炼铁热风炉蓄热体高辐射覆层技术问答

1、炼铁热风炉蓄热体高辐射覆层技术问答1.什么是炼铁热风炉蓄热体高辐射覆层技术？炼铁热风炉蓄热体高覆层技术是山东慧敏科技开发有限公司周惠敏女士的一项技术发明。炼铁热风炉蓄热体高覆层技术是将发射率高于格子砖的高辐射材料涂覆到格子砖表面，以提高蓄热体表面的发射率，提高格子砖的辐射传热效率，达到提高热风炉蓄放热能力，提高热风温度，或延长送风时间，或降低煤气消耗，或兼有之。这是提高热风炉工作效率的一种节能减排增效的新技术。2.蓄热体表面的覆层还有其他作用吗？由于在格子砖表面涂覆覆层时，采取了特殊的工艺处理，覆层材料向基体内部渗透，充填了格子砖基体的开口气孔，使砖的接近表面的部分的密度增加，从而使耐材的气孔

2、率降低、有助于提高耐火材料的耐压强度和抗折强度；提高了耐材在抵抗高温荷重下变形的能力，使格子砖的高温蠕变性能得到了极大的改善。致密的膜层可以隔绝烟气对格子砖基体的侵蚀，防止格子砖的渣化。3.为什么要提高格子砖表面的发射率？一般而言，当炉膛温度在900 以上时，热量传递以辐射为主，热辐射是对流的15 倍，占90%以上。高温辐射能量大多数集中在1 5 m波段，比如 1000 和 1300 时，分别有76%和85%的辐射能量集中在这一波段内，一般的耐火材料在这一波段的发射率很低（图1），而高发射率涂料在1 15 m 波谱范围却具有很高的发射率。常温下耐火材料的发射率一般为0.6 0.8，随着炉温的升

3、高，会大幅度下降，而高发射率涂料能一直保持较高的发射率0.9以上（图2）。一般热风炉蓄热材料的发射率为0.6 0.8，随着温度升高而降低，1000以上时只有0.40.5，大量的热量由于来不及被蓄热体吸收而被烟气带走。高发射率覆层在低温高温下均具有高的发射率，可使蓄热体表面高温时的发射率由0.4 0.5 提高到0.9 以上，因此，显著地提高了热风炉内蓄热体的辐射吸收和放热效率。 4.高辐射覆层与采用高发射率材料制造的蓄热体在传热过程中的作用一样吗？ 在传统教科书中，有采用高辐射材料制造格子砖的说法。由于辐射热交换仅仅发生在表面，所以用高辐射覆层可以完全代替“用高辐射材料”制造的格子砖。可以说是低

4、成本高效率。5.为什么提高蓄热体表面的发射率可以提高蓄热体（格子砖）的传热速度？众所周知，温度场平衡时材料的吸收率与发射率相等，当格子砖表面的发射率提高后，格子砖表面吸收热量的能力相应提高。图3是同样大小，同样尺寸的格子砖试样，在同一电炉中进行升降温试验，在升温过程中，有覆层的试样升温速度快，相同的加热时间，顶点温度高，无覆层的试样升温速度慢，顶点温度低；降温过程中有覆层的试样降温速度快，相同的降温时间达到的温度低；无覆层的试样降温速度慢，相同的降温时间达到的温度高。试验说明，无论是升温还是降温，有覆层的格子砖传热速度大于无覆层的格子砖。 温度（）02004060801001200369121

5、518212427时间（min）涂未涂图36.格子砖表面涂覆高辐射覆层以后蓄热能力能够提高吗？当格子砖蓄热量没有达到饱和时，表面涂覆高辐射覆层后，能够提高蓄热能力。由图3可以看出有覆层的试样在相同的降温时间达到的温度低，残留的热量少；无覆层的试样在相同的降温时间达到的温度高，残留的热量多。从两条曲线的顶点分别做两条平行于横坐标的直线，见图4。由有覆层耐火砖升降温曲线顶点平行于横坐标的直线和其降温曲线之间的积分面积应为有覆层耐火砖在降温过程中放出的热量；由无覆层耐火砖升降温曲线顶点平行于横坐标的直线和其降温曲线之间的积分面积应为无覆层耐火砖在降温过程中放出的热量；由图3可以看出有覆层的耐火砖在相

