煉鐵熱風(fēng)爐蓄熱體高輻射覆層技術(shù)問答

1、煉鐵熱風(fēng)爐蓄熱體高輻射覆層技術(shù)問答1.什么是煉鐵熱風(fēng)爐蓄熱體高輻射覆層技術(shù)？煉鐵熱風(fēng)爐蓄熱體高覆層技術(shù)是山東慧敏科技開發(fā)有限公司周惠敏女士的一項(xiàng)技術(shù)發(fā)明。煉鐵熱風(fēng)爐蓄熱體高覆層技術(shù)是將發(fā)射率高于格子磚的高輻射材料涂覆到格子磚表面，以提高蓄熱體表面的發(fā)射率，提高格子磚的輻射傳熱效率，達(dá)到提高熱風(fēng)爐蓄放熱能力，提高熱風(fēng)溫度，或延長送風(fēng)時(shí)間，或降低煤氣消耗，或兼有之。這是提高熱風(fēng)爐工作效率的一種節(jié)能減排增效的新技術(shù)。2.蓄熱體表面的覆層還有其他作用嗎？由于在格子磚表面涂覆覆層時(shí)，采取了特殊的工藝處理，覆層材料向基體內(nèi)部滲透，充填了格子磚基體的開口氣孔，使磚的接近表面的部分的密度增加，從而使耐材的氣孔

2、率降低、有助于提高耐火材料的耐壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度；提高了耐材在抵抗高溫荷重下變形的能力，使格子磚的高溫蠕變性能得到了極大的改善。致密的膜層可以隔絕煙氣對格子磚基體的侵蝕，防止格子磚的渣化。3.為什么要提高格子磚表面的發(fā)射率？一般而言，當(dāng)爐膛溫度在900 以上時(shí)，熱量傳遞以輻射為主，熱輻射是對流的15 倍，占90%以上。高溫輻射能量大多數(shù)集中在1 5 m波段，比如 1000 和 1300 時(shí)，分別有76%和85%的輻射能量集中在這一波段內(nèi)，一般的耐火材料在這一波段的發(fā)射率很低（圖1），而高發(fā)射率涂料在1 15 m 波譜范圍卻具有很高的發(fā)射率。常溫下耐火材料的發(fā)射率一般為0.6 0.8，隨著爐溫的升

3、高，會大幅度下降，而高發(fā)射率涂料能一直保持較高的發(fā)射率0.9以上（圖2）。一般熱風(fēng)爐蓄熱材料的發(fā)射率為0.6 0.8，隨著溫度升高而降低，1000以上時(shí)只有0.40.5，大量的熱量由于來不及被蓄熱體吸收而被煙氣帶走。高發(fā)射率覆層在低溫高溫下均具有高的發(fā)射率，可使蓄熱體表面高溫時(shí)的發(fā)射率由0.4 0.5 提高到0.9 以上，因此，顯著地提高了熱風(fēng)爐內(nèi)蓄熱體的輻射吸收和放熱效率。 4.高輻射覆層與采用高發(fā)射率材料制造的蓄熱體在傳熱過程中的作用一樣嗎？ 在傳統(tǒng)教科書中，有采用高輻射材料制造格子磚的說法。由于輻射熱交換僅僅發(fā)生在表面，所以用高輻射覆層可以完全代替“用高輻射材料”制造的格子磚?？梢哉f是低

4、成本高效率。5.為什么提高蓄熱體表面的發(fā)射率可以提高蓄熱體（格子磚）的傳熱速度？眾所周知，溫度場平衡時(shí)材料的吸收率與發(fā)射率相等，當(dāng)格子磚表面的發(fā)射率提高后，格子磚表面吸收熱量的能力相應(yīng)提高。圖3是同樣大小，同樣尺寸的格子磚試樣，在同一電爐中進(jìn)行升降溫試驗(yàn)，在升溫過程中，有覆層的試樣升溫速度快，相同的加熱時(shí)間，頂點(diǎn)溫度高，無覆層的試樣升溫速度慢，頂點(diǎn)溫度低；降溫過程中有覆層的試樣降溫速度快，相同的降溫時(shí)間達(dá)到的溫度低；無覆層的試樣降溫速度慢，相同的降溫時(shí)間達(dá)到的溫度高。試驗(yàn)說明，無論是升溫還是降溫，有覆層的格子磚傳熱速度大于無覆層的格子磚。 溫度（）02004060801001200369121

