CN115710436B - 一种提高炼焦炉内耐火材料热障辐射和蓄热辐射效果的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提高炼焦炉内耐火材料热障辐射和蓄热辐射效果的方法，所述方法包括在炼焦炉内涂覆热障辐射涂料和蓄热辐射涂料的步骤，所述热障辐射涂料由掺锆的氧化镧铈固溶体与粘结剂组成，固溶体中氧化锆和氧化镧铈质量比为1：(10‑50)，固溶体与粘结剂质量比为1：(0.5‑2)，所述蓄热辐射涂料由过渡金属掺杂的稀土复合物与粘结剂组成，稀土复合物中过渡金属氧化物与氧化镧铈质量比为1：(5‑10)，稀土复合物与粘结剂质量比为1：(0.5‑2)。本发明的方法在炼焦炉内耐火材料的表面喷涂两种材料，提高了炼焦炉内耐火材料的传热、蓄热、辐射和隔热能力，降低了能源消耗。
Description
技术领域
本发明创造属于焦化技术领域，尤其是涉及一种提高炼焦炉内耐火材料热障辐射和蓄热辐射效果的方法。
背景技术
1927年炭化室高6米、有效容积达30m3的大容积炼焦炉首次在德国建成投产，60年代后许多国家相继开始建造了大容积炼焦炉，我国从1965年开始研究设计大容积炼焦炉，并于1970年大容积炼焦炉投产，各项技术指标均达到较高水平。
现代炼焦炉由炭化室、燃烧室、蓄热室、斜道区、炉顶、基础、烟道等组成。炭化室中煤料在隔绝空气条件下受热变成焦炭，炼焦炉的一代炉龄一般为25年以上。从配煤范围和装煤方式划分，炼焦又分为捣固焦和顶装焦；炭化室中煤在隔绝空气加热到950℃-1050℃条件下，经过干燥、热解、熔融、黏结、固化、收缩等过程最终得到焦炭。
炼焦炉主体由耐火材料砌筑，耐火材料主要有硅砖、粘土砖和高铝砖等，炼焦炉中炭化室、燃烧室、蓄热室、斜道区、炉顶等各部位对耐火材料性能要求也不相同。炉顶位于燃烧室和炭化室顶部，具有一定的厚度和荷重，炉顶表面用耐磨性好的缸砖砌筑，并必须具有隔热功能；燃烧室和炭化室之间的隔墙称为炉墙，炉墙的耐火材料是由硅砖砌筑，燃烧室侧的炉墙平均温度约1300℃，燃烧室热量通过炉墙传递到炭化室炼焦，炭化室侧的炉墙温度可达1100℃以上，炉墙砌筑要防止煤气泄漏和整体强度高，同时还要具有良好的高温导热性能、高温抗侵蚀性能、高温荷重不变形的性能和抗热震性能；斜道区位于蓄热室和燃烧室之间，斜道是连接燃烧室立火道与蓄热室的通道，斜道区的温度达1000℃-1200℃，用硅砖砌筑而成；蓄热室主要靠格子砖交替地吸热和放热，作用是回收燃烧室高温烟气余热，预热燃烧所用空气或煤气，蓄热室在炭化室和燃烧室下部，燃烧室的烟气沿着斜道进入到蓄热室加热格子砖，格子砖将燃烧烟气的部分显热回收后排出大气，蓄热室的温度变化大，格子砖采用粘土砖；蓄热室内部设置主墙，目的是分隔蓄热室异向气流，主墙要求具有足够的强度和很好的气密性，防止煤气窜漏；单墙的作用是将蓄热室分成两个窄的蓄热室，分别用于预热空气和煤气，因为煤气和空气属同向气流，压差小，因此对单墙的密封要求比对主墙的要求略低，且不要求单墙承重；蓄热室机侧和焦侧的两端是封墙，封墙的作用是密封和隔热。
