一种黑体材料喷涂在轧钢加热炉内壁的节能方法

摘要

本发明涉及一种黑体材料喷涂在轧钢加热炉内壁的节能方法，属于金属压力加工领域。本发明是将轧钢加热炉内壁喷涂主要由稀土抛光粉废料、稀土铁硼回收稀土后的废铁渣和高温黏结剂组成的黑体材料，经过高温1200‑1400℃灼制，得到黑体材料喷涂的轧钢加热炉；相比于未喷涂黑体材料，钢坯升温速率提高了20％以上，轧钢加热炉热效率提高了15％以上，加热钢坯产量提高20％以上，每吨钢坯节约能源15％以上。本发明显著增强了加热炉内壁的发射率，改善了加热炉内温度场均匀性，缩小了钢坯断面温差，钢坯均匀受热改善了钢坯内部组织和性能，提高了钢坯加热质量，阻断了耐火材料中化合物对钢坯的污染，延长了轧钢加热炉使用寿命，在轧钢工业降低能源消耗具有实际应用价值。

说明书

技术领域

本发明属于金属压力加工领域，尤其是涉及一种黑体材料喷涂在轧钢加热炉内壁的节能方法。

背景技术

钢铁工业是我国经济发展的重要组成部分，同时也是能耗大户，可以达到全国总能耗的12％左右，而轧钢工艺可以占到全国钢铁工业总能耗的13-20％，相比国外来讲，轧钢工艺的能耗明显过大。

加热炉是轧钢厂重点设备，中国大部分钢铁企业的加热炉平均能耗约为48kgce/t，占整个轧钢工序能耗的80％，而浦项、新日铁等发达国家的钢厂的能耗水平早在2007年就已经处于37kgce/t的水平相比，具有较大节能潜力。加热炉运行状态的好坏，对产量、质量以及能耗都有很大影响，优化加热炉运行状态是钢厂在节能工作推进过程中的重点。

目前轧钢加热炉通常采用推钢式加热炉、步进式加热炉、隧道窑式加热炉和环形加热炉(钢管加热)，加热炉一般分为预热段、加热段和均热段，其目的是将钢坯加热均匀，并达到轧制温度，提高钢坯的塑性，降低变形抗力，使钢容易轧制，钢坯表面和内部均匀受热，有利于使钢坯内部不均匀的组织和非金属夹杂物通过高温扩散而均匀化，从而提高产品质量。

在轧钢加热炉内，燃料燃烧产生的热量主要以辐射和对流两种方式传递给被加热钢坯，其中辐射传热占整个传热量≥90％，由内壁(炉墙和炉顶)辐射传递的热量又占整个辐射传热的60％。常规的轧钢加热炉内壁耐火材料红外辐射发射率为0.3-0.6，耐火材料吸收的热量一是通过耐火材料向炉外传递，二是辐射红外线对钢坯进行加热，三是反射的热量被烟气吸收并排出炉外，反射率越高热量损失越大，显然提高加热炉内壁的辐射发射率，明显减少了热传导和反射所损失掉的能量，因此，增加加热炉内壁的辐射能力是强化加热炉热交换、提高热能利用率的一条重要途径。

在国内外已有大量报道黑体材料应用于轧钢加热炉，喷涂黑体材料明显提高了加热炉的辐射传热，具有显著的节能效果，但有些黑体材料在高温条件下自身具有易分解、挥发、相变等性质，不适宜作为轧钢加热炉的高温辐射材料，如周惠敏等人报道了轧钢加热炉用绿色制造技术：高辐射覆层技术，采用SiC、ZrO

发明内容

有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种黑体材料喷涂在轧钢加热炉内壁的节能方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种黑体喷涂材料在轧钢加热炉中的节能方法，包括如下步骤：清除轧钢加热炉内壁耐火材料表面的耐火泥和灰尘，将黑体喷涂材料喷涂在耐火材料表面，然后经室温干燥、煅烧后得到黑体材料喷涂的轧钢加热炉。

