热风炉蓄热体表面高辐射率涂层的开发.doc

高炉热风炉蓄热体微纳米节能涂层技术的及应用 Development and applications of micron-nanometer energy saving coating technology on heat retainer in hot blast stove （山东慧敏科技开发有限公司北京科技大学冶金与生态工程学院） 摘要：采用超细化技术制备出微纳米涂料，并在高炉热风炉蓄热体表面成功制备出微纳米节能涂层。分析和检测结果表明，涂层的发射率达到0.90，涂层厚度约为270μm。涂层与基体间有3mm左右渗透区，这保证了涂层与基体间的良好的粘结性能和优异的抗剥落能力。实验室实验结果表明，涂层能显著提高格子砖蓄、放热能力；1750m3高炉热风炉上的应用结果表明涂层能使热风温度平均提高28℃，并减小送风混前温度的波动。涂层提高风温和节能的机理是高发射率微纳米涂层大幅度提高强化了气-固相间的辐射传热，提高了炉子的热效率，从而缩短格子砖蓄热时间、提高热风温度和降低燃料消耗。 关键词：热风炉，格子砖，高发射率涂层，高风温 Keywords: hot blast stove; checker brick; high emissivity coating; high blast temperature 1引言Introduction 在高炉生产中，高风温操作是炼铁工作者追求的目标。国内外在提高热风炉风温的研究方面多集中在炉衬选材和结构设计、蓄热材料的材质和几何形状和采用高热值燃料等方面[1,2]。此外，也有通过改变格子砖的表面积，添加高效蓄、放热填充料等方法，提高蓄热材料的蓄热和放热效率的研究。但少有报道在热风炉蓄热材料表面制备高辐射涂层，以提高蓄热体的蓄、放热效率，从而提高热风温度，降低燃料消耗。 高温高发射率涂料问世以来，其节能效果引起了世界范围的重视，典型产品有英国CRC公司的ET-4型红外涂料[3,4]、美国CRC公司的C-10A、SBE涂料[5]、欧澳多国联营的Encoat红外辐射涂料[6,7]等。我国也有十几家企业和单位对高温节能涂料进行研究和开发[8,9]。国内研制的红外节能涂料也有一些产品应用于各种炉窑及加热元件上，并取得了一定的经济和社会效益。本文将微纳米高发射率节能涂料应用到高炉热风炉蓄热体表面，采用超细化技术制备出微纳米涂料，检测并分析了涂料与涂层的主要性能和微观结构，给出了高炉热风炉蓄热体表面制备高发射率微纳米节能涂层的技术。用实验室实验和钢铁厂热风炉上的实际应用结果分析了高炉热风炉蓄热体微纳米节能涂层应用效果。 2涂层的制备及实验方法Coatings and experimental procedures 涂料由高发射率基料、悬浮剂和粘合剂等组成，主要组分比例见表1。高发射率粉体基料主要成份为氧化锆、氧化铬、碳化硅、氧化铁、棕刚玉、钛白粉、耐火粘土和膨润土。将上述各组分按配比称重、混合后，采用超细化处理工艺，使基料颗粒达到微纳米级，获得微纳米涂料基料。 表1 涂料主要组分比例 组分 耐火粉料 增黑剂 烧结剂 粘合剂 悬浮剂 比例，% 30～40 10～20 2～3 1～3 30～50 将涂料与已制备的无机树脂混合，并加入热塑性高聚合物及少量的表面活性剂，通过高速机械搅拌，制成粘稠的流体，即获得高发射率节能涂料。热风炉蓄热体表面涂层的制备流程如下：蓄热体（格子砖或蓄热球）→吹风→喷处理液→浸泡涂料→阴干→高温自烧结固化。本研究对热风炉格子砖所用的硅砖进行涂覆，涂层厚度控制在250μm左右。 将制备好的硅砖试样（φ36×80mm）后分别在100、1000和1300℃下烧结1小时，用辐射率测试仪对烧结涂层进行发射率检测；用岩相显微镜对涂层的表面和界面进行微观分析，以反映涂料与砖体的结合情况和附着性性能。将试样加热至1000℃保温20min，出炉水冷5min后，再放入炉内加热至1000℃保温20min，如此循环，以涂层出现开裂或脱落时所经历的循环次数来衡量试样的耐急冷急热性能。 3结果与讨论 3.1涂层的主要性能Properties of coating 表2是1#、2#、3#样发射率的检测结果和1#样的其它相关指标的检测结果。从表中可知，涂层经100、1000和1300℃下烧结1小时均有0.90以上的发射率，其中1300℃煅烧后的涂层达到0.92。这说明涂层能在高温条件下保持良好的发射率。 表2 涂层的主要性能指标 样品 发射率（ε） 耐火度，℃ 热膨胀系数，/℃ 线膨胀率，％ 导热系数，W/m·K 1#样（100℃×1h） 0.90 1810 9.7×10-6 1.125 0.977 2#样（1000℃×1h） 0.90 - - - - 3#样（1300℃×1h） 0.92 - - - - 3.