專利名稱：自帶黑體筑爐材料及其加熱爐窯的制作方法
技術(shù)領域：
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本實用新型涉及筑爐材料及運用該類材料筑成的工業(yè)加熱爐窯，特別是冶金、機械、建材、石油、化工等行業(yè)適用的熱處理爐、鍛造加熱爐、軋鋼加熱爐、電弧煉鋼爐蓋、陶瓷燒成窯、玻璃池窯、熔鑄爐、鍋爐等。
背景技術(shù)：
截至目前，為了提高工業(yè)加熱爐窯的熱效率，采取了旨在減少蓄熱損失和散熱損失的輕型筑爐材料，亦或是用增大爐膛面積來強化傳熱，或是在爐膛內(nèi)壁涂以高發(fā)射率涂層、也有在爐膛內(nèi)加裝改變傳熱方式的裝置等技術(shù)。筑爐材料輕型化，是以容重很小的耐火纖維作爐墻的表層或夾層，甚至建造成全纖維爐。全纖維爐確實減少了爐窯的蓄熱損失和散熱損失，綜合節(jié)能率最高達11％，但這一技術(shù)措施只是將熱量堵在爐膛內(nèi)，并沒有解決爐膛內(nèi)熱射線呈漫反射分布的狀態(tài)，熱射線的到位率低，且耐火纖維的發(fā)射率也不高，所以，節(jié)能率不高；英國《玻璃》No.10(1992)報導，Didier Fornital蜂窩狀耐火磚在玻璃池窯頂使用，磚與爐氣接觸界面比標準磚大三倍，理論上可節(jié)能5％～8％。但此磚不能調(diào)控熱射線，熱射線不能直接射向被加熱物料，也未能提高發(fā)射率，故節(jié)能率不高；上海科學技術(shù)出版社1993年4月第一版《實用節(jié)能技術(shù)》所述，日本川崎鋼鐵公司水島廠在軋鋼加熱爐上設置“改變傳熱方式的裝置”，它將部分對流傳遞的熱量轉(zhuǎn)換為輻射傳熱，以提高傳熱效率，使加熱爐的熱耗下降5％左右，但這種辦法的傳熱面積增加甚微，不能調(diào)控熱射線，也未能提高發(fā)射率，故節(jié)能率也不高，而且其技術(shù)實施難度較大，有的部位很難設置；專利號為ZL94236755.3的“強輻射傳熱節(jié)能工業(yè)爐”，雖然解決了增大傳熱面積、提高發(fā)射率，使熱射線呈束并直接射向工件，有效地強化了輻射傳熱，節(jié)能率達20％以上，但其實施方式為在已建成的爐窯之上加裝強輻射元件，對那些不能夠或不便于安裝強輻射元件的爐型，例如井式爐、滲碳爐、坩堝爐、玻璃池窯等，應用受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上技術(shù)的不足，本實用新型首次提出把眾多的工業(yè)標準黑體直接設置到磚體或爐墻上，多方位地調(diào)控爐膛內(nèi)的熱射線，提高其到位率和輻照度。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是根據(jù)節(jié)能原理中、高溫電阻爐是輻射型爐子，其數(shù)學模型是
式中Q為工件獲得的熱量εM、εW分別為金屬、爐墻的黑度FM、FW分別為金屬、爐墻的面積α0輻是εM＝εW＝1時的輻射換熱系數(shù)燃料爐的數(shù)學模型是高溫爐氣與爐襯內(nèi)表面輻射換熱熱流量的計算式如下Q=5.6751ϵG+1ϵW-1[ϵGϵGW(TG100)4-(TW100)4]FW---(W)]]>式中TG、TW分別為爐氣和爐襯內(nèi)表面溫度εG、εGW分別為爐氣在TG和TW時的黑度εW為爐襯內(nèi)表面的黑度FW為爐襯內(nèi)表面的面積。
