一种大温度梯度组合隔热层的保温方法及其制备技术

一种大温度梯度组合隔热层的保温方法及其制备，采用从外到里依次是冷却水套隔热层、真空隔热层、镜面反射隔热层和轻质耐火砖隔热层的组合保温，其中将冷却水套隔热层、真空隔热层、镜面反射隔热层制作成一个整体结构，有效地阻止了热量从发热体向外界环境的传递，提高了加热炉的热效率，减少了能量的消耗，减小了保温层的厚度，可在厚度小于４０ｍｍ的保温隔热层内实现由１６００℃降至４０℃以下大温度梯率的温降，适用于在结构紧凑的高温加热炉或熔化炉中使用，并可确保保温层外侧冷端的温度小于４０℃，使用安全可靠。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于加热炉的保温方法，特别涉及一种大温度梯度的隔热保温方法。
技术介绍
实验室或工业生产中有很多需要加热到1500-1600℃长时间工作的高温设备或装置，如实验室使用的钼丝加热炉、硅碳管炉等，冶金工业使用的电弧炉、感应电炉或转炉等炼钢炉，在设计和制造这些高温设备或装置时不仅要选择合适的加热元件和加热方法，确保能加热到1500-1600℃，而且还要设计合适的隔热保温层，因这些高温设备的加热温度高，与环境的温差大，目前一般采用比较厚的隔热保温层，以减少热量向外界环境的辐射和传导，减少能源消耗，提高热效率。而某些特殊条件下使用的高温设备，受其结构和工作空间的限制，不可能采用厚度较大的隔热保温层，要求尽可能减小隔热保温层的厚度，如要求保温层的厚度减小到30-50mm，通过厚度为30-50mm隔热保温层使温度从1600℃降低到40℃，这要求采用高效率的隔热保温方法，在很薄的保温隔热层中实现大温度梯度的温降。中国专利第2191401号公开了采用耐热保温复合顶板替代砌碹法制作的窑炉的耐热保温顶板，在窑炉的顶部，该耐热保温复合顶板由钢制框架、金属板、耐火保温层构成。金属板焊接在框架上，耐火保温层紧固粘接在金属板上。该耐热保温复合顶板具有易维修、使用寿命长、保温效果好等优点。中国专利第2435712号公布一种窑炉烧成保温装置，它的窑顶是耐热钢丝制成的与窑体的框架连接的U形结构，其中间部位穿有陶瓷管，耐热丝、陶瓷管上固定有陶瓷棉，陶瓷棉及窑体的内墙上粘有一层卷状纤维毡，具有保温效果好、能耗低、生产质量高等优点。这两种高效率的保温方法适用于工业窑炉的隔热保温，但并不适用于加热温度为1500-1600℃的高温熔炼装置或设备，且其隔热保温层的厚度较大。李纯中等人(东北大学学报，1994，Vol.15 No5，P495-497)研制的一种连铸坯保温快速输送装置，该装置的保温罩采用全封闭的结构，罩体的上部采用耐火陶瓷纤维的保温材料，罩体的下半段采用填料及耐火混凝土结构，该装置具有保温效果好的特点，但其厚度大于50mm，且耐火纤维难于在1500-1600℃的高温下使用。本专利技术的目的在于提出一种大温度梯度组合隔热层的保温方法及其制备，即采用从外到里依次是冷却水套隔热、真空隔热、镜面反射隔热层和轻质耐火砖隔热层四种组合的隔热层，并将冷却水套隔热层、真空隔热层、镜面反射隔热层制成一个整体结构，以减少保温层厚度，增加保温效果，从而实现大温度梯度的降温。
技术实现思路
本专利技术的技术方案是将冷却水套隔热、真空隔热、镜面反射隔热和轻质耐火砖进行组合。组合隔热保温层从外到里依次是冷却水套隔热层(1)、真空隔热层(2)、镜面反射隔热(3)和轻质耐火砖隔热层(4)。冷却水套隔热层(1)中的冷却水通过下方的进水口(6)进入冷却室，由上方的出水口(7)流出，调节冷却水的流量，控制出水口(7)的水温不超过40℃。真空隔热层(2)的抽气孔(9)将真空室抽真空，达到所需的真空度0.1-0.2大气压时，将抽气孔(9)封住，真空室厚度为3-5mm。组合隔热层的制备是将冷却水套隔热层(1)、真空隔热层(2)、镜面反射隔热层(3)制成一个整体结构，由不锈钢板焊接而成。冷却水套隔热层(1)设有5-8mm厚的冷却水室，进水口(6)设在下方，出水口(7)设在上方，冷却水套隔热层(1)的两个侧面由不锈钢板制作，其中一侧面与真空隔热层(2)的真空室共用，真空隔热层(2)的真空室的另一侧面是抛光不锈钢板制成的镜面反射层(3)。镜面反射隔热层(3)与轻质耐火砖层(4)之间有5-10mm的间隙。