黑體技術(shù)在步進梁式加熱爐中的應用研究

摘要：某鋼廠爐卷產(chǎn)線加熱爐內(nèi)熱消耗量平均在1.35 GJ/t左右，隨著品種結(jié)構(gòu)的提升，鋼坯質(zhì)量受爐溫影響更加敏感，而延長爐溫時間將造成額外的能源消耗。為解決該問題，通過在爐膛內(nèi)布置一定數(shù)量的黑體元件對加熱爐進行改造，產(chǎn)線加熱爐的能源損耗顯著降低，節(jié)能率＞5%且鋼坯加熱質(zhì)量得到了較大改善。并針對改造后需要注意的事項提出建議。

關(guān)鍵詞：黑體技術(shù)；加熱爐；節(jié)能

0 引言

日照公司爐卷產(chǎn)線加熱爐為雙蓄熱式燒嘴步進梁式加熱爐[1]，使用高爐煤氣（750（720～780）kcal/Nm3）作為燃料。單爐產(chǎn)量 130萬噸/年。2021年8月為降低加熱爐能耗采用“黑體強化熱輻射”進行節(jié)能改造[2]，主要在爐頂部位安裝黑體，通過增大爐體面積和提高爐襯黑度的方式，強化爐氣與爐襯之間的輻射傳熱[3]，使爐襯內(nèi)表面的溫度升高，從而強化爐襯與鋼坯之間的輻射傳熱。

1 節(jié)能原理

在加熱爐內(nèi)，鋼坯受爐氣以對流和輻射方式傳過來的熱量，主要以接受爐頂，爐墻的輻射熱量，使鋼坯逐漸加熱到所需的溫度。

根據(jù)加熱爐傳熱模型的基礎(chǔ)理論[4]，被加熱板坯所得到的熱流為：

式中：σ為斯忒藩-波爾茲曼常量；TW和TS分別爐襯和鋼坯表面溫度，K；εgws為導來輻射系數(shù)，計算公式為：

ε為黑度；φ為角系數(shù)。下標分別用g-爐氣、w-爐襯、s-鋼坯。

ω為爐圍開展度。

在爐襯溫度、板坯目標溫度及爐氣黑度不變的情況下，提升爐襯黑度及增加爐圍開展度可以提升輻射系數(shù)以達到節(jié)能目的。

提升爐襯黑度及增加爐圍開展度措施就需要黑體強化熱輻射節(jié)能技術(shù)，對熱射線進行有效調(diào)控，提高其加熱爐加熱能力和加熱質(zhì)量，降低能源消耗和鋼坯氧化燒損，從而改善加熱爐多項使用性能。

黑體元件本身不是熱源，而是在熱輻射的傳播過程中起到了強化輻射傳熱中間過程的作用，提高加熱質(zhì)量和效率，達到節(jié)約燃料的目標。

黑體元件對熱量具有高吸收特性，能快速吸收加熱爐內(nèi)散射的輻射能量[5]，逐漸提高自身的溫度；熱輻射體同時又具有高發(fā)射特性，重新發(fā)射熱射線，并且約束熱輻射的發(fā)射方向，縮短了熱輻射傳播的路徑，使輻射熱量直接傳遞到工件上，提高了輻射傳熱效率，加快了傳熱速度。溫度越高，強化輻射效果越強。

2 節(jié)能技術(shù)應用

2.1 加熱爐基本參數(shù)

2.2 黑體施工過程

日照公司爐卷產(chǎn)線利用年修期間，對加熱爐進行了黑體技術(shù)改造。黑體強化熱輻射元件主要安裝部位：①爐頂部分：均熱段、第二加熱段、第一加熱段、預熱前段；②側(cè)墻部分：全部側(cè)墻（水梁上部500 mm至爐頂位置），在爐膛內(nèi)壁增設(shè)黑體元件，不改動加熱爐原有結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)備，并對爐頂承重進行了核算不影響耐材使用安全。避開燒嘴、孔洞及錨固磚的區(qū)域，安裝黑體元件[6]。

