國家重點(diǎn)節(jié)能的高輻射覆層技術(shù)應(yīng)用

周惠敏

1.技術(shù)簡介

根據(jù)基爾霍夫定律，材料的吸收率（又稱黑度）與發(fā)射率相等。高輻射覆層技術(shù)集高發(fā)射率技術(shù)、超細(xì)粉技術(shù)、表面處理技術(shù)、特制高溫膠、覆層結(jié)構(gòu)等于一體，強(qiáng)化了輻射傳熱技術(shù)，在覆層材料涂覆前對耐材基體進(jìn)行表面噴涂前處理膠處理，減小基體表面張力，提高了基體吸附覆層的能力；覆層材料中含有的特制高溫膠，增加了涂料的高溫粘結(jié)性，有效解決了覆層附著力的問題，保證覆層在高溫下不開裂；利用超細(xì)粉技術(shù)，涂料粒度達(dá)到納微米級，充填了耐材基體開口氣孔，覆層與基體形成滲態(tài)結(jié)合，使得耐材基體的各項(xiàng)物理力學(xué)性能均有改善，對提高爐窯的使用性能和壽命極為有利。

高輻射覆層技術(shù)是山東慧敏科技開發(fā)有限公司在2003年自主研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的節(jié)能減排技術(shù)，根據(jù)高發(fā)射率材料的物理特性和煉鐵熱風(fēng)爐與焦?fàn)t及軋鋼加熱爐的工作原理，利用高發(fā)射率材料高吸收、高輻射的特點(diǎn)，將自行研發(fā)的納微米高輻射覆層節(jié)能涂料，涂覆于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的熱風(fēng)爐與焦?fàn)t及軋鋼加熱爐的蓄熱體表面及燃燒室內(nèi)壁，提高蓄熱體和燃燒室立火道表面的發(fā)射率，強(qiáng)化高溫環(huán)境下固體表面與氣體間的輻射傳熱，提高其熱交換效率，以達(dá)到節(jié)能減排之目的。

高輻射覆層技術(shù)在高爐熱風(fēng)爐和焦?fàn)t上的應(yīng)用示范，已列入國家“十二五”科技支撐計(jì)劃，2013年又列入國家發(fā)改委發(fā)布的國家重點(diǎn)節(jié)能技術(shù)推廣目錄。工信部發(fā)布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高輻射覆層蓄熱量的測定與計(jì)算方法》規(guī)范了蓄熱體蓄熱量的測定方法，于2014年7月1日實(shí)施。國家質(zhì)監(jiān)總局、國家標(biāo)準(zhǔn)化委員會發(fā)布的國家標(biāo)準(zhǔn)《高爐用高風(fēng)溫頂燃式熱風(fēng)爐節(jié)能技術(shù)規(guī)范》，建議在頂燃式熱風(fēng)爐蓄熱室高溫段采用高輻射覆層技術(shù)，于2014年6月15日實(shí)施。

山東慧敏科技開發(fā)有限公司通過與首鋼技術(shù)研究院鋼鐵技術(shù)研究所等單位合作，對64組涂覆節(jié)能涂料的硅磚、高鋁磚及蓄熱球耐材試樣進(jìn)行蓄熱量實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：涂覆節(jié)能涂料后耐材蓄熱能力提高，蓄熱量平均提高16.7%。表1是與冶金工業(yè)工程質(zhì)量監(jiān)督總站檢測中心等單位合作，對涂覆節(jié)能涂料的硅磚、高鋁磚及蓄熱球耐材試樣進(jìn)行269組物理性能實(shí)驗(yàn)取得的數(shù)據(jù)及平均數(shù)值。

2.工業(yè)應(yīng)用

高輻射覆層技術(shù)已成功應(yīng)用于首鋼京唐（曹妃甸）、鞍鋼、沙鋼、濟(jì)鋼、日鋼、包鋼等國內(nèi)60余家鋼鐵企業(yè)及ArcelorMittal的加拿大Dofasco廠、波蘭SA克拉科夫項(xiàng)目的350座高爐熱風(fēng)爐、3座焦?fàn)t及106座（次）軋鋼加熱爐。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和工業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)表明：高輻射覆層技術(shù)在熱風(fēng)爐應(yīng)用，蓄熱量提高10%以上，平均提高風(fēng)溫10℃以上，或延長送風(fēng)時(shí)間10%以上，節(jié)能5%以上；在焦?fàn)t上應(yīng)用節(jié)能3%以上；在軋鋼加熱爐上應(yīng)用節(jié)能3%以上。

2.1 高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用高輻射覆層技術(shù)

涂覆部位：高輻射覆層技術(shù)應(yīng)用在高爐熱風(fēng)爐，將節(jié)能涂料涂覆于蓄熱室上部20%格子磚，施工工藝為：表面清灰→噴前處理膠→浸蘸涂料2s→晾干或烘爐時(shí)自燒結(jié)固化。

作用機(jī)理：納微米高輻射覆層節(jié)能涂料用于高爐熱風(fēng)爐格子磚表面時(shí)，通過強(qiáng)化輻射傳熱，提高了格子磚表面溫度，增加了格子磚內(nèi)外溫度梯度，使格子磚在燃燒期吸熱速度和吸熱量增加，送風(fēng)期放熱速度和放熱量也增加，從而提高熱風(fēng)溫度。

2.2 焦?fàn)t應(yīng)用高輻射覆層技術(shù)

