【正文】 有氮和二氧化碳等氣體，其表面耐磨性好，壓強(qiáng)高，并有很好的耐酸性，是一種新興的多功能材料。經(jīng)試驗(yàn)研究表明，空心微珠具有顆粒小、質(zhì)輕、中空、隔音、隔熱、耐高溫、絕緣、耐低溫、耐磨、強(qiáng)度高等優(yōu)異的多功能特性。另外現(xiàn)代筑爐與建筑還廣泛使用薄層隔熱保溫材料——反射絕熱涂料。上世紀(jì)90年代,美國(guó)國(guó)家航空航天局的科技人員為解決航天飛行器的傳熱控制問(wèn)題開(kāi)發(fā)了一種太空絕熱瓷層(ThermaCover)，我國(guó)于2001年也開(kāi)發(fā)成功，在現(xiàn)代筑爐中已經(jīng)開(kāi)始廣泛使用。這種材料由一些懸浮于惰性乳膠中的微小陶瓷顆粒構(gòu)成，具有高反射率、高輻射率、低導(dǎo)熱系數(shù)、低蓄熱系數(shù)等熱工性能，就能有效抑制露天常溫物體受太陽(yáng)輻射熱和紅外輻射熱，抑制效率達(dá)90％左右?？萍歼M(jìn)步為我們提供了更好的、更多的筑爐材料，我們必須切合順應(yīng)當(dāng)前條件，更好的利用這些條件為能源節(jié)約服務(wù)。在利用這些筑爐材料時(shí)，除了節(jié)能方面的考慮之外，還必須考慮它在爐襯中的用途所帶來(lái)的強(qiáng)度、使用溫度、膨脹特性、耐腐蝕性、價(jià)格等因素。對(duì)工業(yè)硅礦熱爐的工作層來(lái)說(shuō)，它要求：耐火度高。因工業(yè)硅冶煉溫度在18002200℃之間，工作層爐壁與爐底溫度1800℃左右，材料應(yīng)該有足夠高的軟化、熔化溫度。耐熱強(qiáng)度高。在高溫下，材料應(yīng)該還能夠承受爐子載荷、操作中產(chǎn)生的機(jī)械力、熱膨脹力的作用而不變形、開(kāi)裂。導(dǎo)熱系數(shù)低。從工作層開(kāi)始就應(yīng)該具備優(yōu)良的隔熱性能，才能有利于節(jié)能。抗渣性能優(yōu)良。工作層直接與爐料接觸，選用的材料應(yīng)該能承受爐料的侵蝕和沖刷。價(jià)格適當(dāng)。投資者總喜歡低成本建造礦熱爐。根據(jù)工業(yè)硅礦熱爐工作層的上述要求，工作層用材目前只能選擇碳磚。它使用溫度高、強(qiáng)度好、抗渣性好，盡管導(dǎo)熱系數(shù)和價(jià)格還比較高。 工業(yè)硅礦熱爐的保溫層要求：耐火度高。對(duì)于工業(yè)硅礦熱爐保溫層同樣也要求耐火度高，因?yàn)楣ぷ鲗痈魺嵝阅芤话爿^差，同時(shí)保溫層也有部分與爐料直接接觸，所以也要求保溫層能耐受高溫而不軟化變形。耐熱強(qiáng)度高。在高溫下，保溫層材料也應(yīng)該還能夠承受爐子載荷、操作中產(chǎn)生的機(jī)械力、熱膨脹力的作用而不變形、開(kāi)裂。導(dǎo)熱系數(shù)低。從節(jié)能角度出發(fā)，保溫層也應(yīng)該具備優(yōu)良的隔熱性能，才能有利于節(jié)能?？乖阅軆?yōu)良。保溫層也有部分地方直接與爐料接觸，所以要求其也應(yīng)具備一定的抗渣性能。價(jià)格適當(dāng)。保溫層用料量較大，價(jià)格上應(yīng)當(dāng)追求較低材料。從保溫層上述要求出發(fā)，工業(yè)硅礦熱爐保溫層材料可以用粘土磚、輕質(zhì)隔熱磚、高鋁質(zhì)隔熱耐火磚，這三種材料性能上差不多，主要是比較價(jià)格。粘土磚是廣泛應(yīng)用且價(jià)格相對(duì)而言比較低的一種耐火材料，A12O3含量一般在30%50%之間，導(dǎo)熱與承重性能都比較好，是爐襯主要用材。