摘要对热风炉高温区格子砖的表层涂覆高辐射材料——高温远红外节能涂料提高风温的工作原理、实验室试验及工业应用效果进行了总结分析。实验表明，格子砖表层涂覆高温远红外节能涂料可以增加热风炉格子砖在燃烧期的吸热量和在送风期的放热量，有利于提高热风炉的蓄热能力。高炉应用实践表明，可提高风温28～58 ℃。
关键词高炉热风炉格子砖风温高辐射覆层
引言
提高风温是高炉强化冶炼的关键技术。如何提高风温，常用的办法是混烧高热值煤气，或增加热风炉格子砖的换热面积，或改变格子砖的材质、密度，或改变蓄热体的形状(如蓄热球)，以及通过种种方法将煤气和助燃空气预热。而采用山东慧敏科技开发有限公司研制生产的高辐射材料——“杰能王”微纳米高温远红外节能涂料(系发明专利，专利号：ZL 2003 1 0114615．9，以下简称“杰能王”)则可另辟溪径，即在不改变热风炉内格子砖(或蓄热球)的材质、质量与表面积的前提下，在热风炉高温区格子砖(或蓄热球)的表层涂覆“杰能王”，可以增加热风炉格子砖在燃烧期的吸热速度和吸热量、在送风期的放热速度和放热量，提高热风炉的蓄热能力，从而提高热风温度。
1工作原理
格子砖是热风炉内的热交换体，它作为高温热量的载体，在热风炉燃烧期内吸收或储存热量，然后在送风期内放出热量加热鼓风。这就要求格子砖不仅具有良好的蓄热性能，而且还应具有足够强的热交换能力。
“杰能王”是由优质的抗氧化物质经超细化处理制得的发射率达0．9以上的高辐射材料，将此材料涂覆于经表面处理后的格子砖表层，可使格子砖的发射率由0．6—0．8提高到0．9以上，即涂覆“杰能王”后的格子砖的发射率比未涂覆的格子砖的发射率可提高16．25％以上。由基尔霍夫定律得知，吸收率和发射率相等，因此涂覆了“杰能王”的格子砖的吸收率也达到0．9。所以，格子砖涂覆“杰能王”后，热交换能力提高。
由于高温区的格子砖涂覆了“杰能王”后发射出来的热波长为1～5μm，极易被未涂覆“杰能王”的格子砖吸收。下部的格子砖蓄热速度和蓄热量也大大增加，进而提高了整座热风炉的蓄热能力。
3实验室试验
3．1传热能力试验
为验证“杰能王”涂覆于热风炉格子砖表面后，是否增大格子砖在燃烧期和送风期的传热能力，慧敏科技和山东省冶金设计院、山东耐火材料总公司研究所合作进行了涂覆“杰能王”与未涂覆“杰能王”的蓄热体内部温度趋势试验。
(1)实验装置与测试方法。实验装置与测试方法如图l所示，取一块蓄热材料制成的砖等分为二，一半在内表面和四周涂覆“杰能王”涂料，另一半不涂，钻同等深度的盲孔，将热电偶插入盲孔顶端，用数显测温表记录各自的温度数值。
(2)试验结果与分析。涂覆“杰能王”与未涂覆“杰能王”的蓄热体内部温度，在升温过程中的温度变化趋势曲线如图2所示，在降温过程中的温度变化趋势曲线如图3所示。由图2、图3可知，在升温过程中，试样到达同一温度的时间，有涂料试样一直要短于无涂料试样；在降温过程中，试样到达同一温度的时间有涂料试样也一直要短于无涂料试样。换句话说就是，在升温过程中，在相同的时间内有涂料试样的温度一直要高于无涂料试样的温度；在降温过程中，在相同的时间内有涂料试样的温度一直要低于无涂料试样的温度。实验表明，涂覆“杰能王”可以增加热风炉格子砖在燃烧期的吸热量和在送风期的放热量，有利于提高热风炉的蓄热能力，进而提高热风温度。
3．2 蓄热能力试验
鞍山钢铁集团公司技术中心对涂覆“杰能王”与未涂覆“杰能王”的蓄热体进行了蓄热能力试验。
(1)涂料试样和非涂料试样在中温(600℃)的状态下的蓄热能力。
①试验方法。将涂覆“杰能王”与未涂覆“杰能王”两个相同材质、相同尺寸的圆柱形试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。
②试验设备。箱式电阻炉、量筒、温度计。
③试验过程。(a)在同一格子砖上切取Ø50mm×90mm的试样两块，其中一块不做任何处理，标定为试样1；另一块涂节能涂料，标定为试样2。(b)待试样完全干燥后称重，试样1质量m1=379 g；试样2质量m2=387．25 g。(c)取两只最大量程为1000ml的量简，加入600ml的水，测出水的初始温度，te=22℃。(d)将箱式炉的炉温升至350 ℃。(e)将两试样并行同时放入箱式炉内，控制炉温快速升至600℃，并记录升温时间为22min。(f)同时取出试样分别加入盛水的量筒中，每间隔1min记录一次温度。(g)一次试验结束。
为消除炉内温度不均对最终结果造成的影响将两块试样干燥后，换位置重新放在炉内，依以上方法重复做二次试验。
④试验结果分析见表1。
通过查表求出不同温度下水的比热：
te=22℃，ce=4．1809 kJ／(kg·℃)
t 终=74℃，c终=4．1956 kJ／(kg·℃)
