CN103423998B - 一种层复合轻质多功能工业炉窑壁结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种层复合轻质多功能工业炉窑壁结构，它是由耐火层(1)、隔热层(2)、钢内壳(3)、支撑定位件(4)、空气间层(5)、金属反射层、粘接密封材料和外表面层经定位、组装、密封等工序制成。该层复合轻质多功能工业炉窑壁结构集金属反射材料绝热保温、屏蔽功能，多层金属中空加劲层板、加劲圆筒比强度高、比刚度大性能与无机耐火隔热材料耐高温隔热性能三者技术优势于一体，可有效解决单一无机耐火隔热保温材料炉体蓄热大、耗能高、热效低等技术问题，使炉窑由重质实壁炉变为蓄热少、传热小、热效高的轻质中空壁结构炉，可保证工业炉窑在获得良好绝热保温效果，提高热效率，实现节能降耗的同时，还可隔降燃烧噪声，屏蔽外漏电波，改善周边热环境，其性价比高，综合社会效益、经济效益显著，推广应用前景极为广阔。

Description

一种层复合轻质多功能工业炉窑壁结构

技术领域

本发明属于工业保温节能技术领域，特别涉及一种层复合轻质多功能工业炉窑壁结构

背景技术

工业炉是冶金、化工、建材、轻工等部门中的关键设备和机械工业重要的配套设备，同时又是耗能大户，其能耗约占我国能源总开发量的20％以上。当前我国工业炉窑的热效率很低，其有效热与所消耗燃料化学热之比尚不足15％，亟待改善提高。造成其能耗高、热效低的重要原因之一是炉体热耗过大和热工性能不佳，这与炉窑壁所采用的隔热保温技术措施不够科学合理密切相关。当前，一般工业炉窑壁的内层采用无机耐火砖、浇铸料等重质蓄热材料，而外层多采用无机多孔状或纤维状轻质高蓄热隔热保温材料，致使炉体的体型质量大，蓄热高，总能耗约占炉子总能耗的30-50％，而炉窑壁蓄热能高达炉体总能耗的70％，所储存的热能最终大都无为散失，得不到合理有效利用，尤其对非连续、间断工作的炉窑，其蓄热损失会更大，再加上伴随高蓄热、高表面温度而引发的高辐射散热及对流散热、传导散热甚至相变散热的综合作用，会使炉窑的热损耗会更加大。这些不足之处亟需改进，以利于节能。

发明内容

针对上述工业炉窑所存在的炉体质量大、蓄热多、热耗高与热工性能不佳等不足之处，本发明的目的在于提供一种能同时发挥反射绝热保温，蓄热量小，节能降耗，比强度高比刚度大，结构安全稳定性好以及屏蔽外漏电波，降低燃烧噪声，改善周边环境等多种有利作用的轻质多功能工业炉窑。

本发明是这样实现的：

本发明提供了一种层复合轻质多功能工业炉窑壁结构，该结构内设置一层许用温度为1000℃的钢质内壳，其内侧是按工业炉窑标准规范制造的工作温度高于1000℃的耐火隔热内衬，其外侧为按近三十年方趋成熟的热辐射学以及金属反射绝热材料和热绝缘技术为依据设计的反射绝热功能结构，同时也是以钢内壳为主面层以多重金属反射绝热材料及其定位支撑件为加强肋复合而成的多重中空加劲板壳结构，其工作温度范围从内层1000℃至外表面低于50℃的常温。炉窑壁采用层复合结构，由内向外依次为：耐火层1、隔热层2、钢内壳3、支撑定位层4、空气间层5、金属反射层6、粘接密封材料7和外表层8，如附图1和附图2所示。其中4、5和6既组成反射绝热构造，同时也组成以金属反射层6为面层，以支撑定位件4为增强肋的中空加劲板壳构造。根据设计计算，用数重反射绝热构造与中空加劲板壳构造叠积所组成的结构体能同时满足工业炉窑的反射绝热隔热功能要求和结构安全技术要求。与实心壁相比，该复合中空轻质炉窑壁结构可使炉窑的整体强度、刚度和结构安全稳定性大幅度提升，且减小炉体质量，降低蓄热损失，经数重金属反射层的共同作用，在降低炉体外表面温度，最大限度减少热辐射的同时还能有效屏蔽外漏电波，减落炉膛燃烧噪声传播，改善炉周边热环境。

