(保定三源紡織科技有限公司，保定，071000)

耐高溫鐵鉻鋁合金是一種新型的電熱合金，可由鐵鉻鋁絲以集束拉拔工藝[1]制成直徑為8～40 μm的鐵鉻鋁合金纖維。在耐高溫過濾材料和金屬燃燒器中，鐵鉻鋁合金纖維及其制品是一種具有應(yīng)用價值的市場廣闊的產(chǎn)品。

1 鐵鉻鋁合金纖維的性能

鐵鉻鋁合金纖維的電阻率高、溫度系數(shù)小、使用壽命長、表面負(fù)荷高，具有良好的抗氧化性能[1]。該纖維的強(qiáng)度高，但是延伸率低。

耐高溫鐵鉻鋁合金纖維具有化學(xué)纖維和合成纖維的柔軟性，可紡制成33～400 tex的紗線，可織成機(jī)織物，也可制成柔軟變形的針織物，能像普通布料一樣裁剪。但鐵鉻鋁合金纖維的彈性和可塑性差，延伸率低，纖維之間的抱合力差，密度大，在紡紗織造時有一定的難度。

與其他耐高溫材料相比較，耐高溫鐵鉻鋁合金纖維有其強(qiáng)大的優(yōu)勢。耐高溫的有機(jī)纖維聚對苯撐苯并雙噁唑(PBO)纖維只能耐500 ℃的溫度，且價格昂貴，是鉄鉻鋁合金纖維的4～5倍；而目前國內(nèi)還沒有既能耐高溫，強(qiáng)力又能滿足使用要求的無機(jī)纖維。鐵鉻鋁合金纖維能在1 100 ℃的高溫下連續(xù)工作，而不銹鋼纖維只能耐600～800 ℃的高溫，而且每噸不銹鋼纖維的價格要比鐵鉻鋁合金纖維高10萬元人民幣?；谏鲜鲈?，鐵鉻鋁合金纖維及其制品更有應(yīng)用價值，市場前景廣闊。

2 鐵鉻鋁合金纖維織物的應(yīng)用

由于鐵鉻鋁合金纖維具有上述特性，可用其制成能在高溫、高黏度和有腐蝕介質(zhì)等惡劣條件下使用的過濾材料，廣泛用作汽車尾氣排放裝置、大型焦化廠的高溫?zé)煔獬龎m、各種燃?xì)夂腿加湾仩t的助燃高溫過濾材料[2]。鐵鉻鋁合金纖維織物還可應(yīng)用于電力、冶金、消防、建材、機(jī)械和航天等行業(yè)。

現(xiàn)在焦化廠使用的熄焦方法有干熄焦和濕熄焦兩種。干法熄焦投資大，我國大部分焦化廠都采用濕法熄焦。煤在炭化室煉成焦炭后，應(yīng)及時從炭化室推出，紅焦推出時溫度約為1 000 ℃，不能直接送往高爐煉鐵，必須將紅焦溫度降低。采用噴水方法將紅焦溫度降低到300 ℃以下，即是通常所說的濕熄焦。傳統(tǒng)濕熄焦系統(tǒng)由帶噴淋水裝置的熄焦塔、熄焦泵房、熄焦水沉淀池以及各類配管組成，熄焦產(chǎn)生的煙汽直接排放到大氣中，帶有大量粉塵，通常每噸焦炭排放的粉塵量達(dá)200～400 g。我國年煉焦能力在百萬噸以上的焦化廠就有許多家，因而會對空氣造成嚴(yán)重的污染。如果在煙汽的通道上放置由耐高溫鐵鉻鋁合金纖維機(jī)織物包覆的熄焦枕，在熄焦過程中就可對散發(fā)到大氣中的粉塵起到阻隔作用，能大大降低對大氣的污染。

鐵鉻鋁合金纖維機(jī)織物用在燃燒器上，燃燒強(qiáng)度可以達(dá)到2 500 kW/m2。該燃燒技術(shù)是國內(nèi)近幾年才逐漸推廣應(yīng)用的新型燃燒技術(shù)，可被廣泛應(yīng)用在不同的領(lǐng)域。以鐵鉻鋁合金纖維織物為基材的金屬燃燒器是微焰形式的燃燒，火焰很小，發(fā)熱均勻，可基本杜絕燃燒室的極端高溫，因此氮氧化物的排放量非常低，是最環(huán)保的一種燃燒方式[3]。由于鐵鉻鋁合金纖維織物透氣性好，保證了燃?xì)夂涂諝獾耐耆旌?，使燃燒更充分。燃燒器采用鐵鉻鋁合金纖維作為燃燒表面基材，最高使用溫度可達(dá)1 300 ℃。由于金屬纖維燃燒器在1 000 ℃以上仍具有優(yōu)良的抗氧化性能和熱強(qiáng)度，因此除具有燃燒效率高的優(yōu)點(diǎn)外，還具有耐熱沖擊、低壓降、安全無回火、反應(yīng)迅速、熱慣性小、冷卻快、經(jīng)久耐用、有害氣體和有害顆粒物釋放少等優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的大氣燃燒式燃燒器比較，具有燃燒均勻、熱效率高、有害氣體釋放量少和可減小鍋爐體積等特點(diǎn)。

