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高辐射覆层技术在日钢球式热风炉中的应用

吕定建1，孙传胜2，耿 磊1，范兴新1，郑成旭2

（1 日照钢铁控股集团有限公司，山东 日照 276806；2 山东慧敏科技开发有限公司，山东 济南 250100）

摘 要：日钢炼铁厂在2#、5#、7#、8#高炉热风炉改造中应用高辐射覆层技术，热风炉正常运行1 a后的数据统计表明，5#高炉2#热风炉烧炉时间节省4.34 min，即节约煤气量3.34%，送风拱顶温度提高了49.20 ℃，送风终了拱顶温度提高了53.86 ℃；2#、7#、8#高炉的11座热风炉在风温提高16 ℃的情况下，高炉外供总煤气量仍增加0.55%，年效益为1 512.6万元。

关 键 词：高炉；球式热风炉；高辐射覆层技术；煤气量

1 前 言

高辐射覆层技术是一项通过在冶金炉窑蓄热体表面涂覆一层高辐射率材料，提高炉窑热效率，减少能源消耗和废气排放，保护耐火材料，延长炉窑寿命的节能降耗新技术。球式热风炉应用高辐射覆层技术，通过在热风炉上部高温区蓄热球（实球）喷涂纳微米高温红外节能涂料，提高其辐射换热效率，达到提高蓄热能力和风温、延长送风时间、节约煤气的目的。涂覆高辐射覆层后，蓄热球的力学性能改善，同时由于蓄热球表面被致密的膜层覆盖，可阻止有害气体对基体的侵害，防止蓄热球渣化，提高热风炉的使用寿命。日钢炼铁厂于2010年、2011年在2#、5#、7#、8#高炉热风炉节能改造中应用高辐射覆层技术，并对高辐射覆层的应用效果进行了跟踪分析。

2 高辐射覆层技术的应用

2.1 高辐射覆层技术的试用

2010年5月9～18日，日钢5#高炉2#热风炉利用中修换球机会试用高辐射覆层技术并进行覆层涂覆。5月20～24日1#热风炉换球。5月25日起，对1#、2#热风炉的烧炉、送风参数进行统计，2个月的统计结果见表1。

由表1可知，烧炉期，达到同样的拱顶温度，2#热风炉烧炉时间缩短了4.52 min，终了烟道温度提高了35.19 ℃；送风期，拱顶初温基本相同，送风结束时拱顶温度2#热风炉比1#热风炉高37.97 ℃，送风时间延长了2.79 min，平均风温提高了2.86 ℃。说明高辐射材料具有吸热快、放热快的特点。日钢高炉送风系统（设计要求热风温度≤1 200℃）风温基本稳定在1 190 ℃左右（高炉全用风温，通过热风炉烧炉来控制风温上限），高炉生产烧炉制度为双烧双送制。考虑煤气压力、送风时间、风温的影响，为更加客观地反映高辐射覆层的节能效果，对烧炉时间进行了校核。校核后1#热风炉烧炉时间为 109.35 min，2#热风炉烧炉时间为 101.80min。与1#热风炉相比，应用高辐射覆层技术的2#热风炉烧炉时间缩短6.91%，即节约煤气量为6.91%（节约煤气量的实质就是单位蓄热量提高的结果，单位蓄热量提高后，达到同样的热风温度，需要燃烧的煤气量就会减少），达到了试用签订技术协议节约煤气量5%的目标。

2.2 高辐射覆层技术的推广应用

2011年3月10～5月29日，利用7#、8#高炉热风炉中修换球机会对直径为60 mm的耐火球进行了覆层涂覆，换球用时共计81 d，8座热风炉有覆层耐火球重量为1 609.54 t；2011年4月3～29日，利用2#高炉热风炉中修换球机会对直径为60 mm的耐火球进行了覆层涂覆，换球用时共计26 d，3座热风炉有覆层耐火球重量为441.3 t。合计共11座热风炉采用了高辐射覆层技术。在推广使用过程中为保证达到试用时的效果，提出了采用单位蓄热量提高8%以上（或节省煤气量5%以上）作为效果评价依据。由于是推广使用，同一座高炉的热风炉均采用覆层技术，无法用试验时的方法对节能效果进行评价，所以，2#、7#、8#高炉热风炉的应用效果只能从煤气总量变化进行分析。