5、518212427時(shí)間（min）涂未涂圖36.格子磚表面涂覆高輻射覆層以后蓄熱能力能夠提高嗎？當(dāng)格子磚蓄熱量沒有達(dá)到飽和時(shí)，表面涂覆高輻射覆層后，能夠提高蓄熱能力。由圖3可以看出有覆層的試樣在相同的降溫時(shí)間達(dá)到的溫度低，殘留的熱量少；無覆層的試樣在相同的降溫時(shí)間達(dá)到的溫度高，殘留的熱量多。從兩條曲線的頂點(diǎn)分別做兩條平行于橫坐標(biāo)的直線，見圖4。由有覆層耐火磚升降溫曲線頂點(diǎn)平行于橫坐標(biāo)的直線和其降溫曲線之間的積分面積應(yīng)為有覆層耐火磚在降溫過程中放出的熱量；由無覆層耐火磚升降溫曲線頂點(diǎn)平行于橫坐標(biāo)的直線和其降溫曲線之間的積分面積應(yīng)為無覆層耐火磚在降溫過程中放出的熱量；由圖3可以看出有覆層的耐火磚在相

6、同的環(huán)境條件下升降溫過程中放出的蓄放的熱量多于無覆層的耐火磚。 圖47格子磚涂覆高輻射涂料覆層后單位蓄熱能力提高率是多少？經(jīng)多個(gè)國家實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，格子磚覆層高輻射涂料后中溫條件（900oC）下單位蓄熱能力提高率在9%左右；高溫條件（1200oC）下，節(jié)能率在18%左右。8單位蓄熱能力提高率是如何測得的？將兩個(gè)可比式樣放在同一電爐內(nèi)進(jìn)行升溫，控制其加熱時(shí)間使試樣在沒有達(dá)到溫度平衡時(shí)，分別取出試樣加入等量的冷水中，溫度達(dá)到平衡時(shí)的冷水吸熱量Q水應(yīng)該與試樣放熱量Q樣相同，只要測得水溫的變化就可以求出試樣在相同供熱量下的不同吸熱量。計(jì)算公式：試樣放出熱量等于水吸收的熱量：Q涂=Q水=m水（c終t終- c

7、初 t初）單位蓄熱率q涂= Q涂/m涂 同理q未涂= Q未涂/m未涂單位蓄熱能力提高率 =（ q涂 - q未涂 ）/ q未涂 ×100%9.高輻射覆層經(jīng)熱震后單位蓄熱能力有什么變化？ 經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室多次急冷急熱試驗(yàn)，高輻射覆層對單位蓄熱能力的提高率變化不大。表1是高鋁格子磚在800、1200以及5次、10次、15次熱震后的單位蓄熱能力提高率。不同熱震次數(shù)有覆層與無覆層的單位蓄熱能力提高率 表1熱震次數(shù)節(jié)能率，%800120018.218.457.816.7108.917.8157.515.4涂料經(jīng)過多次熱震，其熱發(fā)射率及蓄熱效率提高率沒有明顯變化，涂料在長期使用過程中可以獲得穩(wěn)定的節(jié)能效

