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高輻射覆層技術(shù)的應(yīng)用及考核指標(biāo)

發(fā)布時間：2017-12-07 發(fā)布人：admin

高輻射覆層技術(shù)是通過在蓄熱體表面涂覆一層具有高發(fā)射率的高溫紅外節(jié)能涂料，強化蓄熱體的熱交換能力，使蓄熱體在燃燒期吸熱速度提高和蓄熱量增加，在送風(fēng)期放出更多的熱量。同時，高溫紅外節(jié)能涂料可改善耐材的理化性能，降低熱震和熱應(yīng)力對耐材的損傷，從而延長其使用壽命。

1高輻射覆層技術(shù)原理

根據(jù)斯蒂芬-玻爾茲曼熱力學(xué)定律： E = e0 C 0T 4 ，輻射能 E 與物質(zhì)的黑度（發(fā)射率）ε0 以及溫度 T 的 4 次方成正比。在相同溫度條件下，物質(zhì)的黑度 ε0 決定著輻射能 E 的大小，所以提高物質(zhì)的黑度 ε0 對于提高輻射換熱效率具有重要意義。而物體的黑度是由其材料表面決定的。所以，耐材表面發(fā)射率是決定輻射傳熱效率的核心因素。

高輻射覆層技術(shù)通過在耐材基體表面涂覆一層高發(fā)射率的材料，形成厚度約 0.3mm 的均勻覆層，提高基體表面發(fā)射率。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。當(dāng)基體表面的發(fā)射率提高后，它吸收熱量的能力也相應(yīng)提高。所以，高輻射覆層技術(shù)顯著提高了耐材基體的熱吸收和輻射能力。

高輻射覆層技術(shù)應(yīng)用于高爐熱風(fēng)爐，可強化其輻射換熱，提高格子磚蓄熱能力，使格子磚在燃燒期吸熱速度和吸熱量增加，在送風(fēng)期放出更多的熱量。

2國內(nèi)外應(yīng)用方面取得新進展

2005 年應(yīng)用以來，高輻射覆層技術(shù)已在國內(nèi)寶鋼湛江、首鋼京唐、鞍鋼等 70 余家鋼鐵企業(yè)和國外 ArcelorMittal 的兩家鋼鐵公司、浦項制鐵公司的近 500 座高爐熱風(fēng)爐和焦?fàn)t上應(yīng)用。應(yīng)用高輻射覆層技術(shù)，熱風(fēng)爐可提高蓄熱量 10％以上，同等條件下或降低煤氣消耗 5%以上，或延長送風(fēng)時間 5%以上，或提高風(fēng)溫 10℃以上，核算噸鐵效益 3 元左右；焦?fàn)t降低煤氣消耗 3%以上，同時減少漏氣率，縮短結(jié)焦時間，提高焦炭質(zhì)量。

2.1 寶鋼湛江鋼鐵公司3號5050m3高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用

2015 年，寶鋼湛江項目 2 號 5050m3 高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用技術(shù)。2017 年 1 月~3 月生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示：與未應(yīng)用技術(shù)、同樣配置的 1 號高爐熱風(fēng)爐相比較，2 號高爐熱風(fēng)爐噸鐵煤氣消耗量和單位煤氣消耗量分別降低 6.08% 和 5.37%，廢氣平均溫度降低 7.23℃，熱效率提高；運行更平穩(wěn)，風(fēng)溫波動小；各項經(jīng)濟指標(biāo)均有改善。

2.2 韓國浦項制鐵公司3號5050m3高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用

浦項制鐵公司 3 號高爐檢修，高爐容積由 4350m3 增至 5600m3，熱風(fēng)爐相應(yīng)增加風(fēng)量，這就要求熱風(fēng)爐必須擁有足夠的蓄熱能力，增加輸出熱量，從而保證為高爐提供平穩(wěn)的高風(fēng)溫。浦項制鐵決定在 3 號高爐 4 座熱風(fēng)爐上采用高輻射覆層技術(shù)，以解決熱風(fēng)爐蓄熱面積不足的難題。2016 年 6 月 3 日，3 號高爐 4 座熱風(fēng)爐涂覆施工圓滿結(jié)束，并順利通過了竣工驗收。這是繼 ArcelorMittal 加拿大 DOFASCO 項目和波蘭 SA 克拉科夫項目之后，高輻射覆層技術(shù)在國際市場推廣應(yīng)用的又一個里程碑。

2.3 山鋼日照精品基地5100m3高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用

2017 年山鋼日照精品基地新建 2 座 5100m3 高爐 8 座熱風(fēng)爐應(yīng)用本技術(shù)，蓄熱量測試提高 14.08%，已完成 1 座高爐 4 座熱風(fēng)爐的施工。