进一步，所述的喷涂步骤的喷涂厚度为0.1-0.5mm。

进一步，所述的煅烧步骤具体为：轧钢加热炉逐渐升温，最高煅烧温度为1200-1400℃，保温2-6h。黑体喷涂材料与内壁耐火材料牢固地结合在一起，黑体喷涂材料在工作温度范围内全波长积分发射率大于0.90。

进一步，所述的轧钢加热炉为步进式、推钢式或隧道窑式轧钢加热炉；所述的轧钢加热炉内壁为轧钢加热炉内部的炉墙和炉顶。

一种黑体喷涂材料，所述的材料由质量比为1:1-2的黑体材料与高温黏结剂溶液组成。

进一步，所述的黑体材料包括稀土抛光粉废料与稀土铁硼回收稀土后的废铁渣。

进一步，所述的高温黏结剂溶液为磷酸二氢铝溶液，所述的磷酸二氢铝溶液的浓度为40-60％。

所述的黑体喷涂材料的制备方法，包括如下步骤：将黑体材料与高温黏结剂溶液混合搅拌后制得所述的黑体喷涂材料。

一种钢坯的加热方法，包括如下步骤：将喷涂有黑体喷涂材料的轧钢加热炉温度升温，将钢坯通过所述的加热炉的预热段、加热段和均热段，出料端钢坯的断面、表面与加热炉内的温度相近，得到加热的钢坯。

进一步，所述的升温步骤的最高温度为1200-1400℃。

黑体材料是由稀土抛光粉废料、稀土铁硼回收稀土后的废铁渣经过1400℃灼烧形成尖晶石结构的铁酸稀土和萤石结构的稀土化合物组成，该材料在高温下性质稳定、辐射率高；

轧钢加热炉耐火材料辐射率为0.3-0.6，而喷涂黑体的轧钢加热炉辐射率大于0.90，增强了轧钢加热炉内壁辐射性能，根据斯特藩-玻尔兹曼定律内壁辐射向钢坯传递热量与内壁绝对温度四次方成正比，增加内壁辐射率明显增强了钢坯加热能量；

喷涂黑体材料增强了加热炉内壁对热能的吸收和辐射，提高了钢坯的加热效率，相应的减少了炉内壁热量的反射，反射传递到烟气的热量减少，降低了排出炉外烟气温度；

黑体可改变炉内红外辐射的波谱分布，将间断式波谱转变成了连续波谱，黑体发射的远红外线直接穿透到钢坯内部进行加热，缩小了钢坯断面温差，钢坯均匀受热改善了钢坯内部组织和性能；

黑体发射远红外线加速了钢坯的升温速度和缩短了加热时间，避免了钢坯氧化烧损、脱碳、晶粒长大、粘钢等不利反应反生，有利于消除黑印，提高了钢坯加热质量。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明所述的黑体喷涂材料显著增强了加热炉内壁的红外辐射发射率，改善了加热炉内温度场均匀性，与常规同型号的加热炉对比，钢坯升温速率提高了20％以上，轧钢加热炉热效率提高了15％以上，加热钢坯产量提高20％以上，每吨钢坯节约能源15％以上。

本发明所述的黑体喷涂材料显著增强了加热炉内壁的红外辐射发射率，改善了加热炉内温度场均匀性，缩小了钢坯断面温差，钢坯均匀受热改善了钢坯内部组织和性能，提高了钢坯加热质量，阻断了耐火材料中化合物对钢坯的污染，以及延长了轧钢加热炉使用寿命，在轧钢工业降低能源消耗具有实际应用价值。