8、果。10.工業(yè)應(yīng)用的傳熱效果和實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié)果一致嗎？ 圖5是某鋼鐵公司同一座高爐的兩座熱風(fēng)爐過渡區(qū)格子磚的溫度曲線。其中1號熱風(fēng)爐格子磚未涂覆層，如上視窗所示，格子磚過渡區(qū)溫度曲線起伏小，吞吐的熱量少；2號熱風(fēng)爐格子磚涂有覆層，如下視窗所示，格子磚過渡區(qū)溫度曲線起伏大，吞吐的熱量多。工業(yè)應(yīng)用的傳熱效果和實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果是一致的。無覆層的熱風(fēng)爐格子磚溫度曲線起伏小，吞吐的熱量少。有覆層的熱風(fēng)爐格子磚溫度曲線起伏大，吞吐的熱量多。圖511.熱風(fēng)爐格子磚的發(fā)射率是多少？高溫下有什么變化？ 通常情況下，高爐熱風(fēng)爐格子磚常溫下，發(fā)射率一般在0.7-0.8，溫度達(dá)到1000時(shí)黑度只有0.5，當(dāng)溫度達(dá)到130

9、0時(shí)，黑度就會下降到0.4左右。12.覆層用的涂料發(fā)射率是多少？ 覆層用的高輻射涂料的發(fā)射率大于0.9。13.高輻射覆層提高風(fēng)溫的原理是什么？從燃燒室來的高溫氣體通過蓄熱室的上部進(jìn)入并向下流動(dòng)，經(jīng)煙囪排入大氣。在此過程中，格子磚吸收了高溫氣體的熱量，然后借它再將此熱量傳給冷空氣，冷空氣自蓄熱室下方進(jìn)入，與高溫氣體相反，向上流動(dòng)，經(jīng)熱風(fēng)管進(jìn)入高爐。在通常情況下高爐熱風(fēng)爐格子磚常溫下黑度一般在0.7-0.8，溫度達(dá)到800-1000時(shí)，黑度只有0.5；當(dāng)溫度達(dá)到1300時(shí)，黑度就會下降到0.4左右，由斯蒂芬-玻爾茲曼定律可知這顯然對高溫?zé)彷椛洳焕?，所以?dāng)溫度一定時(shí)，提高熱發(fā)射率是增強(qiáng)熱交換的主要途

10、徑。在熱風(fēng)爐的燃燒期，熱煙氣的主要成分為CO2、H2O、CO等，為非對稱極性分子，在高溫下輻射能力強(qiáng)，主要以熱輻射的方式將煤氣燃燒熱傳遞給格子磚，由于涂覆了節(jié)能涂料，格子磚的輻射和吸收能力增加，使格子磚相對于無節(jié)能涂料積蓄了更多熱量；在熱風(fēng)爐的送風(fēng)期，由于冷空氣主要成分為N2、O2、Ar、H2，對高溫紅外輻射不敏感，除含量較少的CO2、H2O等可以吸收格子磚的輻射能之外，其余熱能依靠對流方式傳遞給冷空氣。根據(jù)牛頓冷卻公式：可知，在放熱期熱風(fēng)爐的放熱效率增加、換熱量提高，主要是由于增加，又由于冷空氣溫度不變，故在應(yīng)用節(jié)能涂料之后，風(fēng)溫提高的主要貢獻(xiàn)是格子磚在燃燒期蓄熱量增加，表面溫度升高，增加了

11、與冷空氣之間的溫度梯度，故能提高熱風(fēng)送風(fēng)溫度。14.熱風(fēng)爐高風(fēng)溫對煉鐵節(jié)能降耗有什么意義？據(jù)有關(guān)資料介紹，煉鐵工序能耗占整個(gè)鋼鐵能耗的70%左右。風(fēng)溫每提高100，每噸鐵可降低煉鐵焦比15kg/t-25kg/t,同時(shí)可增產(chǎn)3%-5%，還可以增加噴吹煤粉40kg/t。2007年全國生鐵產(chǎn)量4.8億噸，如全部采用本技術(shù)，每年節(jié)約可焦144萬噸，增加噴煤360萬噸，增產(chǎn)216萬噸生鐵，每年可減少CO2排放491萬噸。15.格子磚涂覆高輻射覆層后可提高風(fēng)溫多少？僅在熱風(fēng)爐高溫區(qū)格子磚涂覆高輻射覆層后一般可提高風(fēng)溫15以上，有時(shí)可達(dá)30。16.格子磚涂覆高輻射覆層后熱風(fēng)爐的工作效率是不是可以提高？ 格子

