一种空腔多孔的辐射黑体元件制造技术

本发明专利技术公开一种空腔多孔的辐射黑体元件，安装于炉墙上，整体为圆柱体，内部中空，其中一端为安装端，固定在炉墙上，另一端朝向物料，在朝向物料的一端设有端盖，端盖上设有通孔；通孔为圆形，数量为7～10个，轴心布置1个，其他均布于同心圆圆周上；通孔的总面积占黑体元件底面面积的20～28％。本发明专利技术能最大程度的提高黑体元件的黑度，增大炉气与炉墙的接触面积，有效的提高炉窑热能的使用率，且成本较低，结构简单，易于批量生产制造，不需要改变原有的炉窑结构，可以广泛应用于各种加热炉上，且基本不老化，在工程应用中安全性更高。

A Radiation Blackbody Element with Porous Cavity

【技术实现步骤摘要】
一种空腔多孔的辐射黑体元件
本专利技术涉及一种工业炉窑传热元件，具体为一种空腔多孔的辐射黑体元件。
技术介绍
提高加热炉热效率的方法有两种：一是强化炉内传热，二是加强余热回收。由于加热炉工作时，通常温度较高，炉内以辐射传热为主，占总传热量90％以上。而辐射热流是温度的四次方函数。稍微提高平均辐射温压，即可有效提高传热量。相对于大部分依靠对流换热的余热回收技术，强化炉内传热具有很大的优势。在现有技术中，为了强化炉内传热，实际的工业炉窑采取了多项节能技术。例如：采取轻型筑炉材料来减少散热损失，利用高温涂料提高炉墙黑度，改变炉墙结构(降低炉墙高度、增设炉膛内隔墙)等方式来强化炉内传热。这些措施虽然在理论上可以提高炉墙的热效率，但在实际应用中其节能效果有限。还有一些工业炉窑采用黑体技术。黑体技术是根据红外物理的黑体理论，对“绝对黑体”的概念加以技术化，研制出了一种工业标准黑体，称它为黑体元件，将众多的黑体元件安装于炉膛内壁适当部位，实现既增大传热面积，又提高炉膛的发射率，更能对炉膛内的热射线进行有效的调控，将其从漫射的无序状态调控到有序，直接射向被加热物料，提高热射线的到位率，强化辐射传热，取得显著的增产和节能效果。该技术在一定程度上提高了空腔内的发射率和定向辐射的问题。但炉膛内的发射率还有很大的提升空间，并且黑体元件的内部空间并没有得到充分的利用。
技术实现思路
针对现有技术中工业炉窑中黑体元件的内部空间没有得到充分利用等不足，本专利技术要解决的问题是提供一种可提高节能效果的空腔多孔的辐射黑体元件。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术一种空腔多孔的辐射黑体元件，安装于炉墙上，整体为圆柱体，内部中空，其中一端为安装端，固定在炉墙上，另一端朝向物料，在朝向物料的一端设有端盖，端盖上设有通孔。通孔为圆形，数量为7～10个，轴心布置1个，其他均布于同心圆圆周上。通孔的总面积占黑体元件底面面积的20～28％。每个黑体元件的长度与底面直径的比为5:4。所述黑体元件采用耐火度高、抗氧化性强的镁铝砖制成；高温辐射黑体元件预先设置在建造炉墙的耐火砖上，或者在建造炉墙过程中同时设置。本专利技术具有以下有益效果及优点：1.本专利技术能最大程度的提高黑体元件的黑度，增大炉气与炉墙的接触面积，有效的提高炉窑热能的使用率，且成本较低。2.本专利技术结构简单，易于批量生产制造，具备机械化流水作业的基础，在使用时，不需要改变原有的炉窑结构，可以广泛应用于各种加热炉上，且基本不老化，在工程应用中安全性更高。附图说明图1为本专利技术空腔多孔黑体元件在加热炉窑中的安装示意图；图2为本专利技术的空腔多孔黑体元件主视图的剖面简图；图3为本专利技术的空腔多孔黑体元件的俯视图。其中，1为黑体元件，2为炉膛，3为炉墙，4为加热工件，5为空腔，6为通孔。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术作进一步阐述。如图1～2所示，本专利技术一种空腔多孔的辐射黑体元件，安装于炉墙3上，整体为圆柱体，内部中空，其中一端为安装端，固定在炉墙3上，另一端朝向物料，在朝向物料的一端设有端盖，端盖上设有通孔6。如图3所示，通孔6为圆形，数量为7～10个，在圆柱体轴心布置1个，其他均布于圆柱体的同心圆圆周面上。通孔的总面积占黑体元件1底面面积的20～28％，每个黑体元件1的长度与底面直径的比为5:4。该黑体元件1采用镁铝砖制成，成型方式包括烧结成型和熔铸成型。高温辐射黑体元件可以先设置在建造炉墙的耐火砖上，也可以在建造炉墙过程中同时设置。