附图说明

附图1.层复合轻质多功能工业炉窑壁结构示意图

图中1耐火层2隔热层3钢内壳4支撑定位件5空气间层6金属反射层7粘接密封材料8外表层

局部剖视A-金属反射绝热构造与金属中空层板构造

局部剖视B-金属反射绝热中空加劲层板结构

附图2.层复合轻质多功能金属中空加劲层板结构示意图

图中(1)附图1与附图2中各图号所代表的含义均相同；

(2)附图1中钢内壳3与外表面层8之间各平行层空白处均为不连续的封闭空气间层，其隔断封闭物均为支撑定位件4；

(3)附图2中外表层8与钢内壳3之间同心圆层空白处均为不连续的封闭空气间层，其隔断封闭物均为支撑定位件4；耐火层1与隔热层2为设置于钢内壳3内侧的耐火隔热内衬的同心圆层，图中仅用想象线与钢内壳3之间的间距表示其位置，未画详图。

以下将结合附图对发明作进一步的详细描述

耐火层1、隔热层2连同耐火泥、浇注料共同组成耐火隔热内衬，所采用的材料要求其耐火度应高于炉体工艺要求温度50-200℃，定型耐火制品、不定型耐火材料和耐火纤维及其制品均可采用，耐火隔热层总厚度应确保耐火隔热内衬1外表面温度降至≤1000℃。

钢内壳3是用5-12mm厚耐热抗氧化钢板制造，许用温度1000℃，是耐火隔热内衬1的依托层，又是界于炉膛与金属反射绝热功能结构之间的密封层，可从根本上杜绝炉窑壁产生相变传热，并与多重金属反射层6及其与支撑定位件4共同组成多重中空加劲板壳结构，可大大提高工业炉窑的结构力学性能。

支撑定位件4当用于工作温度≥500℃处时，是用厚度2-6mm角钢、钢带或空腔型材经焊接组合而成的两主表面平行，间距为20-50mm框架，框内各区间分隔的面积为1m²左右；对于工作温度≤500℃处，还可以采用厚度≤3mm铝板或钢板冲压成型的两平行主表面间距≤15mm的金属网格。一般支撑定位件4所用的金属框架或金属网格的金属自身体积分别小于由其所围成空间体积的10％。

空气间层5是支撑定位件4与铺覆定位连接与其上两平行主表面的金属层1(分别为钢内壳3与金属反射层6或金属反射层6与金属反射层6、或金属反射层6与外表面层8)，三者共同夹持封闭的不连续的空气层，其单层空气层的厚度一般为10-50mm，单层的单片空气间层面积一般为1m²左右。每层封闭空气的体积约占三者所围层间总体积的80％以上，并以此保证该工业炉窑壁为层复合轻质中空夹层结构。

金属反射层6所采用的金属材料是厚度10um-200um的高纯度铬箔或镍箔或铝箔中的一种，其中，铝的纯度为99.8％。

从兼顾反射绝热功能、结构力学性能和技术经济效益三者出发，也可选用厚度≤2mm的两面镀铬或镀镍薄钢板以分别代替上述高纯度金属箔，其镀层厚度必须大于3um。空气间层5与金属反射层6和支撑定位件4所组成的金属反射绝热构造，同时也是金属反射中空层板构造。

粘接密封材料7是与使用环境温度相适应的不燃粘接填充密封材料或难燃有机粘接密封材料，既要保证金属反射层与支撑定位件连接可靠，同时又满足空气间层密封技术要求。自空气间层内的温度低于350℃处开始，可采用粘接密封材料与＜20um铝箔封条相接的方法，对每处连接、对接、搭接缝都进行严格的密封处理。

外表面层8是用厚度0.5-2mm的连续热镀铝硅合金钢板粘接密封固定于铝合金花格网支撑定位件上制造而成，在保证其反射绝热保温功能的同时，赋予外表层足够的结构力学性能，特别是抗冲击性能，以有效提高工业炉窑运行的安全可靠性。

本发明一种层复合轻质多功能工业炉窑壁结构是以反射绝热保温技术要求为首要技术指标，以此为依据确定壁结构所需包含的反射绝热构造的重数，每重空气间层厚度及总壁厚，再校核由钢内壳3与多重反射绝热中空层板所组成的加劲板壳结构，是否满足该工业炉窑的结构力学性能要求，并通过调整支撑定位件的厚度，以达到合理的整体强度、刚度和结构稳定性。最后通过调整金属反射层6的重数和其他技术参数以有效发挥其屏蔽电波外漏，隔阻降低燃烧噪声等功能，还可使工业炉窑从内腔到外表层的温度平稳均匀下降以有效阻止因炉内外热量不平衡引起的设备变形与损伤，而不必通过对炉窑外壁实施水冷或空冷进行强行降温，因此该炉窑壁结构有利于工业炉窑长期安全可靠运行。