6、同的环境条件下升降温过程中放出的蓄放的热量多于无覆层的耐火砖。 图47格子砖涂覆高辐射涂料覆层后单位蓄热能力提高率是多少？经多个国家实验室试验，格子砖覆层高辐射涂料后中温条件（900oC）下单位蓄热能力提高率在9%左右；高温条件（1200oC）下，节能率在18%左右。8单位蓄热能力提高率是如何测得的？将两个可比式样放在同一电炉内进行升温，控制其加热时间使试样在没有达到温度平衡时，分别取出试样加入等量的冷水中，温度达到平衡时的冷水吸热量Q水应该与试样放热量Q样相同，只要测得水温的变化就可以求出试样在相同供热量下的不同吸热量。计算公式：试样放出热量等于水吸收的热量：Q涂=Q水=m水（c终t终- c

7、初 t初）单位蓄热率q涂= Q涂/m涂 同理q未涂= Q未涂/m未涂单位蓄热能力提高率 =（ q涂 - q未涂 ）/ q未涂 ×100%9.高辐射覆层经热震后单位蓄热能力有什么变化？ 经在实验室多次急冷急热试验，高辐射覆层对单位蓄热能力的提高率变化不大。表1是高铝格子砖在800、1200以及5次、10次、15次热震后的单位蓄热能力提高率。不同热震次数有覆层与无覆层的单位蓄热能力提高率 表1热震次数节能率，%800120018.218.457.816.7108.917.8157.515.4涂料经过多次热震，其热发射率及蓄热效率提高率没有明显变化，涂料在长期使用过程中可以获得稳定的节能效

8、果。10.工业应用的传热效果和实验室的试验结果一致吗？ 图5是某钢铁公司同一座高炉的两座热风炉过渡区格子砖的温度曲线。其中1号热风炉格子砖未涂覆层，如上视窗所示，格子砖过渡区温度曲线起伏小，吞吐的热量少；2号热风炉格子砖涂有覆层，如下视窗所示，格子砖过渡区温度曲线起伏大，吞吐的热量多。工业应用的传热效果和实验室的结果是一致的。无覆层的热风炉格子砖温度曲线起伏小，吞吐的热量少。有覆层的热风炉格子砖温度曲线起伏大，吞吐的热量多。图511.热风炉格子砖的发射率是多少？高温下有什么变化？ 通常情况下，高炉热风炉格子砖常温下，发射率一般在0.7-0.8，温度达到1000时黑度只有0.5，当温度达到130

9、0时，黑度就会下降到0.4左右。12.覆层用的涂料发射率是多少？ 覆层用的高辐射涂料的发射率大于0.9。13.高辐射覆层提高风温的原理是什么？从燃烧室来的高温气体通过蓄热室的上部进入并向下流动，经烟囱排入大气。在此过程中，格子砖吸收了高温气体的热量，然后借它再将此热量传给冷空气，冷空气自蓄热室下方进入，与高温气体相反，向上流动，经热风管进入高炉。在通常情况下高炉热风炉格子砖常温下黑度一般在0.7-0.8，温度达到800-1000时，黑度只有0.5；当温度达到1300时，黑度就会下降到0.4左右，由斯蒂芬-玻尔兹曼定律可知这显然对高温热辐射不利，所以当温度一定时，提高热发射率是增强热交换的主要途

