軋鋼生產(chǎn)能耗約占鋼鐵聯(lián)合企業(yè)生產(chǎn)總能耗的十分之一，其中75％--一80％消耗于各種加熱爐，軋鋼加熱爐的熱效率對鋼鐵廠軋制工序的能耗起著至關(guān)重要的作用。通過傳熱計算分析采用輕質(zhì)保溫材料對爐壁散熱的影響。軋鋼爐為連續(xù)加熱爐爐型，因此計算時不考慮爐襯材料的蓄熱，只分析工作狀態(tài)下通過爐墻的散熱。

1．1傳熱計算模型

熱量通過爐襯材料由爐墻內(nèi)壁向外壁傳遞方式為導(dǎo)熱傳熱，爐墻外壁對周圍環(huán)境的傳熱方式是對流和輻射同時存在，由于爐墻外表面溫度較低(一般<100℃)，對流為主要傳熱方式，其總傳熱量為輻射傳熱和對流傳熱量之和，即

為便于對復(fù)雜的傳熱現(xiàn)象進行綜合計算，一般將公式統(tǒng)一為以下形式:式中，Q一傳熱量(W)；西一爐墻外側(cè)對流換熱的表面傳熱系數(shù)，W／(m2-K)；A一爐墻面積(m2)；“一爐墻外壁溫度(℃)；tf一爐墻外側(cè)空氣溫度，即環(huán)境溫度(℃)；C0一絕對黑體的輻射系數(shù)，5．68 W／(m2．K4)；s一爐墻外壁的黑度；0一輻射角系數(shù)；6c一對流輻射綜合傳熱系數(shù)，W／(m2．K)。

以上公式適合已知爐墻外壁溫度時熱損失計算。在無法測得該數(shù)據(jù)時，可根據(jù)爐膛內(nèi)壁溫度計算爐墻的溫度場分布。加熱爐爐墻傳熱為第三類邊界條件的穩(wěn)態(tài)多層平壁傳熱模型，爐殼鋼板較薄(僅為幾毫米)，其熱導(dǎo)率A為54 W／(m·K)，遠遠高于耐火材料的熱導(dǎo)率，因此鋼板的傳熱熱阻可忽略不計。

單位時間內(nèi)通過單位面積傳遞的熱量稱為熱流密度q,

熱流密度是向量，由高溫到低溫的方向為正，與溫度梯度相反。爐墻單位面積的熱損失，即爐膛內(nèi)壁通過爐襯傳給加熱爐周圍環(huán)境的熱流密度數(shù)值為

式中，t1一爐墻內(nèi)壁溫度(℃)；tf一爐墻外側(cè)空氣溫度，即環(huán)境溫度(℃)；巧，一第i層爐襯材料的厚度(m)；A，一第i層爐襯材料的熱導(dǎo)率，W／(m·K)。

爐墻的綜合傳熱系數(shù)k為

熱導(dǎo)率入是熱工計算非常重要的參數(shù)，A數(shù)值受溫度影響，加熱爐常用耐火材料熱物性參數(shù)如表1所示。

1．2不同材質(zhì)爐襯耐火材料結(jié)構(gòu)的傳熱計算

典型的軋鋼加熱爐爐襯厚度為400-500 mm，以爐墻內(nèi)表面溫度為1250℃和爐襯厚度為450 mm為例計算，爐襯結(jié)構(gòu)分別為：爐襯結(jié)構(gòu)I為全重質(zhì)耐火澆

注料；爐襯結(jié)構(gòu)II為50 mE纖維板+400 mm澆注料的復(fù)合爐襯；爐襯結(jié)構(gòu)Ⅲ為100 mE纖維板+115 mm輕質(zhì)粘土保溫磚+235 mm澆注料的復(fù)合爐襯；爐襯Ⅳ為105 mm纖維板+230 mE JM23絕熱保溫磚+1 15 mm輕質(zhì)莫來石耐火磚。爐襯材料的計算熱導(dǎo)率按各自平均工作溫度下的熱導(dǎo)率取值。爐墻外壁的對流輻射綜合傳熱系數(shù)，取15～20 W／(m2．K)，爐墻外壁空氣溫度即車間溫度取值25℃，計算結(jié)果如表2所示。由表2可知采用復(fù)合爐襯Ⅳ的爐墻散熱為采用全重質(zhì)澆注料爐襯結(jié)構(gòu)I的8％左右。與爐襯結(jié)構(gòu)I相比，相同厚度的爐墻，爐襯結(jié)構(gòu)II在400 mm厚的低水泥澆注料加貼50 mE耐火纖維后，熱流密度大幅度下降，僅為450 mE全澆注料爐襯的50％。國內(nèi)許多加熱爐的節(jié)能改造方式為在原有爐襯加貼耐火纖維，即收到了較好的節(jié)能效果。

圖1為1250℃軋鋼加熱爐爐墻的一維溫度場。可以看出軋鋼爐4種爐襯的爐墻外表面溫度分別為357，123，79和5l℃。爐襯結(jié)構(gòu)I和爐襯結(jié)構(gòu)II的外表面爐墻溫度太高顯然不符合GB／T 3486．93標準規(guī)定。目前軋鋼加熱爐的爐襯結(jié)構(gòu)一般是復(fù)合爐襯IⅡ即纖維、輕質(zhì)磚和重質(zhì)低水泥澆注料的復(fù)合爐襯結(jié)構(gòu)。考慮到初始投資、使用壽命和節(jié)能的綜合效益，軋鋼加熱爐的爐襯結(jié)構(gòu)105 mm纖維板+230 mm JM23絕熱保溫磚+115 mm輕質(zhì)莫來石耐火磚將具有更好的節(jié)能效果。

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