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高炉蓄热体微纳米节能涂料覆层技术

作者:管理员 来源: 日期:2017-2-20 14:18:58
高炉蓄热体微纳米节能涂料覆层技术
    

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、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。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料覆层的技术。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料覆层应用效果。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)→吹风清理→喷前处理液→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。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 - - - - 基料颗粒大小为80-120nm,这表明实验采用的超细化处理工艺,能使基料颗粒达到微纳米级,获得了微纳米涂料基料。颗粒的超细化使得涂料在涂覆到基材表面后,充分渗透到基体的内部,并形成一定厚度的过渡层。基料的超细化对涂层获得良好的粘结性能,是涂层保持与基材的牢固结合有至关重要的作用。涂层与基体间有明显的过渡区,这是由于涂料在涂覆后向基体内部渗透,从而形成浅绿色的过渡区。涂覆样形成了涂层-过渡层-基体结构,过渡层的形成保证了涂层与基体有良好粘结性能,而过渡层的形成是由于涂料中超细化颗粒的存在,微纳米级颗粒为涂料充分渗透到基体提供了良好的渗透条件。涂层的节能机理Mechanism on energy saving of coating上面讨论的涂料的应用结果表明热风炉使用涂料后,烟气分布均匀,蓄热量增加,吸热快,放热快,有利于热交换。主要效果表现为提高送风温度、缩短换炉周期、减少煤气流量、空气流量、节约能耗。微纳米节能涂料是由优质的抗氧化物质经超细化处理制得,其发射率达0.9以上,涂料涂覆于格子砖表面后,格子砖的发射率由0.6~0.8提高到0.9以上,发射率可提高16.25%以上。格子砖表面微纳米涂层发射率的大幅度提高强化了气-固相间的辐射传热,格子砖表面的温度显著升高加大了格子砖内外的温度梯度,加大了传热的动力,从而缩短了格子砖蓄热时间和提高了热风温度。由于高温区的格子砖涂覆涂料后发射出来的热的波长为1~5μm,极易被未涂覆涂料的格子砖吸收。下部的格子砖的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。结论1.高辐射节能涂料同砖体结合牢固,附着性很好,涂料渗透到耐火材料基体中没有产生裂纹和脱落现象,没有与基体发生化学反应形成其他物质,形成低熔点相。2.高辐射涂料覆层于格子砖后,使格子砖的力学性能大大提高,特别是体积密度、气孔率、耐压强度、抗折强度,高温蠕变性能大大增强。3.涂料覆层改变了格子砖的热工性能,能增加热风炉格子砖在燃烧期的吸热量和送风期的放热量,对提高热风炉格子砖的蓄热能力很有益处4. 涂料经过多次热震,其热发射率及蓄热效率提高率没有明显变化,这对涂料在长期使用过程中获得稳定的节能效果有利。5.热风炉蓄热体表面微纳米节能涂层技术为进一步提高热风炉热风温度提供了简单方便的新途径,应用前景非常广泛。其提高风温和节能效果的深层次机理有待更深入的研究。

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