由于炼焦炉能源消耗较大，近几年对炼焦炉节能方面进行了大量工作，对炼焦炉结构不断改进和完善，并选用新型耐火材料和余热回收利用等，如蓄热室内格子砖改为薄壁大蓄热面格子砖，烟气离开蓄热室的温度降低到30℃-40℃，提高了蓄热室蓄热能力，减少污染；蓄热室封墙采用新型材料抹面，再增加一层硅酸钙隔热板，减少了封墙漏气，改善了炉头加热，减少热损失，改善了操作环境；炉端墙与炉顶内层采用漂珠砖，普通隔热砖改为高强度的隔热砖，炉门衬砖改为堇青石材质砖等节能措施，增强了隔热效果、使用效果和结构强度。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种提高炼焦炉内耐火材料热障辐射和蓄热辐射效果的方法。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种提高炼焦炉内耐火材料热障辐射和蓄热辐射效果的方法，其特征在于：所述方法包括在炼焦炉内涂覆热障辐射涂料和蓄热辐射涂料的步骤，所述热障辐射涂料由掺锆的氧化镧铈固溶体与粘结剂组成，固溶体中氧化锆和氧化镧铈质量比为1：(10-50)，固溶体与粘结剂质量比为1：(0.5-2)。所述蓄热辐射涂料由过渡金属掺杂的稀土复合物与粘结剂组成，稀土复合物中过渡金属氧化物与氧化镧铈质量比为1：(5-10)，稀土复合物与粘结剂质量比为1：(0.5-2)。
优选地，所述固溶体的制备方法如下：将氧化锆粉体与氧化镧铈粉体混合煅烧后研磨至粒度为D9080-150nm即制得固溶体。
优选地，所述稀土复合物的制备方法如下：所述稀土复合物的制备方法如下：将过渡金属氧化物粉体与氧化镧铈粉体混合煅烧后研磨至粒度为D9080-150nm即制得稀土复合物。
优选地，所述粘结剂为磷酸二氢铝、硅溶胶、铝溶胶的一种或几种。
优选地，所述过渡金属氧化物为氧化铁、氧化锰、氧化锆、氧化钛的一种或几种。
优选地，所述热障辐射涂料涂覆于燃烧室和炭化室两侧端墙、炉门衬砖、炉顶、蓄热室封墙耐火材料表面。
优选地，所述蓄热辐射涂料涂覆于燃烧室和炭化室两侧相隔的炉墙、斜道、以及蓄热室内顶、主墙、单墙和格子砖耐火材料表面。
优选地，所述热障辐射涂料和蓄热辐射涂料的涂覆厚度为0.1-1mm。
本发明还提供一种涂覆了上述热障辐射涂料和蓄热辐射涂料的炼焦炉，所述炼焦炉的燃烧室和炭化室两侧端墙、炉门衬砖、炉顶、蓄热室封墙耐火材料表面涂覆热障辐射涂料，所述炼焦炉的燃烧室和炭化室两侧相隔的炉墙、斜道以及蓄热室内顶、主墙、单墙和格子砖耐火材料表面涂覆蓄热辐射涂料。
本发明还提供了一种功能炼焦炉，所述功能炼焦炉的制备方法为：在燃烧室和炭化室两侧相隔的炉墙、斜道、以及蓄热室内顶、主墙、单墙和格子砖耐火材料表面喷涂蓄热辐射材料，燃烧室和炭化室两侧端墙、炉门衬砖、炉顶、蓄热室封墙耐火材料表面喷涂热障辐射材料，材料喷涂厚度为0.1-1mm，在室温干燥后，按炼焦炉的烘干程序升温，燃烧室侧的炉墙最高温度达到1400℃，并保持4h，使喷涂的热障辐射涂料和蓄热辐射涂料分别与耐火材料结合在一起，得到具有热障辐射和蓄热辐射功能的功能炼焦炉。
优选的，所述功能连焦炉的炼焦温度控制在950℃-1050℃。
本发明的原理为：
1)本发明中的热障辐射涂料中的固溶体将掺杂的锆进入到氧化镧铈晶格中，引起基体晶格畸变和缺陷，增强了晶格氧空位的移动性，改善了材料的高温热稳定性，导致热障辐射涂料提高了红外辐射率和降低了导热系数；
2)本发明中的蓄热辐射涂料中的稀土复合物采用过渡金属如铁、锰、锆和钛等多种金属共掺杂到氧化镧铈晶格中，引起基体晶格畸变和缺陷,增强了晶格氧空位的移动性，提高了基体氧化镧铈的蓄热能力和辐射能力；
3)采用本发明喷涂的热障辐射涂料和蓄热辐射涂料与耐火材料紧密结合，并形成陶瓷釉面，隔绝了燃烧反应和炭化反应产生的腐蚀气体对硅砖的侵蚀、腐蚀和磨损；
