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【摘 要】从搪瓷烧成炉企业的实际出发，分别探讨了烧成炉煤改电节能措施以及中波红外加热改造措施。其中，重点对中波红外加热改造措施进行了分析，并以具体的生产案例为对象，分析了其带来的社会经济效益。
【关键词】搪瓷烧成炉 节能 煤改电 红外加热
一、引言
搪瓷烧成炉是搪瓷烧结生产过程中的一个重要设备。窑炉的加热方式直接影响到产品的整体质量、产量、生产线效率以及生产成本等。随着人们环保意识的增强，生产搪瓷烧结过程中如何通过技术改进措施达到节能、减少环境污染的目的也是当前搪瓷烧成炉技术改造的一个重要方向。基于此，笔者结合工作过程中经历的几次搪瓷烧成窑炉的节能分析改造经验，探讨了搪瓷烧成炉中波红外加热改造过程中的相关技术措施，同时对改造后的经济效益进行了一定的论述，以期能够为其他搪瓷烧成窑炉的节能改造起到一定的参考作用。
二、搪瓷烧成炉的红外加热改造
随着光热技术的不断成熟，当前一些大型的和新建的搪瓷烧成生产线大多采用了红外加热方式。
（一）搪瓷烧成炉红外加热设备
从红外加热设备的工作原理来讲，红外线加热器实质上属于一种电磁波发射设备，它通过电磁辐射的方式将波长在0.75-1000μm的电磁波发射出去对目标物体进行加热。红外线与电磁频谱中其他波段的光线一样，它们都是以光速传播的，在传输过程中都遵循反射、折射、偏振以及衍射等规律。其主要的区别在于波长、频率不同。在红外发射波的辐射强度控制过程中，可以通过调节加热丝温度的方式实现，然后根据光谱进行辐射強度位置的确定。
搪瓷烧成炉的红外系统主要是完成探测目标的反射、辐射红外谱段能量，然后进行红外线的发射，其属于一种典型的被动式光电系统。从整个系统的功能原理来讲，红外系统的主要构成如图1所示。
因为金属材料的比辐射率通常较低，而且随着温度的升高而不断增加，同时在被加热物体的表层出现一层氧化层之后，比辐射率将成十倍的增加。而非金属材料的比辐射率则相对较高，一般在0.8以上，且其随着温度的增高而不断下降。由于金属与其他的非透明材料的红外辐射主要发生在其表层的若干微米范围之内，所以其比辐射率与材料没有明显的联系。其主要是与材料表层的状态相关。因此，在搪瓷烧成过程中，要在待烧成工件的表层涂刷一层比辐射率合适的涂层，以提高搪瓷烧成质量。同时，在生产过程中还需要对金属表层的光洁度、油污污染、灰尘、擦伤等因素进行分析，确保其对比辐射率造成的影响最低，将待烧成工件表层的比辐射率控制在一个合理范围内。
因为灰体或黑体辐射通量的光谱分布曲线属于连续的，一般只存在一个最大值，而且整个缺陷的峰值与波长都将随着温度的变化而变化。而灼热固体或液体都存在对应的辐射光谱曲线，通常将这种辐射源称作为热辐射体 。通常，待烧成的搪瓷工件一般是金属胚体，然后在其表层涂刷了一层比辐射率适中的涂层，使得其在烧成过程中能够达到较好的光洁度与颜色艳丽程度。因此，其属于一个典型的热辐射体，在选择红外波的波段时，以中波红外线为主。
（二）采用中波红外加热器烧成炉的工作特点
在将烧成炉的加热器更换成为中波红外线之后，使得红外烧成设备的整体烧成速度得到明显提升。在技改之后，烧成炉具有升温快、省电的特点。通常，其大卫温升的耗电量为传统电加热方式的三分之二左右，节电率达到30%以上，是当前搪瓷烧成炉节能技术改造的最佳方案。但是，在机型的选择过程中，要根据生产线的产量，在充分计算之后进行合理计算，形成最佳的功率配比方案，确保生产与节能目的同时达到。通常，在选择合适机型的基础上，烧成设备的整机功率能够降低大概20%，而且整个搪瓷烧成炉的升温时间、蓄热性能、烧成量、节电率等都能够达到预期目的。另外，通过中波红外加热器技术改造之后的搪瓷烧成炉，其生产得到的搪瓷质量较好，具有氧化皮少（通常低于钢材总量的2%）、表面固化效果好、瓷釉表面均匀、色彩亮丽。
（三） 生产效益分析
三、搪瓷烧成炉节能改造的其他措施
除了对烧成炉的加热方式进行改造以达到节能目的之外，还可以从加强炉体保温、改造烧架与运输工具结构等方式达到节能的目的。