本发明所述的黑体喷涂材料发射的远红外线直接穿透到钢坯内部进行加热，明显缩短了加热时间。

本发明所述的黑体喷涂材料在高温、还原和氧化环境中具有较高的稳定性，延长了加热炉使用寿命。

本发明所述的黑体喷涂材料与加热炉耐火材料紧密结合，并在耐火材料表面形成一层釉面，阻断了耐火材料中化合物对钢坯的污染。

本发明所述的黑体喷涂材料具有很高的红外辐射发射率，缩小了钢坯断面温差，钢坯均匀受热改善了钢坯内部组织和性能，提高了钢坯加热质量。

本发明所述的轧钢加热炉耐火材料表面极易实现喷涂黑体喷涂材料。

具体实施方式

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

下面结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

一种黑体喷涂材料在轧钢加热炉中的节能方法，包括如下步骤：

(1)将质量比为1:1的黑体材料与高温黏结剂溶液混合搅拌后制得黑体喷涂材料；高温黏结剂是50％的磷酸二氢铝溶液，溶液中(La

(2)将步进式加热炉内壁(炉墙和炉顶)耐火材料表面清除耐火泥和灰尘，在耐火材料表面喷涂黑体材料，喷涂厚度0.3mm，在室温干燥后，加热炉逐渐升温，最高煅烧温度达到1400℃保温4h，黑体材料与内壁耐火材料牢固地结合在一起，得到黑体材料喷涂的轧钢步进式加热炉，黑体材料在工作温度范围内全波长积分发射率为0.90；

(3)将喷涂有黑体喷涂材料的轧钢步进式加热炉温度升到1250℃时，钢坯通过加热炉的预热段、加热段和均热段，出料端钢坯断面、表面与炉内温度相近，得到加热的钢坯；

(4)轧钢步进式加热炉内壁喷涂与未喷涂黑体材料相比，钢坯升温速率提高了20.3％，加热炉热效率提高了15.6％，加热钢坯产量提高20.7％，每吨钢坯节约能源15.4％。

实施例2

一种黑体喷涂材料在轧钢加热炉中的节能方法，包括如下步骤：

(1)将质量比为1:1的黑体材料与高温黏结剂溶液混合搅拌后制得黑体喷涂材料；高温黏结剂是50％的磷酸二氢铝溶液；其中氧化铁含量95％，氧化硼含量1％，氧化硅含量2.3％，氧化钙含量1.3％，氧化钡含量0.4％；

(2)将步进式加热炉内壁(炉墙和炉顶)耐火材料表面清除耐火泥和灰尘，在耐火材料表面喷涂黑体材料，喷涂厚度0.3mm，在室温干燥后，加热炉逐渐升温，最高煅烧温度达到1400℃保温4h，黑体材料与内壁耐火材料牢固地结合在一起，得到黑体材料喷涂的轧钢步进式加热炉，黑体材料在工作温度范围内全波长积分发射率为0.91；

(3)将喷涂有黑体喷涂材料的轧钢步进式加热炉温度升到1300℃时，钢坯通过加热炉的预热段、加热段和均热段，出料端钢坯断面、表面与炉内温度相近，得到加热的钢坯；

(4)轧钢隧道窑式加热炉内壁喷涂与未喷涂黑体材料相比，钢坯升温速率提高了20.9％，加热炉热效率提高了16.1％，加热钢坯产量提高21.2％，每吨钢坯节约能源15.8％。

实施例3

一种黑体喷涂材料在轧钢加热炉中的节能方法，包括如下步骤：

(1)将质量比为1:1的黑体材料与高温黏结剂溶液混合搅拌后制得黑体喷涂材料；高温黏结剂是50％的磷酸二氢铝溶液；其中氧化铁含量95％，氧化硼含量1％，氧化硅含量2.3％，氧化钙含量1.3％，氧化钡含量0.4％；

(2)将步进式加热炉内壁(炉墙和炉顶)耐火材料表面清除耐火泥和灰尘，在耐火材料表面喷涂黑体材料，喷涂厚度0.3mm，在室温干燥后，加热炉逐渐升温，最高煅烧温度达到1400℃保温4h，黑体材料与内壁耐火材料牢固地结合在一起，得到黑体材料喷涂的轧钢步进式加热炉，黑体材料在工作温度范围内全波长积分发射率为0.92；

(3)将喷涂有黑体喷涂材料的轧钢步进式加热炉温度升到1350℃时，钢坯通过加热炉的预热段、加热段和均热段，出料端钢坯断面、表面与炉内温度相近，得到加热的钢坯；

(4)轧钢推钢式加热炉内壁喷涂与未喷涂黑体材料相比，钢坯升温速率提高了21.3％，加热炉热效率提高了16.7％，加热钢坯产量提高21.8％，每吨钢坯节约能源16.3％。

