论文部分内容阅读
摘 要：为了响应国家“绿色环保、节能降耗”的号召，钢铁企业在实际生产过程中，不断优化工艺流程，积极采用新技术、新工艺、新材料，旨在实现节能增效的既定目标。而高辐射覆层节能技术在高炉热风炉的应用，不仅节能效果显著，而且也为钢铁企业创造了更多的经济效益。因此，本文将着眼于高辐射覆层节能技术在高炉热风炉的创新应用效果展开论述。
关键词：高辐射覆层;节能技术;高炉热风炉;创新应用
由于高炉冶煉温度都在1000℃以上，使得辐射传热速度加快，据现场生产实践验证，有80%的传热量来自于辐射传热，因此，提升高炉热效率的一条有效路径是提高辐射传热率，而高辐射覆层技术恰恰是提高材料表面发射率而实现辐射传热率升高的一种新型节能技术。目前，该技术多用于高炉热风炉以及轧钢加热炉等冶炼设备当中，不但能够降低能源消耗，减少二氧化碳等污染物的排放数量，同时，对延长高炉的使用寿命也具有重要的现实意义。
1 高辐射覆层节能技术原理
1.1 高辐射覆层节能技术概述
高辐射覆层节能技术始创于2002年，至今已接近二十余年，该技术可以高炉热风炉表面涂覆一层发射率高于基体的覆层，进而达到节能减排增效的目的。根据实际应用数据表明，高辐射覆层节能技术在高炉热风炉中的应用，蓄热量能够提高10%以上，热风温度提升10℃以上，送风时间延长10%以上，煤气消耗量减少5%以上，二氧化碳排放量减少2kg/t铁。在高炉热风炉运转之前，首先在热风炉表面涂抹厚度为0.3mm的覆层，为了突显节能效果，应当保证涂抹均匀，以增强蓄热体的热辐射能力。即便在炉体降温期间，这种节能覆层也会加快炉体的放热速度，放热量也会大幅提升，进而提高了热风炉的工作效率，是目前较为成熟的一种节能技术。
1.2 高辐射覆层节能技术原理
高炉热风炉在运转时，内部温度在1300℃左右，随着温度的急剧上升，辐射换热量所占据的比例将也大幅增加，而应用高辐射覆层技术，蓄热体表面发射率增大，辐射换热量的增长态势也更加明显。比如以1000℃和1300℃的两个温度值为例，在1000℃时，有76%的辐射热量集中在1—5чm波段区间，在1300℃时，有85%的辐射热量集中在1—5чm波段区间，而对于普通型的耐火材料来说，在1—5чm波段的发射率极低，而高辐射覆层涂料在这一波段区间却具有较高的发射率。像普通的耐火材料，在常温下的发射率仅为0.6，最大值不会超过0.8，而高辐射覆层涂料的发射率却能达到0.9。根据基尔霍夫定律可知，材料吸收率与发射率相等。当发射率提高，蓄热体的吸热能力也随之提高。而高辐射覆层技术在提高发射率的同时，蓄热体的热转换效率也将得到大幅提升[1]。
2 高辐射覆层节能技术在高炉热风炉中的创新应用实例
2.1在2580m3高炉热风炉中的应用效果
为了进一步验证高辐射覆层节能技术的节能降耗效果，下面以四座2580m3高炉热风炉为例，对实际生产数据进行分析统计。这四座高炉的编号分别为2号、3号、6号、8号，其中，新3号高炉应用高辐射覆层技术后，经过三年时间的实地跟踪验证，在2015年，高炉的平均风温提高17℃以上，2016年的平均风温提高34℃，到2017年时，平均风温提高了49℃以上。高辐射覆层技术在3号高炉应用的风温对比数据如表1所示。
通过在3号高炉热风炉上的实际应用，年平均节焦达到5921.1吨，平均年的经济效益达到924.88万元，二氧化碳排放量减少14210.6吨，截至到2017年4月，总节焦量达到19717.30吨，合计人民币3079.84万元，二氧化碳总排放量减少47321.52吨。由此可以看出，高辐射覆层技术不仅具有良好的节能效应，而且也经济效益显著。
2.2 在5800m3高炉热风炉中的应用效果
下面以三座5800m3高炉热风炉为例，对实际生产数据进行分析统计。这三座高炉的编号分别为1号、3号、7号，与应用案例1不同的是，这三座高炉热风炉均采用了高辐射覆层节能技术。当高炉投产以后，相关检测机构对高炉热风炉的蓄热量进行了检测，检测结果显示，涂刷节能覆层的格子砖试样蓄热量比没有覆层的格子砖提高了13.35%。测定的煤气量节约率为5.12%，由此可以计算出每年可以节省煤气18810.04万立方米，年经济收益达到1767.54万元。如果按照投产三年的时间计算，煤气总节约量达到56430.12万立方米，经济效益总量为5302.62万元。由此可以看出，高辐射覆层技术无论在中型高炉还是大型高炉中，都能够收到理想的应用价值，对促进钢铁企业经济效益的提升大有裨益[2]。