轻质耐火砖隔层(4)采用Al2O3泡沫砖制作，厚度为15-20mm，耐火度大于1600℃。本专利技术的优点在于(1)保温层的厚度小，节省空间，在厚度仅为35-40mm的保温隔热层内实现了由1600℃降至40℃以下大温度梯度的温降；(2)热效率高。由于使用了保温性能轻质耐火砖、抛光不锈钢的镜面反射和真空隔热等多项隔热保温措施，有效地阻止了热量从发热体向外界环境的传递，提高了加热炉的热效率，减少了能量的消耗。(3)采用耐火度高的Al2O3泡沫砖作为高温隔热材料，最高使用温度可达1600℃，适用于结构紧凑的高温加热炉或熔化炉中使用。(4)使用安全可靠，最外层设置了冷却水套，确保了保温层外侧冷端温度小于40℃。附图说明图1是组合隔热层的示意图，其中(1)为冷却水套隔热层、(2)为真空隔热层、(3)为镜面反射隔热层、(4)轻质耐火砖隔热层、(5)为发热体、(6)为冷却水套进水口、(7)为冷却水套出水口。图2是冷却水套、真空室和镜面反射抛光不锈钢板焊接示意图，其中(8)为焊接面，(9)为抽气孔。具体实施例方式1、冷却水套是该组合隔热层采取的第一种隔热措施，通过冷却水套的冷却水，阻止热量从高温端向低温端传递，实现隔热作用。冷却水套置于组合隔热层的最外层，其中设有5-8mm厚的冷却水室，通过进水口(6)和出水口(7)与冷却水系统相连接，如图1所示，冷却水由进水口(6)进入冷却水室，由出水口(7)从该室中流出，进水口(6)设在下方，出水口(7)设在上方，以保证该冷却水室中始终有冷却水通入，通过调节冷却水的流量，控制出水口(7)的水温40℃，使冷却水套外侧温度小于40℃。2、真空隔热是该组合隔热层采取的第二种隔热措施，抽气孔(9)将真空室抽真空，达到所需的真空度时，将抽气孔(9)封住，真空室的厚度为5-8mm，真空度为0.1-0.2大气压。真空室紧靠冷却水室，与冷却水室共用一个侧面，另一侧面由1mm厚的抛光不锈钢板构成。3、镜面反射层是该组合隔热层采取的第三种隔热措施，由抛光不锈钢板制作，通过抛光不锈钢板的镜面反射作用，将从热端辐射的热量有效地反射回去，起到镜面反射隔热作用，加强了隔热保温效果，提高了高温设备的热效率。镜面反射隔热的抛光不锈钢板与冷却水套、真空室构成一个整体结构，使抛光不锈钢板可以得到冷却水的冷却作用，保持较低的工作温度，可以防止抛光不锈钢的表面氧化而失去镜面反射作用。4、轻质耐火砖隔热是该组合隔热层采取的第四种隔热措施，采用Al2O3泡沫砖制作，通过轻质Al2O3耐火砖很低的导热率，实现高温保温作用。轻质耐火砖隔热层(4)的厚度为15-20mm。由于该隔热保温层靠近发热体(5)，要求制作该层的材料不仅具有很好的隔热效果，而且还应具有很高的耐火度，发热体(5)加热温度为1600℃，采用耐火度大于1600℃的Al2O3泡沫砖，可以满足高温保温的要求。镜面反射隔热层与轻质耐火砖层之间有5-10mm的间隙，一方面可以提高镜面反射隔热效果，另一方面可以防止组装时轻质耐火砖层与不锈钢板镜面之间的摩擦而损坏镜面。本专利技术的组合隔热层在钢铁材料半固态流变浆料装置上实施应用，该装置的内部为钼丝加热炉，其外径为φ100mm，加热温度为1600℃，可以将钢铁材料熔化，外侧是产生旋转磁场的线圈绕组，其工作温度控制在40℃以下，以保证其安全有效的运转。组合隔热层置于该装置内部钼丝加热炉与外侧产生旋转磁场的线圈绕组之间，实施中采用Al2O3泡沫砖厚度为15mm，冷却水室的厚度为8mm，真空室的厚度为5mm，镜面反射隔热层与轻质耐火砖层之间间隙为10mm，组合隔热层总厚度为36mm，实际应用中该装置内部钼丝加热炉的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大温度梯度组合隔热层的保温方法，包括冷却水套隔热、真空隔热、镜面反射隔热和轻质耐火砖隔热，其特征在于将冷却水套隔热、真空隔热、镜面反射隔热和轻质耐火砖进行组合，组合隔热保温层从外到里依次是冷却水套隔热层（１）、真空隔热层（２）、镜面反射隔热层（３）和轻质耐火砖隔热层（４）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵爱民，毛卫民，崔成林，康永林，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]