2.4 首鋼曹妃甸2號5500m3高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用

2009 年，首鋼京唐曹妃甸 2 號 5500m3 高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用技術(shù)。2010 年通過熱平衡診斷測定，2 號高爐熱風(fēng)爐比 1 號高爐熱風(fēng)爐節(jié)約煤氣 7%；2014 年~2015 年的生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)顯示，2 號高爐熱風(fēng)爐比 1 號高爐熱風(fēng)爐節(jié)約煤氣量達(dá) 7.45%

2.5 沙鋼5800m3高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用

2009 年沙鋼 5800 m3 高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用技術(shù)，蓄熱量提高 13.35%。之后沙鋼兩座 1080m³高爐 6 座熱風(fēng)爐和 2500m³高爐新增的熱風(fēng)爐都采用了高輻射覆層技術(shù)，都取得了良好的應(yīng)用效果。

2.6 鞍鋼新5號高爐熱風(fēng)爐和新10號高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用

2008 年新 5 號 2580m³高爐熱風(fēng)爐采用了高輻射覆層技術(shù)，對比了 2011 年~2014 年的 4 年的運行數(shù)據(jù)，風(fēng)溫平均提高 33℃且運行穩(wěn)定。2012 年新 10 號高爐熱風(fēng)爐再次采用高輻射覆層技術(shù)，對比檢測結(jié)果顯示，風(fēng)溫提高 14.3℃。

2.7 攀鋼西鋼釩3號1750m3高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用

2011 年攀鋼西鋼釩 3 號 1750m³高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用了高輻射覆層技術(shù)，平均風(fēng)溫提高 14.4℃

2.8 石橫特鋼1080m3高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用

2007 年，石橫特鋼 1080m3 高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用技術(shù)，分別于 2008 年和 2014 年進行了節(jié)能診斷，平均風(fēng)溫提高 20℃以上，廢氣溫度降低 15℃，運行 6 年時間，節(jié)能效果穩(wěn)定不衰減。

2.9 石鋼高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用

石鋼于 2010 年在 1080m³高爐 1 號和 2 號熱風(fēng)爐應(yīng)用了高輻射覆層技術(shù)，3 號熱風(fēng)爐未應(yīng)用。2016 年 10 月份對高爐系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)進行了采集分析，對比 3 號熱風(fēng)爐，1 號和 2 號熱風(fēng)爐單位體積送風(fēng)量所耗煤氣量分別減少 5.08%和 5.47%；同時熱風(fēng)溫度分別提高 13℃和 11℃。

2.10 濟鋼1750m3高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用

2005 年濟鋼 2 號 1750m3 高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用高輻射覆層技術(shù)，跟蹤檢測十年，始終保持著蓄熱能力增強，蓄放熱速度加快的狀態(tài)。

2.11 日鋼高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用

2010 年日鋼 5 號高爐球式熱風(fēng)爐應(yīng)用了高輻射覆層技術(shù)，達(dá)到了節(jié)約煤氣量 6.91%的效果，隨后在全廠64 座高爐熱風(fēng)爐全部采用，現(xiàn)已累計應(yīng)用 135 座次，實現(xiàn)年節(jié)能效益 6000 萬元以上。同時高輻射覆層可以改善蓄熱球的物理力學(xué)性能，延緩渣化，平均延長蓄熱體的使用壽命一年。

3考核指標(biāo)

高輻射覆層技術(shù)是強化工業(yè)爐窯輻射傳熱的節(jié)能新技術(shù)，對其功效的判定有熱平衡對比測試、工業(yè)數(shù)據(jù)對比和蓄熱量測定幾種方法。前兩種方法因必須有未應(yīng)用該技術(shù)的相同爐況的爐窯作為對比對象，不容易實現(xiàn)。尤其對于高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)，出于對比的目的，有的熱風(fēng)爐應(yīng)用高輻射覆層技術(shù)，有的未應(yīng)用，會造成操作不協(xié)調(diào)，產(chǎn)生“短板”現(xiàn)象，為生產(chǎn)帶來不必要的麻煩和損失。

蓄熱量測定的方法解決了這一問題。蓄熱量是定義蓄熱體工作狀況好壞的主要指標(biāo)。高輻射覆層技術(shù)將具有高發(fā)射率的覆層材料涂覆于蓄熱體表面，強化輻射傳熱，提高其蓄放熱能力。經(jīng)多年工業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)和實驗室數(shù)據(jù)驗證，高輻射覆層蓄熱量測定與爐窯節(jié)能存在明顯的對應(yīng)關(guān)系：蓄熱體蓄熱能力提高率達(dá)到 10% 以上時，高爐熱風(fēng)爐和焦?fàn)t節(jié)能分別達(dá)到 5%和 3%以上。

