技术领域
[0001] 本
发明涉及
工业窑炉和工业
锅炉，特别是
冶金、机械、建材、石油、
电子、
半导体、电
力和化工等行业使用的各种高温窑炉、加热炉和
热处理退火炉及锅炉等。
背景技术
[0002] 我国工业窑炉及工业锅炉是
能源消耗的主体，而工业窑炉及工业锅炉普遍存在热效率低，能源浪费比较大的现象。针对工业窑炉及工业锅炉普遍存在的能源有效利用率低，能源浪费比较大的问题，国内外普遍所采取的主要节能措施为：(1) 尽可能采用保温效果好的轻质型保温材料；(2) 采用红外线节能涂料
喷涂技术；(3) 烟气余热
回收利用；(4)
黑体辐射元件节能技术。
[0003] 传统方式是采用
热容较小的轻质材料和保温材料筑炉，以减少蓄热和
散热损失。这种节能方法，只是将热量“堵”在了
炉膛里，并没有加热
工件的有效热吸收，没有改变热射线的“漫反射”状态，没有解决热射线是否到位的问题，所以加热工件的有效热仍然很低。人们通
过热平衡计算或测试，发现
电阻炉炉体蓄热和散
热损失高达60%～70%，而加热工件的有效热仅25%～30%。
[0004] 蓄热式加热炉是利用烟气余热回收的典型技术，热效率得到较大幅度的提高；随后红外辐射涂料的应用，在高热效的
基础上解决了加热工件的有效热吸收问题，进一步提高了热效率。
[0005] 工业窑炉炉膛内
传热有:火焰辐射、燃烧的产物辐射、炉墙固体表面辐射和炉内气体辐射和炉内气体的
对流传热。简单来说，参与炉内热交换过程的有3种基本物体：炉气、炉壁、加热
煅烧物。在800℃以下是炉气与被加热物之间的传热主要依靠对流传热；在800℃～1000℃之间是则同时依靠对流和辐射，当
温度高于1000℃时炉气与被加热物之间的热传导主要依靠红外辐射换热，被加热物所吸收的热90%通过辐射换热来实现的。大部分工业窑炉炉膛内由
耐火砖，耐火浇注料，耐火轻质保温砖或陶瓷
纤维砌筑的。这些耐火材料具有耐火性，高温下强度高，
稳定性高等特性可以满足窑炉需要，但这些耐火材料的红外发射率一般在0.35左右（如在1100℃下：
耐火粘土砖：0.35～0.65，
莫来石0.4，
氧化
铝0.18～0.52，耐火纤维0.35），而红外辐射涂料的发射率在0.85～0.95。红外辐射传热就是利用红外线独特的辐射能力加热物体，使物体受热，在一定的温度下，加热物体辐射出具有一定穿透能力的红外波，使被加热物体发生分子振荡，产生能级跃迁，辐射一定波段的红外线，从而产生热量。其特点一是吸热物体均匀受热，二是由内向外加热，从而减少了加热时间，提高能源利用率。
[0006] 红外涂层技术的根本弱点是涂层易老化，在实际使用过程中不断粉化掉落或被气流冲蚀，热红外发射率逐步衰减，失去红外辐射功能，热效随时间推移下降。
[0007] 此外，还有以突起物来增加炉膛面积；为进一步提高热效率，有人提出黑体强化辐射传热节能，开发了相应的黑体辐射元件，其间隔分布在窑炉内壁。如
专利“一种黑体材料及由黑体材料制成的节能辐射杯（专利号：CN 103288464 A）”明确指出所用由下述重量百分比的物质组成：
碳化
硅95％，三氧化二
铁0.5％、二氧化锰0.5％和三氧化二铝4％，具有自身黑度系数高，导热性好，并在炉内温度900℃以上的条件下发射红外线
