CN112414145A - 组合式节能装置的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及组合式节能装置的制备方法，包括以下步骤:a、制备耐温高辐射材料混合料；b、含量为40％～60％的氧化铝粉作为基料，加入步骤a中制备的高温高辐射材料混合料，用摩擦压力机成型为长方形圆弧人字槽或长方体波浪形槽以及圆弧长方形导向角板坯体；c、在隧道干燥器干燥处理；d、将长方形圆弧人字槽或长方体波浪形槽以及圆弧长方形导向角板坯体放入隧道窑内烧成；e、自然冷却至常温。采用上述技术方案制备出的节能板和导向角板相互组合使用组成的组合节能装置稳固的安装于炉内不易脱落，显著增强炉膛的热交换，极大程度提高了炉膛的加热速度，既达到降低能耗节能的目的，又保护了炉衬材料，延长炉窑的使用寿命。

Description

组合式节能装置的制备方法

技术领域

本发明涉及工业炉窑节能领域,尤其涉及组合式节能装置的制备方法。

背景技术

截止目前，为了提高工业加热炉窑的热效率，普遍采用的节能技术都比较单一，没有一项技术能够综合全面地去解决工业炉窑能耗高的问题。要么是增加炉膛的辐射度，要么是增加炉膛的扩展面积如远红外纳米节能涂料，这种技术在一定程度上能够起到提高炉膛内衬材料的黑度，但很有限，节能率在5％左右，使用寿命在一年之内；也有采用在炉膛内壁粘贴纤维毯的方法。这种方法只能把热能堵在炉膛内，起到减少散热损失的作用，并没有解决炉内热射线呈漫反射的状态，热射线的到位率低，纤维材料的黑度较低，当炉温升高时，其黑度还会相应减低，所以节能率也不高。近年来出现一些腔体式单个或多个预制件，这些预制件材料都是采用普通的耐火材料加以喷涂。如蜂窝式半封闭腔体耐火预制件，由多个空腔连体组成，预制件偏大，偏重，腔体部分过高，腔体朝向炉内的部分甚至直接接触到火焰，受强烈的热气流冲刷，部分腔体断裂，整体脱落严重，施工难度大，单靠腔体底部的胶泥与炉内壁粘接，远远不能适应强气流的工作环境。严重时甚至在炉膛温度未升到工作温度就发生脱落一但有脱落发生，整个预制件就几乎失去了效果，极大影响节能改造效果。再加上预制件采用的是普通耐火材料，其发射率在0.5左右，基体本身没有添加提高黑度的元素，靠基体表面的喷涂来提高其黑度，使用寿命短，无法达到节能改造效果。

发明内容

鉴于上述和/或中存在的问题，提出了本发明。

本发明的目的在于提供组合式节能装置的制备方法，以解决现有工业窑炉节能装置制备工艺制备出的节能装置易老化、衰减，易脱落，节能效果差的问题。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，提供了如下技术方案：组合式节能装置的制备方法，包括以下步骤:

a、耐高温高辐射材料混合料的制备：按重量计，将2-5份的氧化锆，3-6份的碳化硅，2-6份的钛白粉，2-6份的三氧化二铁，3份的氧化铈，2份的硅溶胶，2份的稀土原料充分搅拌混合后在1300℃～1500℃高温烧结4小时，得到耐高温高辐射材料混合料；

b、含量为40％～60％的氧化铝粉作为基料,加入10％～20％的耐高温高辐射材料混合料，再加入0.2～0.3％的泡沫剂和29.7％～39.8％的水玻璃，在行星式强制混合机中的碾盘内充分搅拌和捏合，然后经浇注成型分别成型为具有多个依次排列的圆弧人字形槽或圆弧波浪形槽的节能板胚体和具有多个依次排列的圆弧人字形槽的圆弧长方形形状的热射线导向角板坯体，成型的两种胚体具有圆弧人字形槽或圆弧波浪形槽的一面为正面，正面光滑反面粗糙，浇注好的节能板上有五个固定安装孔，其中四个为边孔，一个为中心孔；

c、将步骤b中得到的节能板胚体、导向角板坯体放入隧道干燥器进行干燥处理，隧道干燥器入口温度设置为40～50℃，隧道干燥器内最高干燥温度设置为130℃，干燥时间为48小时，干燥后得到含水量≤1.5％的胚体；

