用于輻射管加熱爐或熱處理爐的高效傳熱輻射管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種高溫輻射管，具體涉及一種用于輻射管加熱爐或熱處理爐的高效傳熱輻射管。
【背景技術(shù)】
[0002]輻射管間接加熱隔離了爐內(nèi)加熱工件與燃燒氣體接觸，避免了燃燒氣體對加熱工件的高溫腐蝕，因而在需氣氛保護(hù)條件下加熱的工業(yè)爐上得到廣泛應(yīng)用，如帶鋼連續(xù)熱處理爐。
[0003]最早的輻射管爐是德國在20世紀(jì)30年代發(fā)明并使用，其結(jié)構(gòu)為單層直管式，水平或垂直穿過爐膛布置，直到50年代初U型輻射管才問世，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展了 W型以及排氣再循環(huán)的P型和O型。由于U型和W型輻射管有效加熱面積大、燃料利用率高、控制和操作相對較為容易等優(yōu)點(diǎn)，因此在大型的帶鋼連續(xù)熱處理爐上應(yīng)用最多。
[0004]對于常用的U型、W型輻射管，主要采用彎管與直管組焊制備，燃?xì)馀c助燃空氣在U型或W型輻射管內(nèi)一邊混合一邊燃燒，通過對流和輻射傳熱方式將熱量傳遞給輻射管，再通過輻射管外壁的對流與輻射，實(shí)現(xiàn)對工件的加熱目的，在輻射管燃?xì)馀c助燃空氣進(jìn)入輻射管混合燃燒到燃燒氣體從輻射管出口排出的單程流動(dòng)傳熱過程中，由于燃料燃燒與輻射管傳熱的相互作用，致使輻射管表面溫度沿燃燒氣體流程方向劇烈變化，并在燃燒氣體高溫以及沿程溫差應(yīng)力的作用下，引起輻射管變形與破損；同時(shí)，高溫燃燒氣體與管壁的沖刷接觸，引起管壁滲碳、滲氮、氧化等高溫腐蝕，導(dǎo)致管壁金屬材料組織劣化與腐蝕脫落，進(jìn)一步加劇了輻射管的破損。輻射管破損將使管內(nèi)燃燒氣體滲漏進(jìn)入爐膛，破壞爐內(nèi)保護(hù)性氣體，造成工件表面質(zhì)量缺陷，甚至造成輻射管管身斷裂，導(dǎo)致熱處理爐停爐，造成經(jīng)濟(jì)損失。尤其是我國，高能效輻射管的生產(chǎn)能力嚴(yán)重缺乏，輻射管主要采用離心鑄造來制造直管和精密鑄造來制造彎管，離心鑄造制造的直管壁厚最小要達(dá)到8_以上，精密鑄造制造的彎管壁厚最小要達(dá)到1mm以上，造成輻射管重量重、成本高、熱能利用率低、延伸率低，高溫狀態(tài)下更容易產(chǎn)生彎曲變形和開裂破損。
[0005]針對上述問題，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量的研究工作，如:申請?zhí)枮?0255958.7的中國實(shí)用新型專利公開了一種加固式U型輻射管，該實(shí)用新型通過在U型輻射管直管與彎管焊接處設(shè)置加固件，提高高溫輻射管焊接結(jié)合強(qiáng)度，防止焊縫變形、斷裂與漏氣，達(dá)到延長輻射管使用壽命的目的。申請?zhí)枮?00820023423.5的中國實(shí)用新型專利公開了一種懸掛式承重的燃?xì)馐郊訜釥t中的W型輻射管裝置，它通過在W型輻射管煙氣出口側(cè)管與中間管之間設(shè)置懸掛連接裝置，克服原支撐不當(dāng)引起的輻射管高溫變形、開裂問題。申請?zhí)枮?8109545.3的中國發(fā)明專利公開了一種輻射管的支撐裝置，其針對W型輻射管支撐支架與支撐部件爐內(nèi)設(shè)置易腐蝕、變形引起的支撐滑動(dòng)困難的問題，發(fā)明了一種爐外支撐裝置，保障了支撐活動(dòng)自由，克服了滑動(dòng)阻力引起的輻射管高溫變形與破損。此外，申請?zhí)枮?01110227142.8的中國發(fā)明專利公開了一種高溫紅外輻射釉料及其制備方法，其針對使用溫度< 850°C的市售紅外輻射釉料不能滿足帶鋼高溫?zé)崽幚頊囟?900?1200°C )要求的問題，發(fā)明了一種高溫紅外輻射釉料，其組成與重量百分比為:玻璃鱗片5?43、玻璃料10?17、搪瓷底釉6?23、三氧化二鉻細(xì)粉20?28、堇青石細(xì)粉7?12、高發(fā)射率材料細(xì)粉7?15 ;同時(shí)，還發(fā)明了該紅外輻射釉料配制以及輻射管外表面釉層在線制備方法，通過釉料的配制及其在輻射管外表面的在線涂刷陰干后，利用爐窯升溫加熱至釉化溫度(950?1150°C )，約比正常生產(chǎn)爐溫高100°C，釉化8-12分鐘后恢復(fù)正常爐溫，即可牢固地?zé)Y(jié)在輻射管外表面上，其使用溫度可達(dá)1050°C，2.5-20μπι全紅外波段的法向全發(fā)射率εη彡0.87，具有耐酸、堿腐蝕，化學(xué)與熱穩(wěn)定性好，機(jī)械強(qiáng)度高，無毒污染，抗氧化抗?jié)B碳能力強(qiáng)的特點(diǎn)。文獻(xiàn)“朱小平、應(yīng)宏、蔣揚(yáng)虎等，高溫抗?jié)B碳耐腐蝕紅外輻射釉料的應(yīng)用，武鋼技術(shù)，2004年，Νο6”報(bào)道了紅外輻射釉料在武鋼硅鋼多條連續(xù)退火爐U型輻射管外表面上的應(yīng)用情況，取得了延長輻射管使用壽命、提高輻射管表面溫度均勻性的積極效果。由于高溫輻射釉料制備及其相關(guān)性能的控制技術(shù)含量高，推廣應(yīng)用需要專業(yè)技術(shù)人員指導(dǎo)。
