鍛造加熱爐是鍛造行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備之一，由于爐溫高，溫度波動(dòng)大，并受強(qiáng)烈的振動(dòng)和進(jìn)出料的機(jī)械撞擊，工作環(huán)境十分惡劣。因此，傳統(tǒng)的粘土砌筑的加熱爐壽命很短，特別是爐頂，一般壽命僅2~3個(gè)月，常常不得不停產(chǎn)搶修，每年要增加大量的維修工時(shí)和費(fèi)用。后來鄭州駒達(dá)新材料科技有限公司開始將磷酸耐火澆注料應(yīng)用在鍛造加熱爐上，并用其將爐頂、爐門等易燒損部位制成易于更換的預(yù)制件，顯著延長(zhǎng)了爐子壽命，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
1 應(yīng)用
1.1 在連續(xù)式加熱爐上
首先在新3t錘的軸坯加熱爐上應(yīng)用了高鋁質(zhì)磷酸結(jié)合耐火澆注料，此爐為燃油式二段連續(xù)加熱爐，爐底有效尺寸為8584mm×2436mm。
原3t錘的連續(xù)加熱爐在加熱段采用了磷酸澆注料現(xiàn)場(chǎng)澆注料爐墻，其厚度為464mm。爐頂為中心角60°的拱形，采用磷酸澆注料分片預(yù)制結(jié)構(gòu)，厚度230mm。連續(xù)加熱爐的預(yù)熱段仍采用耐火粘土磚砌筑，這是由于預(yù)熱段爐溫一般不超過1000℃，采用耐火粘土磚可滿足性能要求，也降低了爐子的造價(jià)。采用預(yù)制件拱頂主要有以下幾個(gè)原因：
(1)該爐設(shè)計(jì)為非吊掛拱形結(jié)構(gòu)，其壓下和擴(kuò)張部分曲線復(fù)雜，難于現(xiàn)場(chǎng)支模整體澆注。預(yù)制頂則可分為預(yù)制，然后上爐拼裝。
(2)磷酸澆注料為火硬性澆注料，常溫下強(qiáng)度低，脫模養(yǎng)護(hù)期長(zhǎng)，難于脫模而不適宜現(xiàn)場(chǎng)澆注爐頂。爐頂預(yù)制件在生產(chǎn)廠家預(yù)先烘烤后，其強(qiáng)度已達(dá)30MPa~40MPa，便于運(yùn)輸和吊裝。
(3)預(yù)制件在廠家的專用爐窯中烘烤，兩面受熱，烘烤效果好，費(fèi)用低于用戶自行烘烤。
(4)連續(xù)加熱爐正常生產(chǎn)時(shí)，各段爐溫相對(duì)穩(wěn)定。而在烘爐期及生產(chǎn)初期，爐體尤其是爐頂易出現(xiàn)塌落、開裂、剝落的現(xiàn)象。采用預(yù)制件可減少因烘爐不當(dāng)而造成此類現(xiàn)象發(fā)生。
(5)筑爐及更換爐頂時(shí)，不用支模板，不需烘爐、省工省時(shí)省費(fèi)用。
1.2 在間歇式加熱爐上
耐火粘土磚砌筑的間歇式鍛造加熱爐爐頂壽命一般2~3個(gè)月，每年修爐4~5次，每次5d~7d。1992年，沈陽廠在3臺(tái)0.5t錘的加熱爐上應(yīng)用磷酸澆注料。該爐型為雙室式燃油加熱爐，間歇式操作，爐底有效尺寸為1m×0.8m×2m。該爐內(nèi)襯全部由磷酸澆注料整體澆注，壁厚為300mm，爐頂為兩塊1.2m×1m的平板預(yù)制頂，厚200mm。
2 使用效果及分析
2.1 顯著提高爐子壽命
新3t錘的連續(xù)加熱爐自投產(chǎn)以來，已使用8年而未進(jìn)行大修，現(xiàn)仍可繼續(xù)使用，比耐火粘土磚砌筑的同類型爐子壽命提高20倍以上，3臺(tái)雙室內(nèi)加熱爐經(jīng)5年的使用，爐頂平均壽命2年多，為耐火粘土磚砌筑的同類型爐子壽命的10倍左右。兩種爐子壽命分析如下：
(1)磷酸耐火澆注料有良好的高溫使用性能。磷酸耐火澆注料大幅度提高爐子壽命的原因是這種澆注料的基質(zhì)石英型AlPO4(熔點(diǎn)約2000℃)呈鏈狀空間網(wǎng)狀高分子結(jié)構(gòu)，所以它除了有良好的耐火性之外，高溫下還具有韌性、抗沖擊和耐磨性以及熱穩(wěn)定性。當(dāng)爐溫超過1400℃后，由于燒結(jié)等物理化學(xué)反應(yīng)，強(qiáng)度又提高了。因而磷酸澆注料在1400℃以上的高溫時(shí)，性能優(yōu)于普通耐火粘土磚。兩種耐火材料的主要性能列于表1。
