專利名稱：設(shè)置有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體的加熱爐窯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種工業(yè)用加熱爐窯，尤其涉及一種設(shè)置有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體 的加熱爐窯。
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(lái)強(qiáng)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(shí)減少了爐窯的蓄熱損失和散熱損失，綜合節(jié)能率最高達(dá)11%。 但這一技術(shù)措旛只是將熱量堵在爐膛內(nèi)，但并沒有解決爐膛內(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(guó)《玻璃》No. 10(1992)報(bào)導(dǎo)，Didier Fomital蜂窩狀耐火磚在玻璃 池窯頂使用，磚與爐氣接觸界面比標(biāo)準(zhǔn)磚大三倍，理論上可節(jié)能5% 8%。但 此磚不能調(diào)控?zé)嵘渚€，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?？茖W(xué)技術(shù)出版社1993年4月第一版《實(shí)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(shè)置"改變傳熱方式的裝置"，它將部 分對(duì)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?zé)嵘渚€，也未能提高發(fā)射 率，故節(jié)能率也不高，而且其技術(shù)實(shí)施難度較大，有的部位很難設(shè)置；專利號(hào) 為ZL94236755.3的"強(qiáng)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(qiáng)化了輻射傳熱，節(jié)能率達(dá) 20%以上，但其實(shí)施方式為在己建成的爐窯之上加裝強(qiáng)輻射元件，對(duì)那些不能 夠或不便于安裝強(qiáng)輻射元件的爐型，例如井式爐、滲碳爐、坩堝爐、玻璃池窯 等，應(yīng)用受到限制。為了解決上述問(wèn)題，出現(xiàn)了申請(qǐng)?zhí)枮?03117829.4"，名稱為"自帶黑體 筑爐材料及其加熱爐窯"的專利申請(qǐng)。對(duì)燃料爐來(lái)講，焰流在不斷流動(dòng)、循環(huán) 的過(guò)程中同爐瘇和物料接觸，傳導(dǎo)、對(duì)流同時(shí)進(jìn)行，且焰流不斷地輻射能量， 可以說(shuō)焰流是以對(duì)流和輻射兩種方式向爐內(nèi)提供熱量的。由于爐墻黑度和面積 增加后，強(qiáng)化了爐氣與爐襯間的輻射換熱，使?fàn)t襯內(nèi)表面溫度增高，從而也就 強(qiáng)化了爐襯與被加熱工件的輻射換熱，于是工件的升溫時(shí)間縮短，出爐的廢氣 溫度降低，燃料消耗就將減少。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)爐窯設(shè)計(jì)中，當(dāng)爐膛尺 寸確定后，爐埔面積亦隨之相應(yīng)確定，若擬用增大爐培面積來(lái)強(qiáng)化傳熱，就勢(shì) 必要加大爐膛尺寸，而這樣將引起一系列設(shè)計(jì)參數(shù)變化，并導(dǎo)致增大爐子功率 或增多燃料消耗；現(xiàn)今提髙爐墻發(fā)射率的通用方法，是在其表面涂復(fù)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(wèn)題。根據(jù)紅外物理的黑體理論， 絕對(duì)黑體是能全部吸收投射輻射能的物體，其發(fā)射率為l。黑體的性質(zhì)代表了物 體熱輻射規(guī)律的共性，它是實(shí)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(xué)平衡狀態(tài)下，物體的吸收率等于它的發(fā)射率，也就是說(shuō)物體的吸收本 領(lǐng)大，其發(fā)射本領(lǐng)一定強(qiáng)。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。該申請(qǐng)中，在工業(yè)加熱爐爐 墻特別是爐頂上，設(shè)置有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體，其法線方向正對(duì)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(gè)空腔錐臺(tái)，錐臺(tái)有 確定的長(zhǎng)徑比L/R;在空腔錐臺(tái)表面要保持一定的粗糙度；空腔錐臺(tái)表面燒結(jié)有高發(fā)射率層；錐臺(tái)底部具有波浪式坑槽。黑體可以先設(shè)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(guò)程中同時(shí)設(shè)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(gè)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(shí)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(tái)幾何形狀的規(guī)范，使這些再被發(fā)射出來(lái)的熱 射線，完成了從無(wú)序到有序直接射向工件的調(diào)控過(guò)程。但申請(qǐng)?zhí)枮?03117829.4"的專利申請(qǐng)也存在以下不足之處 一、工業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)黑體設(shè)置在工業(yè)加熱爐爐墻特別是爐頂上，其法線方向正對(duì)工件，在實(shí)際安 裝過(guò)程中，很難將工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體的法線方向與工件正對(duì)，造成達(dá)不到上述技術(shù) 效果；二、由于黑體在爐墻上可以是凸出的、部分凸出的，也可以是凹入的， 安裝不便；三、黑體是一個(gè)空腔錐臺(tái)，錐臺(tái)有確定的長(zhǎng)徑比L/R，在空腔錐臺(tái) 表面要保持一定的粗糙度，空腔錐臺(tái)表面燒結(jié)有高發(fā)射率層，錐臺(tái)底部具有波 浪式坑槽，使黑體元件制造困難，不易生產(chǎn)出專利文件中所描述的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑 體。