下面结合实施例对发明作进一步祥述。

具体实施方式

现以炉内径d＝1000mm的熔化铸铁冲天炉的炉缸部为实施实例进行说明。

1.实施例1：钢内壳制作

执行钢结构工艺规范，首先将厚度为6mm4Cr9Si2耐火钢板按技术文件要求，对公称直径φ1500mm，高1800mm圆筒进行剪板下料——加工焊缝坡口——卷制加工；再在两坡口对接处按连续焊缝进行焊接，且保证焊缝饱满，无夹渣，无裂纹；通过不圆度校正，质量验收，就制成钢内壳3。

2.实施例2.多重反射绝热构造与加劲圆筒制作

根据功能和结构计算，反射绝热构造由内向外共计11重，第1重空气间层50mm，第2重至第10重均为20mm，第11重用铝合金网作定位支撑调节件，制成后公称外径为φ2000mm。

第1重：(1)将6条厚4mm、宽50mm，长1800mm轴向肋钢带沿钢内壳外圆均匀分布，垂直于表面，从两侧实施交错断续焊，角焊缝长20mm，间距30mm，焊缝高4mm，共36段；

(2)将已下好料的宽50mm厚4mm的钢圆环3个，分别按60°圆心角切割一分为6，先用点焊将其分别定位于高1800mm钢内壳圆桶中间和距两端各50mm处钢带立肋之间，环肋与立肋垂直对接处按双角焊缝十字接头连续焊，环肋与钢壳表面垂直交接处仍按上述两侧交错断续焊执行。

(3)用耐火胶泥和适量的三氧化二铝微粉配成粘度适宜的腻子，对所有焊缝间距填补找平。

(4)在厚度1.5mm高1800mm镀铬钢板上划线，找出与双角焊缝十字接头相对应的交点，在各点上钻φ6mm圆孔，然后将镀铬钢板与钢内壳通过在各十字接头处用焊点直径6mm的点焊固定成一体，将钢板与环肋或立肋点焊连接为一体。需局部加固处可用焊点直径5mm的点焊，将钢板与环肋或立肋点焊连接为一体。

第2重，先将6条长1800mm，厚4mm，宽20mm钢带轴向肋，通过与第1重的3道环肋两侧对焊，沿第1重金属反射层圆筒均匀分布，并垂直于其表面；且与第一重轴向环肋不重合，圆心角偏差约30°；再将已下好料的2个厚4mm，内径φ1603mm，外径φ1643mm，宽20mm，圆钢环分别均分成6件圆弧形环，通过于第1重的6条轴向肋两侧对焊，分别固定于距两端各300mm处；环肋与轴向肋交接处都按双角焊缝十字接头连续焊，并用耐火胶泥和三氧化二铝微粉配成腻子对所有的肋与圆筒面间隙都进行填补，形成4mm×4mm三角形密封条；最后将长1800mm，厚1mm镀铬钢板通过划线，钻φ6mm圆孔，各十字接头处点焊，将其与第1重连接为一体，既制成反射绝热构造，又制成中空加劲圆筒壳板构造；

第3重至第6重，所用材料和制作工艺、工序、技术要求均与第2重相同，仅是6条轴向肋位置均与上重圆心角偏差约30°，环向肋第1、3、5、7、9重为3条与圆筒两端的间距50mm，第2、4、6、8重为2条与两端间距为300mm，且圆环内外径各重都不等同，但宽度均为20mm。第7-10重的金属反射材料，由1mm-0.5mm厚镀铬钢板变更为厚度为30um的铝箔，重与重之间仍采用轴、环肋相交两侧对焊进行连固接，但为了提高铝箔与轴、环肋层间连接强度，可在肋条面上先刷涂无机胶粘剂再铺贴铝箔与其上，并将下一重的肋定位、焊接于铝箔之上。其填充粘接密封材料也由耐火胶泥变为由酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚脂树脂与石英微粉、磨碎玻璃纤维配置而成树脂胶泥。

第11重，是先将厚度为5mm与7.5mm的铝合金花格网各1层采用环氧树脂粘接螺纹连接相结合的方法连接固定于第10重铝箔圆筒(约φ1973mm表面)，调整其外圆直径达1990mm；再将厚度为0.8mm的连续热镀铝硅合金钢板卷制的公称直径φ2000mm圆筒用钢丝捆绑定位已刷涂环氧树脂胶粘剂的花格网圆柱体上，采用搭边焊连接定制成外表面层。并通过钢内壳与数多重金属反射层板加强肋制成的加劲曲壳结构可使工业炉窑成为比强度高、比刚度大，稳定性好的轻质炉窑。