10、径。在热风炉的燃烧期，热烟气的主要成分为CO2、H2O、CO等，为非对称极性分子，在高温下辐射能力强，主要以热辐射的方式将煤气燃烧热传递给格子砖，由于涂覆了节能涂料，格子砖的辐射和吸收能力增加，使格子砖相对于无节能涂料积蓄了更多热量；在热风炉的送风期，由于冷空气主要成分为N2、O2、Ar、H2，对高温红外辐射不敏感，除含量较少的CO2、H2O等可以吸收格子砖的辐射能之外，其余热能依靠对流方式传递给冷空气。根据牛顿冷却公式：可知，在放热期热风炉的放热效率增加、换热量提高，主要是由于增加，又由于冷空气温度不变，故在应用节能涂料之后，风温提高的主要贡献是格子砖在燃烧期蓄热量增加，表面温度升高，增加了

11、与冷空气之间的温度梯度，故能提高热风送风温度。14.热风炉高风温对炼铁节能降耗有什么意义？据有关资料介绍，炼铁工序能耗占整个钢铁能耗的70%左右。风温每提高100，每吨铁可降低炼铁焦比15kg/t-25kg/t,同时可增产3%-5%，还可以增加喷吹煤粉40kg/t。2007年全国生铁产量4.8亿吨，如全部采用本技术，每年节约可焦144万吨，增加喷煤360万吨，增产216万吨生铁，每年可减少CO2排放491万吨。15.格子砖涂覆高辐射覆层后可提高风温多少？仅在热风炉高温区格子砖涂覆高辐射覆层后一般可提高风温15以上，有时可达30。16.格子砖涂覆高辐射覆层后热风炉的工作效率是不是可以提高？ 格子

12、砖涂覆高辐射覆层后热风炉的工作效率可以提高2%6%。图6是某特钢厂1080m3高炉三座热风炉的温度曲线。其中1#、2#两座热风炉格子砖有覆层，风溫高，送风时间长，废气温度低（峰窄）；3#热风炉格子砖无覆层，风溫低，送风时间短，废气温度高（峰宽）。经热平衡测试得出：、有高辐射覆层的热风炉的热风温度比无覆层的热风炉的平均风温高25，平均烟气温度低13。能耗降低3%。、有高辐射覆层的热风炉煤气燃烧更充分，烟气成分中的可燃成分大大降低，化学不完全燃烧带来的热损失从1.7%下降到0.12%。、有高辐射覆层的热风炉的热效率比无覆层的热风炉的热效率高5%，节能效果明显稳定。图617.高辐射涂料的主要成分是什

13、么？高辐射涂料是由辐射粉体基料与粘结剂组成，其中，辐射粉体基料的作用是提高辐射性能，载体粘结剂则使涂料牢固地粘在基体表面。目前，红外辐射粉体基料主要是金属氧化物的复合物和碳化物，主要辐射波段在2.5-12m的范围内。常用的氧化物有ZrO2、Fe2O3、MnO2、NiO、CuO、CoO、Cr2O3、TiO2、SiO2、Al2O3、MgO、La2O3、CeO等。粘结剂一般有硅酸盐型（水玻璃）、硅溶胶、磷酸盐型高温粘结剂等几种。18.高辐射涂料是如何制备的？ 将高发射率材料配比称量混合后，采用超细化处理，研成细粉，使粉料颗粒粒度达到微纳米级。将细粉料与已制备的高温粘合剂混合，并加入悬浮剂和高温粘合剂

14、及少量的表面活性剂，通过高速机械搅拌，制成粘稠的流体，即获得高发射率的节能涂料。19.格子砖表面的高辐射覆层是如何制备的？ 格子砖表面的高辐射覆层的制备工艺如下：表面清理 雾化喷涂前处理胶 浸涂高辐射涂料 晾干或烘炉时烘干 随炉温升高，高温固化。20格子砖表面的高辐射覆层材料的耐火度是多少？ 高辐射覆层材料的耐火度可达1810。21.是不是带覆层的格子砖可以耐温1810？ 不是。因为格子砖制作时的温度没有这么高，如硅砖制作时，炉窑中最高温度为1430，所以当格子砖的温度高于1430时，会有较大的不可逆的体积变化，而目前的膜层高温固化后没有如此大的伸缩性，所以带覆层的格子砖的使用温度一般在145