Q样=Q水=m水(c终t终一cete)=0．131 1(kJ)
q样1=Q样／m样=0．3457(kJ／kg)
同理q样2=0．4177 kJ／kg，g样l’=0．285 7 kJ／kg，
q样2′=0．2763 kJ／kg
则q样1=(q样1+q样l′)／2=0．315 6(kJ／kg)
q样2=(g样2+g样2’)／2=0．3470(kJ／kg)
蓄热量提高率：
τ=( q样2一q样2′)／q样1×100％=9．93％
(2)涂料试样和非涂料试样在高温(1 200℃)状态下的蓄热能力。
①试验方法、设备、过程同上，炉膛温度为
1200℃。
②试验结果及分析见表2。
通过查表求出不同温度下水的比热：
te=22℃，ce=4.1809 kJ／(kg·℃)
t终=58℃，c终=4．1835 kJ／(kg·℃)
Q样=Q水=m水(c终t终一cete)=0．241 1(kJ)
q样1=Q样／m样=0．6377(kJ／kg)
同理q样2=0．788 0 kJ／kg，q样1’=0．787 3 kJ／kg，
q样2′=0．8980kJ／kg
则q样1=(q样l+q样1’)／2=0．7125(kJ／kg)
q样2=(q样2+q样2’)／2=0．8430(kJ／kg)
蓄热量提高率：
τ=(q样2一q样1)／q样1×100％=18．30％，
4涂料附着性试验
(1)试验目的。考虑到格子砖在热风炉中特殊的工作过程：反复交替进行着蓄热和放热循环，格子砖在热风炉内应长期使用不开裂或脱落。
(2)试验方法。将试样用箱式电阻炉加热至1000℃，出炉水冷5 min。不经过干燥直接加热、冷却，重复试验20次。
(3)试验结果。通过20次加热、冷却试验后，试样基体产生裂纹，而涂料没有涂层脱落的现象，表明其附着性能在基体产生裂纹时依然良好。
在试验过程中未发现节能涂料对设备、工艺、环境和安全等发生负面影响，长期使用效果稳定。
5工业应用情况
5．1 在济钢1750m3高炉上的应用
(1)涂覆“杰能王”状况。济钢一炼铁厂1号、2号、3号1750 m3高炉设计采用的均是卡鲁金顶燃式热风炉，其中1号高炉的3座热风炉未使用“杰能王”；2号高炉的l号热风炉格子砖未涂“杰能王”，2号热风炉的上部30层硅质格子砖和拱顶表面涂覆了“杰能王”；3号高炉的3座热风炉上部30层硅质格子砖和拱顶表面均涂覆了“杰能王”。
(2)2号1750m3高炉1号、2号热风炉格子砖过渡区的温度变化趋势。2号高炉1、2号热风炉格子砖过渡区同期的温度变化趋势分别如图4、图5所示。图4中1号热风炉格子砖过渡区的温度在加热阶段升温缓慢，曲线斜率小，升温幅度小，这表明吸热速度慢，蓄热量小；而图5中2号热风炉格子砖过渡区的温度在加热阶段升温快，曲线斜率大，升温幅度大，这表明吸热速度快，蓄热量大。
(3)1号与3号1750m3高炉的送风混前温度比较。在同等工况下，采取1号与3号1750m3高炉的送风混前温度(如图6所示)和煤气流量3天数据进行对比：1号高炉平均为1195℃，3号高炉平均为1223 ℃，涂覆了“杰能王”的3号高炉热风炉比未涂覆“杰能王”1号高炉热风炉的送风混前温度高28℃；煤气流量1号高炉平均为55780．93m3／h，3号高炉平均为50171．63m3／h，涂覆了“杰能王”的3号高炉热风炉比未涂覆“杰能王”l号高炉热风炉煤气消耗量降低10．05％。
5．2济钢350m3高炉上的应用
山东球墨铸管有限公司是济钢的子公司(原第三炼铁厂)有2座350m3高炉，热风炉的结构完全一样。1号高炉的3座热风炉未使用“杰能王”节能涂料，2号高炉的3座热风炉均在上部68层红柱石格子砖表面涂覆了“杰能王”节能涂料。投产后对2座高炉的热风炉进行了数据统计，其混前风温曲线如图7所示。2号高炉的3座热风炉比1号高炉的3座热风炉混前温度平均提高58℃，从混风前送风温度曲线看，2号高炉热风炉风温波动小于1号高炉热风炉。热风炉的操作者明显感到，2号高炉熟风炉好烧，送风波动小，稳定性好。
5．3邯钢300m3高炉上的应用
邯钢300 m3高炉3号热风炉大修时在上60层格子砖表面涂覆了“杰能王”节能涂料。据《邯钢报》报道，热风炉风温由大修前的910℃提高到大修后的980℃，风温提高了70℃，降低焦比12kg/t。由于风温的提高，还使高炉炉况稳定、易操作，对增加生矿配比、提高煤比，都起到了积极作用，可使吨铁成本降低9元。
6结语
在热风炉的高温区采用表面涂覆“杰能王”微纳米高温远红外节能涂料的格子砖，可大大提高格子砖的吸热能力和放热能力，增加热风炉格子砖在燃烧期的吸热速度和吸热量、在送风期的放热速度和放热量，提高热风炉的蓄热能力，提高热风温度，同时减少煤气用量，从而达到高效节能的目的。
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