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新瘇的目的在于克服現(xiàn)有工業(yè)加熱爐窯存在的上述技術(shù)問(wèn)題，提供 一種設(shè)置有工逸標(biāo)準(zhǔn)黑體的加熱爐窯。本實(shí)用新型不僅節(jié)能率、發(fā)射率高，傳 熱面積大，提離了熱射線的到位率和輻照度，強(qiáng)化輻射傳熱，且工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體 在工業(yè)爐窯上安裝方便，易于制造。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下一種設(shè)置有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體的加熱爐窯，包括設(shè)置在加熱爐窯爐墻和爐頂上 的呈空腔狀的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體，其特征在于所述工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體上開有輻射孔， 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體的輻射孔與加熱爐窯內(nèi)的工件位置相對(duì)；所述工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體的內(nèi) 壁和外壁上設(shè)置有高發(fā)射率層。所述工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體為空腔球形、空腔錐臺(tái)形或空腔圓柱形。所述工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體設(shè)置在加熱爐窯的耐火磚上。所述輻射孔為一個(gè)或多個(gè)，且至少有一個(gè)輻射孔與工件位置相對(duì)。所述加熱爐窯內(nèi)設(shè)置有發(fā)射層。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于一、 本實(shí)用新型在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體上開有輻射孔，在安裝時(shí)，只需要將輻射 孔與工件相對(duì)應(yīng)，安裝方便。二、 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體為空腔球形、空腔錐臺(tái)形或空腔圓柱形等，結(jié)構(gòu)形式多 樣，可根據(jù)實(shí)際需要安裝不同形狀的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體。三、 在己經(jīng)成型的加熱爐窯中使用時(shí)，不需要改變?cè)Y(jié)構(gòu)，在爐墻上設(shè)置 多個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體，即可增大傳熱面積一倍以上，提高了傳熱速度。四、 在加熱爐窯中設(shè)置有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體，由于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體發(fā)射率高，且 不老化，提高了加熱爐窯的性能，延長(zhǎng)了使用壽命。五、 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體完成了對(duì)熱射線調(diào)控后，直接從輻射孔射向被加熱工件， 提高了熱射線的到位率和輻照度，強(qiáng)化了輻射傳熱。六、 本實(shí)用新型中的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體在電、氣、油、煤不論哪種能源的加熱 爐窯上都適用，使用范圍廣。七、 本實(shí)用新型在應(yīng)用中，電阻爐、燃?xì)鉅t節(jié)能率為20%—30%，燃油爐、 燃煤爐節(jié)能率為18%—25%，使工業(yè)加熱爐窯生產(chǎn)率提高10%--20%。八、 加熱爐窯爐溫均勻性改善，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，保溫時(shí)耗電少。九、 在設(shè)置的發(fā)射層的強(qiáng)化作用下，使?fàn)t襯壽命延長(zhǎng)一倍以上。十、采用本實(shí)用新型環(huán)保，減少與節(jié)能率相應(yīng)的廢氣排放，尾氣溫度下降 70'C左右，減少了大氣污染。十一、縮短了加熱工件時(shí)的升溫時(shí)間，負(fù)載升溫階段節(jié)電率大幅提高，且 空爐升溫時(shí)，節(jié)電效果顯著。

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖圖2為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體為空腔球形的結(jié)構(gòu)示意圖圖中標(biāo)記為1、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體，2、加熱爐窯，3、輻射孔，4、高發(fā)射率層。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1一種設(shè)置有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體的加熱爐窯，包括設(shè)置在加熱爐窯2爐墻和爐頂 上的呈空腔狀的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體1,所述工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體1上開有輻射孔3，工業(yè)標(biāo) 準(zhǔn)黑體1的輻射孔3與加熱爐窯2內(nèi)的工件位置相對(duì)；工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體1的內(nèi)壁 和外壁上設(shè)置有高發(fā)射率層4，髙發(fā)射率層4由黑化鋯系、鋯系、鐵系、碳化 硅系或稀土系材料制成。