对比例1

一种黑体喷涂材料在轧钢加热炉中的节能方法，包括如下步骤：

(1)将质量比为1:3的黑体材料与粘结剂溶液混合搅拌后制得黑体喷涂材料；高温黏结剂是50％磷酸二氢铝溶液；黑体材料主要由稀土抛光粉废料、稀土铁硼回收稀土后的废铁渣组成，其中氧化铁含量95％，氧化硼含量1％，氧化硅含量2.3％，氧化钙含量1.3％，氧化钡含量0.4％；

(2)将步进式加热炉内壁(炉墙和炉顶)耐火材料表面清除耐火泥和灰尘，在耐火材料表面喷涂黑体材料，喷涂厚度0.3mm，在室温干燥后，加热炉逐渐升温，最高煅烧温度达到1400℃保温4h，黑体材料与内壁耐火材料牢固地结合在一起，得到黑体材料喷涂的轧钢步进式加热炉，黑体材料在工作温度范围内全波长积分发射率为0.86；

(3)将喷涂有黑体喷涂材料的轧钢步进式加热炉温度升到1250℃时，钢坯通过加热炉的预热段、加热段和均热段，出料端钢坯断面、表面与炉内温度相近，得到加热的钢坯；

(4)轧钢步进式加热炉内壁喷涂与未喷涂黑体材料相比，钢坯升温速率提高了12.3％，加热炉热效率提高了11.6％，加热钢坯产量提高13.5％，每吨钢坯节约能源10.5％。

对比例2

一种黑体喷涂材料在轧钢加热炉中的应用方法，包括如下步骤：

(1)将质量比为1:1的氧化铁与高温黏结剂溶液混合搅拌后制得黑体喷涂材料；高温黏结剂是50％磷酸二氢铝溶液；

(2)将步进式加热炉内壁(炉墙和炉顶)耐火材料表面清除耐火泥和灰尘，在耐火材料表面喷涂黑体材料，喷涂厚度0.3mm，在室温干燥后，加热炉逐渐升温，最高温度达到1400℃保温4h，黑体材料与内壁耐火材料牢固地结合在一起，得到黑体材料喷涂的轧钢步进式加热炉，黑体材料在工作温度范围内全波长积分发射率为0.87；

(3)将喷涂有黑体喷涂材料的轧钢步进式加热炉温度升到1250℃时，钢坯通过加热炉的预热段、加热段和均热段，出料端钢坯断面、表面与炉内温度相近，得到加热的钢坯；

(4)轧钢步进式加热炉内壁喷涂与未喷涂黑体材料相比，钢坯升温速率提高了11％，加热炉热效率提高了8.8％，加热钢坯产量提高13.1％，每吨钢坯节约能源8.8％。

对比例3

一种黑体喷涂材料在轧钢加热炉中的应用方法，包括如下步骤：

(1)将质量比为1:1的黑体材料与高温黏结剂溶液混合搅拌后制得黑体喷涂材料；高温黏结剂为50％硅溶胶溶液；黑体材料主要由稀土抛光粉废料、稀土铁硼回收稀土后的废铁渣组成，其中氧化铁含量95％，氧化硼含量1％，氧化硅含量2.3％，氧化钙含量1.3％，氧化钡含量0.4％；

(2)将步进式加热炉内壁(炉墙和炉顶)耐火材料表面清除耐火泥和灰尘，在耐火材料表面喷涂黑体材料，喷涂厚度0.3mm，在室温干燥后，加热炉逐渐升温，最高温度达到1400℃保温4h，黑体材料与内壁耐火材料牢固地结合在一起，得到黑体材料喷涂的轧钢步进式加热炉，黑体材料在工作温度范围内全波长积分发射率为0.85；

(3)将喷涂有黑体喷涂材料的轧钢步进式加热炉温度升到1250℃时，钢坯通过加热炉的预热段、加热段和均热段，出料端钢坯断面、表面与炉内温度相近，得到加热的钢坯；

(4)轧钢步进式加热炉内壁喷涂与未喷涂黑体材料相比，钢坯升温速率提高了14.6％，加热炉热效率提高了10.8％，加热钢坯产量提高13.9％，每吨钢坯节约能源11％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。