15、0以下。22.高辐射覆层在高温下会不会脱落？不会脱落，因为在覆层的制备过程中，采用了两项技术保证覆层与基体的附着性。一是利用界面理论，在表面覆层制备过程中采用了前处理技术，雾化喷涂的前处理胶改变了基体的表面张力，使表面张力减小，提高了基体的吸附涂料的能力；二是利用粒子细化理论，对高辐射材料的粉体进行超细化处理，加工到微纳米级；由于颗粒细小，涂料可以渗透到表面张力很小的基体的开口气孔中，形成了涂料与砖体的渗态结合。渗透到基体中的涂料就像表面覆层的根一样，使覆层钉扎在基体之中，因此覆层不易脱落。鞍钢技术中心和首钢研究院的试验证明，涂覆覆层的试样经多次热振后基体断裂，而覆层完好无损。 23.超细化处

16、理后的高辐射材料的粉体尺寸有多少？图5是经超细化处理后，高辐射材料粉料的透射电子显微镜（TEM）形貌图，图中粉料颗粒大小为25-120nm，山东慧敏公司生产的微纳米红外涂料最大的颗粒为2m左右。 图524.高辐射覆层材料向基体渗透的深度有多少？由于格子砖的密度不同，渗透的深度不同。渗透层厚度一般在13mm，如图6。 图6 25.格子砖高辐射覆层的厚度有多少？ 格子砖高辐射覆层的厚度一般为200450m。26.格子砖涂覆高辐射覆层后表面形态有何不同？ 硅质格子砖涂覆高辐射覆层前后的表面形态分别如图7，图8所示，涂覆前格子砖表面疏松，涂覆后表面致密均匀；高铝砖涂覆高辐射覆层前后的表面形态分别如图9

17、，图10所示，涂覆前格子砖表面有裂纹，涂覆后表面致密均匀。 图7 硅质格子砖表面形态 (×25) 图8硅质格子砖覆层表面形态 (×25) 图9 硅质格子砖表面形态 (×25) 图10硅质格子砖覆层表面形态 (×25) 27.格子砖高辐射覆层的微观形貌是什么样子？ 图11是硅质格子砖高辐射覆层剖面200倍的显微结构形貌，同样放大倍数的基体组织结构形貌如图12所示。 图11 200倍下涂料组织结构 图12 200倍下基体组织结构28.高辐射涂料覆层对格子砖的组织结构有不良影响吗？高辐射率节能新涂料同砖体结合牢固，附着性好，涂料渗透到耐火材料基体中不会产生裂纹

18、和脱落现象，不与基体发生化学反应形成低熔点物质。29.高辐射涂料覆层对格子砖的物理性能有不良影响吗？ 格子砖涂覆高辐射覆层后，不但对格子砖没有不良影响，反而对格子砖的各项物理均有改善或增强的作用。表1是从同一块硅砖上取下的尺寸相同的有覆层和无覆层的试样的物理性能对比；表2是从同一块高铝砖上取下的尺寸相同的有覆层和无覆层的试样的物理性能。表3是同一块硅砖上取下的尺寸相同的有覆层和无覆层试样的荷重软化温度和高温蠕变量对比。硅砖涂刷涂料前后的物理性能对比 表11300×3h抗折强度,MPa耐压强度,MPa体密g/cm3气孔率 %线变化率,%无覆层12.23281.8019.88+0.51有覆层12.65311.8119.27+0.33高铝质格子砖涂刷涂料前后性能比较 表2体积密度（g/cm3）气孔率（%）耐压强度（Mpa）抗折强度（Mpa）热震性（次）高温蠕变（%）无覆层2.4325495.816-1.424有覆层2.4821646.316-0.623硅砖涂刷涂料前后的荷软及高温蠕变 表3荷软，（0.2MPa，0.6%），高温蠕变（1430×50h），%无覆层1550+0.405有覆层>1650-0.07430.为什么覆层可以改善和提高格子砖的物理性能？ 原因有二：一、高辐射微纳米涂料的超细颗粒渗透到耐材基体的开口气孔中，填充了开口气孔的空隙，从而使耐材的