其中，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體1內(nèi)外表面為高發(fā)射率層4，工 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體l為空腔球形，設(shè)置在加熱爐窯2的耐火磚上，且輻射孔3為與工 件位置相對(duì)的一個(gè)，加熱爐窯2內(nèi)也設(shè)置有高發(fā)射率層4。黑體是輻射傳熱學(xué)中的一個(gè)名詞，是指能全部吸收所遇到的熱輻射能的物 體。當(dāng)封閉在腔內(nèi)的輻射與腔壁的原子達(dá)到平衡，即單位時(shí)間內(nèi)原子發(fā)射的能 量等于它們所吸收的能量，該腔內(nèi)稱為黑體。自然界中沒有絕對(duì)的黑體，凡是 物體表面愈黑愈粗糙，就愈接近黑體。在工業(yè)應(yīng)用中，產(chǎn)生了多種類型的工業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)黑體，本實(shí)用新型中，在空腔球形的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體1的球殼上開一輻射孔 3，熱輻射線在球內(nèi)部經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次反射后才有機(jī)會(huì)從輻射孔3射出來(lái)，所以輻射 熱大部分留在球體內(nèi)。為保證每個(gè)黑體輻射出足夠的能量，以適應(yīng)工業(yè)上的需要，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體 1必須有必要的開口面積，在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體表面燒結(jié)有高發(fā)射率層4，高發(fā)射率 層4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度下完成燒結(jié)；工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體l表面要保持一定的粗糙度，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 黑體底部具有波浪式坑槽，以增大發(fā)射率。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體1可以先設(shè)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(guò)程中同時(shí)設(shè)置，如直接設(shè)置 在成型的爐墻及其預(yù)制件上，同時(shí)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4，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體1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。實(shí)施例2一種設(shè)置有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體的加熱爐窯，包括設(shè)置在加熱爐窯2爐墻和爐頂 上的呈空腔狀的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體1，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體1上開有輻射孔3，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑
體1的輻射孔3與爐窯內(nèi)的工件位置相對(duì)；工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體1的內(nèi)壁和外壁上設(shè) 置有高發(fā)射率層4。其中，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體1內(nèi)外表面為發(fā)射層，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體1為空腔錐臺(tái)形，設(shè)置在加熱爐窯2的耐火磚上，其上的輻射孔3為多個(gè)，且至 少有一個(gè)輻射孔3與工件位置相對(duì)。加熱爐窯2內(nèi)還設(shè)置有高發(fā)射率層4。實(shí)施例3一種設(shè)置有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體的加熱爐窯，包括設(shè)置在加熱爐窯2爐墻和爐頂 上的呈空腔狀的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體1,工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體1上開有輻射孔3，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑 體1的輻射孔3與加熱爐窯2內(nèi)的工件位置相對(duì)；工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體1的內(nèi)壁和外 壁上設(shè)置有高發(fā)射率層4。其中，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體1內(nèi)外表面為高發(fā)射率層4，工 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體1為空腔圓柱形，設(shè)置在加熱爐窯2的耐火磚上，其上的輻射孔3 為多個(gè)，且至少有一個(gè)輻射孔3與工件位置相對(duì)。加熱爐窯2內(nèi)還設(shè)置有高發(fā) 射率層4。本實(shí)用新型在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體1上開有輻射孔3，在安裝時(shí)，只需要將輻射 孔3與工件相對(duì)應(yīng)，安裝方便。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體1為空腔球形、空腔錐臺(tái)形或空 腔圓柱形等，結(jié)構(gòu)形式多樣，可根據(jù)實(shí)際需要安裝不同形狀的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體。 在已經(jīng)成型的加熱爐窯中使用時(shí)，不需要改變?cè)Y(jié)構(gòu)，在爐墻上設(shè)置多個(gè)工業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)黑體，即可增大傳熱面積一倍以上，提高了傳熱速度。