高温黑体元件1的轴线始终指向炉窑内的加热物料。与其他耐火砖相比，镁铝砖的耐火度较高，可达2000℃以上，有较高的荷重软化温度，较大的高温机械强度，还有很好的抵抗含有氧化铁和氧化钙的碱性熔渣的化学侵蚀的性能，可以很好的适应炉内的高温环境。本实施例中，黑体元件1整体为圆柱体，内部具有空腔5，一端设有端盖，端盖上设有7个通孔，排列如图3所示，在圆柱体轴心处设有一孔，其他以圆心对称的方式均布于同心圆圆周上；另一端为直筒状，安装在炉墙3上。在黑体元件1下方端盖上设置小孔是因为辐射能经小孔进入空腔5后，在空腔5内要经过多次吸收和反射，而每经过一次吸收，辐射能就按照黑体元件1内壁吸收率的份额被减弱一次，最终离开小孔的能量微乎其微，可以认为完全被吸收在空腔5内。所以，就辐射特性而言，小孔具有黑体表面一样的性质。制造黑体元件材料本身的吸收比的大小原则上对小孔的黑度没有影响。小孔面积和腔体内壁总面积的份额越小，小孔的吸收比就越高，黑度也就越大。设空腔内的吸收比为α，S孔/S空腔＝f，S孔为通孔总面积，S空腔为黑体元件空腔截面面积。辐射能Q由外界穿过小孔进入空腔。每次反射后能量的变化如下表：空腔内壁吸收的能量：Q壁＝αQ+α(1-f)(1-α)Q+...+α(1-f)n-1(1-α)n-1Q(1)简化得：|同理，穿过小孔反射出去的能量：小孔的吸收率：一般来说，黑体元件1表面的吸收率α为0.8。本专利技术的黑体元件1中小孔的面积S孔＝2.2×10-3m2，黑体空腔5的面积S空腔＝0.043m2，则f＝0.05，α孔＝0.987。因为工业炉炉墙和钢坯可视为漫灰表面，可得小孔的黑度ε孔＝0.987。与没有小孔的表面相比，小孔处的黑度提高了23％，根据斯忒藩一波尔兹曼定律可知，黑度的增加使得其反射的热流量增加，钢坯的加热效率也会有所提高。同时，安装本专利技术黑体元件1以后，炉墙3内表面的面积也大幅度增加。在燃料炉中，当高温炉气与炉墙3内表面温度相差不大时，高温炉气与炉墙3内表面辐射换热的热流量为：式中：εG为炉气在TG时的黑度，εW为炉墙内表面的黑度，TG为炉气温度，Tw为炉墙温度，FW为炉膛内表面的面积。对燃料炉来讲，高温炉气在不断流动、循环的过程中同炉墙和物料接触，且炉气不断地辐射能量，因此高温炉气是以对流和辐射两种传热形式向炉内提供热量的。从上述公式可以看出，本专利技术黑体元件1的加入使得炉墙3的面积FW增加，强化了高温炉气与炉墙3内表面的辐射换热，使得炉膛2内表面温度升高，因此钢坯表面的换热量Q也得到了增强，钢坯的被加热时间大大的缩短，出炉的废气温度降低，减少了燃料的消耗量。并且，由于本专利技术的黑体元件1为中空结构，与传统的黑体元件相比，不仅减少了制造成本，提高了经济效益，而且高温炉气与黑体元件1的接触面积增大了近一倍。本专利技术将众多的黑体元件1安装于炉墙3适当位置，即增大了传热面积，又提高了炉膛2的发射率。同时，在黑体元件1的适当位置打入通孔6可有效地增加黑体元件1自身的黑度，最大限度的提高炉内的热效率。黑体元件1性能稳定，基本不会老化，能对炉膛的热射线进行有效地调控，使之从漫射的无序状态调控到有序，直接射向被加热物，提高热射线的到位率，强化辐射传热，取得显著的节能效果。本专利技术的结构简单，容易实现，不需要改变原有炉窑的结构，就可以被广泛的应用在各种加热炉上，工程实施方案安全性强。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空腔多孔的辐射黑体元件，其特征在于：安装于炉墙上，整体为圆柱体，内部中空，其中一端为安装端，固定在炉墙上，另一端朝向物料，在朝向物料的一端设有端盖，端盖上设有通孔。

【技术特征摘要】
1.一种空腔多孔的辐射黑体元件，其特征在于：安装于炉墙上，整体为圆柱体，内部中空，其中一端为安装端，固定在炉墙上，另一端朝向物料，在朝向物料的一端设有端盖，端盖上设有通孔。2.根据权利要求1所述的空腔多孔的辐射黑体元件，其特征在于：通孔为圆形，数量为7～10个，轴心布置1个，其他均布于同心圆圆周上。3.根据权利要求1所述的空腔多孔的辐射黑体元件...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成，伊智，李娜，李凯，张卫军，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21