d、将步骤c中得到的节能板胚体、导向角板坯体放入隧道窑内烧成，烧成温度为1550℃，烧成保温时间为10小时，烧成后得到体积密度为2.7g/cm³，气孔率为66％～73％，耐压强度为5～8Mpa的自带黑体耐高温高辐射的节能板、导向角板；

e、将步骤d中烧成得到的节能板、导向角板在保温10小时后从隧道窑中取出，使其自然冷却至常温得到成品节能板和导向角板；

f、将步骤e中得到的节能板依次紧密连接固定安装在窑炉内壁，导向角板安装在炉顶与炉墙或端墙与侧墙之间的夹角处，导向角板开口方正对炉膛中心；

所述导向角板两端沿弧面端点边缘的切线方向且向内倾斜15～30°的方向上设置两块固定安装板，固定安装板与导向角板连为一体，固定安装板与导向角板宽度一致，宽度设置为30～60cm，固定安装板上设置4～6个安装板固定孔；

所述节能板、导向角板用高温胶泥与炉内壁粘接烧结成一个整体，加上通过固定安装孔和安装板固定孔用陶瓷螺钉将节能板和导向角板固定安装。

本发明的进一步技术方案是：所述边孔距离胚体边缘最小的距离≥10cm,边孔直径为3～5mm，中心孔位于节能板正中央位置,中心孔直径为5～8mm，便于成品节能板的安装，提高节能板在炉内的稳固性。

本发明的进一步技术方案是：在步骤b中压制成型的节能板胚体上的多个圆弧人字形槽或圆弧波浪形槽的圆弧直径为1～2cm，槽与槽的间距为1～2cm。

本发明的进一步技术方案是：所述节能板胚体长30～60cm，宽20～30cm，厚度为2～5cm。

本发明的进一步技术方案是：在步骤b中，所述导向角板坯体为具有圆弧面的厚度为2～5cm的胚体，胚体的弧面圆弧直径为10～30cm，胚体设计合理，便于使用安装。

本发明的进一步技术方案是：所述夹角部位包括端墙与侧墙之间的夹角，炉内壁夹角。

本发明的进一步技术方案是：所述安装板固定孔距离固定安装板边缘的最小距离≥10cm,安装板固定孔的直径为3～5mm。

本发明的进一步技术方案是：所述安装板固定孔分为两列，列间距为8～12cm。

本发明的进一步技术方案是：还包括与所述导向角板配合使用的耐高温纤维，所述耐高温纤维填充在所述导向角板背面，有效去除散热区域，提高节能效果。

本发明的有益效果是：

1、将节能板和导向角板合成一个组合节能装置，分别安装在炉内壁的适当部位，节能装置内、外表面均形成新的有效辐射面，辐射面积增大其中，安装在炉内衬辐射壁上的节能板，形成了与炉壁辐射壁面垂直的新辐射面，加大了炉膛内表面积，提高炉围展开度的，同时适当缩小了炉膛原设计的相应容积，相应减少了单位时间内投放到炉膛的燃料，其释放出的总热量相应增加；在炉内夹角部位固定安装导向角板，在炉内衬材料的顶部和炉墙上平铺导向角板后，形成红外线的定向发射，提高热射线的到位率和辐照度，强化了辐射传热，解决了目前炉窑节能技术不能解决的炉内夹角热射线严重损失的问题；

2、本发明在基体料中加于黑度较高的混合料，提高其热辐射的发射率，以适应炉内波谱变化，节能装置采用高温耐热材料制成，高温不老化，长期高温状态下辐射发射率不变；

3、所述节能板、导向角板用高温胶泥与炉内壁粘接烧结成一个整体，加上通过固定安装孔和安装板固定孔用陶瓷螺钉将节能板和导向角板固定安装，安装牢固，正常使用10年不脱落。

附图说明

图1本发明所述组合式节能装置安装在窑炉内的结构示意图；

图2是本发明所述具有圆弧人字形槽节能板的结构示意图；

图3本发明所述具有圆弧波浪形槽节能板的结构示意图；

图4是本发明所述导向角板的结构示意图；

附图标记：

1-窑炉，2-节能板，21-圆弧人字形槽，22-固定安装孔，23-圆弧波浪形槽，3-导向角板，31-固定安装板，32-安装板固定孔，4-耐高温纤维。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。

