【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,美國國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題開發(fā)了一種太空絕熱瓷層(ThermaCover)，我國于2001年也開發(fā)成功，在現(xiàn)代筑爐中已經(jīng)開始廣泛使用。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說，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、開裂。導(dǎo)熱系數(shù)低。從工作層開始就應(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。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說，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年以后我國相關(guān)單位從美國引進(jìn)并消化吸收后逐漸推廣應(yīng)用起來的優(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。材料過薄，起不到保溫承重效果，易折、易松動(dòng)；材料過厚，雖然承重和整體性增強(qiáng)，但是超過臨界厚度，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，制造出在國際上具有先進(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%，說明研究總結(jié)出來的隔熱技術(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