电磁波，在使用中不会对环境产生污染，环保、节能，炉膛升温速度快，并且价格低廉。同时指出：当前在黑体辐射元件节能技术中黑体辐射元件的制做材料选用的是刚玉-莫来石，在1000℃条件下导热系数2.6W/m.K，其黑度是通过表面喷涂红外线涂料来保证。在实际应用过程中，在黑体所在的
位置之外，还是采用喷涂红外涂料来提高热效，同样存在初期热效高，使用过程中随着红外涂层脱落存在热效衰减，该技术也没有充分解决
能量吸收和红外辐射涂料老化等问题。
发明内容
[0008] 本发明的目的是提出一种能源利用率高、使用寿命长的节能加热炉。
[0009] 本发明的节能加热炉包括炉体，关键在于所述炉体的炉膛内壁可拆卸地安装有若干
块耐高温红外辐射板，所述耐高温红外辐射板朝向炉膛内部的一面设有红外辐射层，耐高温红外辐射板朝向炉膛壁的一面设有隔
热层。
[0010] 在窑炉内壁安装带背面带
隔热层的耐高温红外辐射板，其法相全发射率在0.85～0.97，并可根据需要调节
角度，将能量均匀辐射到发热工件上，同时也可根据窑型和加热工件堆放设计红外辐射板结构及弧度，使吸收的能量均匀辐射到工件上。耐高温红外辐射板背面具有隔热层，可以阻止热量传递给炉壁，使能量尽可能多的通过辐射传递给发热工件，其背面温度与炉内气温相比低300～500℃；耐高温红外辐射板可减少火焰直接
接触炉壁耐火材料表面，延长使用寿命，特别是纤维
内衬，可延缓粉化时间，同时可解决气流冲刷损坏纤维内衬等温度，大幅度延长窑炉使用寿命，提高经济效益。而且，炉壁上安装耐高温红外辐射板可减缓致密耐火材料受烟气急冷急热造成的热震损坏，可降低耐火材料的
质量要求，降低筑炉成本。耐高温红外辐射板采用高温
烧结制备，具有使用寿命长，可达到5～10年，与工业窑炉和锅炉的设计寿命相当，甚至更高；红外辐射层可以采用黑体材料或红外材料制备，也可在表面喷涂黑体材料和红外涂料制备，通过高温烧结，红外辐射板在实际使用过程中，红外辐射能力不衰减，长期保证加热炉和锅炉的高效节能，综合节能效率达到15～30%，与已有技术相比有更进一步提高。
[0011] 进一步地，所述耐高温红外辐射板利用
金属陶瓷复合锚固钉固定于炉膛内壁上，所述金属陶瓷复合锚固钉为三层结构，外层为陶瓷管，内层为金属或金属陶瓷，
中间层为将内层完全包裹的致密浇注料。传统的金属锚
固件由于抗高温氧化能力差，无法满足高温环境下的长时间应用，而陶瓷锚固件则由于陶瓷材料本身脆性问题无法保证悬挂安全可靠性；而本发明中的金属陶瓷复合锚固钉，其外层为高抗热震致密陶瓷管，1100℃
水冷大于30次，内层为耐高温金属或金属陶瓷，具有一定的抗高温氧化特性，中间为耐高温致密浇注料，是密封层，同时具有高强度，可作为结构
支撑层使用，室温耐压强度大于120MPa，抗折强度达到20MPa，可防止耐高温金属件或金属陶瓷氧化，上述金属陶瓷复合锚固钉具有多种防护作用，确保悬挂稳定和长寿命；三层中任何
单层或两层损坏均不会影响到悬挂安全可靠性，只有三层同时受到破坏才有可能影响到悬挂，提高了可靠性。
[0012] 进一步地，为加强金属陶瓷复合锚固钉各层之间的连接稳定性，所述金属陶瓷复合锚固钉的外层具有内外
螺纹，金属陶瓷复合锚固钉的内层具有
外螺纹；或者所述金属陶瓷复合锚固钉的外层具有外螺纹，金属陶瓷复合锚固钉的内层具有外螺纹。
