耐火纤维制品车间设计(design of refractory fibre products plant)

将耐火原料制成耐火纤维再加工为高温隔热制品的车间设计。

耐火纤维是纤维状的高温隔热材料，具有一般纤维的特性，如柔软、高强度，可加工成各种带、纸、绳、毯、毡等，又具有普通纤维所没有的耐高温、耐腐蚀的性能。其制品具有容重小、热导率低、热震稳定性好、节能效果显著等特点。主要用于工业炉内衬、高温气冷原子反应堆内衬、高温衬垫、高温过滤材料及催化剂载体等。

设计内容主要包括产品与规模、纤维生产工艺、耐火纤维制品加工和车间组成。

产品与规模常用的产品品种有硅酸铝质纤维和部分使用多结晶质耐火纤维。按长期使用温度分，有1000℃硅酸铝纤维、1100～1250℃高纯硅酸铝质、含铬硅酸铝质、高铝质纤维和1400～1600℃多结晶质的莫来石、氧化铝和氧化锆纤维。

车间规模视产品品种和生产方法的不同而定，其年产量有数十吨到数干吨。

纤维生产工艺耐火纤维的品种不同其制造方法也不相同，常用的成纤方法有熔融法、胶体法和先躯体法等。

(1)熔融法。将原料在电阻炉内(也有采用电弧炉)在2000℃以上高温下熔融，形成流股，再经喷吹或甩丝工艺而成纤。电阻炉可连续生产，流股稳定，质量好，产量高。

喷吹成纤是采用600～800kPa压缩空气或过热蒸汽高速喷吹流股制成。此法成纤用设备简单，制得纤维较细，但纤维短、渣球含量高。

甩丝成纤是使熔融流股落在多级加速回转辊上，借助于高速(8000～12000r/min)离心力甩成。甩丝成纤法产量大、成纤率高、渣球含量低、纤维长，但设备复杂、维修困难、电耗较高。

采用熔融法成纤的品种有普通硅酸铝纤维(Al₂O₃ 45%～60%)、高纯硅酸铝纤维、高铝纤维(Al₂O₃ 60%～62%)和含铬硅酸铝纤维。

(2)胶体法。采用浓缩的胶体溶液经纤维化后再进行热处理后成纤。胶体法成纤的品种有莫来石纤维(Al₂O₃>70%)、氧化铝纤维(Al₂O₃ 95%～97%)和氧化锆纤维。胶体溶液的制备包括母液制备、过滤和浓缩三个过程。如氧化铝纤维采用六水结晶氯化铝和大于99%的金属铝粉为原料，加热熔解制成母液。往过滤的母液中加入硅溶胶、有机加入物和冰乙酸，经加热蒸发或真空蒸发制得浓缩的铝硅胶体溶液。再采用喷吹、甩丝、拉丝或挤压纺丝等方法成纤，经干燥和烧成制成多晶纤维。

(3)先驱体法。以粘胶丝等有机纤维或编织物为成型介质，经膨化、干燥，然后在特定气氛中加热将有机成型介质分解挥发后再进行高温热处理后成纤。如采用先驱体法生产的氧化锆纤维，是以氧氯化锆、冰乙酸和氧化钇为原料，制得醋酸锆溶液，浸泡膨化有机纤维，经离心甩干，并在1000～1400℃下热处理后制成的多晶氧化锆纤维。

耐火纤维制品加工根据施工和使用要求，可采用类似纺织和造纸等工艺，加工成各种耐火纤维制品、混合纤维制品和纤维复合材料，如耐火纤维毯、毡、绳、带和纸等。

(1)毯和毡。采用干法加工及针刺工艺，不加或加微量粘结剂，经热处理制成耐火纤维毯。采用湿法加工工艺，将原棉除渣，制备料浆并加入有机或无机粘结剂(羧甲基纤维素、乳胶及硫酸盐、磷酸盐等)，混匀后放入模具中，经挤压或真空吸滤成型、干燥制成毡或板、砖及异型制品。还可用原棉经气动洗棉后，将纤维浆液注入长网成型机制成卷毡。

(2)纸。通常加入少量有机纤维和粘结剂、用造纸方法经打浆、制浆和抄纸等工序制得。

熔融法成纤与针刺制毯工艺流程示意图

(3)绳和带。往耐火纤维中加入15%~20%有机纤维并纺成线，再制成绳和带。根据用途还可加入镍铬丝或不锈钢丝，以提高强度。

车间组成由于耐火纤维的品种、成纤工艺与制品的不同，其车间组成也有所不同。一般可分为原料加工与制备、成纤、热处理和制品加工工段。并设有压缩空气站等辅助设施。