主要改造內(nèi)容如下。

1）停爐后對加熱爐爐膛進行清理在爐襯上制作有凸凹粗糙面，以確保黑體元件安裝的順利進行。

2）黑體元件主要安裝在加熱爐爐頂及上側(cè)墻（預熱段及加熱一、加熱二段），考慮到預熱段到加熱段過渡區(qū)域爐頂在預熱段爐頂也同步安裝黑體元件，共計32 259個。

3）燒嘴磚進行保護性處理，并對加熱爐爐墻進行密封性處理，以達到強化爐襯增強氣密性并提高爐襯發(fā)射率的目的。

4）爐頂設(shè)置的黑體元件與爐襯通過高溫膠泥燒結(jié)在一起，在冷態(tài)膠泥未凝固之前，使用陶瓷螺釘暫時固定，待烘爐后高溫膠泥使黑體元件與爐襯燒結(jié)形成整體永久固定，一般情況下不易脫落[7]。

3 實施效果

3.1 直接經(jīng)濟效益（能源效益）

采取縱向?qū)Ρ确绞綔y試改造前煤氣噸鋼單耗A1：（取上一次爐修完成，開始生產(chǎn)第1～3個月數(shù)據(jù)）。改造后煤氣噸鋼單耗A2：（取本項目改造完成后3個月數(shù)據(jù)）。

節(jié)能率=（A1-A2）/A1*100%（A1＞A2）

式中：

A1改造前煤氣噸鋼單耗

A2改造后煤氣噸鋼單耗

節(jié)能率=（1.25 5-1.127）/1.255*100%+（53-68.9）*0.202%=6.95%

通過節(jié)能技術(shù)的改造應用，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)計算分析，節(jié)能率達到6.95%。

3.2 脫落損耗

投產(chǎn)兩年后2023年7月停爐，進入爐膛內(nèi)檢查黑體脫落情況，發(fā)現(xiàn)脫落元件主要集中在高溫段，預熱段幾乎無元件脫落。綜合統(tǒng)計脫落元件約 737 只，脫落率約2.94%，元件脫落部位以膨脹縫區(qū)域居多，黑體元件通過耐高溫膠泥與爐襯連結(jié)，經(jīng)過高溫加熱后高溫膠泥陶瓷化，與爐襯、元件本體形成一體。爐襯與高溫膠泥、高溫膠泥與元件本體均連結(jié)完好，脫落部位為爐襯本身脫落導致。

4 結(jié)論

（1）通過采用黑體技術(shù)對爐卷產(chǎn)線加熱爐進行改造，可有效提高能源利用率，減少碳排放，給應用單位帶來顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，經(jīng)統(tǒng)計測算，資源節(jié)能率可達6.95%，年節(jié)能率在5%以上。

（2）經(jīng)現(xiàn)場應用統(tǒng)計，黑體元件脫落部位主要以膨脹縫區(qū)域為主，高溫加熱后，爐襯、高溫膠泥與元件本體均連結(jié)完好，脫落部位為爐襯本身脫落導致。

參考文獻

［1］ 吳永紅. 步進梁式加熱爐燃耗的理論分析［J］. 工業(yè)爐，2022，44（6）：51-55.

［2］ 陳軍. 加熱爐強化熱輻射技術(shù)的實踐［J］. 設(shè)備管理與維修，2017（5）：150.

［3］ 黃小春，胡明輔，董福生. 工業(yè)加熱爐輻射傳熱節(jié)能方法與發(fā)展趨勢［J］. 節(jié)能技術(shù)，2013，31（3）：234-238.

［4］ 張寶玉.加熱爐綜合節(jié)能技術(shù)應用探討［J］.石油石化節(jié)能，2018，8（09）：27-30，9.

［5］ 丁雪，黃學文.節(jié)能涂料在加熱爐上的應用［J］.石油石化綠色低碳，2022，7（03）：30-33+58.

［6］ 甘志濤，沈偉東，鄭團星，等.黑體技術(shù)在高速線材加熱爐的應用［J］.南方金屬，2020，（06）：50-51+55.

［7］ 梁林，文旭林，覃寶騰.柳鋼棒線型材廠加熱爐黑體節(jié)能技術(shù)應用實踐［J］.冶金能源，2020，39（03）：3-6.