[0013] 进一步地，所述每块耐高温红外辐射板均利用五个金属陶瓷复合锚固钉固定于炉膛内壁上，其中四个金属陶瓷复合锚固钉分布于耐高温红外辐射板的四个角，其余一个金属陶瓷复合锚固钉位于耐高温红外辐射板的中央。上述五个金属陶瓷复合锚固钉构成了由四个三角形拼接的图形，其中任何两个金属陶瓷复合锚固钉损坏也不会影响耐高温红外辐射板均的悬挂安全。
[0014] 进一步地，所述耐高温红外辐射板的隔热层为陶瓷纤维毯，以提高隔
热能力和使用寿命。
[0015] 进一步地，所述耐高温红外辐射板上有中空凸出空腔和/或翅片，以吸收更多的烟气中的能量，并将该能量反射回发热工件。
[0016] 进一步地，所述耐高温红外辐射板材质由90~95份堇青石或莫来石或碳化硅或刚玉-莫来石，5~10份复合掺杂高红外辐射材料粉体组成；所述复合掺杂高红外辐射材料粉体由Fe2O3 55~75份，NiO 15~30份，ZnO 5~10份，MnO2 0.5~1.5份，CoO 0.5~2份，Cr2O33~5份，CeO2 0.05~0.2份，Er2O3 0.05~0.2份，Nd2O3 0.05~0.2份，Yb2O3 0.05~0.2份组成，采用共混
研磨、装匣钵高温烧结后，再经
破碎球磨而成。
[0017] 本发明的节能加热炉设置了可拆卸的耐高温红外辐射板，安装及拆卸方便，使用寿命长，固定可靠，可以大大提
高炉子的能量利用率和使用寿命，具有很好的推广价值。
附图说明
[0018] 图1是本发明的节能加热炉的炉膛结构示意图。
[0019] 图2、3是本发明的耐高温红外辐射板的安装结构示意图。
[0020] 图4是本发明的金属陶瓷复合锚固钉的结构示意图。
具体实施方式
[0021] 下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。
[0023] 如图所示，本实施例节能加热炉包括炉体，炉体的炉膛内壁1可拆卸地安装有若干块耐高温红外辐射板2，所述耐高温红外辐射板2朝向炉膛内部的一面设有红外辐射层21，耐高温红外辐射板2朝向炉膛壁的一面设有隔热层22；红外辐射层21的法线方向正对炉膛内的加热工件3。耐高温红外辐射板2的隔热层22为陶瓷纤维毯，厚度约为20～
50mm。
[0024] 每块耐高温红外辐射板2均利用五个金属陶瓷复合锚固钉4固定于炉膛内壁1上，其中四个金属陶瓷复合锚固钉4分布于耐高温红外辐射板2的四个角，其余一个金属陶瓷复合锚固钉4位于耐高温红外辐射板2的中央。所述金属陶瓷复合锚固钉4为三层结构，外层41为陶瓷管，内层42为金属或金属陶瓷，中间层43为将内层42完全包裹的致密浇注料；所述金属陶瓷复合锚固钉4的外层41具有内外螺纹，金属陶瓷复合锚固钉4的内层42具有外螺纹。
[0025] 耐高温红外辐射板2上有翅片5，以吸收更多的烟气中的能量，并将该能量反射回发热工件。当然，翅片5也可以用中空凸出的空腔代替，起到同样的作用。
[0026] 耐高温红外辐射板材质由90~95份堇青石或莫来石或碳化硅或刚玉-莫来石，5~10份复合掺杂高红外辐射材料粉体组成；所述复合掺杂高红外辐射材料粉体由Fe2O3
55~75份，NiO 15~30份，ZnO 5~10份，MnO2 0.5~1.5份，CoO 0.5~2份，Cr2O3 3~5份，CeO2
0.05~0.2份，Er2O3 0.05~0.2份，Nd2O3 0.05~0.2份，Yb2O3 0.05~0.2份组成，采用共混研磨、装匣钵高温烧结后，再经破碎球磨而成。
