國家重點節能的高輻射覆層技術應用

周惠敏

1.技術簡介

根據基爾霍夫定律，材料的吸收率（又稱黑度）與發射率相等。高輻射覆層技術集高發射率技術、超細粉技術、表面處理技術、特制高溫膠、覆層結構等于一體，強化了輻射傳熱技術，在覆層材料涂覆前對耐材基體進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；利用超細粉技術，涂料粒度達到納微米級，充填了耐材基體開口氣孔，覆層與基體形成滲態結合，使得耐材基體的各項物理力學性能均有改善，對提高爐窯的使用性能和壽命極為有利。

高輻射覆層技術是山東慧敏科技開發有限公司在2003年自主研發的具有自主知識產權的節能減排技術，根據高發射率材料的物理特性和煉鐵熱風爐與焦爐及軋鋼加熱爐的工作原理，利用高發射率材料高吸收、高輻射的特點，將自行研發的納微米高輻射覆層節能涂料，涂覆于復雜結構的熱風爐與焦爐及軋鋼加熱爐的蓄熱體表面及燃燒室內壁，提高蓄熱體和燃燒室立火道表面的發射率，強化高溫環境下固體表面與氣體間的輻射傳熱，提高其熱交換效率，以達到節能減排之目的。

高輻射覆層技術在高爐熱風爐和焦爐上的應用示范，已列入國家“十二五”科技支撐計劃，2013年又列入國家發改委發布的國家重點節能技術推廣目錄。工信部發布的行業標準《高輻射覆層蓄熱量的測定與計算方法》規范了蓄熱體蓄熱量的測定方法，于2014年7月1日實施。國家質監總局、國家標準化委員會發布的國家標準《高爐用高風溫頂燃式熱風爐節能技術規范》，建議在頂燃式熱風爐蓄熱室高溫段采用高輻射覆層技術，于2014年6月15日實施。

山東慧敏科技開發有限公司通過與首鋼技術研究院鋼鐵技術研究所等單位合作，對64組涂覆節能涂料的硅磚、高鋁磚及蓄熱球耐材試樣進行蓄熱量實驗，結果表明：涂覆節能涂料后耐材蓄熱能力提高，蓄熱量平均提高16.7%。表1是與冶金工業工程質量監督總站檢測中心等單位合作，對涂覆節能涂料的硅磚、高鋁磚及蓄熱球耐材試樣進行269組物理性能實驗取得的數據及平均數值。

2.工業應用

高輻射覆層技術已成功應用于首鋼京唐（曹妃甸）、鞍鋼、沙鋼、濟鋼、日鋼、包鋼等國內60余家鋼鐵企業及ArcelorMittal的加拿大Dofasco廠、波蘭SA克拉科夫項目的350座高爐熱風爐、3座焦爐及106座（次）軋鋼加熱爐。實驗室試驗和工業應用數據表明：高輻射覆層技術在熱風爐應用，蓄熱量提高10%以上，平均提高風溫10℃以上，或延長送風時間10%以上，節能5%以上；在焦爐上應用節能3%以上；在軋鋼加熱爐上應用節能3%以上。

2.1 高爐熱風爐應用高輻射覆層技術

涂覆部位：高輻射覆層技術應用在高爐熱風爐，將節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→晾干或烘爐時自燒結固化。

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

2.2 焦爐應用高輻射覆層技術

涂覆部位：在焦爐上應用高輻射覆層技術，將節能涂料涂覆于立火道內壁及蓄熱室上部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→晾干或烘爐時自燒結固化。

作用機理：節能涂料用于焦爐立火道與炭化室隔墻時，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，加強了燃燒室與炭化室的熱傳導，可使標準火道溫度下降，且縮短結焦時間。用于立火道與立火道的隔墻時，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 軋鋼加熱爐應用部位作用機理

涂覆部位：高輻射覆層技術應用在軋鋼加熱爐，是將節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→晾干或烘爐時自燒結固化。

作用機理：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傳遞的熱量會改變為1μm-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.應用案例

案例1：2005年2月濟鋼新建的2#1750m3高爐的2#熱風爐、2005年5月3#高爐的3座熱風爐、2009年4#3200m3高爐的3座熱風爐均采用了高輻射覆層技術。經雙方統計檢測，3#1750m3高爐熱風爐與沒有采用該技術的1#高爐進行比較，應用4年平均風溫提高19.1℃；4#3200m3高爐對格子磚進行了蓄熱量對比檢測，檢測結果表明：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高爐應用了高輻射覆層技術，與未應用該技術的相同爐型、尺寸相當的熱風爐相比，鞍鋼新5#高爐熱風溫度提高23℃，煙氣溫度降低24℃，系統熱效率提高4.62%。

案例3：2009年5月，在首鋼京唐（曹妃甸）2#5500m3高爐，4座熱風爐2座預熱爐上應用了高輻射覆層技術。 2012年，京唐煉鐵部在兩座高爐都運行穩定的情況下，對1-10月煤氣用量進行統計，2#高爐比1#高爐節約煤氣7.29%。

案例4：日照鋼鐵控股集團有限公司所有高爐熱風爐（球爐）全部應用該技術。2011年8月，日鋼組織技術中心，第一煉鐵廠、第二煉鐵廠、能源管控中心、質量檢查部等部門對2#、7#、8#高爐熱風爐應用高輻射覆層技術效果進行聯合鑒定，通過數據采集統計，得出使用高輻射覆層技術后，煤氣節約量達到7.38%。

案例5：2009年5月，山東鋼鐵集團濟鋼焦化廠新建8#、9#焦爐時，8#焦爐采用了高輻射覆層技術。投產后，進行了檢測，結果表明：8#焦爐比9#焦爐焦餅中心溫度提高63℃，漏氣率降低0.6%，煉焦耗熱量降低了121.8KJ/kg濕煤，提高了兩個等級，節約煤氣量575.2m3/h，節能率達到 5%。2013年1-4月生產實測數據表明：8#焦爐比9#焦爐節約焦爐煤氣量477.5m3/h，節能率達到3.6%。

案例6：截至目前，高輻射覆層技術已在106座（次）軋鋼加熱爐應用，經統計，平均節能7.42%。

4.結論

高輻射覆層技術在高爐熱風爐上應用后的數據統計，截至2013年底，累計實現節約焦炭147.27萬噸（折合標準煤143萬噸），減少二氧化碳排放353.5萬噸，節能效果顯著。

全國目前有高爐熱風爐4000余座，焦爐約3000座，如該技術推廣面為20%，每年可節約高爐煤氣約50億m3，可節約焦爐煤氣約4億m3，高輻射覆層技術將為鋼鐵冶金行業形成年節能能力89萬噸標準煤，減排二氧化碳221萬噸/年。