LG64，二种制品可在1350~1400℃下使用是适宜的。

LG73，LG82在1400~1500℃时的加热线收缩率相近，如在1400℃×

24h时的LG73的加热线收缩率为1.1%，LG82为1.0%；

在1500℃×

24h时的LG73的加热线收缩率为1.60%，LG82为1.57%，所以LG73，LG82可在1400~1500℃温度下使用

（3）晶相分析

混配纤维制品LG73，LG55，LG37，在不同的温度下加热后测定其晶相组成，结果见

图8。

图8混配纤维制品加热后的晶相组成

由图8可见，1300℃时有大量的莫来石生成，随着温度的升高，莫来石含量增加。

在高温下混配纤维制品的主要晶相是莫来石晶相，大于80%，这是由于混配纤维制品中的高铝纤维析出方石英，与氧化铝纤维中的α-Al2O3结合，生成莫来石，促使制品的稳定，所以混配纤维制品，不具有两种单独纤维的中间特性，它的独特的优点是具有高温使用性能。

（4）体积密度和导热系数

混配纤维制品的体积密度，是随制品中氧化铝纤维含量的增加而减少，如图9所示。

这是由于氧化铝纤维的堆积密度小，高铝纤维的堆积密度大所致。

图9混配纤维制品的体积密度与氧化铝纤维含量的关系

不同配比的混配纤维制品的导热系数是在热面温度为1100℃时用平板导热仪测定的，其结果见表5。

混配纤维制品的导热系数表5

热面温度℃

冷面温度℃

平均温度℃

导热系数λW/m·

1098

418

758

0.15

1100

422

761

0.13

428

764

0.14

1099

407

753

754

0.11

457

778

0.12

1101

437

768

从表5可知，混配纤维制品的导热系数随着氧化铝纤维含量的增加而增大，其增大的趋势，从0.11~0.15W/m·

K，这个数值变化是不大的。

所以混配纤维制品是很好的高温隔热材料。

综上所述，LG28~LG82混配纤维制品，其加热线收缩率在相应的温度下均小于2%；

高温下主晶相是莫来石，莫来石含量大于80%，并具有良好的隔热性能，所以确认混配纤维制品可分别用于1200~1500℃的各种高温设备上。

7．混配纤维制品的制造工艺

改变多晶氧化铝纤维与高铝纤维的配比，即可制造出各种混配纤维制品。

（1）制造工艺要点

配料要精确，按制品单重及配比精确称料；

两者纤维要充分散，混合均匀；

严格控制

产品外形尺寸。

（2）工艺配方（重量比）

多晶氧化铝纤维20~80%

高铝纤维80~20%

阳离子分散剂4~8%

SO型结合剂20~40%

含氧化铝矿物填料20~40%

工艺配方，以制品使用条件及要求可进行调整。

（3）工艺流程

原料（氧化铝纤维，高铝纤维）

配料（精确称重）

分散剂分散（搅拌）

结合剂混合填料

（成絮状浆料）

真空成型

干燥（80℃）

外观及尺寸检查成品测含水量（≤0.5%），体积密度

包装

8．混配纤维在裂解炉上的应用分析

1987年7月将LG64型混配纤维制品用于辽化一厂F106裂解炉，一年后1988年7月停炉观察炉纤维衬里，墙体结构牢固，炉衬完好，无裂缝，纤维仍保持纤维状，锚固件完好。

所用LG64型混配纤维性能如下：

Al2O3%＜70

Al2O3＋SiO2%＞98

Fe2O3%＜0.2

加热线收缩率%＜2（1400℃×

导热系数kcal/m·

h·

℃0.15（热面1200℃）

　　　　　　体积密度kg/m3300~350

为研究混配纤维制品在使用过程中的变化，分别在该炉运行2232小时，8000小时后分别在燃烧器上部处取样（该处温度约1300℃），进行X-衍射及电镜分析。

经X-衍射分析证实：

LG64型混配纤维制品经长达8000小时使用后，制品主要是稳定的莫来石相，约占84%，方石英＜1%，其余为非晶相。

如衍射谱线图10所示。

莫来石：

84%方英石：

＜1%其余为玻璃相

图10LG64型混配纤维在F106炉8000小时后的X-衍射谱线

电镜观察：

图11为未经热处理的氧化铝纤维SEM照片，图12为经1400℃×

24h热处理后的氧化铝纤维SEM照片。

图11未经热处理的氧化铝纤维SEM照片

图12经1400℃×

24h热处理后的氧化铝纤维SEM照片

图13为LG64型混配纤维制品在F106裂解炉炉使用2232小时后，混配纤维制品中氧化铝纤维变化情况的SEM照片。

由照片可见，晶粒尺寸长大，经测定，此时的晶粒尺寸是常温氧化铝纤维晶粒尺寸的7~8倍。

图14为LG64型混配纤维制品在F106裂解炉炉使用8000小时后氧化铝纤维结晶长大情况的SEM照片。

从图14中可见氧化铝纤维使用8000小时后晶粒尺寸是2232小时氧化铝纤维晶粒尺寸的2~4倍，这说明晶粒尺寸长大是缓慢的。

图13LG64型混配纤维制品1300℃×

2232h后氧化铝纤维的SEM照片

图14LG64型混配纤维制品1300℃×

8000h后氧化铝纤维的SEM照片

图15为LG73型混配纤维真空成型看火孔，1994年9月用于燕化一厂BA1113裂解炉辐射段衬里，经使用7年后2001年10月的照片。

其位于辐射段第一排看火孔，底部燃烧器侧上方（该处温度约1300℃）。

图15LG73型混配纤维真空成型看火孔使用7年后的状况

从图15中可清晰地看出LG73型混配纤维真空成型制作的看火孔，在长达7年的使用过程中，由于长期处于底部燃烧器的高温火焰直接强烈的冲刷下，纤维已失去了弹性，基本已粉化，无有强度。

在底部燃烧器强大的高温高速气流冲刷下看火孔严重剥蚀。

由此可判定混配纤维制品不宜用于裂解炉如此极为恶劣的部位处，而应用于裂解炉辐射段炉墙4米以上处，以延长其使用寿命。

从粉化状况看，初步认为混配纤维制品若长期用于其使用温度上限，其寿命考虑不得多于5年。