4)采用本发明喷涂的热障辐射涂料和蓄热辐射涂料的红外辐射功能明显增强了炼焦炉的辐射传热，改善了炉内温度场均匀性，根据斯特藩-玻尔兹曼定律炉内喷涂的涂料向焦炭传递热量与喷涂的涂料的绝对温度四次方成正比，喷涂的涂料明显增强了焦炭加热能量；
5)采用本发明喷涂的热障辐射涂料和蓄热辐射涂料改变了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，发射的远红外线直接穿透到焦炭内部，使焦炭内部发生分子震荡，产生能级跃迁，并辐射一定波段的红外线，从而产生热量，焦炭由内向外加热，有利于焦炭内部反应气体排出，增加了焦炭强度，提高了焦炭的成品率，在燃烧室辐射涂料发射的远红外线促进烟尘颗粒完全燃烧，降低烟气中未燃烬的粉尘含量；
6)本发明方法中在炼焦炉的燃烧室和炭化室的侧炉墙喷涂的蓄热辐射涂料吸收燃烧室的热量并向炭化室传递，增强了侧炉墙的导热效果，同时也增强了炭化室辐射传热能力，缩短了焦炭反应时间；
7)本发明方法中在炼焦炉的斜道和蓄热室内顶、主墙、单墙和格子砖喷涂的蓄热辐射涂料明显增强了吸收从燃烧室排出的烟气热量，降低了蓄热室排出烟气温度；
8)本发明方法中在炼焦炉耐火材料喷涂隔热辐射涂料还可降低炼焦炉外壳温度。
相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：
(1)本发明在炼焦炉内耐火材料的表面喷涂两种材料，提高了炼焦炉内耐火材料的传热、蓄热、辐射和隔热能力，降低了能源消耗；
(2)本发明中的两种材料与耐火材料紧密结合，并在耐火材料表面形成陶瓷釉面，将燃烧室和炭化室反应过程产生的腐蚀性气体与耐火材料很好的隔绝开，避免了对耐火材料的侵蚀和腐蚀，同时增强了耐火材料的耐磨性能，延长了炼焦炉的使用寿命；
(3)本发明中的热障辐射涂料中的固溶体将锆掺杂氧化镧铈属于热障陶瓷材料，并具有很高的红外辐射率，其热膨胀系数与耐火材料相匹配，同时具有较低的导热系数，具有隔热辐射功能，降低了炼焦炉外壳温度，有效降低了能源消耗；
(4)本发明中的蓄热辐射涂料中的固溶体将过渡金属掺杂的氧化镧铈具有很强的蓄热和辐射功能，改善了炼焦炉内温度场均匀性，促进了焦炭均匀反应，实现了焦炭受热均匀；
(5)本发明中的喷涂的涂料发射的远红外线可以穿透燃烧室烟气未完全燃烧的颗粒中，对其内部加热并实现完全燃烧，降低了烟尘中未燃烬的粉尘含量；
(6)本发明中的喷涂的涂料发射的远红外线直接穿透到焦炭内部进行加热反应，有利于焦炭内部完全反应和气体排出，增加了焦炭强度，提高了焦炭成品率；
(7)本发明喷涂的涂料增强了对焦炭的辐射传热，明显缩短了焦炭反应时间，与未喷涂热障辐射涂料和蓄热辐射涂料的炼焦炉对比，明显增强了耐火材料耐磨、侵蚀和腐蚀性能，喷涂蓄热辐射涂料的耐火材料蓄热能力提高15％以上，蓄热室排出的烟气温度降低10％以上，喷涂热障辐射涂料的耐火材料隔热能力提高20％以上，炼焦炉外壳温度降低20％以上，每吨焦炭节约能源10％以上，焦炭产品合格率提高10％以上。
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创造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创造。
实施例1
一种提高炼焦炉内耐火材料热障辐射和蓄热辐射效果的方法，包括如下步骤：
(1)制备热障辐射涂料和蓄热辐射涂料
