国家重点节能的高辐射覆层技术应用

2014-03-06周惠敏

中国钢铁业 2014年5期

周惠敏

1.技术简介

根据基尔霍夫定律，材料的吸收率（又称黑度）与发射率相等。高辐射覆层技术集高发射率技术、超细粉技术、表面处理技术、特制高温胶、覆层结构等于一体，强化了辐射传热技术，在覆层材料涂覆前对耐材基体进行表面喷涂前处理胶处理，减小基体表面张力，提高了基体吸附覆层的能力；覆层材料中含有的特制高温胶，增加了涂料的高温粘结性，有效解决了覆层附着力的问题，保证覆层在高温下不开裂；利用超细粉技术，涂料粒度达到纳微米级，充填了耐材基体开口气孔，覆层与基体形成渗态结合，使得耐材基体的各项物理力学性能均有改善，对提高炉窑的使用性能和寿命极为有利。

高辐射覆层技术是山东慧敏科技开发有限公司在2003年自主研发的具有自主知识产权的节能减排技术，根据高发射率材料的物理特性和炼铁热风炉与焦炉及轧钢加热炉的工作原理，利用高发射率材料高吸收、高辐射的特点，将自行研发的纳微米高辐射覆层节能涂料，涂覆于复杂结构的热风炉与焦炉及轧钢加热炉的蓄热体表面及燃烧室内壁，提高蓄热体和燃烧室立火道表面的发射率，强化高温环境下固体表面与气体间的辐射传热，提高其热交换效率，以达到节能减排之目的。

高辐射覆层技术在高炉热风炉和焦炉上的应用示范，已列入国家“十二五”科技支撑计划，2013年又列入国家发改委发布的国家重点节能技术推广目录。工信部发布的行业标准《高辐射覆层蓄热量的测定与计算方法》规范了蓄热体蓄热量的测定方法，于2014年7月1日实施。国家质监总局、国家标准化委员会发布的国家标准《高炉用高风温顶燃式热风炉节能技术规范》，建议在顶燃式热风炉蓄热室高温段采用高辐射覆层技术，于2014年6月15日实施。

山东慧敏科技开发有限公司通过与首钢技术研究院钢铁技术研究所等单位合作，对64组涂覆节能涂料的硅砖、高铝砖及蓄热球耐材试样进行蓄热量实验，结果表明：涂覆节能涂料后耐材蓄热能力提高，蓄热量平均提高16.7%。表1是与冶金工业工程质量监督总站检测中心等单位合作，对涂覆节能涂料的硅砖、高铝砖及蓄热球耐材试样进行269组物理性能实验取得的数据及平均数值。

2.工业应用

高辐射覆层技术已成功应用于首钢京唐（曹妃甸）、鞍钢、沙钢、济钢、日钢、包钢等国内60余家钢铁企业及ArcelorMittal的加拿大Dofasco厂、波兰SA克拉科夫项目的350座高炉热风炉、3座焦炉及106座（次）轧钢加热炉。实验室试验和工业应用数据表明：高辐射覆层技术在热风炉应用，蓄热量提高10%以上，平均提高风温10℃以上，或延长送风时间10%以上，节能5%以上；在焦炉上应用节能3%以上；在轧钢加热炉上应用节能3%以上。

2.1 高炉热风炉应用高辐射覆层技术

涂覆部位：高辐射覆层技术应用在高炉热风炉，将节能涂料涂覆于蓄热室上部20%格子砖，施工工艺为：表面清灰→喷前处理胶→浸蘸涂料2s→晾干或烘炉时自烧结固化。

作用机理：纳微米高辐射覆层节能涂料用于高炉热风炉格子砖表面时，通过强化辐射传热，提高了格子砖表面温度，增加了格子砖内外温度梯度，使格子砖在燃烧期吸热速度和吸热量增加，送风期放热速度和放热量也增加，从而提高热风温度。

2.2 焦炉应用高辐射覆层技术

涂覆部位：在焦炉上应用高辐射覆层技术，将节能涂料涂覆于立火道内壁及蓄热室上部1/3格子砖表面，施工工艺为：表面清灰→喷前处理胶→刷涂涂料→晾干或烘炉时自烧结固化。

作用机理：节能涂料用于焦炉立火道与炭化室隔墙时，由于吸热快，提高了隔墙炉壁的吸热能力，增加了燃烧室与炭化室的温度梯度，加强了燃烧室与炭化室的热传导，可使标准火道温度下降，且缩短结焦时间。用于立火道与立火道的隔墙时，由于大量吸收的热量无法向外传递，表面吸收的热量以1μm-5μm的波长辐射到立火道内部，1μm-5μm波长的能量极易被立火道与炭化室的隔墙吸收，提高了立火道向炭化室的传热。

表1 高辐射覆层对耐材物理性能的影响

2.3 轧钢加热炉应用部位作用机理

涂覆部位：高辐射覆层技术应用在轧钢加热炉，是将节能涂料涂覆于加热炉炉衬表面，施工工艺为：表面清灰→喷前处理胶→喷涂涂料→晾干或烘炉时自烧结固化。

作用机理：轧钢加热炉炉衬涂覆涂料后，炉衬吸热量增加，大量不能通过炉壁向外及时传递的热量会改变为1μm-5μm波长的热量向炉膛辐射。1μm-5μm波长的热量极易被钢坯吸收，因此炉窑的热效率提高。

3.应用案例

案例1：2005年2月济钢新建的2#1750m3高炉的2#热风炉、2005年5月3#高炉的3座热风炉、2009年4#3200m3高炉的3座热风炉均采用了高辐射覆层技术。经双方统计检测，3#1750m3高炉热风炉与没有采用该技术的1#高炉进行比较，应用4年平均风温提高19.1℃；4#3200m3高炉对格子砖进行了蓄热量对比检测，检测结果表明：有覆层的格子砖比无覆层的格子砖蓄热量提高10.6%。

案例2：2008年6月，鞍钢新5#2580m3高炉应用了高辐射覆层技术，与未应用该技术的相同炉型、尺寸相当的热风炉相比，鞍钢新5#高炉热风温度提高23℃，烟气温度降低24℃，系统热效率提高4.62%。

案例3：2009年5月，在首钢京唐（曹妃甸）2#5500m3高炉，4座热风炉2座预热炉上应用了高辐射覆层技术。 2012年，京唐炼铁部在两座高炉都运行稳定的情况下，对1-10月煤气用量进行统计，2#高炉比1#高炉节约煤气7.29%。

案例4：日照钢铁控股集团有限公司所有高炉热风炉（球炉）全部应用该技术。2011年8月，日钢组织技术中心，第一炼铁厂、第二炼铁厂、能源管控中心、质量检查部等部门对2#、7#、8#高炉热风炉应用高辐射覆层技术效果进行联合鉴定，通过数据采集统计，得出使用高辐射覆层技术后，煤气节约量达到7.38%。

案例5：2009年5月，山东钢铁集团济钢焦化厂新建8#、9#焦炉时，8#焦炉采用了高辐射覆层技术。投产后，进行了检测，结果表明：8#焦炉比9#焦炉焦饼中心温度提高63℃，漏气率降低0.6%，炼焦耗热量降低了121.8KJ/kg湿煤，提高了两个等级，节约煤气量575.2m3/h，节能率达到 5%。2013年1-4月生产实测数据表明：8#焦炉比9#焦炉节约焦炉煤气量477.5m3/h，节能率达到3.6%。

案例6：截至目前，高辐射覆层技术已在106座（次）轧钢加热炉应用，经统计，平均节能7.42%。