一種工業爐窯內襯材料的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種工業爐窯內襯材料，包括基體與高發射率涂層，所述基體是在高溫耐火材料中加入10%的防爆纖維，并經過充分攪拌，燒結或熔鑄成具有半封閉腔體的預制件，防爆纖維隨著預制件在燒結過程中達到一定溫度時，即開始軟化，收縮融化，最后形成無數個不規則的微孔，在預制件的半封閉腔體的內壁刷涂防氧化劑和燒結劑，再涂覆粘接劑，然后噴涂0.2～2ｍｍ厚的高發射率涂層，在室溫下自然陰干，最后高溫加熱固化，加熱速率為10℃/min，在1300℃保溫5小時完成燒結，形成黑體源；本發明儲熱功能強，輻射率高，既能大幅度提高爐膛傳熱面積，又能提高爐襯內壁黑度和增強輻照度，改善爐膛溫度均勻性，延長爐齡。
【專利說明】一種工業爐窯內襯材料
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及一種內襯材料，特別涉及一種工業爐窯內襯材料。
【背景技術】
[0002]鑒于戰略性新興產業處于快速變化的時期，作為能源消耗大戶工業爐窯的節能改造工作也迫在眉睫。目前也有些節能技術在應用中:用耐火纖維粘貼在爐內襯上，減少散熱損失。但這種技術只是把熱量堵在爐膛內。不能解決熱射線的到位率，又因耐火纖維的發射率不高，且隨爐內溫度的升高而降低。因此節能率不高；在爐膛內壁噴涂來節能。這種方法能增加一定的輻射強度，但不能增加傳熱面積，也不能調控熱射線，且使用壽命一般在6-12個月，節能率在6%左右；在爐內襯材料上設置黑體節能錐，此技術能夠增加一些傳熱面積，調控部分熱射線。由于節能錐材料配置及生產工藝的限制，在實際運行中容易爆裂和脫落，使用壽命短。再由于節能錐整體涂有高溫高輻射率涂料，使之部分熱射線從節能錐的外表面向外發射，造成新的部分不能作功輻射熱，只有小部分輻射熱直接射向被加熱工件，因此節能率也不高。總之，目前在工業爐窯節能改造技術中，無非采用兩種方式；一或是增大爐膛面積來強化傳熱。這種方式會改變爐子結構，工程量大，進而會因增大爐子功率，不但不節能反而使燃料消耗更多。一種是提高爐內襯材料的發射率；這種方式在一定程度能夠提高爐襯材料的黑度，但技術單一，不能增加傳熱面積，也不能調控熱射線，所以節能率也不聞。
[0003]黑體是指能夠吸收全部投射輻射的物體，它是一個理想的輻射體.絕對黑體是能全部吸收投射輻射能的物理，物體的發射率能夠達到最大值1，即為黑體。傳統黑體模型是一個由等溫壁面所圍成的圓柱形空腔，并在腔壁上開一個小孔.若小孔相對整個空腔的尺寸足夠小，外界輻射能投射進入小孔內，經過腔壁的多次反射而逐漸被墻壁所吸收，精確的絕對黑體模型的發射率可達0.999以上。盡管傳統的黑體模型在工程實際中并不能直接和方便地應用。但應用此原理，可以推理:只要提高了物理對熱輻射的吸收率，其輻射能力也相應提聞。
【發明內容】
[0004]針對現有技術上存在的不足，本發明提供一種工業爐窯內襯材料，該內襯材料儲熱功能強，輻射率高，施工周期短，防爆裂和脫落，使用壽命高，節能率高，既能大幅度提高爐膛傳熱面積，又能提高爐襯內壁黑度和增強輻照度，改善爐膛溫度均勻性，延長爐齡。
[0005]為了實現上述目的，本發明是通過如下的技術方案來實現:
[0006]一種工業爐窯內襯材料，包括基體與高發射率涂層，所述基體是在莫來石粉中加入10%的防爆纖維，并經過攪拌機充分攪拌，通過連續式微波高溫燒結推板窯爐燒結成具有半封閉腔體的預制件，該預制件為高溫耐火預制件，防爆纖維隨著預制件在燒結過程中達到80°C?150°C時，即開始軟化，收縮融化，最后形成無數個不規則的微孔，以增加蓄熱功能；在預制件的半封閉腔體的內壁刷涂防氧化劑和燒結劑，所述防氧化劑為S1-B_4C復合抗氧化劑，所述燒結劑為JBX燒結增效劑，再涂覆粘接劑，然后噴涂0.2?2 