國家標(biāo)準(zhǔn)《高輻射覆層蓄熱量的測定與計算方法》規(guī)定了高輻射覆層技術(shù)對于耐材基體蓄熱量改進效果的測試方法。按本方法測量的蓄熱量成為鋼鐵企業(yè)簽訂高輻射覆層技術(shù)應(yīng)用項目合同時的考核指標(biāo)。

3.1 方法原理

將同一批次涂高輻射覆層與未涂高輻射覆層的兩塊相同材質(zhì)、相同形狀、相同尺寸的蓄熱體試樣，在同等條件下加熱，再利用量熱器測量和計算兩個試樣的蓄熱量，進一步得出有覆層試樣比無覆層試樣蓄熱量提高的百分比。

由于不同蓄熱體、不同廠家生產(chǎn)的相同材質(zhì)蓄熱體比熱容值不盡相同，考慮到計算的易操作性，以水的吸熱量來代替蓄熱體試樣的吸熱量。

3.2 試驗方法

（1）用量杯或量筒分別量出 1200mL 水加入兩個量熱器內(nèi)。兩個量熱器應(yīng)置于同一環(huán)境中，測出水的初始溫度 tc；

（2）在試驗用高溫爐升溫前先標(biāo)定試樣放置位置，試樣放置位置相隔不小于 100mm，應(yīng)與爐后壁平行，左右對稱，并做好標(biāo)記；

（3）將高溫爐的爐溫升至 1200℃，恒溫 15min；

（4）將一對比組的試樣 A（有覆層試樣）和試樣 B（無覆層試樣）按標(biāo)記同時放入高溫爐內(nèi)，關(guān)閉好爐門后，秒表開始計時，加熱時間為 180s；

（5）加熱 180s 后，將 2 個試樣同時取出，并快速分別浸沒于盛水的量熱器中。每隔 60s 分別記錄一次量熱器內(nèi)水的溫度，直到同一個量熱器三次記錄的水溫相同（溫差絕對值不大于 0.5℃）時，本次實驗結(jié)束；

（6）試驗分兩次進行。兩次試驗過程相同，在第二次試驗時兩個試樣在高溫爐中的擺放位置與第一次試驗位置調(diào)換。

3.3 蓄熱量提高效果統(tǒng)計

表 1 高輻射覆層蓄熱量檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

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4列入國家節(jié)能技術(shù)推廣目錄

2017 年 1 月 19 日，《國家重點節(jié)能低碳技術(shù)推廣目錄（2016 年本，節(jié)能部分）》發(fā)布，高輻射覆層技術(shù)作為重點節(jié)能技術(shù)在目錄的 119 項。目錄指出：鋼鐵工業(yè)是我國的能耗大戶，其中高爐和焦系統(tǒng)約占全總耗的70%左右，節(jié)能減排潛力巨大。高輻射覆層技術(shù)通過在高爐熱風(fēng)爐、焦?fàn)t和加熱爐等蓄熱體的表面涂覆一層發(fā)射率高于基體的覆層，可以提高蓄熱體熱吸收及熱輻射效率，節(jié)約燃料消耗，減少加熱時間和降低排煙溫度，在高爐熱風(fēng)爐應(yīng)用實現(xiàn)噸鐵平均效益 3 元。

國家發(fā)改委 2017 年第 1 號公告發(fā)布《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點產(chǎn)品和服務(wù)指導(dǎo)目錄》（2016 版），引導(dǎo)全社會資源投向，涉及戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè) 5 大領(lǐng)域 8 個產(chǎn)業(yè)(相關(guān)服務(wù)業(yè)單獨列出)、40 個重點方向下的 174 個子方向，近 4000 項細(xì)分產(chǎn)品和服務(wù)。其中高輻射覆層技術(shù)產(chǎn)品所屬功能型涂料位列其中。

5結(jié) 語

高輻射覆層技術(shù)在越來越多的鋼鐵企業(yè)的高爐熱風(fēng)爐和焦?fàn)t上得到應(yīng)用，取得了顯著的節(jié)能效果。高輻射覆層技術(shù)利用高吸收高輻射的技術(shù)優(yōu)勢，提高了耐材基體的吸放熱速率，增加了熱風(fēng)爐蓄熱體在燃燒期的吸熱量和送風(fēng)期的放熱量，提高了其熱轉(zhuǎn)換能力，從而達(dá)到提高送風(fēng)風(fēng)溫、延長送風(fēng)時間、或節(jié)約煤氣的效果。
轉(zhuǎn)載注明：內(nèi)容轉(zhuǎn)自2017年鋼鐵年會論文，高輻射覆層技術(shù)是山東慧敏科技開發(fā)有限公司自主研發(fā)擁有知識產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)。

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