[0006]由此可見，針對帶鋼連續(xù)熱處理爐用輻射管因高溫變形及溫差應(yīng)力破損的問題，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量的研究工作，但由于上述技術(shù)大多為現(xiàn)有技術(shù)的改進(jìn)，改善效果有限；紅外輻射釉料技術(shù)僅在輻射管外表面施釉，傳熱強(qiáng)化效果仍有顯著改進(jìn)空間；此外，對于輻射管內(nèi)壁燃燒氣體高溫腐蝕問題，目前還未見到相關(guān)防護(hù)技術(shù)報(bào)道。相關(guān)用戶雖然輻射管結(jié)構(gòu)形式相同，但因操作控制技術(shù)以及輻射管爐功能需求的差異，輻射管表現(xiàn)的主要問題也不同，因而一般僅根據(jù)自身存在的關(guān)鍵問題進(jìn)行相應(yīng)的自主研發(fā)與應(yīng)用，相關(guān)技術(shù)難以得到系統(tǒng)推廣應(yīng)用。但不難看出，作為間接加熱熱源的輻射管，如何提高輻射管熱效率、提高溫度均勻性則是一個(gè)共性問題，因而，有必要持續(xù)研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種用于輻射管加熱爐或熱處理爐的高效傳熱輻射管，具有輻射管內(nèi)外傳熱強(qiáng)化、物件加熱面垂直法向輻射熱流密度高、熱效率高、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)一種用于輻射管加熱爐或熱處理爐的高效傳熱輻射管，所述輻射管為U型或W型輻射管，所述輻射管由直管段與彎管段組成，所述輻射管內(nèi)外表面均設(shè)置有紅外輻射釉層，所述直管段內(nèi)設(shè)置有內(nèi)插件，所述內(nèi)插件表面設(shè)置有紅外輻射釉層。
[0009]進(jìn)一步地，所述內(nèi)插件為旋流板結(jié)構(gòu)。所述內(nèi)插件采用耐熱合金或碳化硅陶瓷制備;
[0010]再進(jìn)一步地，所述紅外福射釉層的厚度為0.1?0.2mmO所述紅外福射釉層采用紅外輻射釉料漿噴涂或浸涂、陰干、搪燒釉化制備。
[0011]紅外輻射釉料按照輻射管與內(nèi)插件施釉面最高表面溫度的不同進(jìn)行配方選擇，具體是，當(dāng)最高表面溫度< 850 °C時(shí)，按照文獻(xiàn)“陳志芳，遠(yuǎn)紅外搪瓷的配方設(shè)計(jì)及特性，玻璃與搪瓷，Voll9，No5”提供的方法進(jìn)行配方設(shè)計(jì)或選購，否則采用中國專利“一種高溫紅外輻射釉料及其制備方法，專利號(hào):ZL201110227142.8”提供的高溫紅外輻射釉料。
[0012]再進(jìn)一步地，所述輻射管的直管段與彎管段管壁為平滑面或者波紋面，可互配組入口 ο
[0013]再進(jìn)一步地，所述輻射管的直管段與彎管段截面為圓形或橢圓形截面。
[0014]再進(jìn)一步地，所述輻射管的彎管段、橢圓形截面的直管段管壁和管壁為波紋面的的直管段采用耐熱合金精密澆鑄制備，而圓形截面且管壁為平滑面的輻射管直管段采用耐熱合金離心澆鑄制備。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果:
[0016]I)本實(shí)用新型通過U型或W型輻射管的內(nèi)外表面設(shè)置有紅外輻射釉層，強(qiáng)化輻射管內(nèi)外表面的輻射傳熱，提高輻射管傳熱效率，同時(shí)，通過釉層的隔離作用，避免了輻射管內(nèi)燃燒氣體以及輻射管外爐氣對輻射管耐熱合金基體的腐蝕，達(dá)到提高輻射管耐熱合金基體抗?jié)B碳、抗腐蝕與抗破損能力以及延長使用壽命目的；
[0017]2)本實(shí)用新型利用釉層導(dǎo)熱系數(shù)小于輻射管金屬基體的特點(diǎn)，通過輻射管內(nèi)壁釉層熱障作用與高溫燃燒氣體的隔離作用，緩解了輻射管燃燒負(fù)荷變化引起的管壁交變熱應(yīng)力，隔離了高溫燃燒氣體對管壁的腐蝕，提高輻射管使用性能以及抗破損、抗腐蝕能力；
[0018]3)本實(shí)用新型通過提高紅外輻射釉