2011年1～7月原料相对稳定，1、2月综合入炉品位平均为 52.12%，6、7 月综合入炉品位平均为52.40%。3～5月为2#、7#、8#高炉热风炉集中换球时间，不纳入计算，计算覆层后节约煤气量以1月、2月平均为基准，6月、7月平均为换球后外供煤气量，对比二者的变化情况进行覆层后节约煤气量计算。各项指标见表2。

考虑到燃料比、风温、高炉煤气发热值的影响，6月、7月按1月、2月指标变化折合后，外供煤气量比例变化差值应为覆层节能效果。

外供总煤气折合后比例为：54.40%×546÷552×1 182÷1 166×738.65÷744.04=54.15%。即6月、7月在风温提高16 ℃的情况下，外供总煤气量比例增加0.55%（54.15%-53.60%）。

3 高辐射覆层技术应用效果效益分析

3.1 高辐射覆层耐火球蓄热效率分析

2011年6月，对高辐射覆层耐火球蓄热量进行了检测，为保证检测结果的准确性，客观反映高辐射覆层耐火球的蓄热效果，检测前日钢各主管部室、炼铁厂与厂家技术人员共同制定了试验标准。本次检测共测试了15组样品，测试条件为1 300 ℃×3 min。在相同的测试条件下，放入初温均为24 ℃的水中，测试的15组样品的平均数据见表3。测试样品平均终点温度有覆层的耐火球较无覆层的耐火球高12.1 ℃，单位蓄热量有覆层的耐火球较无覆层的耐火球提高42.96%。

2#、7#、8#高炉热风炉采用高辐射覆层技术后，烧炉制度的变化也能间接反映出节能效果。同样的热风温度，在煤气压力基本不变的条件下，烧炉主要变化有：1）原煤气调节阀原开度在90%～100%进行烧炉，采用高辐射覆层技术后调节阀开度在50%～60%；2）原采用三烧一送烧炉制度，采用高辐射覆层技术后采用两烧两送制度。因此，从耐火球单位蓄热量提高和烧炉变化可看出，采用高辐射覆层后高炉自用煤气量减少，外供煤气量明显增加。

3.2 5#高炉2#热风炉节能效益分析［1］

3.2.1 试用节能效益分析

5#高炉2#热风炉应用高辐射覆层技术后，2010年5～7月产生煤气量为1 700 m3/t，高炉利用系数为3.19 t（/d·m3），自用煤气比例为45%。5#高炉共有4座热风炉，按照实际生产计算，2#热风炉节约煤气25 294.2 m3。节约的煤气用于发电，按2010年5～7月平均4 m3煤气发电1 kW·h、电价为0.5元（/kW·h）计算，产生效益为3 161.7元。覆层成本为38.17万元，换球周期按2.5 a计算，年成本为15.27万元。扣除成本后，5#高炉2#热风炉预计年效益为100.13万元。

3.2.2 中期运行节能效益分析

由于耐火球随生产推进蓄热量逐步降低，为保持同样风温需要消耗的煤气量也会相应增加，因此，中后期效果评价分节约煤气产生效益和风温提高后降低焦比产生效益2部分进行。经过统计4个月的现场生产数据，在烧炉期，达到同样的烟道温度，2#热风炉烧炉时间缩短了1.5min，送风拱顶温度提高了49.20 ℃；在送风期，2#热风炉送风时间延长了1.08 min，送风结束时拱顶温度提高了53.86 ℃，平均风温提高了4.60 ℃。