工業(yè)硅礦熱爐減少熱損失起關(guān)鍵作用的地方是隔熱層和絕熱層，因此，選擇好隔熱材料與絕熱材料非常重要。工業(yè)硅礦熱爐隔熱層和絕熱層對(duì)材料的要求是： 導(dǎo)熱系數(shù)小。減少熱量損失，保證爐膛內(nèi)溫度是隔熱層和絕熱層的主要用途，只有導(dǎo)熱系數(shù)小，才能實(shí)現(xiàn)上述目的。 彈性小。隔熱材料與絕熱材料一般是輕質(zhì)、疏松、多孔的纖維狀材料，膨脹收縮系數(shù)大，容易引起爐體松動(dòng)，因此要求隔熱材料與絕熱材料收縮性小，以保證保溫層與爐殼之間的嚴(yán)密性與整體性。 能耐高溫。由于保溫層主要擔(dān)負(fù)骨架承受負(fù)荷用，它主要作用不是節(jié)能，所以其外泄熱量相當(dāng)大，其冷面溫度也相當(dāng)高，對(duì)緊貼其冷面的隔熱材料和絕熱材料來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)能夠耐受其高溫。價(jià)格便宜。根據(jù)工業(yè)硅礦熱爐隔熱層和絕熱層對(duì)材料的上述要求，可以選定納米微孔隔熱材料作為隔熱層和絕熱層的用材。納米微孔隔熱材料是2000年以后我國(guó)相關(guān)單位從美國(guó)引進(jìn)并消化吸收后逐漸推廣應(yīng)用起來(lái)的優(yōu)良隔熱、絕熱材料，它能耐受較高的溫度，且導(dǎo)熱系數(shù)比通常用的隔熱材料、絕熱材料低14倍，節(jié)能效果突出。如果為了強(qiáng)化保溫，還可以在納米微孔隔熱材料熱面噴涂某種反射涂料。如果要求繼續(xù)使用硅酸鋁纖維毯，則應(yīng)當(dāng)使用硅酸鋁纖維毯＋泡沫石棉或泡沫玻璃或空心微珠結(jié)構(gòu)，保溫效果將更好。選用低熱導(dǎo)率的材料來(lái)增強(qiáng)保溫，是保溫方法的一種，砌筑時(shí)材料結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)也是一種重要的保溫方法。它包括材料厚度設(shè)計(jì)、材料間合理搭配使用、材料使用位置三個(gè)方面的內(nèi)容。好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在同樣材料使用情況下，隔熱效果與經(jīng)濟(jì)性更好。在材料厚度設(shè)計(jì)上，既要能保溫承重，同時(shí)使用量還要適當(dāng)，才能保證經(jīng)濟(jì)性。材料過(guò)薄，起不到保溫承重效果，易折、易松動(dòng)；材料過(guò)厚，雖然承重和整體性增強(qiáng)，但是超過(guò)臨界厚度，保溫效果反而下降，同時(shí)造價(jià)也上去了。在材料間合理搭配使用上，要注意材料使用溫度限制、材料導(dǎo)熱系數(shù)、材料價(jià)格上的差異。使用溫度高的材料應(yīng)當(dāng)靠近高溫區(qū)，在溫度一致情況下，導(dǎo)熱系數(shù)低的應(yīng)當(dāng)在高溫區(qū)一側(cè)。材料合理搭配還能適當(dāng)降低造價(jià)成本。