实施例一：

组合式节能装置的制备方法，包括以下步骤:

a、耐高温高辐射材料混合料的制备：按重量计，将2-5份的氧化锆，3-6份的碳化硅，2-6份的钛白粉，2-6份的三氧化二铁，3份的氧化铈，2份的硅溶胶，2份的稀土原料充分搅拌混合后在1300℃～1500℃高温烧结4小时，得到耐高温高辐射材料混合料；

b、含量为40％～60％的氧化铝粉作为基料,加入10％～20％的耐高温高辐射材料混合料，再加入0.2～0.3％的泡沫剂和29.7％～39.8％的水玻璃，在行星式强制混合机中的碾盘内充分搅拌和捏合，然后经浇注成型分别成型为具有多个依次排列的圆弧人字形槽或圆弧波浪形槽的节能板胚体和具有多个依次排列的圆弧人字形槽的圆弧长方形形状的热射线导向角板坯体，成型的两种胚体具有圆弧人字形槽或圆弧波浪形槽的一面为正面，正面光滑反面粗糙，浇注好的节能板上有五个固定安装孔，其中四个为边孔，一个为中心孔；

c、将步骤b中得到的节能板胚体、导向角板坯体放入隧道干燥器进行干燥处理，隧道干燥器入口温度设置为40～50℃，隧道干燥器内最高干燥温度设置为130℃，干燥时间为48小时，干燥后得到含水量≤1.5％的胚体；

d、将步骤c中得到的节能板胚体、导向角板坯体放入隧道窑内烧成，烧成温度为1550℃，烧成保温时间为10小时，烧成后得到体积密度为2.7g/cm³，气孔率为66％～73％，耐压强度为5～8Mpa的自带黑体耐高温高辐射的节能板、导向角板；

e、将步骤d中烧成得到的节能板、导向角板在保温10小时后从隧道窑中取出，使其自然冷却至常温得到成品节能板和导向角板。

f、将步骤e中得到的节能板2依次紧密连接固定安装在窑炉1内壁，导向角板3安装在炉顶与炉墙或端墙与侧墙之间的夹角处，导向角板3开口方向正对炉膛中心；

所述导向角板3两端沿弧面端点边缘的切线方向且向内倾斜15～30°的方向上设置两块固定安装板31，固定安装板31与导向角板3连为一体，固定安装板31与导向角板3宽度一致，宽度设置为30～60cm，固定安装板3上设置4～6个安装板固定孔32；

所述节能板2、导向角板3用高温胶泥与炉内壁粘接烧结成一个整体，加上通过固定安装孔22和安装板固定孔32用陶瓷螺钉将节能板和导向角板固定安装。

按照上述工艺步骤可制备出如图2所示的具有圆弧人字形槽的节能板或如图3所示的具有圆弧波浪形槽的节能板以及如图4所示的导向角板。

优选的，所述边孔距离胚体边缘最小的距离≥10cm,边孔直径为3～5mm，一个为中心孔，中心孔位于节能板正中央位置,中心孔直径为5～8mm，便于成品节能板的安装，提高节能板2在炉内的稳固性。

优选的，在步骤b中压制成型的节能板胚体上的多个圆弧人字形槽或圆弧波浪形槽的圆弧直径为1～2cm，槽与槽的间距为1～2cm。

优选的，所述节能板胚体长30～60cm，宽20～30cm，厚度为2～5cm。

优选的，在步骤b中，所述导向角板坯体为具有圆弧面的厚度为2～5cm的胚体，胚体的弧面圆弧直径为10～30cm，胚体设计合理，便于使用安装。

优选的，所述夹角部位包括端墙与侧墙之间的夹角，炉内壁夹角。

优选的，所述安装板固定孔32距离固定安装板31边缘的最小距离≥10cm,安装板固定孔32的直径为3～5mm，布置位置效果好，有效提高牢固性能。

优选的，所述安装板固定孔32分为两列，列间距为8～12cm。

优选的，还包括与所述导向角板3配合使用的耐高温纤维4，所述耐高温纤维4填充在所述导向角板3背面，有效去除散热区域，提高节能效果。

在钢铁冶炼技术领域，依据加热炉传热模型理论，传热总面积增加程度决定炉膛受热量增强程度，在增大炉膛内表面积一倍，即炉围伸展度增大一倍的情况下，单位时间段内钢坯的受热量将提高15％以上，是实现节能减排的有效途径之一，所以节能装置正面即朝向炉膛被加热工件的一端设置圆弧人字形槽或圆弧波浪形槽。能显著增大炉膛传热面积，从而进一步提升炉围伸展度，提升加热炉节能改造成效。

