近几年，宝武集团、沙钢集团、河钢集团、首钢集团、山钢集团、柳钢集团、浦项制铁、安赛乐米塔尔等多家国内外知名企业，在新建或大修的热风炉上均采用了由山东慧敏科技开发有限公司自主研发的高辐射覆层节能技术。该技术是将高发射率材料应用于高炉热风炉格子砖表面，强化高温气体与格子砖的辐射传热，在不改变热风炉设计和耐材基质的情况下，提高热风炉蓄热能力10%，综合折算节约煤气消耗5%，弥补了小孔格子砖不利于辐射传热的弊端，同时改善了格子砖荷软、蠕变等物理性能，减缓了耐材渣化，延长了耐材使用寿命，可实现吨铁综合效益3元左右，成为现代热风炉节能减排的优选技术。 一、突破壁垒，开辟节能新途径 20世纪70年代红外辐射涂料传入中国，到80年代末，已应用于石化行业和钢铁行业的加热炉，但大多产品高温黏结强度差、易脱落且全波段辐射性能较差。山东慧敏科技开发有限公司（以下简称慧敏科技）董事长周惠敏，一直致力于表面功能材料的研究，她自主研发的高温红外辐射涂料，突破了高温易脱落、附着力差的技术壁垒，获得了涂料产品、施工工艺等多个发明专利，产品和技术广泛应用于锅炉、加热炉等工业炉窑，取得了良好的应用效果。 随着红外涂料在工业炉窑的推广，其应用领域逐步拓展。在钢铁工业，高炉炼铁系统是钢铁企业的主要用能单元，为降低炼铁工序的能耗，2003年慧敏科技提出将高温红外涂料应用于热风炉蓄热体的创意。经过精心研究，不断优化，慧敏科技成功开发出“杰能王”纳微米高温红外节能涂料和前处理技术，并形成了核心技术——高辐射覆层节能技术，创造性地将高发射率材料应用于高炉热风炉格子砖表面（见图1），实现了涂料在热风炉冷热交替频繁的恶劣工况条件下不脱落，强化了热风炉蓄热体吸热和放热速率，提高了热风炉热效率，降低了烟气温度，填补了行业空白，开辟了热风炉节能减排的新途径。 二、稳定高效，强化辐射换热，弥补弊端 “杰能王”纳微米高温红外节能涂料具有稳定的高发射率，且经过多次热震后的热发射率与原始发射率相比，基本没有变化（见表1，测量误差为±0.02），始终处于较高的水平，有利于涂料在使用过程中获得稳定的节能效果。 根据斯蒂芬-玻尔兹曼热力学定律：E=ε0C0T4，辐射能E与物质的发射率（黑度）ε0以及温度T的4次方成正比。在相同温度条件下，物质的发射率ε0决定着辐射能E的大小，所以提高物质的发射率ε0对提高辐射换热效率具有重要意义。如果其他条件不变，将蓄热体原有的辐射率0.7提高到0.89，辐射传热量可提高28%以上。 国家炼铁工程设计大师吴启常曾经在研究中指出：现代热风炉为了提高格子砖加热面积，采用了缩小格子砖孔径的手段来实现，但是根据辐射传热系数公式：α辐射=（0.18CO₂+ 0.32H₂O）[（t/100）-2] d0.5 可以看出，格子砖格孔缩小以后，对于高温区的辐射传热是不利的，可以通过强化辐射换热的方式解决，以缩小风温与拱顶温度的差距。而高辐射覆层节能技术提高了格子砖表面发射率，弥补了小孔格子砖不利于辐射传热的弊端，从格子砖的本质上改善热风炉内部的传热状态，使热量快速优先集中在上部高温区，有利于热风炉的快速烧炉，提高热风炉的抗拉能力，使送风风温更平稳，更加有利于高炉操作。 对格子砖表面涂覆 “杰能王”纳微米高温红外节能涂料进行了附着力测定。节能涂料与耐材基体的附着力始终大于等于1级，良好的附着力保证了涂料在高温情况下稳定使用、不脱落。 纳微米高温红外节能涂料具有较好的高温稳定性，将涂料分别在100℃和1300℃下烧结处理1h后，观察其XRD峰值发现，二者XRD峰值重合，物相组成一致。说明涂料在高温条件下应用，可保持成分稳定不变。从涂料的热重曲线可知，涂料在180℃以上一直保持重量稳定，也反映了涂料的高温稳定性。 对涂覆后的格子砖进行了传热性能测试。结果表明，有覆层试样与无覆层试样相比，升温速度快，蓄热量增加；降温速度快，热转换能力增强。模拟热风炉反复升降温的过程，同样有覆层试样升温、降温速度快，且每次升降温都展现出一致的规律性。 涂料可渗入到耐材的开口气孔中，在表面形成致密的膜层，大量的性能试验数据表明，膜层可以改善耐材抗折、耐压、荷软、蠕变等各项物理性能。 