3.实施例3.定型耐火隔热内衬施工

施工在钢内壳内侧进行。所选用耐火砖材料的耐火度应高于金属溶液温度200℃，所砌筑耐火砖隔热内衬层厚度确保钢内壳3的工作温度≤1000℃，其施工工序如下：将制好的中空壁功能围护结构放平，在钢内壳3内部施工。首先用密度2-8t/立方米的ASC(三氧化二铝-碳化硅-C质)砖砌筑底部，然后从底部向两侧圆弧面，最后向顶部砌砖，砌砖前均需先在砌墙部位浇灌一层高铝耐火浇注料找平，再砌砖。排与排之间的砖缝应错开，砖与砖之间的接缝均为2mm，最后均用ASC专用耐火泥填实压平一次完成。至此层复合轻质多功能工业炉窑中空壁结构已制造好，只要按规定待其干燥，烘炉后就可以正常运作。

本发明与现有技术相比，是在充分利用现有耐火隔热材料与技术，以钢内壳为依托结构和密封层制成的比现有工业炉窑壁厚度薄、质量小的实心耐火隔热内衬，以保证钢内壳温度≤1000℃为温控指标，可有效减少炉壁蓄热能；钢内壳将与水密切联系的无机耐火隔热材料封闭于＞1000℃的高温区，而在从1000℃至30℃的功能结构内均由金属和封闭空气构成，可从根本上杜绝炉窑产生相变传热损耗；数重金属反射层既阻止隔断≥1000℃炉膛、炉壁向外的热辐射又将辐射散热、外漏电波和燃烧噪声反射回炉内，其中波长0.7-100um的电磁波作为热能供炉内熔体吸收利用，使表面温度极大降低，可最大限度减少热辐射能耗；同时其间80％以上的封闭空气体积的导热系数很小和相对很低的金属体积质量，又可大大降低炉体导热损耗和蓄热损耗，因其封闭性好，热对流损耗也很低。因此该结构能同时将四种传热损失降至最低，可获得理想的绝热保温节能效果。除此之外，还可收到屏蔽电磁波外漏，降低燃烧噪声，有效防止设备变形损坏等多种功能。

本发明的有益效果是可根据各种工业炉窑的不同使用技术要求，有的放矢的采用层复合轻质多功能炉窑壁结构，在与现有工业炉窑相比其综合成本略有降低的前提下，可使工业炉窑同时发挥反射绝热保温、蓄热少、传热小、导热低、无相变传热，比强度高，比刚度大，结构稳定性好，能有效防止设备变形损坏，并能屏蔽电波外漏，隔阻减小燃烧噪声等各种有利作用，该层复合结构适用于多种传统工业炉窑的技术改造与新型工业炉窑的研发制造，可使其总体热效率提高30％以上，节能降耗效果明显，其应用推广潜在市场大，经济社会效益显著。

Claims (6)

1.一种层复合轻质多功能工业炉窑壁结构，其特征在于该工业炉窑壁为层合结构，由内向外依次为耐火层(1)、隔热层(2)、钢内壳(3)、支撑定位件(4)、空气间层(5)、金属反射层(6)、粘接密封材料(7)和外表面层(8)，它使工业炉窑壁由重质实体结构变为兼具反射绝热保温屏蔽功能与多层加劲板壳结构力学性能的轻质中空壁结构。

2.如权利要求1所述的层复合轻质多功能工业炉窑壁结构，其特征在于由耐火层(1)和隔热层(2)构成的耐火隔热内衬，是用定型耐火材料或不定型耐火材料制造，其厚度以保障内衬外表面温度≤1000℃为依据。

3.如权利要求1所述的层复合轻质多功能工业炉窑壁结构，其特征在于钢内壳(3)是用厚度5-10mm，长期工作温度为1000℃的耐热、抗氧化钢板制成，并经多重支撑定位件(4)和金属反射层(6)增强后共同构成的加劲板壳是轻质多功能炉窑壁结构的主体构件，也是界于1000℃高温至常温之间的密封隔离层，它可从根本上消除炉窑壁产生相变传热。

4.如权利要求1所述的层复合轻质多功能工业炉窑壁结构，其特征在于支撑定位件(4)与金属反射层(6)和空气间层(5)共同组成反射绝热构造的同时自身也是一重金属中空层板构造，加劲板壳结构就是由多重金属中空层板构造与钢内壳(3)共同组合而成。

5.如权利要求1所述的层复合轻质多功能工业炉窑壁结构，其特征在于空气间层(5)是定位夹持于支撑定位件(4)与金属反射层(6)之间的不连续的封闭空气，其层间距为5-50mm，单层内单片空气层面积≤1m²，封闭空气体积占封闭总体积的80％以上。

6.如权利要求1所述的层复合轻质多功能工业炉窑壁结构，其特征在于金属反射层(6)是厚度10um-200um的铬箔、镍箔和铝箔中的一种，也可用总厚度＜2mm的双面镀铬、镀镍或镀铝的钢板代替，其镀层厚度必须大于3um。