3 衡量应用效果的检测方法
3.1 热诊断检测法
热诊断检测需要以数据采集间隔时间、高炉热风炉的操作制度以及在试验期间的操作温度作为基准检测依据。检测的内容涉及煤气成分、烟气含量、助燃空气、热风温度、烟气温度等参数。在热诊断计算过程中，技术人员需要结合入炉燃料的化学热量值、物理热量值、助燃空气的物理热量值与冷风带热量值。而热量支出向则涵盖热风带出的热量值、随烟气带出的热量值、燃料在燃烧过程中损失的热量值、被冷却水带出的热量值以及热风炉炉体表面散发的热量值，通过这些已知量可以快速计算出最终的检测结果。
3.2 蓄热量试验
在分析高辐射覆层技术的节能率时，也可以采用蓄热量试验的方法，试验的主要依据是，当高炉热风炉在加热到1200℃后，持续保持加热状态3分钟的时间，可以计算出炉体的蓄热量升高值达到18.30%，由此可以确定蓄热量试验的可行性。首先将对格子砖进行切割取样，在表面涂抹一层厚度为3mm左右的节能覆层，然后将两块大小相同的试样放在同一电炉中进行加热，温度达到1200℃时，将试样冷却，当放热量与吸热量趋于平衡后，测定水温的变化范围，由此就可以计算出试样的不同吸收量值，最后通过计算过程，得出最终的节能效率，即蓄热体的总蓄热量提高16℃以上。
结束语：
通过高辐射覆层节能技术在2580m3高炉热风炉才及5800 m3中实际应用效果可以得出结论，该技术不但具有超强的节能作用，而且二氧化碳等有害气体的排放量也大幅减少，这就减少了对自然生态环境的负面影响，从经济效益角度分析，高辐射覆层节能技术较比普通节能技术相比，经济效益表现出指数级上升态势。因此，钢铁企业应当大力推广使用新型的高辐射覆层节能技术，在提高经济效益的同时，促进企业健康可持续发展。
参考文献：
[1]田凤军，孙传胜，刘常富等.高辐射覆层技术应用研究进展[J].冶金能源，2017，36（z2）：20-22.
[2] 周惠敏，刘常富，杨秀青， 等.高辐射覆层技术研究与应用的最新进展[C].//中国金属学会.第十届中国钢铁年会暨第六届宝钢学术年会论文集.2015：1-8.
关键词：高辐射覆层;节能技术;高炉热风炉;创新应用
由于高炉冶煉温度都在1000℃以上，使得辐射传热速度加快，据现场生产实践验证，有80%的传热量来自于辐射传热，因此，提升高炉热效率的一条有效路径是提高辐射传热率，而高辐射覆层技术恰恰是提高材料表面发射率而实现辐射传热率升高的一种新型节能技术。目前，该技术多用于高炉热风炉以及轧钢加热炉等冶炼设备当中，不但能够降低能源消耗，减少二氧化碳等污染物的排放数量，同时，对延长高炉的使用寿命也具有重要的现实意义。
1 高辐射覆层节能技术原理
1.1 高辐射覆层节能技术概述
高辐射覆层节能技术始创于2002年，至今已接近二十余年，该技术可以高炉热风炉表面涂覆一层发射率高于基体的覆层，进而达到节能减排增效的目的。根据实际应用数据表明，高辐射覆层节能技术在高炉热风炉中的应用，蓄热量能够提高10%以上，热风温度提升10℃以上，送风时间延长10%以上，煤气消耗量减少5%以上，二氧化碳排放量减少2kg/t铁。在高炉热风炉运转之前，首先在热风炉表面涂抹厚度为0.3mm的覆层，为了突显节能效果，应当保证涂抹均匀，以增强蓄热体的热辐射能力。即便在炉体降温期间，这种节能覆层也会加快炉体的放热速度，放热量也会大幅提升，进而提高了热风炉的工作效率，是目前较为成熟的一种节能技术。
1.2 高辐射覆层节能技术原理
高炉热风炉在运转时，内部温度在1300℃左右，随着温度的急剧上升，辐射换热量所占据的比例将也大幅增加，而应用高辐射覆层技术，蓄热体表面发射率增大，辐射换热量的增长态势也更加明显。比如以1000℃和1300℃的两个温度值为例，在1000℃时，有76%的辐射热量集中在1—5чm波段区间，在1300℃时，有85%的辐射热量集中在1—5чm波段区间，而对于普通型的耐火材料来说，在1—5чm波段的发射率极低，而高辐射覆层涂料在这一波段区间却具有较高的发射率。像普通的耐火材料，在常温下的发射率仅为0.6，最大值不会超过0.8，而高辐射覆层涂料的发射率却能达到0.9。根据基尔霍夫定律可知，材料吸收率与发射率相等。当发射率提高，蓄热体的吸热能力也随之提高。而高辐射覆层技术在提高发射率的同时，蓄热体的热转换效率也将得到大幅提升[1]。