热障辐射涂料由掺锆的氧化镧铈固溶体与粘结剂组成，固溶体中氧化锆和氧化镧铈质量比为1：10，固溶体与粘结剂质量比为1：1。固溶体的制备方法如下：将氧化锆粉体与氧化镧铈粉体混合后研磨至粒度为D90100nm即制得固溶体。
所述蓄热辐射涂料由过渡金属掺杂的稀土复合物与粘结剂组成，稀土复合物中过渡金属氧化物与氧化镧铈质量比为1：5，稀土复合物与粘结剂质量比为1：1。稀土复合物的制备方法如下：将过渡金属氧化物粉体与氧化镧铈粉体混合后研磨至粒度为D9080nm即制得稀土复合物。过渡金属氧化物选用的为氧化钛粉体。
粘结剂选用的均为磷酸二氢铝。
(2)炼焦炉内耐火材料表面喷涂热障辐射涂料和蓄热辐射涂料：燃烧室和炭化室两侧相隔的炉墙、斜道、以及蓄热室内顶、主墙、单墙和格子砖耐火材料表面喷涂蓄热辐射涂料，燃烧室和炭化室两侧端墙、炉门衬砖、炉顶、蓄热室封墙耐火材料表面喷涂热障辐射涂料，涂料喷涂厚度为0.3mm，在室温干燥后，按炼焦炉的烘干程序升温，燃烧室侧的炉墙最高温度达到1400℃，并保持4h，喷涂的涂料与耐火材料牢固地结合在一起，得到具有热障辐射和蓄热辐射功能的炼焦炉；
(3)炼焦：将煤加入到炭化室中，通过燃烧室侧炉墙将热量传递到炭化室，炼焦温度控制在970℃，经过干燥、热解、熔融、黏结、固化、收缩工艺最终得到焦炭；
(4)性能对比分析：具有热障辐射和蓄热辐射功能的炼焦炉与未喷涂热障辐射涂料和蓄热辐射涂料的炼焦炉相比，明显增强了耐火材料耐磨、侵蚀和腐蚀性能，喷涂蓄热辐射涂料的耐火材料蓄热能力提高15.2％，蓄热室排出的烟气温度降低10.3％，喷涂热障辐射涂料的耐火材料隔热能力提高20.5％，炼焦炉外壳温度降低20.1％，每吨焦炭节约能源10.8％，焦炭产品合格率提高10.6％。
实施例2
一种提高炼焦炉内耐火材料热障辐射和蓄热辐射效果的方法，包括如下步骤：
(1)制备热障辐射涂料和蓄热辐射涂料
热障辐射涂料由掺锆的氧化镧铈固溶体与粘结剂组成，固溶体中氧化锆和氧化镧铈质量比为1：30，固溶体与粘结剂质量比为1：1。固溶体的制备方法如下：将氧化锆粉体与氧化镧铈粉体混合后研磨至粒度为D90100nm即制得固溶体。
所述蓄热辐射涂料由过渡金属掺杂的稀土复合物与粘结剂组成，稀土复合物中过渡金属氧化物与氧化镧铈质量比为1：7，稀土复合物与粘结剂质量比为1：1。稀土复合物的制备方法如下：将过渡金属氧化物粉体与氧化镧铈粉体混合后研磨至粒度为D9080nm即制得稀土复合物。过渡金属氧化物选用的为氧化钛粉体。
粘结剂选用的均为磷酸二氢铝。
(2)炼焦炉内耐火材料表面喷涂热障辐射涂料和蓄热辐射涂料：燃烧室和炭化室两侧相隔的炉墙、斜道、以及蓄热室内顶、主墙、单墙和格子砖耐火材料表面喷涂蓄热辐射涂料，燃烧室和炭化室两侧端墙、炉门衬砖、炉顶、蓄热室封墙耐火材料表面喷涂热障辐射涂料，涂料喷涂厚度为0.3mm，在室温干燥后，按炼焦炉的烘干程序升温，燃烧室侧的炉墙最高温度达到1400℃，并保持4h，喷涂障辐射涂料和蓄热辐射涂料与耐火材料牢固地结合在一起，得到具有热障辐射和蓄热辐射功能的炼焦炉；
(3)炼焦：将煤加入到炭化室中，通过燃烧室侧炉墙将热量传递到炭化室，炼焦温度控制在1000℃，经过干燥、热解、熔融、黏结、固化、收缩工艺最终得到焦炭；