在加熱爐窯2中設(shè) 置有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體l,由于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體1發(fā)射率高，且不老化，提高了加熱 爐窯2的性能，延長(zhǎng)了使用壽命。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體l完成了對(duì)熱射線調(diào)控后，直 接從輻射孔3射向被加熱工件，提髙了熱射線的到位率和輻照度，強(qiáng)化了輻射 傳熱。本實(shí)用新型中的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體在電、氣、油、煤不論哪種能源的加熱爐 窯上都適用，使用范圍廣。本實(shí)用新型在應(yīng)用中，電阻爐、燃?xì)鉅t節(jié)能率為20% 一30%，燃油爐、燃煤爐節(jié)能率為18%—25%，使工業(yè)加熱爐窯生產(chǎn)率提高 10%—20%。加熱爐窯爐溫均勻性改善，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，保溫時(shí)耗電少，在設(shè)置的發(fā)射層的強(qiáng)化作用下，使 爐襯壽命延長(zhǎng)一倍以上。釆用本實(shí)用新型環(huán)保，減少與節(jié)能率相應(yīng)的廢氣排放， 尾氣溫度下降70'C左右，減少了大氣污染，且采用本實(shí)用新型縮短了加熱工件 時(shí)的升溫時(shí)間，負(fù)載升溫階段節(jié)電率大幅提高，且空爐升溫時(shí)，節(jié)電效果顯著。顯然，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)所掌握的技術(shù)知識(shí)和慣用手段，根據(jù)以 上所述內(nèi)容，還可以作出不脫離本實(shí)用新型基本技術(shù)思想的多種形式，這些形 式上的變換均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種設(shè)置有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體的加熱爐窯，包括設(shè)置在加熱爐窯(2)爐墻和爐頂上的呈空腔狀的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體(1)，其特征在于所述工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體(1)上開有輻射孔(3)，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體(1)的輻射孔(3)與加熱爐窯(2)內(nèi)的工件位置相對(duì)；所述工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體(1)的內(nèi)壁和外壁上設(shè)置有高發(fā)射率層(4)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的設(shè)置有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體的加熱爐窯，其特征在于 所述工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體(1)為空腔球形、空腔錐臺(tái)形或空腔圓柱形。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)置有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體的加熱爐窯，其特征在 于所述工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體(1)設(shè)置在加熱爐窯的耐火磚上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)置有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體的加熱爐窯，其特征在于所述輻射孔(3)為一個(gè)或多個(gè)，且至少有一個(gè)輻射孔(3)與工件位置相對(duì)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或4所述的設(shè)置有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體的加熱爐窯，其特征在于所述加熱爐窯(2)內(nèi)設(shè)置有發(fā)射層。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種設(shè)置有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體的加熱爐窯。本實(shí)用新型包括設(shè)置在加熱爐窯爐墻和爐頂上的呈空腔狀的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體，所述工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體上開有輻射孔，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體的輻射孔與爐窯內(nèi)的工件位置相對(duì)。本實(shí)用新型在工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體上開有輻射孔，在安裝時(shí)，只需要將輻射孔與工件相對(duì)應(yīng)，安裝方便；工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體為空腔球形、空腔錐臺(tái)形或空腔圓柱形等，結(jié)構(gòu)形式多樣，可根據(jù)實(shí)際需要安裝不同形狀的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體；工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)黑體完成了對(duì)熱射線調(diào)控后，直接從輻射孔射向被加熱工件，提高了熱射線的到位率和輻照度，強(qiáng)化了輻射傳熱。
文檔編號(hào)F27D1/00GK201050938SQ200720079328
公開日2008年4月23日 申請(qǐng)日期2007年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月27日
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