在工业炉设计中，当炉膛尺寸确定后，炉内壁面积随之相应确定，若拟用增大炉内衬面积来强化传热，单位时间内燃料消耗会显著减少；所以本技术方案中节能板正面即朝向炉膛被加热工件的一端设置有圆弧人字形槽或圆弧波浪形槽，使其表面形成明显凹凸感，目的在于加大炉膛内表面积，即提高炉围展开度以增强炉膛热交换，提高炉膛的加热速度，降低能耗，提高加热质数和被加热工件产量。

在本技术方案中，节能板与节能板相互组合，导向角板与导向角板相互结合，同时节能板又与导向角板相结合组成由多个单元相互结合构成一个组合式节能装置安装于窑炉内，各个单元均采用了高蓄热耐火材料为基材，按百分比加入黑度较高的材料进行充分搅拌后熔铸，烧结，机压或等静压成型，制成自带黑体高蓄热，高发射率，抗热震性强，抗热应力好，抗冲击性强的组合式节能装置，有效提高窑炉较热效率。

对燃料炉来讲，热气流不断在炉内流动，循环过程中与炉内壁接触，当流动到炉顶与炉墙，端墙与侧墙之间的夹角时，会产生窝流，迟流，这种漫射的热射线，最终通过炉墙而被散失。由于这部分热射线不能被加热工件所吸收，使炉内中心温度与边源温度相差在60-100℃，工件加热不均匀，为了使工件各部位都达到要求温度，此时的唯一办法就是不断增加炉内燃料强化燃烧，这样势必会造成顿钢能耗增加，在本技术方案中，将制成的自带黑体的热射线圆弧长方形导向角板，固定安装在炉内壁夹角部位，其法线方向正对加热工件。其作用在于，将来自各个方向的漫辐射热射线由圆弧人字槽吸收，并迅速传递到整个导向角板，待其充分蓄热后，再向炉内发射，最终被工件所吸收。由于形成红外线的定向发射，最大程度提高热射线的到位率和辐照度，强化了辐射传热使得燃料的节能率提高12％-20％。

所述节能装置内、外表面均形成新的有效辐射面，辐射面积增大。安装在炉内衬辐射壁上的强热辐射节能装置，形成了与辐射壁面垂直的新辐射面。炉内夹角部位固定安装导向角板，解决了目前炉窑节能技术不能解决的炉内夹角热射线严重损失的问题。在炉内衬材料的顶部和炉墙上平铺组合节能装置后，适当缩小了炉膛原设计的相应容积，相应减少了单位时间内投放到炉膛的燃料，其释放出的总热量相应增加，从而减少能耗，既达到节能的目的，又保护了炉衬材料，延长炉窑使用寿命。根据红外物理理论，物体表面成圆弧状便于吸收更多的热射线，当炉内不能做功的热射线由节能装置表面吸收后，迅速进入到基体，并在基体及圆弧人字槽内经过反复辐射完成充分蓄热后，再由人字槽向炉内作定向辐射。当节能装置温度上升至高于炉内工艺温度20℃以上时，其发射的波谱开始向红外短波波谱集中，波长为3-2000微米，冷热循环性好一般1-5UM左右波谱占到整个波谱的76％，在这个波谱范围内，跟工件的吸收频率基本相同，能更有效的被工件吸收，提高热效率(类似光波炉性质，都是电磁波)当温差变小达到热平衡时，炉内衬的吸收和发射率基本相等。本发明在基体料中加于黑度较高的混合料，提高其发射率，以适应炉内波谱变化。

将多个节能板及导向角板固定安装在炉内衬材料上，使得炉内衬材料损耗的热量相应减少，所以使得炉膛外表面温度降低10-60℃，可提高其炉膛中心温度20-100℃。减少了炉内衬材料与炉膛物质直接接触，减少了腐蚀和冲刷的可能，且炉温稳定，辐射波带宽且平稳。由于导向角板的安装，把夹角无序的热射线变为有序的热射线，炉内温度分布均匀，控温准确，耐高温，抗热振性好，可以延长炉体使用寿命。