當TG與TW相差不大時，可近似認為εG＝εGW，這時上式可簡化為Q=5.6751ϵG+1ϵW-1[(TG100)4-(TW100)4]FW--(W)---(2)]]>對燃料爐來講，焰流在不斷流動、循環(huán)的過程中同爐壁和物料接觸，傳導、對流同時進行，且焰流不斷地輻射能量，可以說焰流是以對流和輻射兩種方式向爐內(nèi)提供熱量的。由于εW、FW增加后，強化了爐氣與爐襯間的輻射換熱，使爐襯內(nèi)表面溫度增高，從而也就強化了爐襯與被加熱工件的輻射換熱，于是工件的升溫時間縮短，出爐的廢氣溫度降低，燃料消耗就將減少。從(1)(2)兩式可以看出當εW和FW增大時，Q就增加，即提高爐墻發(fā)射率和增加爐墻傳熱面積，就能使爐內(nèi)傳熱量增加，工件獲得的熱量增多。在傳統(tǒng)的工業(yè)爐設計中，當爐膛尺寸確定后，爐墻面積亦隨之相應確定，若擬用增大爐墻面積FW來強化傳熱，就勢必要加大爐膛尺寸，而這樣將引起一系列設計參數(shù)變化，并導致增大爐子功率或增多燃料消耗；現(xiàn)今提高爐墻發(fā)射率εW的通用方法，是在其表面涂復高發(fā)射率涂料，其根本性的缺陷是解決不了涂層老化的問題。根據(jù)紅外物理的黑體理論，絕對黑體是能全部吸收投射輻射能的物體，其發(fā)射率為1。黑體的性質(zhì)代表了物體熱輻射規(guī)律的共性，它是實際物體熱輻射性質(zhì)的極限。根據(jù)基爾霍夫定律，在熱力學平衡狀態(tài)下，物體的吸收率等于它的發(fā)射率，也就是說物體的吸收本領大，其發(fā)射本領一定強。又根據(jù)蘭貝特定律，空間各方向發(fā)射的輻射能中，法線方向的能量最多，切線方向的能量等于零，向空間任一方向所發(fā)出的輻射能的多少與該方向同法線方向夾角的余弦成正比。本實用新型是這樣實現(xiàn)的在工業(yè)加熱爐窯爐墻特別是爐頂上，設置有工業(yè)標準黑體，其法線方向正對工件，黑體在爐墻上可以是凸出的、部分凸出的，也可以是凹入的，黑體是一個空腔錐臺，錐臺有確定的長徑比L/R；在空腔錐臺表面要保持一定的粗糙度；空腔錐臺表面燒結(jié)有高發(fā)射率層；錐臺底部具有波浪式坑槽。黑體可以先設置在建造爐墻的耐火磚上，還可以在用其它方法建造爐墻過程中同時設置，在耐火磚或爐墻面向爐膛一側(cè)的表面，還燒結(jié)有高發(fā)射率層，這樣，爐膛就形成了一個紅外加熱系統(tǒng)，眾多的黑體以0.96的比率不斷地吸收漫射的熱射線，同時又以同樣的比率連續(xù)不斷地發(fā)射出熱射線，因空腔錐臺幾何形狀的規(guī)范，使這些再被發(fā)射出來的熱射線，完成了從無序到有序直接射向工件的調(diào)控過程。
本實用新型與已有技術(shù)相比，其突出的效果是，以此自帶黑體筑爐材料建造的爐窯，籍爐墻上眾多凸凹的空腔錐臺，勿需變動原設計的任何參數(shù)，即可增大傳熱面積一倍以上；由于空腔錐臺幾何形狀及參數(shù)的保證，所形成的這種黑體達到了工業(yè)使用標準，經(jīng)中國測試技術(shù)研究院測試，其發(fā)射率高達到0.96，與國內(nèi)外通常使用的紅外涂層技術(shù)相比，其特別優(yōu)勢是基本上不老化；如前所述，眾多的黑體在完成了對熱射線調(diào)控后，直接射向被加熱工件，提高了熱射線的到位率和輻照度，強化了輻射傳熱。本實用新型在電、氣、油、煤不論哪種能源的加熱爐窯上都適用。實踐證明，以本實用新型建造的工業(yè)加熱爐窯可以達到如下性能指標電阻爐、燃氣爐節(jié)能率20％～30％，燃油爐、燃煤爐節(jié)能率18％～25％；爐子生產(chǎn)率提高10％～20％；爐溫均勻性改善，與傳統(tǒng)筑爐材料相比，爐膛垂直溫差減少50％左右，且爐溫穩(wěn)定；燒結(jié)的高發(fā)射率層的強化作用，使爐襯壽命延長一倍以上；具有環(huán)保效應，減少與節(jié)能率相應的廢氣排放，尾氣溫度下降70℃左右，減少大氣污染。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明