(4)性能对比分析：具有热障辐射和蓄热辐射功能的炼焦炉与未喷涂热障辐射涂料和蓄热辐射涂料的炼焦炉相比，明显增强了耐火材料耐磨、侵蚀和腐蚀性能，喷涂蓄热辐射涂料的耐火涂料蓄热能力提高18.5％，蓄热室排出的烟气温度降低13.2％，喷涂热障辐射涂料的耐火材料隔热能力提高23.1％，炼焦炉外壳温度降低22.5％，每吨焦炭节约能源13.6％，焦炭产品合格率提高13.4％。
实施例3
一种提高炼焦炉内耐火材料热障辐射和蓄热辐射效果的方法，包括如下步骤：
(1)制备热障辐射涂料和蓄热辐射涂料
热障辐射涂料由掺锆的氧化镧铈固溶体与粘结剂组成，固溶体中氧化锆和氧化镧铈质量比为1：50，固溶体与粘结剂质量比为1：1。固溶体的制备方法如下：将氧化锆粉体与氧化镧铈粉体混合后研磨至粒度为D90100nm即制得固溶体。
所述蓄热辐射涂料由过渡金属掺杂的稀土复合物与粘结剂组成，稀土复合物中过渡金属氧化物与氧化镧铈质量比为1：10，稀土复合物与粘结剂质量比为1：1。稀土复合物的制备方法如下：将过渡金属氧化物粉体与氧化镧铈粉体混合后研磨至粒度为D9080nm即制得稀土复合物。过渡金属氧化物选用的为氧化钛粉体。
粘结剂选用的均为磷酸二氢铝。
(2)炼焦炉内耐火材料表面喷涂热障辐射涂料和蓄热辐射涂料：燃烧室和炭化室两侧相隔的炉墙、斜道、以及蓄热室内顶、主墙、单墙和格子砖耐火材料表面喷涂蓄热辐射涂料，燃烧室和炭化室两侧端墙、炉门衬砖、炉顶、蓄热室封墙耐火材料表面喷涂热障辐射涂料，涂料喷涂厚度为0.3mm，在室温干燥后，按炼焦炉的烘干程序升温，燃烧室侧的炉墙最高温度达到1400℃，并保持4h，喷涂的涂料与耐火材料牢固地结合在一起，得到具有热障辐射和蓄热辐射功能的炼焦炉；
(3)炼焦：将煤加入到炭化室中，通过燃烧室侧炉墙将热量传递到炭化室，炼焦温度控制在1050℃，经过干燥、热解、熔融、黏结、固化、收缩等过程最终得到焦炭；
(4)性能对比分析：具有热障辐射和蓄热辐射功能的炼焦炉与未喷涂热障辐射涂料和蓄热辐射涂料的炼焦炉相比，明显增强了耐火材料耐磨、侵蚀和腐蚀性能，喷涂蓄热辐射涂料的耐火材料蓄热能力提高20.1％，蓄热室排出的烟气温度降低15.3％，喷涂热障辐射涂料的耐火材料隔热能力提高25.3％，炼焦炉外壳温度降低25.1％，每吨焦炭节约能源15.8％，焦炭产品合格率提高15.6％。
对比例1
一种提高炼焦炉内耐火材料热障辐射和蓄热辐射效果的方法，包括如下步骤：
(1)制备辐射涂料
辐射涂料由氧化镧铈和磷酸二氢铝组成，其质量比为1：1。
(2)炼焦炉内耐火材料表面喷涂辐射涂料：燃烧室和炭化室两侧相隔的炉墙、斜道、以及蓄热室内顶、主墙、单墙和格子砖耐火材料表面喷涂蓄热辐射涂料，燃烧室和炭化室两侧端墙、炉门衬砖、炉顶、蓄热室封墙耐火材料表面喷涂热障辐射涂料，涂料喷涂厚度为0.3mm，在室温干燥后，按炼焦炉的烘干程序升温，燃烧室侧的炉墙最高温度达到1400℃，并保持4h，喷涂的涂料与耐火材料牢固地结合在一起，得到具有热障辐射和蓄热辐射功能的炼焦炉；
(3)炼焦：将煤加入到炭化室中，通过燃烧室侧炉墙将热量传递到炭化室，炼焦温度控制在1050℃，经过干燥、热解、熔融、黏结、固化、收缩等过程最终得到焦炭；
(4)性能对比分析：喷涂辐射涂料的炼焦炉与未喷辐射涂料的炼焦炉相比，增强了耐火材料耐磨、侵蚀和腐蚀性能，喷涂蓄热辐射涂料的耐火材料蓄热能力提高5.2％，蓄热室排出的烟气温度降低2.3％，喷涂热障辐射涂料的耐火材料隔热能力提高1.5％，炼焦炉外壳温度降低5.0％，每吨焦炭节约能源2.7％，焦炭产品合格率提高1.8％。
对比例2
