红外辐射节能材料介绍

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1、炉窑辅助节能新材料新一代红外节能材料红外辐射节能材料武汉科技大学工业炉窑是工业生产中能耗量最大的设备。在我国，工业炉窑的能耗约占全国工业能耗的60%,占全国总能耗量的25%。但是，我国目前工业炉的热效率平均不到30%,而国际上工业炉热效率的平均值为50%以上。因此，工业炉窑的节能不仅具有相当大的潜力，而且也符合我国能源战略和政策核心要求。红外辐射节能涂料系列产品，是武汉科技人学研发的一种炉窑辅助节能新材料，由长期从事材料科学与工程、粉体工程和热能工程的专业人员研制的新一代红外辐射涂料，其显著特点在于：在1750°C高温下对红外辐射只有稳定的高吸收率和高发射率h=0.91〜0.94,并将

2、可见光部分转化为红外波段内的红外辐射，提高了炉窑热能转化效率。红外辐射节能涂料可应用于各种工业炉窑及锅炉吸热表面，提高炉窑衬体或锅炉管壁对炉膛火焰热量的吸收，改善炉膛热交换条件，增加热效率，达到节能目的。同时，对炉膛衬体材料具有良好的抗高温氧化的保护作用，延长炉窑和锅炉的使用寿命、减少维护工作量。此外，通过强化炉膛辐射传热，改善炉内热场的温度均匀性和受热体的加热质量。作为一种红外辐射涂料的更新换代产品，红外辐射节能涂料能适应酸、碱性等多种工作气氛，可广泛应用于冶金、火电、陶瓷、化工、石油等行业炉窑，节能效果十分明显。这在能源和环境负荷日益加重的今天，具有特别意义。提高热效率是工业炉窑节

3、能的关键，红外节能涂料提高热效率立竿见影，使节能变得简单而有效。一.红外节能涂料原理与炉窑热传递特性红外辐射是电磁波谱屮的一段，其波长范围0.760〜1000pm,相应的频率范围4xl014〜3xl0nHz,对应的光子能量范围1.66〜1.26xl（T5eV。红外辐射乂称为热辐射，但其木身并不具有热性质，而是在其射程范围内被物质吸收，使物质分子和原子中的电子或离子产生受迫共振而引发的热效应。一切物体在温度高于绝对零度时均会发射红外辐射，当物体为黑体时，其辐射度取决于辐射波长和物体温度，而对于非黑体的实际物体，其辐射度不仅取决于辐射波长和实际物体的温度，还与实际物体的发射率有关。热传递主

4、要有三种方式：传导、对流和輻射。工业炉窑的高温加热，主要以辐射传热为主，即燃烧或电致热的热量主耍以电磁波辐射的形式传递给T件和炉窑衬体。电磁波在辐射传播中遇到物体时，在其表而产生反射和折射。现有技术尚难以实现炉窑衬体表面的镜面反射，故反其道行之，降低衬体表面反射率，提高表面吸收率。根据基尔霍夫定律，任何物体的发射率都等于其在相同温度和相同条件下的吸收率。红外辐射涂料正是这样一种功能材料：以高的吸收率（s„〉0.85）使炉膛内的红外辐射能量转化为涂层的热效应，再以高的发射率（％〉0.85）将热量以红外辐射的形式发射回炉膛。使未能被工件直接及时吸收的辐射热量，可通过炉窑衬体表而的红外辐射涂

5、料，再次转移传递给工件。因此，红外辐射涂料的关键在于提高炉窑衬体表面的吸收率和发射率，其中，吸收率涉及衬体表面涂层对燃料燃烧产生红外辐射的吸收能力，并产生红外热效应；发射率涉及衬体表面涂层因红外热效应导致温度提高而向炉膛反馈发射红外辐射的能力。通常的工业炉窑其加热温度可分为：高温:1200〜1900°C;中温:800〜1200°C;低温:<800°C。根据电磁波辐射的基本定律可知，不同温度的炉窑辐射的电磁波有其对应的光谱分布特征，即有与其对应的波忪分布范围和峰值辐射波忪。由维恩位移定律得出：高温（1200-1900°C）炉窑峰值辐射波长范围为0.94〜2.37pn;中温（800〜120

6、0°C）炉窑峰值辐射波长范围为1.57〜3.10低温（<800°C）炉窑峰值辐射波长范围〉2.30〜3.10岬。不同温度的工业炉窑，尽管采用了不同的耐火衬体，但其高温下表面发射率大都在.en=0.4~0.5范围内，这为通过利用红外福射涂料提高发射率，进而提高热工设备的热效率以达到节能效果提供了可能。一.红外辐射强化涂料技术创新点红外辐射节能涂料采用了多项创新性设计，显著区别于其他传统的红外辐射涂料。组分功能设计为：福射协同强化剂、耐高温基料、高温粘结剂、增韧剂及涂料助剂等5个部分，创新点为：(1)将炉窑工作温度和对应峰值辐射波长与不冋的过渡金属氧化物红外发射率随温度和波长的变化规律相匹

7、配，设计辐射协同强化剂多种组分，使涂料在高温下红外发射频谱的协同作用得到优化和稳定。(2)利用高能磨的超微粉碎机械力化学效应和固相反应，形成具奋掺杂和晶格畸变等缺陷的氧化物固溶体和化合物，增加自由载流子和形成杂质能级，强化红外辐射激发作用，并经超细气流粉碎和精密分级，获得颗粒尺寸与电磁波吸收能力相平衡的粒度级配，使涂料在相应的工作温度下获得稳定的高红外发射率。(3)利用纳米3Y-ZrCh优良的热稳定性，提高徐料的耐高温性和热震稳定性。(4)利用