以1250℃轧钢加热炉为例设计4种炉衬耐火材料来计算炉表温度

轧钢加热炉节能降耗是工业发展中的必然趋势。其中节能与窑衬耐火材料的技术进步、窑炉技术设计和施工密切相关。窑衬耐火材料在加热炉中的节能作用是通过多种窑衬耐火材料与隔热保温材料组合，采用耐火绝热一体化轻质耐火材料作为窑体结构材料，使窑体减少散热损失和蓄热损失达到节能目的。

典型的轧钢加热炉炉衬厚度一般为400~500 mm，以炉墙内表面温度为1250℃和炉衬厚度为450 mm为例计算，炉衬结构分别为：炉衬结构Ⅰ为全重质耐火浇注料；炉衬结构Ⅱ为50 mm纤维板+400 mm浇注料的复合炉衬；炉衬结构Ⅲ为100 mm 纤维板+115 mm轻质粘土保温砖+235 mm 浇注料的复合炉衬；炉衬Ⅳ为105 mm 纤维板+230 mm JM23 绝热保温砖+115 mm轻质莫来石耐火砖。

炉衬材料的计算热导率按各自平均工作温度下的热导率取值。炉墙外壁的对流辐射综合传热系数，取 15~20 W/(m2 ·K)。炉墙外壁空气温度即车间温度取值 25 ℃，计算结果如表1所示。由表1可知采用复合炉衬Ⅳ的炉墙散热为采用全重质浇注料炉衬结构Ⅰ的8%左右。与炉衬结构Ⅰ相比，相同厚度的炉墙，炉衬结构Ⅱ在400 mm 厚的低水泥浇注料加贴50 mm 耐火纤维后，热流密度大幅度下降，仅为 450 mm 全浇注料炉衬的 50%。国内许多加热炉的节能改造方式为在原有炉衬加贴耐火纤维，即收到了较好的节能效果。

表1为1250℃轧钢加热炉炉墙的一维温度场。可以看出轧钢加热炉4 种炉衬的炉墙外表面温度分别为357，123，79 和 51 ℃。炉衬结构Ⅰ和炉衬结构Ⅱ的外表面炉墙温度太高显然不符合GB/T 3486-93 标准规定。目前轧钢加热炉的炉衬结构一般是复合炉衬Ⅲ即纤维、轻质砖和重质低水泥浇注料的复合炉衬结构。考虑到初始投资、使用寿命和节能的综合效益，轧钢加热炉的炉衬结构 105 mm纤维板+230 mm JM23绝热保温砖+115 mm 轻质莫来石耐火砖将具有更好的节能效果。

以1250℃轧钢加热炉为实例，分别设计了4 种炉衬耐火材料结构。通过对不同炉衬耐火材料结构组合的综合传热系数、热流密度和炉墙温度场的传热学计算，给出了相应窑衬结构的热导率改变对热流密度和炉墙外表面温度的影响，说明采用轻质绝热耐火材料和耐火纤维的复合窑衬结构其炉墙热流密度大大降低。