涂覆部位：在焦?fàn)t上應(yīng)用高輻射覆層技術(shù)，將節(jié)能涂料涂覆于立火道內(nèi)壁及蓄熱室上部1/3格子磚表面，施工工藝為：表面清灰→噴前處理膠→刷涂涂料→晾干或烘爐時(shí)自燒結(jié)固化。

作用機(jī)理：節(jié)能涂料用于焦?fàn)t立火道與炭化室隔墻時(shí)，由于吸熱快，提高了隔墻爐壁的吸熱能力，增加了燃燒室與炭化室的溫度梯度，加強(qiáng)了燃燒室與炭化室的熱傳導(dǎo)，可使標(biāo)準(zhǔn)火道溫度下降，且縮短結(jié)焦時(shí)間。用于立火道與立火道的隔墻時(shí)，由于大量吸收的熱量無法向外傳遞，表面吸收的熱量以1μm-5μm的波長輻射到立火道內(nèi)部，1μm-5μm波長的能量極易被立火道與炭化室的隔墻吸收，提高了立火道向炭化室的傳熱。

表1 高輻射覆層對耐材物理性能的影響

2.3 軋鋼加熱爐應(yīng)用部位作用機(jī)理

涂覆部位：高輻射覆層技術(shù)應(yīng)用在軋鋼加熱爐，是將節(jié)能涂料涂覆于加熱爐爐襯表面，施工工藝為：表面清灰→噴前處理膠→噴涂涂料→晾干或烘爐時(shí)自燒結(jié)固化。

作用機(jī)理：軋鋼加熱爐爐襯涂覆涂料后，爐襯吸熱量增加，大量不能通過爐壁向外及時(shí)傳遞的熱量會改變?yōu)?μm-5μm波長的熱量向爐膛輻射。1μm-5μm波長的熱量極易被鋼坯吸收，因此爐窯的熱效率提高。

3.應(yīng)用案例

案例1：2005年2月濟(jì)鋼新建的2#1750m3高爐的2#熱風(fēng)爐、2005年5月3#高爐的3座熱風(fēng)爐、2009年4#3200m3高爐的3座熱風(fēng)爐均采用了高輻射覆層技術(shù)。經(jīng)雙方統(tǒng)計(jì)檢測，3#1750m3高爐熱風(fēng)爐與沒有采用該技術(shù)的1#高爐進(jìn)行比較，應(yīng)用4年平均風(fēng)溫提高19.1℃；4#3200m3高爐對格子磚進(jìn)行了蓄熱量對比檢測，檢測結(jié)果表明：有覆層的格子磚比無覆層的格子磚蓄熱量提高10.6%。

案例2：2008年6月，鞍鋼新5#2580m3高爐應(yīng)用了高輻射覆層技術(shù)，與未應(yīng)用該技術(shù)的相同爐型、尺寸相當(dāng)?shù)臒犸L(fēng)爐相比，鞍鋼新5#高爐熱風(fēng)溫度提高23℃，煙氣溫度降低24℃，系統(tǒng)熱效率提高4.62%。

案例3：2009年5月，在首鋼京唐（曹妃甸）2#5500m3高爐，4座熱風(fēng)爐2座預(yù)熱爐上應(yīng)用了高輻射覆層技術(shù)。 2012年，京唐煉鐵部在兩座高爐都運(yùn)行穩(wěn)定的情況下，對1-10月煤氣用量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，2#高爐比1#高爐節(jié)約煤氣7.29%。

案例4：日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司所有高爐熱風(fēng)爐（球爐）全部應(yīng)用該技術(shù)。2011年8月，日鋼組織技術(shù)中心，第一煉鐵廠、第二煉鐵廠、能源管控中心、質(zhì)量檢查部等部門對2#、7#、8#高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用高輻射覆層技術(shù)效果進(jìn)行聯(lián)合鑒定，通過數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計(jì)，得出使用高輻射覆層技術(shù)后，煤氣節(jié)約量達(dá)到7.38%。

案例5：2009年5月，山東鋼鐵集團(tuán)濟(jì)鋼焦化廠新建8#、9#焦?fàn)t時(shí)，8#焦?fàn)t采用了高輻射覆層技術(shù)。投產(chǎn)后，進(jìn)行了檢測，結(jié)果表明：8#焦?fàn)t比9#焦?fàn)t焦餅中心溫度提高63℃，漏氣率降低0.6%，煉焦耗熱量降低了121.8KJ/kg濕煤，提高了兩個(gè)等級，節(jié)約煤氣量575.2m3/h，節(jié)能率達(dá)到 5%。2013年1-4月生產(chǎn)實(shí)測數(shù)據(jù)表明：8#焦?fàn)t比9#焦?fàn)t節(jié)約焦?fàn)t煤氣量477.5m3/h，節(jié)能率達(dá)到3.6%。

案例6：截至目前，高輻射覆層技術(shù)已在106座（次）軋鋼加熱爐應(yīng)用，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，平均節(jié)能7.42%。

4.結(jié)論

高輻射覆層技術(shù)在高爐熱風(fēng)爐上應(yīng)用后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2013年底，累計(jì)實(shí)現(xiàn)節(jié)約焦炭147.27萬噸（折合標(biāo)準(zhǔn)煤143萬噸），減少二氧化碳排放353.5萬噸，節(jié)能效果顯著。

全國目前有高爐熱風(fēng)爐4000余座，焦?fàn)t約3000座，如該技術(shù)推廣面為20%，每年可節(jié)約高爐煤氣約50億m3，可節(jié)約焦?fàn)t煤氣約4億m3，高輻射覆層技術(shù)將為鋼鐵冶金行業(yè)形成年節(jié)能能力89萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳221萬噸/年。