mm厚的高發射率涂層，用以增加爐襯內壁的黑度，根據紅外物理的黑體理論，使腔體內形成的熱射線束有效地，集中地直接射向被加熱工件；充分利用防爆纖維的特性，使之在正常運行中不爆裂、不脫落、不龜裂，抗拉伸、耐沖擊、提高整體強度；疏水排氣性能好、使用壽命達5年以上；并在室溫下自然陰干，最后高溫加熱固化，加熱速率為10°C/min，在1300°C保溫5小時完成燒結，形成黑體源，近似黑體；所述高發射率涂層由質量百分比為14?16%的硅溶膠、9?11%的硅酸鋯、24?26%的三氧化二鉻、19?21%的二氧化錳、14?16%的三氧化二鐵、9?11%的氧化鎂以及4?6%的稀土制備得到。
[0007]制備該高發射率涂層的方法是:將質量百分比為14?16%的硅溶膠、9?11%的硅酸鋯、24?26%的三氧化二鉻、19?21%的二氧化錳、14?16%的三氧化二鐵、9?11%的氧化鎂以及4?6%的稀土混合均勻研磨后置于箱式高溫爐中在1200?1400°C時保溫2h，再倒入冷水中水淬出料，然后在行星球磨機濕法球磨6h，加蒸餾水調整漿料粘度適中，攪拌3h混合均勻，陳化24h，即制得高發射率涂層。
[0008]進一步地，所述粘接劑為苯乙烯一丙烯酸共聚。
[0009]進一步地，所述預制件在燒結前涂覆一層硅溶膠，使預制件外表面相對光滑，在一定程度可以阻止吸收在預制件內部及微孔內的熱射線向外發射，迫使預制件內部及微孔內吸收的熱射線連續不斷地反射到半封閉腔體內，其傳熱機理是:熱射線通過開口進入半封閉空腔后在預制件內部及微孔內經過多次反射而被吸收，再從開口再次輻射到爐膛內。
[0010]進一步地，所述預制件的外形為碗狀或圓柱形。
[0011]進一步地，碗狀的所述預制件的后端有5mm厚的底座，便于施工時與爐內襯材料燒結，底座的前端直至開口處為圓弧形，底座的后端為平底。
[0012]進一步地，所述預制件內的半封閉腔體設有坑槽。
[0013]進一步地，所述坑槽寬為6mm，深為3mm，坑槽與半封閉腔體等長。
[0014]進一步地，所述坑槽沿半封閉腔體的內壁依次分布，以增大半封閉腔體內壁的總面積。
[0015]進一步地，所述半封閉腔體的后端為密封結構，半封閉腔體的前端開口朝向加熱爐內部，其發線方向正對被加熱工件。
[0016]采用上述技術方案的工業爐窯內襯材料，在高溫耐火材料中加10%的防爆纖維造孔，以增加蓄熱功能，并充分利用防爆纖維的特性，使之在正常運行中不爆裂、不脫落、不龜裂，抗拉申、耐沖擊、提高整體強度；疏水排氣性能好，使用壽命達5年以上；增大了腔體內壁的總面積，提高了爐圍伸展度，使腔體內的面積比開口面積大數倍；在預制件腔體內壁涂有高發射率涂層，用以增加爐襯內壁的黑度，在一定程度阻止吸收在預制件內部及微孔內的熱射線向外發射，迫使預制件內部及微孔內吸收的熱射線連續不斷地反射到空腔內。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]下面結合附圖和【具體實施方式】來詳細說明本發明；
[0018]圖1為碗狀預制件的主視剖視圖；
[0019]圖2為碗狀預制件的俯視圖；
[0020]圖3為圓柱形預制件的主視剖視圖；[0021]圖4為圓柱形預制件的俯視圖。
[0022]圖中，1、碗狀預制件基體；2、碗狀預制件開口外表面；3、碗狀預制件外表面；4、碗狀預制件的坑槽；11、圓柱形預制件基體；12、圓柱形預制件開口外表面；13、圓柱形預制件的坑槽。
【具體實施方式】
[0023]為使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合【具體實施方式】，進一步闡述本發明。