三、科学检测，快速有效判定覆层技术功效 高辐射覆层节能技术应用初期，为判定覆层技术的应用效果，同座高炉选取两座热风炉采用覆层技术，一座热风炉未采用作为参照进行对比，检测的结果为两座热风炉的节能率均在5%以上，且一年内收回投资；有覆层的热风炉抗拉能力明显提升，但是无覆层的热风炉热效率低，与有覆层的热风炉不匹配，形成两高一低的 “短板”现象。 格子砖蓄热能力是决定热风炉蓄热状态的一个重要指标。经多年工业应用数据和实验室数据验证，蓄热体蓄热能力的提升与炉窑节能存在明显的对应关系：蓄热体蓄热能力提高10%，综合折算可节约煤气消耗5%。为避免出现上述“短板”现象，《高辐射覆层蓄热量的测定与计算方法》（GB/T 31934-2015）实现了覆层技术功效的判定。该方法规定了高辐射覆层在设定的温度和规定的时间条件下蓄热量性能的实验室检测方法，通过蓄热量自动化检测系统能够快速有效地反映覆层技术的节能功效，已成为成熟可靠的检测方式。 四、攻坚克难，赢得客户好口碑 高辐射覆层节能技术于2003年问世，2005年开始应用于高炉热风炉，采集的工业数据展现出了覆层技术优异的节能效果，引起了钢铁企业的高度重视。随着在行业内的推广应用，高辐射覆层节能技术的知名度愈来愈高，尤其是在沙钢集团、首钢京唐、宝武湛江、山钢日照、浦项制铁等5000m³以上大型高炉热风炉上的应用；此外，在安赛乐米塔尔、鞍钢、邯钢、莱钢、武钢、柳钢、河钢乐亭、攀钢、昆钢、建龙、中天、津西、日钢等企业也得到多次应用。 截至目前，该技术已在国内外80余家钢铁企业近700座热风炉上应用，可提高格子砖蓄热能力10%，综合折算节约煤气消耗5%，实现吨铁综合效益3元左右。对应用多年后取出的格子砖进行测试，蓄热量依然能够提高10%，充分说明了高辐射覆层技术的长效性。该技术一次性投资，一年内收回成本，收益是投资的8-10倍，可观的经济效益和社会效益赢得了钢铁企业的良好口碑。 五、坚持创新，引领高质量发展 创新是企业和技术保持活力的源泉。围绕高辐射覆层节能技术，慧敏科技获得了国家发明专利9项、日本和俄罗斯发明专利各1项，制修订国家、行业标准14项，形成了涵盖高辐射覆层节能技术、产品、施工、应用和检测等全方位的知识产权体系和全方位的标准体系。其中，发明专利《带覆层的热交换器》的权利要求明确阐述：只要在格子砖、蓄热球等蓄热体表面涂覆高发射率材料均属于慧敏科技的发明专利保护范围。 GB/T 31934-2015《高辐射覆层蓄热量的测定与计算方法》中指出，在同一高温条件和相同的时间里，检测蓄热体所吸收热量的多少，能快速有效地反映出高辐射覆层节能技术的功效。目前，多数钢铁企业将蓄热量、发射率和产品物理性能指标作为高辐射覆层节能技术的主要功能考核指标。 GB/T 30163-2013《高炉用高风温顶燃式热风炉节能技术规范》、 YB/T 4638-2018《顶燃式热风炉用耐火砖技术规范》中明确推荐热风炉上部高温区采用高辐射覆层节能技术，以增强蓄热体的蓄热能力，提高热风炉热效率，节能降耗。 高辐射覆层节能技术是“十二五”国家科技支撑计划支持项目，获得中央预算资金项目支持等十余项国家、省市级项目支持，获得山东省科技进步二等奖、山东省政府节能奖、全国工商联科技进步一等奖等多项奖励，“杰能王”纳微米高温红外节能涂料被列为国家重点新产品，高辐射覆层节能技术被列入国家重点节能低碳技术推广目录。 六、不忘初心，携手共创绿色钢铁 2007年两院院士师昌绪作为主任委员在《高炉热风炉蓄热体高辐射覆层技术》的成果鉴定中指出：该项目技术是原创性技术，是炼铁节能技术的一项突破，是集冶金、材料、化工为一体的交叉学科的技术创新，该项研究成果总体上达到了国际领先水平，应在高炉热风炉中大力推广。 高辐射覆层节能技术历经近二十年的研发应用，显著的节能效果得到钢铁企业的认可与肯定，已成为热风炉成熟可靠的节能技术。慧敏科技将不忘初心，继续努力，为钢铁企业的节能减排贡献绵薄之力，与业界同仁们携手共创绿色钢铁。