鍛造加熱爐是鍛造行業(yè)的關鍵設備之一，由于爐溫高，溫度波動大，并受強烈的振動和進出料的機械撞擊，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個月，常常不得不停產(chǎn)搶修，每年要增加大量的維修工時和費用。后來鄭州駒達新材料科技有限公司開始將磷酸耐火澆注料應用在鍛造加熱爐上，并用其將爐頂、爐門等易燒損部位制成易于更換的預制件，顯著延長了爐子壽命，取得了良好的經(jīng)濟效益。
1 應用
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用了高鋁質(zhì)磷酸結合耐火澆注料，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制結構，厚度230mm。連續(xù)加熱爐的預熱段仍采用耐火粘土磚砌筑，這是由于預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。采用預制件拱頂主要有以下幾個原因：
(1)該爐設計為非吊掛拱形結構，其壓下和擴張部分曲線復雜，難于現(xiàn)場支模整體澆注。預制頂則可分為預制，然后上爐拼裝。
(2)磷酸澆注料為火硬性澆注料，常溫下強度低，脫模養(yǎng)護期長，難于脫模而不適宜現(xiàn)場澆注爐頂。爐頂預制件在生產(chǎn)廠家預先烘烤后，其強度已達30MPa~40MPa，便于運輸和吊裝。
(3)預制件在廠家的專用爐窯中烘烤，兩面受熱，烘烤效果好，費用低于用戶自行烘烤。
(4)連續(xù)加熱爐正常生產(chǎn)時，各段爐溫相對穩(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。采用預制件可減少因烘爐不當而造成此類現(xiàn)象發(fā)生。
(5)筑爐及更換爐頂時，不用支模板，不需烘爐、省工省時省費用。
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個月，每年修爐4~5次，每次5d~7d。1992年，沈陽廠在3臺0.5t錘的加熱爐上應用磷酸澆注料。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(熔點約2000℃)呈鏈狀空間網(wǎng)狀高分子結構，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。當爐溫超過1400℃后，由于燒結等物理化學反應，強度又提高了。因而磷酸澆注料在1400℃以上的高溫時，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。耐火磚砌筑的爐頂修補起來很困難，常因局部燒損塌落而不得不全拆重筑。而磷酸澆注料預制爐頂整體性好，高溫強度大，即使局部剝落也不致引起爐頂塌陷，且修補容易，同時也延長了爐頂?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其他爐體的影響，也相應延長了爐子的整體壽命。
(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制，差異在于間歇式操作中，爐溫劇烈變化對爐頂?shù)钠茐摹Ｒ话銇碚f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，溫度場長期不變，因為開裂，剝落少，延長了爐子壽命。
2.2 熱損失減少
熱損失減少主要有以下幾個原因：
(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，從而使爐體散熱損失增大。而澆注料為無縫整體結構，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)襯材料的高溫強度適當保溫。盡管耐火粘土磚中有熔點很高的莫來石晶體(熔點1870℃)，但數(shù)量很小很細(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度急劇下降。因而耐火粘土磚砌筑的爐子不宜過分強調(diào)保溫，尤其是爐頂。而磷酸澆注料在1400℃以上時仍有較好的高溫強度，所以，磷酸澆注料爐體可適當加強保溫。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。現(xiàn)場測定新、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 修爐簡便
(1)磷酸澆注料爐體維護工藝簡單，開裂、剝落處局部粘補即可、延長爐體壽命。
(2)預制爐頂?shù)母鼡Q極為簡便，免除磚砌筑爐的備料、支模、砌磚、烘爐等復雜的工藝和繁重的勞動。0.5t加熱爐預制爐頂?shù)母鼡Q當天即可完成，如磚砌最快也得3d。
3 結論
磷酸耐火澆注料應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比耐火磚粘土磚砌筑高3倍多，但其一年所帶來的經(jīng)濟效益即可完全收回投資。經(jīng)統(tǒng)計，應用磷酸澆注料后，每年節(jié)省材料費、施工費、燃料費及因爐子作業(yè)率提高所帶來的經(jīng)濟效益共計50萬元左右。預制爐頂具有筑爐簡便快捷、省工省時省力的特點，尤其適用于搶修。對其他爐子的改造也有可借鑒之處。