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红外辐射涂料在工业炉窑节能中的应用 1 红外辐射涂料在工业炉窑中的应用 许多科学家对其优良的红外辐射性能给予了高度重视，并在行业节能工业中得到了广泛应用。例如,在日本的石油加工行业中,已有20个企业在石油加热炉上使用了红外辐射涂料,使炉子热效率提高了2%～4%;在我国也有大量的文献报导在工业炉窑上应用红外辐射涂料的实际节能效果。随着红外辐射涂料的研究与应用的蓬勃发展,许多品牌的红外辐射涂料产品应运而生,同时,大量的专利与文献不断地报导了红外辐射涂料必威体育精装版研究成果,为工业炉窑应用红外辐射涂料节能提供了众多优良的涂料产品。本文在列举系列红外辐射涂料的化学组成的基础上,分析各自的红外性能,供工业炉窑节能选择合理的红外辐射涂料参考。 2 红外辐射涂料的组成与结构 众所周知,凡温度高于绝对零度(-273℃)的任何物体,都会产生电磁辐射。随着辐射物体材质、分子结构和温度等条件的不同,其辐射波长也各不同。在红外辐射的波段里,从辐射的本质来讲,当分子中的原子或者原子团从高能量的振动状态转变到低能量的振动状态时,产生2.5～25μm的红外辐射;如果是由分子的转动能态改变所引起的辐射,则为大于25μm的红外辐射;如果是由原子核外导带电子能态的改变而引起的辐射,则为小于1μm的可见光或紫外辐射。目前红外辐射涂料的材料主要是金属氧化物的复合物和碳化物。由红外辐射光谱测定的结果可知,绝大多数红外辐射材料的主要辐射波段在2.5～12μm的范围。根据国内外红外辐射涂料的主要成分可知,红外辐射涂料常用的物质有:Cr2O3、TiO2、ZrO2、Fe2O3、MnO2、Ni2O3、Co2O3、CuO、SiO2、Al2O3、SiC……等。例如:英国CRC公司推出的ET4红外辐射涂料,其粉料的主要成分是ZrO2、SiO2、Al2O3;美国推出的C—10A、SBE涂料的粉料组成与英国的ET4类似;日本推出的HRC红外辐射涂料的粉料成分是CoO,Cr2O3、Fe2O3、Mo2O3、SiO2、Al2O3…等;英国Harbert Beven公司与欧澳多国联营推出一种叫做Enecoat的涂料,是以SiC为基团加防老化剂;上海硅酸盐研究所推出的HK—81耐热辐射涂料的主要成分是TiO2、FeO、ZrO2、SiO2、MnO2、Ni2O3,其推出的HT—1红外涂抹料的主要成分是Cr2O3、TiO2、Fe2O3、ZrO2、MgO、SiO2、Al2O3;南京航空学院推出的NH9红外辐射涂料的主要成分是Fe2O3、MnO2、Co2O3、CuO等;广州师范大学推出的红外辐射涂料的主要成分为ZrO2、Cr2O3、SiO2、SiC、C、Al2O3等。随着材料复合技术的不断发展,红外辐射涂料的组成与结构得到了不断的完善,涂料的辐射性能也在不断提高。 根据红外辐射涂料的成分不同,按构成涂料的主要成分可分为如下几个类别:氧化铁—氧化锰系、锆英砂系、氧化锆系、氧化钴系、氧化铬系、二氧化硅系、碳化硅系……等。以下分别对各系的红外辐射涂料的组成进行介绍。 2.1 涂料的化学组成 氧化铁—氧化锰系红外辐射涂料是以Fe2O3、MnO2为主要成分,以其它金属氧化物为添加辅助成分的红外辐射涂料。例如昆明物理研究所推出的HKP—84红外辐射涂料,它的化学组成为(wt%):Fe2O360.25、ZnO 9.66、MnO222.62、CaCO30.5,其它6.97。表1是几种氧化铁—氧化锰系红外辐射涂料的辐射材料配方。虽然表1中列出的辐射材料在2～25μm波段范围内都具有极高的辐射率,但其热膨胀系数较大,使涂层抗热震性较差,为此还需添加其它成分,如堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)进行再烧结,在红外辐射性能基本不减的情况下,调整涂料的热膨胀系数,提高氧化铁—氧化锰系红外辐射涂料的使用性能。 2.2 红外辐射涂料配方 锆英砂系或氧化锆系红外辐射涂料,以锆英砂或二氧化锆为主要辐射成分添加其它金属氧化物而成的红外辐射涂料。表2列出了几种锆英砂系红外辐射涂料的配方;表3列出了二种氧化锆系红外辐射涂料的配方。 2.3 氧化硅系 氧化硅系红外辐射涂料是以二氧化硅为主要成分添加其它成分组成的红外辐射涂料。表4列出了几种氧化硅系红外辐射涂料的配方。 2.4 氧化钾系 氧化钴系红外辐射涂料是以三氧化二钴为主要成分添加其它辅助成分组成的红外辐射涂料。表5列出了几种氧化钴系红外辐射涂料的配方。 2.5 组分添加的涂层 氧化铬系红外辐射涂料是以三氧化二铬或铬铁矿为主要成分,以其它成分为辅助添加组分组成的红外辐射涂料。表6列出了三种氧化铬系红外辐射涂料的配方。 2.6 辽混代原料 碳化硅系红外辐射涂料是以碳化硅为主要成分,再添加其它辅助成分组成的红外辐射涂料。例如辽宁省推出的辽混一号红外辐射涂料的成分为(wt%):SiC 60、Fe2O