納米隔熱板應用的經(jīng)濟效益計算

1、鋼包散熱的理論公式推導

納米隔熱板的應用使210噸鋼包表面溫度從310℃降到220℃。把鋼包看作一個表面恒溫的向外散熱的熱源，這里只單獨考察此熱源在不同表面溫度下散失熱量的差異。也就是把鋼包和鋼包內(nèi)承裝的鋼水作為一個整體對象來考察，由于盛滿鋼水的鋼包所具有的熱量遠大于其表面散熱量，鋼包內(nèi)部溫度遠高于環(huán)境溫度，鋼包外表面無強制冷卻介質(zhì)，因此可將鋼包作為一個表面恒溫的圓柱體：、其散熱大小與里面所盛鋼水的溫度無關(guān)，只與鋼包表面溫度和環(huán)境條件等因素有關(guān)。

根據(jù)傳熱學理論，鋼包散熱損失主要由鋼包外壁的自然對流散熱和輻射散熱兩種形式組成。廠房空問表面積遠大于鋼包表面積，廠房容積遠大于鋼包體積，由以上分析可以認為鋼包的散熱過程可以簡化為：一個表面恒溫的豎直圓柱體在無限大空間內(nèi)進行輻射傳熱和自然對流換熱。依據(jù)上述簡化進行建模，來建立傳熱過程計算。

鋼包傳熱損失的熱功Φ=Φ1+Φ2，其中Φ1一鋼包輻射傳熱，Φ2-鋼包對流傳熱。按照物體輻射熱流量的計算公式（玻爾茲曼公式）

Φ1=ξAσ(t1^4-t2^4)(單位：W)，其中：

tl-鋼包表面溫度，單位：K

t2一環(huán)境溫度，單位：K

ξ-黑度，可認為是1

σ一玻爾茲曼常量，值為5.67xlO^-8W/(m2.K^4)

A-鋼包表面積，m^2

Φ2可看作豎圓柱的對流傳熱，適用于以下對流傳熱公式

Φ2=Ah△t（單位：W），其中：h-表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)．A-傳熱表面面積，△t-圓柱表面溫度和外界溫度的溫差

h=Nuλ/I，其中：Nu一努賽爾特數(shù)，λ一導熱系數(shù)，I-定性尺寸，這里采用圓柱高度

Nu=C(GrPr)^n，其中：Gr-格拉曉夫數(shù)，Pr-普朗特數(shù)，C，n-常數(shù)

Gr=ga△tI^3/V^2其中：g-重力加速度，a-體積膨脹系數(shù)，v-運動粘度

2、計算結(jié)果及分析

因為鋼包表面的散熱與其立體構(gòu)形無關(guān)，只與表面積有關(guān)，因此可以把鋼包看作一個圓柱體，已知鋼包平均直徑：3761mm，高度1=4.46m，算得鋼包的表面積A=52.65m^2,

從上面分析可知，令鋼包在貼絕熱板前后的外壁溫度分別t1為310℃和220℃，把這些已知條件分別代入以上的傳熱學公式，可算出對比包和實驗包散熱損失熱功Φ對比和Φ試驗，

Φ對比=2.47x106W，Φ試驗=l.55xl0^6W

Φ對比-Φ試驗=△Φ=0.92xl0^6W

又散熱量Q=ΦT，T-鋼包運行時間，查鋼水在1600℃-1700℃下的比熱Cp為0.837kl/kg℃，假設(shè)包鋼水的總質(zhì)量為，那么在鋼包外壁溫度310℃和220℃下的散熱差△Φ能使整包鋼水升高的溫度△t=Q/mcp=ΦT/mcp，這T是m和的函數(shù)，在鋼水質(zhì)量一定的情況下，只與周轉(zhuǎn)時間T有關(guān)。

假定鋼水的平均質(zhì)量為210t．得出△t=0.00523T,

3、統(tǒng)計分析，鋼包的平均周轉(zhuǎn)時間大約為100分鐘，即可以得出鋼水的溫度損失為；△t=0.00523*6000=31.38℃

應用難點

由于微孔隔熱材料的主要原料是不定形二氧化硅，其耐熱穩(wěn)定不如耐火磚或一些高標號陶瓷纖維，NIF-1050型和NIF-1100型納米微孔隔熱氈長期使用溫度為1000℃和1050℃，當很出該使用溫度時材料的收縮率會增大，帶來安全隱患。

所以在設(shè)計耐火層和隔熱層厚度時需要根據(jù)各層材料的導熱系數(shù)計算出溫度分布，確保納米微孔隔熱板的溫度不很過規(guī)定的長期使用溫度。總結(jié)

隨著應用技術(shù)的不斷成熟，納米隔熱板在國內(nèi)外鋼鐵廠逐漸被應用，該材料在節(jié)能減排方面的實效得到進一步認可。納米隔熱板在初期成本會有一定增加，從在鋼鐵冶金制造過程中，能源消耗的節(jié)約遠大于投資成本，同時可對鋼鐵生產(chǎn)過程中熱量損失進行精確控制，可確保能量的較好利用效率和節(jié)能，并對環(huán)境的污染較小化。