[0024]如圖1至圖4所示，一種工業爐窯內襯材料，包括基體與高發射率涂層，所述基體是在莫來石粉中加入10%的防爆纖維，并經過攪拌機充分攪拌，通過連續式微波高溫燒結推板窯爐燒結成具有半封閉腔體的預制件，該預制件為高溫耐火預制件，防爆纖維隨著預制件在燒結過程中達到80°c?150°C時，即開始軟化，收縮融化，最后形成無數個不規則的微孔，以增加蓄熱功能；在預制件的半封閉腔體的內壁刷涂防氧化劑和燒結劑，所述防氧化劑為S1-B_4C復合抗氧化劑，所述燒結劑為JBX燒結增效劑，再涂覆粘接劑，然后噴涂
0.2?2 mm厚的高發射率涂層，用以增加爐襯內壁的黑度，根據紅外物理的黑體理論，使腔體內形成的熱射線束有效地，集中地直接射向被加熱工件；充分利用防爆纖維的特性，使之在正常運行中不爆裂、不脫落、不龜裂，抗拉伸、耐沖擊、提高整體強度；疏水排氣性能好、使用壽命達5年以上；并在室溫下自然陰干，最后高溫加熱固化，加熱速率為10°C /min,在1300°C保溫5小時完成燒結，形成黑體源，近似黑體；所述高發射率涂層由質量百分比為14?16%的硅溶膠、9?11%的硅酸鋯、24?26%的三氧化二鉻、19?21%的二氧化錳、14?16%的三氧化二鐵、9?11%的氧化鎂以及4?6%的稀土制備得到；所述粘接劑為苯乙烯——丙烯酸共聚；所述預制件在燒結前涂覆一層硅溶膠，使預制件外表面相對光滑，在一定程度可以阻止吸收在預制件內部及微孔內的熱射線向外發射，迫使預制件內部及微孔內吸收的熱射線連續不斷地反射到半封閉腔體內，其傳熱機理是:熱射線通過開口進入半封閉空腔后在預制件內部及微孔內經過多次反射而被吸收，再從開口再次輻射到爐膛內；所述預制件的外形為碗狀或圓柱形；碗狀的所述預制件的后端有5mm厚的底座,便于施工時與爐內襯材料燒結，底座的前端直至開口處為圓弧形，底座的后端為平底；所述預制件內的半封閉腔體設有坑槽；所述坑槽寬為6mm,深為3mm,坑槽與半封閉腔體等長；所述坑槽沿半封閉腔體的內壁依次分布，以增大半封閉腔體內壁的總面積；所述半封閉腔體的后端為密封結構，半封閉腔體的前端開口朝向加熱爐內部，其發線方向正對被加熱工件。
[0025]實施例1
[0026]制備該高發射率涂層的方法是:將質量百分比為15%的硅溶膠、10%的硅酸鋯、25%的三氧化二鉻、20%的二氧化錳、15%的三氧化二鐵、10%的氧化鎂以及5%的稀土混合均勻研磨后置于箱式高溫爐中在1200°C時保溫2h，再倒入冷水中水淬出料，然后在行星球磨機濕法球磨6h，加蒸餾水調整漿料粘度適中，攪拌3h混合均勻，陳化24h，即制得高發射率涂層。
[0027]實施例2
[0028]制備該高發射率涂層的方法是:將質量百分比為14%的硅溶膠、9%的硅酸鋯、24%的三氧化二鉻、21%的二氧化錳、16%的三氧化二鐵、11%的氧化鎂以及5%的稀土混合均勻研磨后置于箱式高溫爐中在1200°C時保溫2h，再倒入冷水中水淬出料，然后在行星球磨機濕法球磨6h，加蒸餾水調整漿料粘度適中，攪拌3h混合均勻，陳化24h，即制得高發射率涂層。
[0029]實施例3
[0030]制備該高發射率涂層的方法是:將質量百分比為16%的硅溶膠、11%的硅酸鋯、26%的三氧化二鉻、19%的二氧化錳、14%的三氧化二鐵、9%的氧化鎂以及5%的稀土混合均勻研磨后置于箱式高溫爐中在1300°C時保溫2h，再倒入冷水中水淬出料，然后在行星球磨機濕法球磨6h，加蒸餾水調整漿料粘度適中，攪拌3h混合均勻，陳化24h，即制得高發射率涂層。
[0031]眾多的高效節能預制件設置在工業爐窯的爐頂、爐墻上；大幅度提高了爐圍伸展度，增大傳熱面積一倍以上；再加上空腔內壁涂有高發射率層，使之發射率在0.92?0.96之間；實現了紅外線的定向發射，使受熱體得到更多的熱量；從熱量守恒定律出發，受熱體得到的熱量多了，其尾氣排放溫度必然會相應下降；在同樣的熱輻射環境下，使爐內襯具有更強的熱輻射吸收能力，根據基爾霍夫定律，在熱力學平衡狀態下，物理的吸收率等于它的發射率。