近年來，節(jié)能與減排成為各國政府關(guān)注的問題。預(yù)計(jì)我國將在2～3年內(nèi)把10 t以下的燃煤鍋爐改為燃油、燃?xì)忮仩t，為使油、氣充分燃燒，達(dá)到節(jié)能減排的目的，金屬燃燒器會得到普及和推廣，鐵鉻鋁合金纖維織物作為燃燒器的表面基材將被廣泛應(yīng)用。該項(xiàng)目產(chǎn)品將會有幾十億的市場空間。

3 鐵鉻鋁合金纖維機(jī)織物的研發(fā)

制造鐵鉻鋁合金纖維機(jī)織物的原料是牌號為00Cr20Al6的鉄鉻鋁合金，制得的鐵鉻鋁合金纖維機(jī)織物的規(guī)格是：經(jīng)緯紗線密度285.7 tex×2，經(jīng)緯密度134×134(根/10 cm)，幅寬100 cm，斜紋。

鉄鉻鋁合金經(jīng)過集束拉拔工藝形成鐵鉻鋁合金纖維。該纖維的特性會增加紡紗和織造的難度，因此其生產(chǎn)技術(shù)一直被工業(yè)發(fā)達(dá)國家所壟斷，國內(nèi)需求均依賴進(jìn)口。保定三源紡織科技有限公司經(jīng)過6年的努力，對紡紗、織造各工序的設(shè)備及工藝配置進(jìn)行不斷的改進(jìn)，終于生產(chǎn)出了達(dá)到國際水準(zhǔn)的鐵鉻鋁合金纖維產(chǎn)品。

加工耐高溫鉄鉻鋁合金纖維機(jī)織物的工藝流程是：紡紗→整經(jīng)→掏綜→織造。

3.1 紡紗

鐵鉻鋁合金纖維紗線是指用材質(zhì)為00Cr20A16鐵鉻鋁合金，直徑為8～40 μm的鐵鉻鋁合金纖維紡制而成的紗線。鐵鉻鋁合金的化學(xué)成分列于表1。

表1 鐵鉻鋁合金的化學(xué)成分

試驗(yàn)第一階段使用毛紡設(shè)備，執(zhí)行毛紡工藝流程。通過多次試驗(yàn)，所紡鐵鉻鋁合金纖維紗線強(qiáng)力為1 200～1 450 cN，紗線強(qiáng)力較低，紗線重量不勻率為14%，條干不勻，質(zhì)量達(dá)不到要求。經(jīng)反復(fù)研究，認(rèn)為是因纖維條經(jīng)過多次梳理后落纖多、損耗大(損耗達(dá)到35%)而造成。為此，決定試用棉紡設(shè)備。

試驗(yàn)第二階段改用棉紡設(shè)備，進(jìn)行棉紡工藝試驗(yàn)。所紡鐵鉻鋁合金纖維紗線雖然纖維損耗降低至20%，重量不勻率達(dá)到12%，條干均勻度有所改善，但強(qiáng)力更低，為800～1 200 cN。經(jīng)過多次試驗(yàn)，認(rèn)為是因棉紡設(shè)備隔距小，適合紡纖維主體長度為40 mm的短纖維。與第一階段試驗(yàn)結(jié)果對比，說明隨著纖維主體長度的減小，紗線強(qiáng)力也會降低。

試驗(yàn)第三階段創(chuàng)新了一套毛紡和棉紡設(shè)備相結(jié)合的短流程工藝路線。所紡鐵鉻鋁合金纖維紗線的強(qiáng)力達(dá)到2 300 cN，紗線重量不勻率達(dá)到4%，纖維損耗控制在10%以內(nèi)。

表2是采用不同工藝流程的三個試驗(yàn)階段紡制鐵鉻鋁合金纖維紗線的情況比較。

表2 不同工藝流程紡制紗線的情況比較

試驗(yàn)證明，單純用棉紡設(shè)備或單純用毛紡設(shè)備紡制鐵鉻鋁合金纖維紗線都不可行。最后，通過設(shè)備改造，采用棉紡和毛紡工藝相結(jié)合，取長補(bǔ)短，創(chuàng)新了獨(dú)特的金屬紡工藝，達(dá)到了真正意義上的短流程。該工藝流程為：牽切成條→并條→粗紗→細(xì)紗。