1）节约煤气效益。考虑煤气压力、送风时间、风温的影响，用试验时同样的方法对烧炉时间进行了校核。校核后1#热风炉烧炉时间为130.01 min，2#热风炉（加覆层）烧炉时间为125.68 min，烧结时间缩短3.34%，即节约煤气量3.34%。2011年6～9月5#高炉产量为242 622.83 t，入炉净焦价格为1 860元/（t干基不含税），降低焦比为1.97 kg/t，按照1～7月统计分析数据，平均吨铁煤气量为1 718 m3/t，热风炉自用煤气比例为45.51%，自备电厂发电为3.93 m3（/kW·h），每1 kW·h电净利润按0.526 3元计算，发电效益为84.85万元。

2）风温提高降低焦比效益。由于热风炉采取两烧两送或三烧一送烧炉制度来保高炉风温稳定在1 180 ℃以上。为客观分析两热风炉的差距，根据炼铁经验，若按单炉送风（全用风温情况下），风温差按拱顶温度差的50%计算，100 ℃风温影响焦比8 kg/t。按此计算，5#高炉2#热风炉（风温全用）降低焦比为1.97 kg/t，则降焦效益为88.12万元。因此，5#高炉2#热风炉运行4个月后的中期合计效益为172.97万元，扣除成本后效益为166.87万元。

从计算可知，高辐射覆层技术随着生产推进，外供煤气量逐步降低，而降低的煤气量主要用于提高高炉风温，使风温稳定在较高水平。因此，从总体效果看节能效果并没有降低，而是逐步升高，也说明节约的煤气用于提高高炉风温从而降低焦比产生的效益要远大于用于发电产生的效益。从中期运行后的拱顶温度看，与刚换完球时基本一致，肯定会延长热风炉耐火球的使用寿命，随之也会产生更大的效益。

3.3 2#、7#、8#高炉热风炉节能效益分析

2011年2#、7#、8#高炉热风炉耐火球运用高辐射覆层技术后，通过数据对比分析，在风温提高16 ℃的情况下，外供煤气总量仍提高了0.55%。2011年6月、7月的高炉煤气总量为388 771.4万m3，2#、7#、8#高炉热风炉耐火球覆层成本为50.37万元。按照2011年上半年每3.93 m3煤气发电1 kW·h、每1 kW·h电净利润0.526 3元计算，换球周期为2.5a，6月、7月的经济效益为252.8万元，11座热风炉年效益为1 512.6万元。

到2012年6月份，日钢共有14座高炉的47座热风炉采用高辐射覆层技术投入生产（日钢目前有16座高炉，共 63 座热风炉），预计年效益为 8 900 万元。计划在2012年换球的所有热风炉上应用高辐射覆层技术。

4 结 论

4.1 高辐射覆层技术改善了蓄热球的热工性能，同时覆层隔绝了高温烟气与蓄热球体的接触，因此既能增加热风炉蓄热球在燃烧期的吸热量和送风期的放热量，提高热风炉蓄热球的蓄热能力，同时也避免了因烟气与蓄热球接触而产生的蓄热球渣化，延长了蓄热体的使用寿命。

4.2 5#高炉2#热风炉应用高辐射覆层技术后，在达到同样的热风温度前提下，试用期间，烧炉时间节省了7.55 min，即节约煤气量6.91%；正常使用时，烧炉时间节省了4.34 min，即节约煤气量3.34%。送风拱顶温度提高了49.20 ℃，送风终了拱顶温度提高了53.86 ℃。高辐射覆层技术提高了高炉风温、热风炉工作效率和热效率。

4.3 2#、7#、8#高炉的11座热风炉采用高辐射覆层后，在风温提高16 ℃的情况下，高炉外供总煤气量仍增加0.55%，由此产生的年效益为1 512.6万元。采用高辐射覆层的各高炉热风炉效果稳定，生产中未发现覆层产生裂纹和脱落现象，同时也未发现对热风炉及煤气管网系统产生不利影响，设备运行良好。

4.4 高辐射覆层技术降低了日钢各高炉热风炉的煤气消耗，节约的煤气全部用于发电，提高了发电量，节能效益明显。

参 考 文 献：

［1］   周惠敏，张瑞堂，李丙来，等.高辐射覆层技术在济钢高炉热风炉上的应用［J］.山东冶金，2011（3）：18-19，21.