又根據蘭貝特定律；空間各方向發射的輻射能中，發線方向的能量最多，切線方向的能量等于零；當爐窯內墻設置高效節能腔體預制件后，在高溫狀態下，與原耐火材料相t匕，黑度從0.6?0.80上升到0.92?0.96，最高可達到0.97，接近絕對黑體；在常規條件下:黑度越高吸熱量越強，高效節能預制件能強化爐內熱交換；高溫下輻射傳熱大約占綜合傳熱的90?95左右，最終輻射熱流和兩個物體的熱力學絕對溫度的4次方差成正比例；爐內表面熱輻射能力即以4次方差的數值劇增，使爐膛的熱效率顯著提高；由于輻射能的大小與絕對溫度的4次方差成正比，且耐火預制件腔體的輻射能是以遠紅外波的形式向爐內傳遞，當遠紅外波輻射到被加熱物體上時就被加熱物體所吸收；這些遠紅外波的穿透能力極強；能穿透被加熱物體里層，使被加熱物體里、表層同時導熱，加熱時間縮短，受熱均勻；其綜合熱效率提高12%左右，燃料節能率為15?20%。
[0032]本發明采用微孔加高發射率涂層的腔體預制件設置在爐內襯材料上，前端開口朝向加熱爐內部，其發線方向正對被加熱工件；以增強爐內輻射傳熱，使形成的熱射線有效地，集中地傳遞給工件；使輻射場及溫度場均勻，改變了紅外加熱波譜;增強了 I?5um波段的紅外發射率，促進燃料的完全燃燒，大大提高了熱效率。
[0033]高效節能腔體預制件在特定的溫度(如相變溫度)下發生物相變化，并伴隨著吸收或放出熱量，可用來控制周圍環境的溫度，或用以儲存熱能。它把熱量儲存起來，在需要時再把它釋放出來，從而提高了能源的利用率。擴展溫度區域，火焰的邊界幾乎擴展到爐膛的邊界。縮小了爐內襯與火焰中心溫度的差距，從而使得爐膛內溫度分布均勻，不易形成局部高溫，相應減少通過爐襯材料向外的散熱損失，使爐外表面溫度降低5?200°C。排煙溫度降低1000°C左右，提高了被加熱物體的加熱質量；加熱速度快，在爐時間短。
[0034]以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種工業爐窯內襯材料，包括基體與高發射率涂層，其特征在于:所述基體是在莫來石粉中加入10%的防爆纖維，并經過攪拌機充分攪拌，通過連續式微波高溫燒結推板窯爐燒結成具有半封閉腔體的預制件，防爆纖維隨著預制件在燒結過程中達到80°c?150°C時，即開始軟化，收縮融化，最后形成無數個不規則的微孔，在預制件的半封閉腔體的內壁刷涂防氧化劑和燒結劑，再涂覆粘接劑，然后噴涂0.2?2 mm厚的高發射率涂層；并在室溫下自然陰干，最后高溫加熱固化，加熱速率為10°C /min，在1300°C保溫5小時完成燒結，形成黑體源；所述高發射率涂層由質量百分比為14?16%的硅溶膠、9?11%的硅酸鋯、24?26%的三氧化二鉻、19?21%的二氧化錳、14?16%的三氧化二鐵、9?11%的氧化鎂以及4?6%的稀土制備得到。
2.根據權利要求1所述的工業爐窯內襯材料，其特征在于:所述預制件在燒結前涂覆一層娃溶膠。
3.根據權利要求1所述的工業爐窯內襯材料，其特征在于:所述預制件的外形為碗狀或圓柱形。
4.根據權利要求3所述的工業爐窯內襯材料，其特征在于:碗狀的所述預制件的后端有5mm厚的底座，底座的前端直至開口處為圓弧形，底座的后端為平底。
5.根據權利要求1所述的工業爐窯內襯材料，其特征在于:所述預制件內的半封閉腔體設有坑槽。
6.根據權利要求5所述的工業爐窯內襯材料，其特征在于:所述坑槽寬為6mm，深為3mm,坑槽與半封閉腔體等長。
7.根據權利要求5所述的工業爐窯內襯材料，其特征在于:所述坑槽沿半封閉腔體的內壁依次分布。
8.根據權利要求5所述的工業爐窯內襯材料，其特征在于:所述半封閉腔體的后端為密封結構，半封閉腔體的前端開口朝向加熱爐內部。
【文檔編號】F27D1/10GK103954131SQ201410154940
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月17日 優先權日:2014年4月17日
【發明者】李理 申請人:四川科達節能技術有限公司