以加强炉体保温的改造方案为例，由于传统的烧成炉依靠单一的保温来减少散热，其使得单位面积散热量难以达到很低的程度。尤其是当窑炉内壁的温度很高时，热量的散失更加难以控制。这主要是以为内窑炉砌体的热阻与散热量之间并不是简答的正比关系，其虽然会随着保温层厚度适当增加，但是其单位面积的散热量降低程度并不明显。因此，在设计过程中应该保证具有相当厚的保温层，而且要选择绝热性能好的材料来保证炉体的散热量达到理想的控制水平。
笔者认为，从减少单位面积热量散失的目的来看，在设计过程中可以通过在烟道外侧加装予热空气道的方式达到目的，其具体设计示意图如图2所示。
通过这种设计方式，在烟道侧墙可以采用高铝砖作为砌体材料，因为该烟道长时间处于高温工作条件下，其侧墙容易出现变形、下沉等问题，导致其使用寿命下降。而在其外侧设置了予热空气道之后，能够显著降低侧墙的温度，有效解决侧墙的变形问题。同时，在底火倒的温度维持在1350℃时，为了使得砌体的温度降低至50℃以下，必须保证砌体的热阻保持在2.2m2h℃/k卡。而在外侧设置了予热空气道之后，砌体的单位平均热散失量控制在150℃左右，而且外墙的温度同样被控制在50℃，而这时砌体的材料热阻只需要控制在0.60 m2h℃/k卡左右即可。从整个角度来看，不但能够大大降低保温层的制造费用，而且还能够有效的减少热量散失，达到节能的目的。
四、结论
在进行搪瓷炉的烧成节能改造过程中，应该针对搪瓷生产设备的不同而选择不同的改进方式。尤其是各个生产企业的资金状况以及生产规模，其在一定程度上决定了需要采用何种改进设备。所以，在节能改造过程中可以在不同的节能改造方案中进行优选，达到满足企业实际生产需要，而且达到节能、环保的真正目的。在改造过程中，除了对窑炉加热方式进行改造之外，还必须对窑炉的整体结构进行适当改造，使得其整体热 工作性能得到提高。
参考文献：
[1] 陈兆刚. 矿用搪瓷燃煤马弗炉的改造[J]. 煤矿环境保护，2010，24：48-52.
[2] 吴小浦. 搪瓷微波炉电磁仿真与性能研究[D]. 电子科技大学，2011.
[3] 白学利， 赵俊斌. 空气预热器冷端换热元件的搪瓷改造[J].华电技术，2010，06：56-58.
【关键词】搪瓷烧成炉 节能 煤改电 红外加热
一、引言
搪瓷烧成炉是搪瓷烧结生产过程中的一个重要设备。窑炉的加热方式直接影响到产品的整体质量、产量、生产线效率以及生产成本等。随着人们环保意识的增强，生产搪瓷烧结过程中如何通过技术改进措施达到节能、减少环境污染的目的也是当前搪瓷烧成炉技术改造的一个重要方向。基于此，笔者结合工作过程中经历的几次搪瓷烧成窑炉的节能分析改造经验，探讨了搪瓷烧成炉中波红外加热改造过程中的相关技术措施，同时对改造后的经济效益进行了一定的论述，以期能够为其他搪瓷烧成窑炉的节能改造起到一定的参考作用。
二、搪瓷烧成炉的红外加热改造
随着光热技术的不断成熟，当前一些大型的和新建的搪瓷烧成生产线大多采用了红外加热方式。
（一）搪瓷烧成炉红外加热设备
从红外加热设备的工作原理来讲，红外线加热器实质上属于一种电磁波发射设备，它通过电磁辐射的方式将波长在0.75-1000μm的电磁波发射出去对目标物体进行加热。红外线与电磁频谱中其他波段的光线一样，它们都是以光速传播的，在传输过程中都遵循反射、折射、偏振以及衍射等规律。其主要的区别在于波长、频率不同。在红外发射波的辐射强度控制过程中，可以通过调节加热丝温度的方式实现，然后根据光谱进行辐射強度位置的确定。
搪瓷烧成炉的红外系统主要是完成探测目标的反射、辐射红外谱段能量，然后进行红外线的发射，其属于一种典型的被动式光电系统。从整个系统的功能原理来讲，红外系统的主要构成如图1所示。
因为金属材料的比辐射率通常较低，而且随着温度的升高而不断增加，同时在被加热物体的表层出现一层氧化层之后，比辐射率将成十倍的增加。而非金属材料的比辐射率则相对较高，一般在0.8以上，且其随着温度的增高而不断下降。由于金属与其他的非透明材料的红外辐射主要发生在其表层的若干微米范围之内，所以其比辐射率与材料没有明显的联系。其主要是与材料表层的状态相关。因此，在搪瓷烧成过程中，要在待烧成工件的表层涂刷一层比辐射率合适的涂层，以提高搪瓷烧成质量。同时，在生产过程中还需要对金属表层的光洁度、油污污染、灰尘、擦伤等因素进行分析，确保其对比辐射率造成的影响最低，将待烧成工件表层的比辐射率控制在一个合理范围内。