一种提高炼焦炉内耐火材料热障辐射和蓄热辐射效果的方法，包括如下步骤：
(1)制备热障辐射涂料和蓄热辐射涂料
热障辐射涂料由掺锆的氧化镧铈固溶体与粘结剂组成，固溶体中氧化锆和氧化镧铈质量比为1：50，固溶体与粘结剂质量比为1：1。固溶体的制备方法如下：将氧化锆粉体与氧化镧铈粉体混合后研磨至粒度为D9080nm即制得固溶体。
蓄热辐射涂料由氧化镧铈和磷酸二氢铝组成，其质量比为1：1。
(2)炼焦炉内耐火材料表面喷涂热障辐射涂料和蓄热辐射涂料：燃烧室和炭化室两侧相隔的炉墙、斜道、以及蓄热室内顶、主墙、单墙和格子砖耐火材料表面喷涂蓄热辐射涂料，燃烧室和炭化室两侧端墙、炉门衬砖、炉顶、蓄热室封墙耐火材料表面喷涂热障辐射涂料，涂料喷涂厚度为0.3mm，在室温干燥后，按炼焦炉的烘干程序升温，燃烧室侧的炉墙最高温度达到1400℃，并保持4h，喷涂的涂料与耐火材料牢固地结合在一起，得到具有热障辐射和蓄热辐射功能的炼焦炉；
(3)炼焦：将煤加入到炭化室中，通过燃烧室侧炉墙将热量传递到炭化室，炼焦温度控制在1050℃，经过干燥、热解、熔融、黏结、固化、收缩等过程最终得到焦炭；
(4)性能对比分析：具有热障辐射和蓄热辐射功能的炼焦炉与未喷涂热障辐射涂料和蓄热辐射涂料的炼焦炉相比，明显增强了耐火材料耐磨、侵蚀和腐蚀性能，喷涂蓄热辐射涂料的耐火材料蓄热能力提高4.1％，蓄热室排出的烟气温度降低3.0％，喷涂热障辐射涂料的耐火材料隔热能力提高8.1％，炼焦炉外壳温度降低7.7％，每吨焦炭节约能源1.5％，焦炭产品合格率提高3.3％。
对比例3
一种提高炼焦炉内耐火材料热障辐射和蓄热辐射效果的方法，包括如下步骤：
(1)制备热障辐射涂料和蓄热辐射涂料
热障辐射涂料由氧化镧铈和磷酸二氢铝组成，其质量比为1：1。
蓄热辐射涂料由过渡金属掺杂的稀土复合物与粘结剂组成，稀土复合物中过渡金属氧化物与氧化镧铈质量比为1：10，稀土复合物与粘结剂质量比为1：1。稀土复合物的制备方法如下：将过渡金属氧化物粉体与氧化镧铈粉体混合后研磨至粒度为D90100nm即制得稀土复合物。过渡金属氧化物选用的为氧化钛粉体。
(2)炼焦炉内耐火材料表面喷涂热障辐射涂料和蓄热辐射涂料：燃烧室和炭化室两侧相隔的炉墙、斜道、以及蓄热室内顶、主墙、单墙和格子砖耐火材料表面喷涂蓄热辐射涂料，燃烧室和炭化室两侧端墙、炉门衬砖、炉顶、蓄热室封墙耐火材料表面喷涂热障辐射涂料，涂料喷涂厚度为0.3mm，在室温干燥后，按炼焦炉的烘干程序升温，燃烧室侧的炉墙最高温度达到1400℃，并保持4h，喷涂的涂料与耐火材料牢固地结合在一起，得到具有热障辐射和蓄热辐射功能的炼焦炉；
(3)炼焦：将煤加入到炭化室中，通过燃烧室侧炉墙将热量传递到炭化室，炼焦温度控制在1050℃，经过干燥、热解、熔融、黏结、固化、收缩等过程最终得到焦炭；
(4)性能对比分析：具有热障辐射和蓄热辐射功能的炼焦炉与未喷涂热障辐射涂料和蓄热辐射涂料的炼焦炉相比，明显增强了耐火材料耐磨、侵蚀和腐蚀性能，喷涂蓄热辐射涂料的耐火材料蓄热能力提高5.0％，蓄热室排出的烟气温度降低3.2％，喷涂热障辐射涂料的耐火材料隔热能力提高6.9％，炼焦炉外壳温度降低14.8％，每吨焦炭节约能源7.0％，焦炭产品合格率提高2.9％。
对比例4
一种提高炼焦炉内耐火材料热障辐射和蓄热辐射效果的方法，包括如下步骤：
(1)制备热障辐射涂料和蓄热辐射涂料
