納米隔熱板應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

1、鋼包散熱的理論公式推導(dǎo)

納米隔熱板的應(yīng)用使210噸鋼包表面溫度從310℃降到220℃。把鋼包看作一個(gè)表面恒溫的向外散熱的熱源，這里只單獨(dú)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(gè)整體對(duì)象來(lái)考察，由于盛滿(mǎn)鋼水的鋼包所具有的熱量遠(yuǎn)大于其表面散熱量，鋼包內(nèi)部溫度遠(yuǎn)高于環(huán)境溫度，鋼包外表面無(wú)強(qiáng)制冷卻介質(zhì)，因此可將鋼包作為一個(gè)表面恒溫的圓柱體：、其散熱大小與里面所盛鋼水的溫度無(wú)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(xué)理論，鋼包散熱損失主要由鋼包外壁的自然對(duì)流散熱和輻射散熱兩種形式組成。廠(chǎng)房空問(wèn)表面積遠(yuǎn)大于鋼包表面積，廠(chǎng)房容積遠(yuǎn)大于鋼包體積，由以上分析可以認(rèn)為鋼包的散熱過(guò)程可以簡(jiǎn)化為：一個(gè)表面恒溫的豎直圓柱體在無(wú)限大空間內(nèi)進(jìn)行輻射傳熱和自然對(duì)流換熱。依據(jù)上述簡(jiǎn)化進(jìn)行建模，來(lái)建立傳熱過(guò)程計(jì)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(duì)流傳熱。按照物體輻射熱流量的計(jì)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(rèn)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(duì)流傳熱，適用于以下對(duì)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?cái)?shù)，λ一導(dǎo)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?cái)?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(yùn)動(dòng)粘度

2、計(jì)算結(jié)果及分析

因?yàn)殇摪砻娴纳崤c其立體構(gòu)形無(wú)關(guān)，只與表面積有關(guān)，因此可以把鋼包看作一個(gè)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(xué)公式，可算出對(duì)比包和實(shí)驗(yàn)包散熱損失熱功Φ對(duì)比和Φ試驗(yàn)，

Φ對(duì)比=2.47x106W，Φ試驗(yàn)=l.55xl0^6W

Φ對(duì)比-Φ試驗(yàn)=△Φ=0.92xl0^6W

又散熱量Q=ΦT，T-鋼包運(yùn)行時(shí)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(shí)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(jì)分析，鋼包的平均周轉(zhuǎn)時(shí)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(yīng)用難點(diǎn)

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(biāo)號(hào)陶瓷纖維，NIF-1050型和NIF-1100型納米微孔隔熱氈長(zhǎng)期使用溫度為1000℃和1050℃，當(dāng)很出該使用溫度時(shí)材料的收縮率會(huì)增大，帶來(lái)安全隱患。

所以在設(shè)計(jì)耐火層和隔熱層厚度時(shí)需要根據(jù)各層材料的導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算出溫度分布，確保納米微孔隔熱板的溫度不很過(guò)規(guī)定的長(zhǎng)期使用溫度?？偨Y(jié)

隨著應(yīng)用技術(shù)的不斷成熟，納米隔熱板在國(guó)內(nèi)外鋼鐵廠(chǎng)逐漸被應(yīng)用，該材料在節(jié)能減排方面的實(shí)效得到進(jìn)一步認(rèn)可。納米隔熱板在初期成本會(huì)有一定增加，從在鋼鐵冶金制造過(guò)程中，能源消耗的節(jié)約遠(yuǎn)大于投資成本，同時(shí)可對(duì)鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中熱量損失進(jìn)行精確控制，可確保能量的較好利用效率和節(jié)能，并對(duì)環(huán)境的污染較小化。