12、磚涂覆高輻射覆層后熱風(fēng)爐的工作效率可以提高2%6%。圖6是某特鋼廠1080m3高爐三座熱風(fēng)爐的溫度曲線。其中1#、2#兩座熱風(fēng)爐格子磚有覆層，風(fēng)溫高，送風(fēng)時(shí)間長，廢氣溫度低（峰窄）；3#熱風(fēng)爐格子磚無覆層，風(fēng)溫低，送風(fēng)時(shí)間短，廢氣溫度高（峰寬）。經(jīng)熱平衡測試得出：、有高輻射覆層的熱風(fēng)爐的熱風(fēng)溫度比無覆層的熱風(fēng)爐的平均風(fēng)溫高25，平均煙氣溫度低13。能耗降低3%。、有高輻射覆層的熱風(fēng)爐煤氣燃燒更充分，煙氣成分中的可燃成分大大降低，化學(xué)不完全燃燒帶來的熱損失從1.7%下降到0.12%。、有高輻射覆層的熱風(fēng)爐的熱效率比無覆層的熱風(fēng)爐的熱效率高5%，節(jié)能效果明顯穩(wěn)定。圖617.高輻射涂料的主要成分是什

13、么？高輻射涂料是由輻射粉體基料與粘結(jié)劑組成，其中，輻射粉體基料的作用是提高輻射性能，載體粘結(jié)劑則使涂料牢固地粘在基體表面。目前，紅外輻射粉體基料主要是金屬氧化物的復(fù)合物和碳化物，主要輻射波段在2.5-12m的范圍內(nèi)。常用的氧化物有ZrO2、Fe2O3、MnO2、NiO、CuO、CoO、Cr2O3、TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、La2O3、CeO等。粘結(jié)劑一般有硅酸鹽型（水玻璃）、硅溶膠、磷酸鹽型高溫粘結(jié)劑等幾種。18.高輻射涂料是如何制備的？ 將高發(fā)射率材料配比稱量混合后，采用超細(xì)化處理，研成細(xì)粉，使粉料顆粒粒度達(dá)到微納米級。將細(xì)粉料與已制備的高溫粘合劑混合，并加入懸浮劑和高溫粘合劑

14、及少量的表面活性劑，通過高速機(jī)械攪拌，制成粘稠的流體，即獲得高發(fā)射率的節(jié)能涂料。19.格子磚表面的高輻射覆層是如何制備的？ 格子磚表面的高輻射覆層的制備工藝如下：表面清理 霧化噴涂前處理膠 浸涂高輻射涂料 晾干或烘爐時(shí)烘干 隨爐溫升高，高溫固化。20格子磚表面的高輻射覆層材料的耐火度是多少？ 高輻射覆層材料的耐火度可達(dá)1810。21.是不是帶覆層的格子磚可以耐溫1810？ 不是。因?yàn)楦褡哟u制作時(shí)的溫度沒有這么高，如硅磚制作時(shí)，爐窯中最高溫度為1430，所以當(dāng)格子磚的溫度高于1430時(shí)，會有較大的不可逆的體積變化，而目前的膜層高溫固化后沒有如此大的伸縮性，所以帶覆層的格子磚的使用溫度一般在145

15、0以下。22.高輻射覆層在高溫下會不會脫落？不會脫落，因?yàn)樵诟矊拥闹苽溥^程中，采用了兩項(xiàng)技術(shù)保證覆層與基體的附著性。一是利用界面理論，在表面覆層制備過程中采用了前處理技術(shù)，霧化噴涂的前處理膠改變了基體的表面張力，使表面張力減小，提高了基體的吸附涂料的能力；二是利用粒子細(xì)化理論，對高輻射材料的粉體進(jìn)行超細(xì)化處理，加工到微納米級；由于顆粒細(xì)小，涂料可以滲透到表面張力很小的基體的開口氣孔中，形成了涂料與磚體的滲態(tài)結(jié)合。滲透到基體中的涂料就像表面覆層的根一樣，使覆層釘扎在基體之中，因此覆層不易脫落。鞍鋼技術(shù)中心和首鋼研究院的試驗(yàn)證明，涂覆覆層的試樣經(jīng)多次熱振后基體斷裂，而覆層完好無損。 23.超細(xì)化處