热障辐射涂料由掺锆的氧化镧铈固溶体与粘结剂组成，固溶体中氧化锆和氧化镧铈质量比为1：50，固溶体与粘结剂质量比为1：1。固溶体的制备方法如下：将氧化锆粉体与氧化镧铈粉体混合后研磨至粒度为D90100nm即制得固溶体。
所述蓄热辐射涂料由过渡金属掺杂的稀土复合物与粘结剂组成，稀土复合物中过渡金属氧化物与氧化镧铈质量比为1：10，稀土复合物与粘结剂质量比为1：1。稀土复合物的制备方法如下：将过渡金属氧化物粉体与氧化镧铈粉体混合后研磨至粒度为D9080nm即制得稀土复合物。过渡金属氧化物选用的为氧化钛粉体。
粘结剂选用的均为磷酸二氢铝。
(2)炼焦炉内耐火材料表面喷涂热障辐射涂料和蓄热辐射涂料：燃烧室和炭化室两侧相隔的炉墙、斜道、以及蓄热室内顶、主墙、单墙和格子砖耐火材料表面喷涂蓄热辐射涂料，燃烧室和炭化室两侧端墙、炉门衬砖、炉顶、蓄热室封墙耐火材料表面喷涂热障辐射涂料，涂料喷涂厚度为0.3mm，在室温干燥后，按炼焦炉的烘干程序升温，燃烧室侧的炉墙最高温度达到1400℃，并保持4h，喷涂的涂料与耐火材料牢固地结合在一起，得到具有热障辐射和蓄热辐射功能的炼焦炉；
(3)炼焦：将煤加入到炭化室中，通过燃烧室侧炉墙将热量传递到炭化室，炼焦温度控制在800℃，经过干燥、热解、熔融、黏结、固化、收缩工艺最终得到焦炭；
(4)性能对比分析：具有热障辐射和蓄热辐射功能的炼焦炉与未喷涂热障辐射涂料和蓄热辐射涂料的炼焦炉相比，明显增强了耐火材料耐磨、侵蚀和腐蚀性能，喷涂蓄热辐射涂料的耐火材料蓄热能力提高9.8％，蓄热室排出的烟气温度降低6.3％，喷涂热障辐射涂料的耐火材料隔热能力提高15.5％，炼焦炉外壳温度降低14.8％，每吨焦炭节约能源6.9％，焦炭产品合格率提高7.1％。
实施例1-3以及对比例1-4的原料配比以及性能对比见表1和表2。
表1实施例1-3的原料配比及性能对比
| 项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 氧化锆氧化镧铈质量比 | 1：10 | 1：30 | 1：50 |
| 过渡金属与氧化镧铈质量比 | 1：5 | 1：7 | 1：10 |
| 炼焦温度/℃ | 970 | 1000 | 1050 |
| 蓄热能力提高率％ | 15.2 | 18.5 | 20.1 |
| 烟气温度降低率％ | 10.3 | 13.2 | 15.3 |
| 隔热能力提高率％ | 20.5 | 23.1 | 25.3 |
| 外壳温度降低率％ | 20.1 | 22.5 | 25.1 |
| 每吨焦炭节约能源率％ | 10.8 | 13.6 | 15.8 |
| 焦炭产品合格率％ | 10.6 | 13.4 | 15.6 |
由表1的性能对比结果可以看出经过热障辐射涂料和蓄热辐射涂料喷涂后，炼焦炉的性能均有大幅提高，这是因为热障辐射涂料中的固溶体将掺杂的锆进入到氧化镧铈晶格中，引起基体晶格畸变和缺陷，增强了晶格氧空位的移动性，改善了材料的高温热稳定性，导致热障辐射涂料提高了红外辐射率和降低了导热系数。蓄热辐射涂料中的稀土复合物采用过渡金属如铁、锰、锆和钛等多种金属共掺杂到氧化镧铈晶格中，引起基体晶格畸变和缺陷,增强了晶格氧空位的移动性，提高了基体氧化镧铈的蓄热能力和辐射能力。炼焦温度提高，也有利于炼焦炉各项性能的提升，因为温度高，越能够发挥出氧化镧铈高发生率和地热导率的特点。
表2实施例3和对比例1-4的原料配比及性能对比
