维普资讯 http://www.cqvip.com 技术交流 工业加热》第３６卷２００７年第１期 高黑度复合型炉衬与节能 李宪营 ，张志刚 ， Ｉ、素梅。，焦 （１．青岛钢铁集团公司炉窑管理中心，山东青岛２６６０４３；２．酒泉钢铁公司高线厂，甘肃嘉峪关７３５１００；３．长治钢铁公司 轧钢厂，山西长治４０６０３１；４．青岛钢铁集团公司 轧钢厂，山东青岛２６６０４３） 摘要：分析了高黑度复合型炉衬在以辐射传热为主的高温火焰炉中的节能原理。 关键词：工业炉：加热炉；炉衬；黑度 中图分类号：ＴＦ０６３．４； 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００２－１６３９（２００７）０１－００６５－０２ Ｈｉｇｈ Ｂｌａｃｋｎｅｓｓ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｆｕｒｎａｃｅ Ｌｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓａｖｉｎｇ ＬＩ Ｘｉａｎ－Ｙｉｎｇ’，ＺＨＡＮＧ Ｚｈｉ－ｇａｎ ，ＢＵ Ｓｕ－ｍｅｉ ，ＪＩＡＯ Ｙｉｎ４ 在各种工业炉中，当炉温超过３００℃时红外辐射传 ｌ 工业炉节能和提高加热能力的常规方法 热即占到总能量传递的９０％以上…，由此可见，提高炉衬 （１）加强炉顶及外部保温，并使用低热容、低热传 辐射率是提高加热能力和节省能源的主要途径之一。由 于高黑度原料大都是体密大、导热快、价格高的产品，所 导系数的炉衬材料以达到炉体保温的目的，减少炉体热 以传统产品出于对导热系数、容重、热容、价格等因素 量的散失； 的考虑，而放弃了对材料黑度的考虑和追求，从而导致 （２）提高常规加热炉的换热器效率，尽可能回收利 这些传统材料（耐火砖、耐火混凝土、耐火可塑料等）的 用烟气排放的热量； 黑度值都很低，在长期使用中浪费了大量能源。近年来， （３）采用蓄热式热量回收装置的工业炉可以节省能 随着能源供应日趋紧张和钢铁产量的不断攀升，国内外 源，但对提高加热能力的影响不大； 工业炉行业为达到节省能源消耗和改善工件加热质量，对 （４）增加炉膛面积可以提高加热能力，但增加了工 提高炉膛黑度（全发射率）产生了很大兴趣，开发了许 业炉的散热面积，对节能不利。 多旨在提高炉膛高温黑度的产品，这里介绍的高黑度复 （５）涂刷高黑度涂料或者加挂高黑度挂件，以达到 合型炉衬就是利用高黑度复合型可塑料料坯的特殊结构， 提高炉衬黑度（全发射率）降低烟气排放温度的目的，但 在炉衬施工之后直接形成任意形状的高黑度永久衬，从 前者涂层薄寿命短，蓄热少辐射能力差，后者施工困难， 而达到节省能源、提高炉窑加热能力和工件加热质量的 只适合某些结构简单的小型工业炉。 目的。普通炉衬和高黑度复合型可塑料炉衬比较，如图１。 ２高黑度可塑料的节能原理 根据能量守恒有：Ｅ ＋ ＝Ｅ＋丘＋Ｅ （下角：１为燃料；２为人炉钢坯；３为烟气排放：４为 散热：５为出炉钢坯） 由上述公式可以看出，Ｅ和 都是由客观生产条件确 定的，要增加Ｅ就要降低 和丘的数值。 （１）提高炉膛黑度以降低Ｅ。 物质辐射和吸收能量是其组成原子、分子或离子体 可塑料炉衬 系在不同能量状态间跃迁产生的【２］。固体物质表面在整个 波长都辐射能量，其光谱是连续的，而对于气体，只在 图１两种炉衬比较 某一特定波段才发射和吸收能量，炉内气体参与辐射换 （５）超音速氧由于射流能够深入钢液，所以消除 的应用［Ｊ】．特殊钢，２００１（４）：３９． 了大沸腾事故，但是钢中碳过低，会使钢中溶解氧形成 ［２】ＡＮＤＲＥＷ Ｍ ＣＡＭＥＲＯＮ．Ｉｎｔｅｒｆａｃｉｎｇ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 氧饱和的沸腾，炉渣的泡沫化不充分，会造成钢液因为 ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｆｕｒｎａｃｅ Ｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ】．Ｓｔｅｅｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２０００， 富氧沸腾，导致炉门处溢出钢水，所以泡沫化的炉渣是 （５）：３２－３４． 解决问题的关键。 ［３】姜周华马哲元．长弧泡沫渣技术。［Ｊ】．宝钢技术，１９９７， （２）：７－１２ 参考文献： ［４】王中丙．现代电炉一薄板坯连铸连轧［Ｍ】．北京：冶金工业 【ｌ】周建国 肖今之．Ｐｙｒｅｌａｎｃｅ氧系统在５０ ｔＵＨＰ电弧炉上 出版社，２００４： 维普资讯 http://www.cqvip.com 技术交流 热的主要是ＣＯ２和Ｈ２０，它们是选择性辐射和吸收的。因 此，炉气是具有选择性辐射和吸收的。当辐射能通过炉 气时，在“频带窗口”波段的辐射能量可以完全透过气 体层，而不衰减。当炉衬把炉气辐射的热量反射回炉膛 时，由于发射的热量具有和炉气相同的光谱特性，又重 新被炉气吸收，只有很少量到达加热工件。但是，经炉 衬吸收后再辐射的那一部分热量就具有固体辐射特性，几 乎不被烟气所吸收。因此，炉衬辐射的能量中波长在‘频 带窗口”的那部分能量可以不衰减地直接到达加热工件。 因此，随着炉衬工作面黑度（全发射率）的提高，传递 给被加热工件的热量增加，而被炉气吸收的能量减少。 工业加热》第３６卷２００７年第１期 由图２可以看出，在相同出钢温度的前提下，具有 高黑度炉衬的工业炉需要更少的能量供给，因此该工业 炉散失的热量臣会更少。 （３）提高炉衬黑度，改变炉膛内的热能传导方向 因为在同一热工环境中，高黑度材料的温度总是高 于低黑度材料的温度，而热量又总是从高温部分向低温 部分传导，因此在这种条件下，热量是从高黑度材料向 低黑度材料传导，即从高黑度的炉衬向相对低黑度的被 加热工件传导。 高黑度复合型可塑料与普通炉衬材料的黑度（全发 射率）对比 ，如图３。 炉气带走热量和炉衬黑度的关系如表１所示。 表１ 热量流失和炉衬黑度的关系 图３不同材料的黑度对比 由此可见，高黑度的炉衬大量吸收来自炉气和工件 的热量，而炉气（透明体）对来自炉衬和工件红外辐射 几乎不吸收，所以高黑度（发射率）炉衬对强化传热，节 约燃料，降低 有着重要的作用。 （２）提高炉膛黑度（全发射率）以降低臣。 由文献［３】知，出炉钢温定值下炉衬内壁温度随黑 度的变化关系如图２所示。 在高温状态下，如果炉衬黑度小于被加热工件的黑 度（比如重度氧化的不锈钢），则被加热工件的温度高于 相临的炉衬温度，热能从被加热的工件向炉衬传递。反 之，热能从炉衬向被加热的工件传递。因此，采用比被 加热工件黑度高的炉衬材料可以提高加热效率，节省能源。 （４）提高炉衬表面黑度，保证材料综合性能。 在高温状态下，由于炉衬结构（图４）和黑度（全发 射率）不同，而导致的热工性能的比较如表２。 面普通炉衬 赠 盏ＩＩ 雷面 面 高黑度炉衬 高黑度复合炉衬 ，图４三种炉衬比较 靶 炉衬反射来自炉气的辐射时，由于没有改变其频率 特征，还是容易被炉气重新吸收排出炉外；炉衬向炉膛 辐射能量时，因为不容易被气体重新吸收，而容易被固 黑威 图２出炉钢温定值下炉衬内壁温度随黑度的变化关系 黑度值 （全发射率） 体吸收。高黑度复合型炉衬具有高辐射率、低反射率的 特点，因此在相同工作表面温度时，具有高黑度表面的 炉衬会比普通炉衬向炉膛内辐射更多能量，从而减少热 量通过炉衬向外的散失从而降低能源消耗。 反射 性能 表２不同炉衬结构的热工性能的比较 保温 性能 辐射 性能 炉衬 重量 加热工 件能力 炉皮 温度 排烟 温度 能源利 用效率 普通炉衬 高黑度炉衬 高黑度复合炉衬 Ｏ．２～０．４ Ｏ．７～０．９ Ｏ．７～０．９ 良 差 优 差 优 优 由 低 低 轻 重 轻 差 优 优 由 高 低 高 低 低 良 差 优 维普资讯 http://www.cqvip.com