在材料使用位置上，在爐墻不同位置應(yīng)該使用不同材料，在溫度許可范圍內(nèi)，盡量選用導(dǎo)熱系數(shù)低、強(qiáng)度高、造價(jià)低的材料，在需要加強(qiáng)保溫措施部位應(yīng)當(dāng)考慮追加絕熱材料的使用；對(duì)于容易腐蝕的出硅口位置，應(yīng)當(dāng)使用耐腐蝕的材料如碳磚、碳化硅磚，而不是常規(guī)思路來(lái)安排材料使用；對(duì)于爐底基礎(chǔ)部位，在溫度許可范圍內(nèi)，應(yīng)當(dāng)選用強(qiáng)度高、導(dǎo)熱系數(shù)低、整體性好、造價(jià)低的材料。有了上述研究基礎(chǔ)，用來(lái)指導(dǎo)礦熱爐爐體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)將才能真正的把隔熱技術(shù)的作用發(fā)揮出來(lái)，制造出在國(guó)際上具有先進(jìn)節(jié)能水平的礦熱爐。表55比較了傳統(tǒng)爐體結(jié)構(gòu)[61]與按照上述思路設(shè)計(jì)的爐體結(jié)構(gòu)的隔熱性能。 表55 傳統(tǒng)礦熱爐爐體結(jié)構(gòu)與新設(shè)計(jì)的爐體結(jié)構(gòu)隔熱性能的比較項(xiàng)目爐墻內(nèi)表面溫度（℃）爐殼鋼板外表面溫度1（℃）爐墻厚度與結(jié)構(gòu)爐壁熱損失(kw)爐底熱損失3 (kw)總損失(kw)節(jié)能差率傳統(tǒng)爐襯結(jié)構(gòu)1420178圖550新式爐襯結(jié)構(gòu)14201137圖5637%1注：取平均溫度。2注：爐壁散熱面積、 m2。3注：計(jì)算方法同該文一致。從表55和圖57可以看出，新式爐襯結(jié)構(gòu)不僅厚度少，而且爐體熱損失減少37%，說(shuō)明研究總結(jié)出來(lái)的隔熱技術(shù)起到了明顯的作用。 圖56 傳統(tǒng)礦熱爐爐體結(jié)構(gòu) 圖57 新式礦熱爐爐體結(jié)構(gòu)本章研究了工業(yè)硅冶煉過(guò)程中的能源節(jié)約技術(shù)，包括冶煉關(guān)鍵設(shè)備礦熱爐爐體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、余熱利用方案研究、隔熱技術(shù)總計(jì)設(shè)計(jì)研究，從大的、主要的能源節(jié)約方面進(jìn)行了探索。通過(guò)研究設(shè)計(jì)12500KVA大容量半密閉式工業(yè)硅礦熱爐，在爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、出硅口設(shè)計(jì)、爐門設(shè)計(jì)、煙罩設(shè)計(jì)、隔熱技術(shù)等方面運(yùn)用新技術(shù)，提高了礦熱爐的性能水平，為高效利用能源打下了基礎(chǔ)和提供了實(shí)現(xiàn)方案。 通過(guò)余熱利用方案的研究，提出了二種新的余熱綜合利用方案，一是煙氣余熱發(fā)電—鍋爐補(bǔ)汽—預(yù)熱物料—生活用水（洗澡、洗碗）梯級(jí)能源利用方案，二是煙氣余熱加熱配套產(chǎn)品—生活用水綜合利用方案，為充分提高能源利用效率、節(jié)約能源、降低企業(yè)生產(chǎn)成本提供了實(shí)現(xiàn)途徑。通過(guò)隔熱技術(shù)的研究，總結(jié)了當(dāng)今先進(jìn)的隔熱材料，提出了在結(jié)構(gòu)與材料方面進(jìn)行改善礦熱爐隔熱性能的思路，新設(shè)計(jì)出來(lái)的礦熱爐爐體結(jié)構(gòu)隔熱性能優(yōu)于傳統(tǒng)爐體結(jié)構(gòu)30%以上。57