[发明专利]工业标准黑体

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业用黑体，尤其涉及一种主要用于提高工业加热炉窑辐射能量到位率的工业标准黑体。

背景技术

截至目前，为了提高工业加热炉窑的热效率，采取了旨在减少蓄热损失和散热损失的轻型筑炉材料，亦或是用增大炉膛面积来强化传热，或是在炉膛内壁涂以高发射率涂层、也有在炉膛内加装改变传热方式的装置等技术。筑炉材料轻型化，是以容重很小的耐火纤维作炉墙的表层或夹层，甚至建造成全纤维炉。全纤维炉确实减少了炉窑的蓄热损失和散热损失，综合节能率最高达11％。但这一技术措施只是将热量堵在炉膛内，但并没有解决炉膛内热射线呈漫反射分布的状态，热射线的到位率低，且耐火纤维的发射率也不高，所以，节能率不高；英国《玻璃》No.10(1992)报导，DidierFomital蜂窝状耐火砖在玻璃池窑顶使用，砖与炉气接触界面比标准砖大三倍，理论上可节能5％-8％。但此砖不能调控热射线，热射线不能直接射向被加热物料，也未能提高发射率，故节能率不高；上海科学技术出版社1993年4月第一版《实用节能技术》所述，日本川崎钢铁公司水岛厂在轧钢加热炉上设置“改变传热方式的装置”，它将部分对流传递的热量转换为辐射传热，以提高传热效率，使加热炉的热耗下降5％左右，但这种办法的传热面积增加甚微，不能调控热射线，也未能提高发射率，故节能率也不高，而且其技术实施难度较大，有的部位很难设置；专利号为ZL94236755.3的“强辐射传热节能工业炉”，虽然解决了增大传热面积、提高发射率，使热射线呈束并直接射向工件，有效地强化了辐射传热，节能率达20％以上，但其实施方式为在已建成的炉窑之上加装强辐射元件，对那些不能够或不便于安装强辐射元件的炉型，例如井式炉、渗碳炉、坩埚炉、玻璃池窑等，应用受到限制。

为了解决上述问题，出现了申请号为“03117829.4”，名称为“自带黑体筑炉材料及其加热炉窑”的专利申请。对燃料炉来讲，焰流在不断流动、循环的过程中同炉壁和物料接触，传导、对流同时进行，且焰流不断地辐射能量，可以说焰流是以对流和辐射两种方式向炉内提供热量的。由于炉墙黑度和面积增加后，强化了炉气与炉衬间的辐射换热，使炉衬内表面温度增高，从而也就强化了炉衬与被加热工件的辐射换热，于是工件的升温时间缩短，出炉的废气温度降低，燃料消耗就将减少。提高炉墙发射率和增加炉墙传热面积，就能使炉内传热量增加，工件获得的热量增多。在传统的工业炉窑设计中，当炉膛尺寸确定后，炉墙面积亦随之相应确定，若拟用增大炉培面积来强化传热，就势必要加大炉膛尺寸，而这样将引起一系列设计参数变化，并导致增大炉子功率或增多燃料消耗；现今提高炉墙发射率的通用方法，是在其表面涂复高发射率涂料，其根本性的缺陷是解决不了涂层老化的问题。根据红外物理的黑体理论，绝对黑体是能全部吸收投射辐射能的物体，其发射率为1。黑体的性质代表了物体热辐射规律的共性，它是实际物体热辐射性质的极限。根据基尔霍夫定律，在热力学平衡状态下，物体的吸收率等于它的发射率，也就是说物体的吸收本领大，其发射本领一定强。又根据兰贝特定律，空间各方向发射的辐射能中，法线方向的能量最多，切线方向的能量等于零，向空间任一方向所发出的辐射能的多少与该方向同法线方向夹角的余弦成正比。该申请中，在工业加热炉炉墙特别是炉顶上，设置有工业标准黑体，其法线方向正对工件，黑体在炉墙上可以是凸出的、部分凸出的，也可以是凹入的，黑体是一个空腔锥台，锥台有确定的长径比L/R；在空腔锥台表面要保持一定的粗糙度；空腔锥台表面烧结有高发射率层；锥台底部具有波浪式坑槽。黑体可以先设置在建造炉墙的耐火砖上，还可以在用其它方法建造炉墙过程中同时设置，在耐火砖或炉墙面向炉膛一侧的表面，还烧结有高发射率层，这样，炉膛就形成了一个红外加热系统，众多的黑体以0.96的比率不断地吸收漫射的热射线，同时又以同样的比率连续不断地发射出热射线，因空腔锥台几何形状的规范，使这些再被发射出来的热射线，完成了从无序到有序直接射向工件的调控过程。