16、理后的高輻射材料的粉體尺寸有多少？圖5是經(jīng)超細(xì)化處理后，高輻射材料粉料的透射電子顯微鏡（TEM）形貌圖，圖中粉料顆粒大小為25-120nm，山東慧敏公司生產(chǎn)的微納米紅外涂料最大的顆粒為2m左右。 圖524.高輻射覆層材料向基體滲透的深度有多少？由于格子磚的密度不同，滲透的深度不同。滲透層厚度一般在13mm，如圖6。 圖6 25.格子磚高輻射覆層的厚度有多少？ 格子磚高輻射覆層的厚度一般為200450m。26.格子磚涂覆高輻射覆層后表面形態(tài)有何不同？ 硅質(zhì)格子磚涂覆高輻射覆層前后的表面形態(tài)分別如圖7，圖8所示，涂覆前格子磚表面疏松，涂覆后表面致密均勻；高鋁磚涂覆高輻射覆層前后的表面形態(tài)分別如圖9

17、，圖10所示，涂覆前格子磚表面有裂紋，涂覆后表面致密均勻。 圖7 硅質(zhì)格子磚表面形態(tài) (×25) 圖8硅質(zhì)格子磚覆層表面形態(tài) (×25) 圖9 硅質(zhì)格子磚表面形態(tài) (×25) 圖10硅質(zhì)格子磚覆層表面形態(tài) (×25) 27.格子磚高輻射覆層的微觀形貌是什么樣子？ 圖11是硅質(zhì)格子磚高輻射覆層剖面200倍的顯微結(jié)構(gòu)形貌，同樣放大倍數(shù)的基體組織結(jié)構(gòu)形貌如圖12所示。 圖11 200倍下涂料組織結(jié)構(gòu) 圖12 200倍下基體組織結(jié)構(gòu)28.高輻射涂料覆層對格子磚的組織結(jié)構(gòu)有不良影響嗎？高輻射率節(jié)能新涂料同磚體結(jié)合牢固，附著性好，涂料滲透到耐火材料基體中不會產(chǎn)生裂紋

18、和脫落現(xiàn)象，不與基體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成低熔點(diǎn)物質(zhì)。29.高輻射涂料覆層對格子磚的物理性能有不良影響嗎？ 格子磚涂覆高輻射覆層后，不但對格子磚沒有不良影響，反而對格子磚的各項(xiàng)物理均有改善或增強(qiáng)的作用。表1是從同一塊硅磚上取下的尺寸相同的有覆層和無覆層的試樣的物理性能對比；表2是從同一塊高鋁磚上取下的尺寸相同的有覆層和無覆層的試樣的物理性能。表3是同一塊硅磚上取下的尺寸相同的有覆層和無覆層試樣的荷重軟化溫度和高溫蠕變量對比。硅磚涂刷涂料前后的物理性能對比 表11300×3h抗折強(qiáng)度,MPa耐壓強(qiáng)度,MPa體密g/cm3氣孔率 %線變化率,%無覆層12.23281.8019.88+0.51有覆層12.65311.8119.27+0.33高鋁質(zhì)格子磚涂刷涂料前后性能比較 表2體積密度（g/cm3）氣孔率（%）耐壓強(qiáng)度（Mpa）抗折強(qiáng)度（Mpa）熱震性（次）高溫蠕變（%）無覆層2.4325495.816-1.424有覆層2.4821646.316-0.623硅磚涂刷涂料前后的荷軟及高溫蠕變 表3荷軟，（0.2MPa，0.6%），高溫蠕變（1430×50h），%無覆層1550+0.405有覆層>1650-0.07430.為什么覆層可以改善和提高格子磚的物理性能？ 原因有二：一、高輻射微納米涂料的超細(xì)顆粒滲透到耐材基體的開口氣孔中，填充了開口氣孔的空隙，從而使耐材的