因为灰体或黑体辐射通量的光谱分布曲线属于连续的，一般只存在一个最大值，而且整个缺陷的峰值与波长都将随着温度的变化而变化。而灼热固体或液体都存在对应的辐射光谱曲线，通常将这种辐射源称作为热辐射体 。通常，待烧成的搪瓷工件一般是金属胚体，然后在其表层涂刷了一层比辐射率适中的涂层，使得其在烧成过程中能够达到较好的光洁度与颜色艳丽程度。因此，其属于一个典型的热辐射体，在选择红外波的波段时，以中波红外线为主。
（二）采用中波红外加热器烧成炉的工作特点
在将烧成炉的加热器更换成为中波红外线之后，使得红外烧成设备的整体烧成速度得到明显提升。在技改之后，烧成炉具有升温快、省电的特点。通常，其大卫温升的耗电量为传统电加热方式的三分之二左右，节电率达到30%以上，是当前搪瓷烧成炉节能技术改造的最佳方案。但是，在机型的选择过程中，要根据生产线的产量，在充分计算之后进行合理计算，形成最佳的功率配比方案，确保生产与节能目的同时达到。通常，在选择合适机型的基础上，烧成设备的整机功率能够降低大概20%，而且整个搪瓷烧成炉的升温时间、蓄热性能、烧成量、节电率等都能够达到预期目的。另外，通过中波红外加热器技术改造之后的搪瓷烧成炉，其生产得到的搪瓷质量较好，具有氧化皮少（通常低于钢材总量的2%）、表面固化效果好、瓷釉表面均匀、色彩亮丽。
（三） 生产效益分析
三、搪瓷烧成炉节能改造的其他措施
除了对烧成炉的加热方式进行改造以达到节能目的之外，还可以从加强炉体保温、改造烧架与运输工具结构等方式达到节能的目的。
以加强炉体保温的改造方案为例，由于传统的烧成炉依靠单一的保温来减少散热，其使得单位面积散热量难以达到很低的程度。尤其是当窑炉内壁的温度很高时，热量的散失更加难以控制。这主要是以为内窑炉砌体的热阻与散热量之间并不是简答的正比关系，其虽然会随着保温层厚度适当增加，但是其单位面积的散热量降低程度并不明显。因此，在设计过程中应该保证具有相当厚的保温层，而且要选择绝热性能好的材料来保证炉体的散热量达到理想的控制水平。
笔者认为，从减少单位面积热量散失的目的来看，在设计过程中可以通过在烟道外侧加装予热空气道的方式达到目的，其具体设计示意图如图2所示。
通过这种设计方式，在烟道侧墙可以采用高铝砖作为砌体材料，因为该烟道长时间处于高温工作条件下，其侧墙容易出现变形、下沉等问题，导致其使用寿命下降。而在其外侧设置了予热空气道之后，能够显著降低侧墙的温度，有效解决侧墙的变形问题。同时，在底火倒的温度维持在1350℃时，为了使得砌体的温度降低至50℃以下，必须保证砌体的热阻保持在2.2m2h℃/k卡。而在外侧设置了予热空气道之后，砌体的单位平均热散失量控制在150℃左右，而且外墙的温度同样被控制在50℃，而这时砌体的材料热阻只需要控制在0.60 m2h℃/k卡左右即可。从整个角度来看，不但能够大大降低保温层的制造费用，而且还能够有效的减少热量散失，达到节能的目的。
四、结论
在进行搪瓷炉的烧成节能改造过程中，应该针对搪瓷生产设备的不同而选择不同的改进方式。尤其是各个生产企业的资金状况以及生产规模，其在一定程度上决定了需要采用何种改进设备。所以，在节能改造过程中可以在不同的节能改造方案中进行优选，达到满足企业实际生产需要，而且达到节能、环保的真正目的。在改造过程中，除了对窑炉加热方式进行改造之外，还必须对窑炉的整体结构进行适当改造，使得其整体热 工作性能得到提高。
参考文献：
[1] 陈兆刚. 矿用搪瓷燃煤马弗炉的改造[J]. 煤矿环境保护，2010，24：48-52.
[2] 吴小浦. 搪瓷微波炉电磁仿真与性能研究[D]. 电子科技大学，2011.
[3] 白学利， 赵俊斌. 空气预热器冷端换热元件的搪瓷改造[J].华电技术，2010，06：56-58.