圖1是本實用新型自帶部分凸出黑體耐火磚的主視圖。
圖2是本實用新型自帶部分凸出黑體耐火磚的俯視圖。
圖3是本實用新型自帶凹入黑體耐火磚的主視圖。
圖4是本實用新型自帶凹入黑體耐火磚的俯視圖。
圖中，耐火磚(1)，黑體(2)，高發(fā)射率層(3)。
具體的實施方式在圖中黑體是一個空腔錐臺，錐臺具有確定的長徑比L/R＝3～6；為保證每個黑體輻射出足夠的能量，以適應工業(yè)上的需要，錐臺必須有必要的開口面積；在空腔錐臺表面燒結(jié)有高發(fā)射率層，高發(fā)射率層的材料采用黑化鋯系、鋯系、鐵系、碳化硅系、稀土系，以粘結(jié)劑結(jié)合，并在850℃下保溫3～6小時完成燒結(jié)；錐臺表面要保持一定的粗糙度；錐臺底部具有波浪式坑槽，以增大發(fā)射率。黑體可以先設置在建造爐墻的耐火磚上，還可以在用其它方法建造爐墻過程中同時設置，如直接設置在搗打成型的、澆注成型的爐墻上及其預制件上，同時在耐火磚或爐墻面向爐膛一側(cè)，還燒結(jié)有高發(fā)射率層，自帶黑體筑爐材料可以用粘土質(zhì)、高鋁質(zhì)、硅質(zhì)、鎂鋁質(zhì)、各種耐火纖維材質(zhì)的材料，成型方式包括燒結(jié)成型的、熔鑄成型的，適用范圍極其寬廣。
權(quán)利要求1.自帶黑體筑爐材料及其加熱爐窯，包括自帶黑體的筑爐材料及爐墻上的黑體，本加熱爐窯的特征為在加熱爐窯爐墻特別是爐頂上，設置有工業(yè)標準黑體，其法線方向正對工件，黑體在爐墻上可以是凸出的、部分凸出的，也可以是凹入的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自帶黑體筑爐材料及其加熱爐窯，其特征是黑體是一個空腔錐臺或空腔圓柱體，錐臺或圓柱體有確定的長徑比L/R，其表面保持一定的粗糙度，并燒結(jié)有高發(fā)射率層；錐臺或圓柱體底部具有波浪式坑槽。
3.按權(quán)利要求1所述自帶黑體筑爐材料及其加熱爐窯，其特征在于黑體可以先設置在建造爐墻的耐火磚上，也可以在用其它方法建造爐墻過程中同時設置，在耐火磚或爐墻面向爐膛一側(cè)的表面，還燒結(jié)有高發(fā)射率層。
4.按權(quán)利要求2所述自帶黑體筑爐材料及其加熱爐窯，其特征在于自帶黑體筑爐材料可以用粘土質(zhì)、高鋁質(zhì)、硅質(zhì)、鎂鋁質(zhì)、各種耐火纖維材質(zhì)的材料，成型方式包括燒結(jié)成型的、熔鑄成型的。
專利摘要自帶黑體筑爐材料及其加熱爐窯，屬工業(yè)加熱爐窯。本實用新型是在爐墻及爐頂上設有工業(yè)標準黑體，其發(fā)射率為0.96，且基本不老化，并在爐墻面向爐膛一側(cè)的表面，燒結(jié)有高發(fā)射率層，構(gòu)成一個紅外加熱系統(tǒng)。能增大傳熱面積一倍以上；黑體對漫射的熱射線進行調(diào)控，使之從無序到有序直接射向被加熱工件，提高其到位率和輻照度，強化了輻射傳熱。無論采用電、氣、油、煤哪種能源的加熱爐窯都適用。電阻爐、燃氣爐節(jié)能率20％～30％，燃油爐、燃煤爐節(jié)能率18％～25％；爐子生產(chǎn)率提高10％～20％；爐溫均勻性改善，爐膛垂直溫差減少50％，且爐溫穩(wěn)定；爐襯壽命延長一倍以上；具有環(huán)保效應，減少廢氣排放，尾氣溫度下降70℃左右。
文檔編號F27D1/04GK2627440SQ0323428
公開日2004年7月21日 申請日期2003年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月8日
發(fā)明者李治岷, 魏玉文 申請人:李治岷