如前所述，组合节能装置在完成了对热射线调控后，炉内热射线直接射向被加热工件，提高了热射线的到位率和辅照度，强化了辐射传热。使工业加热炉窑可以达到如下性能指标：

1、节能率10-15％，炉子生产率提高10-20％,炉膛垂直温差减少60％左右，延长炉衬使用寿命一倍以上。

2、具有环保效应，因强化了燃料完全燃烧，减少废气排放。

3、施工简单，安全可靠，施工时勿需对原炉体作任何改动，改造后不影响炉窑的安全使用，不改变炉子原有的任何生产运行工艺，施工周期5-8天。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.组合式节能装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:

a、耐高温高辐射材料混合料的制备：按重量计，将2-5份的氧化锆，3-6份的碳化硅，2-6份的钛白粉，2-6份的三氧化二铁，3份的氧化铈，2份的硅溶胶，2份的稀土原料充分搅拌混合后在1300℃～1500℃高温烧结4小时，得到耐高温高辐射材料混合料；

b、含量为40％～60％的氧化铝粉作为基料,加入10％～20％的耐高温高辐射材料混合料，再加入0.2～0.3％的泡沫剂和29.7％～39.8％的水玻璃，在行星式强制混合机中的碾盘内充分搅拌和捏合，然后经浇注成型分别成型为具有多个依次排列的圆弧人字形槽或圆弧波浪形槽的节能板胚体和具有多个依次排列的圆弧人字形槽的圆弧长方形形状的热射线导向角板坯体，成型的两种胚体具有圆弧人字形槽或圆弧波浪形槽的一面为正面，正面光滑反面粗糙，浇注好的节能板上有五个固定安装孔，其中四个为边孔，一个为中心孔；

c、将步骤b中得到的节能板胚体、导向角板坯体放入隧道干燥器进行干燥处理，隧道干燥器入口温度设置为40～50℃，隧道干燥器内最高干燥温度设置为130℃，干燥时间为48小时，干燥后得到含水量≤1.5％的胚体；

d、将步骤c中得到的节能板胚体、导向角板坯体放入隧道窑内烧成，烧成温度为1550℃，烧成保温时间为10小时，烧成后得到体积密度为2.7g/cm³，气孔率为66％～73％，耐压强度为5～8Mpa的自带黑体耐高温高辐射的节能板、导向角板；

e、将步骤d中烧成得到的节能板、导向角板在保温10小时后从隧道窑中取出，使其自然冷却至常温得到成品节能板和导向角板；

f、将步骤e中得到的节能板依次紧密连接固定安装在窑炉内壁，导向角板安装在炉顶与炉墙或端墙与侧墙之间的夹角处，导向角板开口方正对炉膛中心；

所述导向角板两端沿弧面端点边缘的切线方向且向内倾斜15～30°的方向上设置两块固定安装板，固定安装板与导向角板连为一体，固定安装板与导向角板宽度一致，宽度设置为30～60cm，固定安装板上设置4～6个安装板固定孔；

所述节能板、导向角板用高温胶泥与炉内壁粘接烧结成一个整体，加上通过固定安装孔和安装板固定孔用陶瓷螺钉将节能板和导向角板固定安装。

2.根据权利要求1所述的组合式节能装置的制备方法，其特征在于：所述边孔距离胚体边缘最小的距离≥10cm,边孔直径为3～5mm，中心孔位于节能板正中央位置,中心孔直径为5～8mm。

3.根据权利要求1所述的组合式节能装置的制备方法，其特征在于：在步骤b中压制成型的节能板胚体上的多个圆弧人字形槽或圆弧波浪形槽的圆弧直径为1～2cm，槽与槽的间距为1～2cm。

4.根据权利要求1所述的组合式节能装置的制备方法,其特征在于：所述节能板胚体长30～60cm，宽20～30cm，厚度为2～5cm。

5.根据权利要求1所述的组合式节能装置的制备方法，其特征在于：在步骤b中，所述导向角板坯体为具有圆弧面的厚度为2～5cm的胚体，胚体的弧面圆弧直径为10～30cm。

6.根据权利要求1所述的组合式节能装置的制备方法，其特征在于：所述夹角部位包括端墙与侧墙之间的夹角，炉内壁夹角。

7.根据权利要求1所述的组合式节能装置的制备方法，其特征在于：所述安装板固定孔距离固定安装板边缘的最小距离≥10cm,安装板固定孔的直径为3～5mm。

8.根据权利要求7所述的组合式节能装置的制备方法，其特征在于：所述安装板固定孔分为两列，列间距为8～12cm。

9.根据权利要求1所述的组合式节能装置的制备方法，其特征在于：还包括与所述导向角板配合使用的耐高温纤维，所述耐高温纤维填充在所述导向角板背面。

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