表1 普通耐火粘土磚與磷酸澆注料的主要性能
(2)磷酸澆注料爐體易于修補(bǔ)。耐火磚砌筑的爐頂修補(bǔ)起來很困難，常因局部燒損塌落而不得不全拆重筑。而磷酸澆注料預(yù)制爐頂整體性好，高溫強(qiáng)度大，即使局部剝落也不致引起爐頂塌陷，且修補(bǔ)容易，同時(shí)也延長(zhǎng)了爐頂?shù)膲勖?/FONT>
(3)修爐次數(shù)減少。由于爐頂壽命的提高，減少了因拆修爐頂造成的對(duì)其他爐體的影響，也相應(yīng)延長(zhǎng)了爐子的整體壽命。
(4)生產(chǎn)操作方式的影響。間歇操作的室式爐與連續(xù)加熱爐，爐頂均為磷酸澆注料預(yù)制，差異在于間歇式操作中，爐溫劇烈變化對(duì)爐頂?shù)钠茐�。一般來說耐火材料中的Al2O3含量越高，其耐火度越高，但熱穩(wěn)定性也約差。雖然磷酸澆注料的熱穩(wěn)定性優(yōu)于一般重質(zhì)澆注料，但室式爐在頻繁的較大熱應(yīng)力作用下，爐子易開裂、剝落，使用壽命降低。而連續(xù)式加熱爐正常生產(chǎn)后，溫度場(chǎng)長(zhǎng)期不變，因?yàn)殚_裂，剝落少，延長(zhǎng)了爐子壽命。
2.2 熱損失減少
熱損失減少主要有以下幾個(gè)原因：
(1)磷酸澆注料整體密封性較磚砌好。耐火磚砌筑的爐體磚縫多，是影響爐壽命的重要環(huán)節(jié)。耐火泥漿在高溫爐氣沖刷、侵蝕和耐火磚脹與縮作用下，易粉化脫落，使砌體從磚縫開始受到侵蝕破壞，從而使?fàn)t體散熱損失增大。而澆注料為無縫整體結(jié)構(gòu)，透氣度小，所以熱損失較小。
(2)磷酸澆注料便于爐體保溫。保溫越好，爐內(nèi)襯兩屆面間溫差越小，其高溫強(qiáng)度越低，易造成爐體軟化坍塌。所以要視內(nèi)襯材料的高溫強(qiáng)度適當(dāng)保溫。盡管耐火粘土磚中有熔點(diǎn)很高的莫來石晶體(熔點(diǎn)1870℃)，但數(shù)量很小很細(xì)(針狀)，呈孤島狀分散在大約占礦物相50%的硅質(zhì)玻璃體中，后者在1300℃—1360℃就軟化。莫來石能溶解在液相中，使粘土制品的耐壓強(qiáng)度急劇下降。因而耐火粘土磚砌筑的爐子不宜過分強(qiáng)調(diào)保溫，尤其是爐頂。而磷酸澆注料在1400℃以上時(shí)仍有較好的高溫強(qiáng)度，所以，磷酸澆注料爐體可適當(dāng)加強(qiáng)保溫。新3t錘的連續(xù)加熱爐爐頂保溫層為20mm耐火纖維氈+230mm膨脹蛭石�，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)定新、原3t錘的連續(xù)加熱爐的外表面平均溫度見表2。
表2 新、原3t錘的連續(xù)加熱爐爐外表平均溫度 ℃
2.3 修爐簡(jiǎn)便
(1)磷酸澆注料爐體維護(hù)工藝簡(jiǎn)單，開裂、剝落處局部粘補(bǔ)即可、延長(zhǎng)爐體壽命。
(2)預(yù)制爐頂?shù)母鼡Q極為簡(jiǎn)便，免除磚砌筑爐的備料、支模、砌磚、烘爐等復(fù)雜的工藝和繁重的勞動(dòng)。0.5t加熱爐預(yù)制爐頂?shù)母鼡Q當(dāng)天即可完成，如磚砌最快也得3d。
3 結(jié)論
磷酸耐火澆注料應(yīng)用于鍛造加熱爐上能顯著提高加熱爐壽命。雖然一次施工材料費(fèi)比耐火磚粘土磚砌筑高3倍多，但其一年所帶來的經(jīng)濟(jì)效益即可完全收回投資。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用磷酸澆注料后，每年節(jié)省材料費(fèi)、施工費(fèi)、燃料費(fèi)及因爐子作業(yè)率提高所帶來的經(jīng)濟(jì)效益共計(jì)50萬元左右。預(yù)制爐頂具有筑爐簡(jiǎn)便快捷、省工省時(shí)省力的特點(diǎn)，尤其適用于搶修。對(duì)其他爐子的改造也有可借鑒之處。