由表2中实施例3和对比例1-3的性能对比结果可以看出，热障辐射涂料和蓄热辐射涂料中任意一种换成纯氧化镧铈都会降低炼焦炉性能，这是因为如果热障辐射涂料换成纯氧化镧铈的涂料，红外辐射率的提高和导热系数的降低不明显，而如果蓄热辐射涂料中采用纯氧化镧铈，也不能提高基体蓄热能力和辐射能力。由实施例3和对比例4的性能对比结果可以看出，炼焦温度降低，炼焦炉的各项性能也相应变低。温度低，不利于发挥热障辐射涂料和蓄热辐射涂料的高发射率特性。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种提高炼焦炉内耐火材料热障辐射和蓄热辐射效果的方法，其特征在于：所述方法包括在炼焦炉内涂覆热障辐射涂料和蓄热辐射涂料的步骤，所述热障辐射涂料涂覆于燃烧室和炭化室两侧端墙、炉门衬砖、炉顶、蓄热室封墙的耐火材料表面；所述蓄热辐射涂料涂覆于燃烧室和炭化室两侧相隔的炉墙、斜道以及蓄热室内顶、主墙、单墙和格子砖的耐火材料表面；
所述热障辐射涂料由掺锆的氧化镧铈固溶体与粘结剂组成，固溶体中氧化锆和氧化镧铈质量比为1：（10-50），固溶体与粘结剂质量比为1：（0.5-2），所述蓄热辐射涂料由过渡金属掺杂的稀土复合物与粘结剂组成，稀土复合物中过渡金属氧化物与氧化镧铈质量比为1：（5-10），稀土复合物与粘结剂质量比为1：（0.5-2），所述稀土复合物的制备方法如下：将过渡金属氧化物粉体与氧化镧铈粉体混合煅烧后研磨至粒度为D9080-150nm即制得稀土复合物，其中，所述过渡金属氧化物为氧化铁；
所述粘结剂为磷酸二氢铝、硅溶胶、铝溶胶中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述固溶体的制备方法如下：将氧化锆粉体与氧化镧铈粉体混合煅烧后研磨至粒度为D9080-150nm即制得固溶体。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述热障辐射涂料和蓄热辐射涂料的涂覆厚度为0.1-1 mm。
4.一种功能炼焦炉，其特征在于：所述功能炼焦炉的制备方法为：在燃烧室和炭化室两侧相隔的炉墙、斜道、以及蓄热室内顶、主墙、单墙和格子砖的耐火材料表面喷涂蓄热辐射涂料；燃烧室和炭化室两侧端墙、炉门衬砖、炉顶、蓄热室封墙的耐火材料表面喷涂热障辐射涂料；
所述蓄热辐射涂料由过渡金属掺杂的稀土复合物与粘结剂组成，稀土复合物中过渡金属氧化物与氧化镧铈质量比为1：（5-10），稀土复合物与粘结剂质量比为1：（0.5-2），所述稀土复合物的制备方法如下：将过渡金属氧化物粉体与氧化镧铈粉体混合煅烧后研磨至粒度为D9080-150nm即制得稀土复合物，其中，所述过渡金属氧化物为氧化铁；所述热障辐射涂料由掺锆的氧化镧铈固溶体与粘结剂组成，固溶体中氧化锆和氧化镧铈质量比为1：（10-50），固溶体与粘结剂质量比为1：（0.5-2）；
所述粘结剂为磷酸二氢铝、硅溶胶、铝溶胶中的一种或几种；
所述蓄热辐射涂料和热障辐射涂料喷涂厚度为0.1-1mm，在室温干燥后，按炼焦炉的烘干程序升温，燃烧室侧的炉墙最高温度达到1400℃，并保持4 h，使喷涂的热障辐射涂料和蓄热辐射涂料分别与耐火材料结合在一起，得到具有热障辐射和蓄热辐射功能的功能炼焦炉。
5.根据权利要求4所述的功能炼焦炉，其特征在于：所述功能炼焦炉的炼焦温度控制在950℃-1050℃。
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