試驗(yàn)中以提高纖維的伸直平行度、改善纖維條的條干均勻度和減少紗疵為原則，采用“低并和、大隔距、重加壓、慢車速[4]”工藝配置。為了更好地控制車速，采用人機(jī)界面的電腦控制系統(tǒng)，減少了紡紗過程中的斷頭。保定三源紡織科技有限公司還自主研制了一套獨(dú)特的接頭裝置。該裝置可使接頭處的紗線直徑與原紗相近，強(qiáng)力是原紗的60%。本試驗(yàn)紡制的紗線斷裂強(qiáng)力≥1 900 cN，制得了1.2 kg無接頭的鐵鉻鋁合金纖維紗線，為生產(chǎn)20 m2無疵點(diǎn)的高品質(zhì)鐵鉻鋁合金纖維機(jī)織物打下了基礎(chǔ)。

3.2 整經(jīng)

鉄鉻鋁合金纖維紗線的彈性變形和塑性變形極小，毛羽多，摩擦力大，退繞困難。在整經(jīng)過程中，宜采用小張力、慢車速的工藝配置[4]，退繞張力需均勻，使用的筒子成形大小要一致，經(jīng)軸卷繞張力也要保持一致。總之，要嚴(yán)格控制紗線的排列均勻度，保持張力、排列、卷繞三均勻，以使經(jīng)軸平整和織造時片紗張力一致，布面不會出現(xiàn)緊經(jīng)、吊經(jīng)等疵點(diǎn)。

3.3 掏綜

掏綜時要先把紗線梳勻，不能出現(xiàn)絞線和交叉現(xiàn)象。使用的綜絲規(guī)格要合適。

3.4 織造

試驗(yàn)開始階段，織造上機(jī)工藝按金屬纖維與紡織纖維混紡織物的生產(chǎn)工藝制定。開口采用235 mm，后部梭口長度40 cm，車速為220 r/min。按此工藝織造時，經(jīng)紗斷頭平均為40～50個/h，有時一次斷3～5根，無法織造。經(jīng)現(xiàn)場分析發(fā)現(xiàn)，可能是織造時因紗線變形大而造成斷頭太多。為了減少紗線的彈性變形，降低斷頭率，經(jīng)過多次試驗(yàn)，采用了“遲開口、遠(yuǎn)后梁、慢車速”工藝配置。在采用了把開口時間調(diào)晚，改造設(shè)備，用“倍數(shù)經(jīng)位置線”的方法達(dá)到遠(yuǎn)后梁的目的，以及車速由原來的220 r/min降到140 r/min等措施后，經(jīng)紗斷頭率和布面疵點(diǎn)大大減少。開始試驗(yàn)時平均每平方米織物至少有一處降等殘，經(jīng)過生產(chǎn)工藝的不斷完善，終于生產(chǎn)出了10 m2甚至20 m2無疵點(diǎn)的鐵鉻鋁合金纖維機(jī)織物。

4 結(jié)語

早在20世紀(jì)80年代就已經(jīng)證明以鐵鉻鋁合金纖維織物為基材的金屬燃燒器是一種可以兼顧節(jié)能與減排的完美解決方案。由于鐵鉻鋁合金纖維織物生產(chǎn)難度大，生產(chǎn)技術(shù)又一直被個別發(fā)達(dá)國家所壟斷[2]，國內(nèi)需求只能依賴進(jìn)口，生產(chǎn)技術(shù)的瓶頸、鐵鉻鋁合金纖維織物的價格嚴(yán)重影響了燃燒器市場的應(yīng)用。保定三源紡織科技有限公司經(jīng)過6年的努力打破了這一技術(shù)壟斷，使我國的鐵鉻鋁合金纖維機(jī)織物不再依賴進(jìn)口成為可能，為在各個領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。鐵鉻鋁合金纖維機(jī)織物的開發(fā)成功為金屬燃燒器的普及，為節(jié)能減排起到推動作用。由于鐵鉻鋁合金纖維的自身特點(diǎn)，決定了鐵鉻鋁合金纖維織物未來需求前景廣闊。

[1] 楊兆玲，李建平，楊延安，等.鐵鉻鋁合金纖維的制備與性能[J] .稀有金屬材料與工程， 2008(9)： 1684-1687.

[2] 劉海洋，劉慧英，王偉霞，等.金屬纖維的發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望[J] .產(chǎn)業(yè)用紡織品，2005，23(10)：1-4.

[3] 百度百科.金屬纖維燃燒器[OL].[2013-11-10].http：//baike.baidu.com

[4] 楊旭.純不銹鋼纖維布的研制[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品，1994，12(5)：4-7.