2 高辐射覆层节能技术在高炉热风炉中的创新应用实例
2.1在2580m3高炉热风炉中的应用效果
为了进一步验证高辐射覆层节能技术的节能降耗效果，下面以四座2580m3高炉热风炉为例，对实际生产数据进行分析统计。这四座高炉的编号分别为2号、3号、6号、8号，其中，新3号高炉应用高辐射覆层技术后，经过三年时间的实地跟踪验证，在2015年，高炉的平均风温提高17℃以上，2016年的平均风温提高34℃，到2017年时，平均风温提高了49℃以上。高辐射覆层技术在3号高炉应用的风温对比数据如表1所示。
通过在3号高炉热风炉上的实际应用，年平均节焦达到5921.1吨，平均年的经济效益达到924.88万元，二氧化碳排放量减少14210.6吨，截至到2017年4月，总节焦量达到19717.30吨，合计人民币3079.84万元，二氧化碳总排放量减少47321.52吨。由此可以看出，高辐射覆层技术不仅具有良好的节能效应，而且也经济效益显著。
2.2 在5800m3高炉热风炉中的应用效果
下面以三座5800m3高炉热风炉为例，对实际生产数据进行分析统计。这三座高炉的编号分别为1号、3号、7号，与应用案例1不同的是，这三座高炉热风炉均采用了高辐射覆层节能技术。当高炉投产以后，相关检测机构对高炉热风炉的蓄热量进行了检测，检测结果显示，涂刷节能覆层的格子砖试样蓄热量比没有覆层的格子砖提高了13.35%。测定的煤气量节约率为5.12%，由此可以计算出每年可以节省煤气18810.04万立方米，年经济收益达到1767.54万元。如果按照投产三年的时间计算，煤气总节约量达到56430.12万立方米，经济效益总量为5302.62万元。由此可以看出，高辐射覆层技术无论在中型高炉还是大型高炉中，都能够收到理想的应用价值，对促进钢铁企业经济效益的提升大有裨益[2]。
3 衡量应用效果的检测方法
3.1 热诊断检测法
热诊断检测需要以数据采集间隔时间、高炉热风炉的操作制度以及在试验期间的操作温度作为基准检测依据。检测的内容涉及煤气成分、烟气含量、助燃空气、热风温度、烟气温度等参数。在热诊断计算过程中，技术人员需要结合入炉燃料的化学热量值、物理热量值、助燃空气的物理热量值与冷风带热量值。而热量支出向则涵盖热风带出的热量值、随烟气带出的热量值、燃料在燃烧过程中损失的热量值、被冷却水带出的热量值以及热风炉炉体表面散发的热量值，通过这些已知量可以快速计算出最终的检测结果。
3.2 蓄热量试验
在分析高辐射覆层技术的节能率时，也可以采用蓄热量试验的方法，试验的主要依据是，当高炉热风炉在加热到1200℃后，持续保持加热状态3分钟的时间，可以计算出炉体的蓄热量升高值达到18.30%，由此可以确定蓄热量试验的可行性。首先将对格子砖进行切割取样，在表面涂抹一层厚度为3mm左右的节能覆层，然后将两块大小相同的试样放在同一电炉中进行加热，温度达到1200℃时，将试样冷却，当放热量与吸热量趋于平衡后，测定水温的变化范围，由此就可以计算出试样的不同吸收量值，最后通过计算过程，得出最终的节能效率，即蓄热体的总蓄热量提高16℃以上。
结束语：
通过高辐射覆层节能技术在2580m3高炉热风炉才及5800 m3中实际应用效果可以得出结论，该技术不但具有超强的节能作用，而且二氧化碳等有害气体的排放量也大幅减少，这就减少了对自然生态环境的负面影响，从经济效益角度分析，高辐射覆层节能技术较比普通节能技术相比，经济效益表现出指数级上升态势。因此，钢铁企业应当大力推广使用新型的高辐射覆层节能技术，在提高经济效益的同时，促进企业健康可持续发展。
参考文献：
[1]田凤军，孙传胜，刘常富等.高辐射覆层技术应用研究进展[J].冶金能源，2017，36（z2）：20-22.
[2] 周惠敏，刘常富，杨秀青， 等.高辐射覆层技术研究与应用的最新进展[C].//中国金属学会.第十届中国钢铁年会暨第六届宝钢学术年会论文集.2015：1-8.