【上海大学】ZG-IR系列红外辐射节能涂料

“ZG-IR系列红外辐射节能涂料”是一种用于各种工业窑炉的高效节能环保新产品，可直接喷涂在各种高温窑炉的耐火材料表面，或者蒸汽锅炉水冷壁管的表面，与炉体内壁紧密接合，形成一层牢固的表面涂层，隔绝了耐火材料表面与燃烧气流直接接触，避免了气流对窑墙的冲刷和腐蚀，从而起到保护炉体和延长炉龄的作用。该涂料具有发射率高、使用寿命长、导热系数小、气密性好、耐火度高、粘结牢固不易开裂和脱落、耐腐蚀、施工简便迅速、质量稳定等优点，可显著提高炉膛内的热传递效果，提高燃料燃烧效率，减少废气排放，节能环保效益显著。

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1. 背景概述

热能传递的三种基本方式是：热传导、热对流、热辐射。当窑炉内燃烧温度超过300℃时，热能传递的主要形式为热辐射（主要是远红外波），约占90%以上，其次是对流传热。为了阻止热能向窑炉体外传播，窑炉壳体都使用耐火隔热的炉衬材料，或不锈钢内衬材料，其黑度只有0.5~0.8，表面温度不高。根据斯蒂芬－玻尔兹曼定律，物体的辐射能力与其表面绝对温度的四次方成正比，温度越高，辐射能力越大，因此这些炉衬材料对红外波的吸收和辐射能力很弱。加热工件一方面要接收燃料燃烧的直接辐射热，另一方面也接收炉衬的辐射热，由炉衬传递给工件的辐射热占加热工件总热量的60%左右，可见，增强炉衬对工件的有效辐射，就可以提高窑炉的热效率。而不同行业窑炉加热的工件是不同的，不同工件对各个波段红外波的吸收能力也是不同的，只有炉衬辐射的红外波波长和频率都与加热工件相匹配，才能被工件吸收而成为有效热能。因此，开发应用辐射能力强、适应不同工件吸收波段要求的红外辐射涂料或炉衬保温材料是提高窑炉热效率的关键。

此外，根据爱因斯坦辐射理论，要提高物体的发射率，就必须尽量减少物体的单色吸收指数。若物体的单色吸收指数较小，降低折射系数有利于增大物体的单色发射率。当物体的单色吸收指数和单色折射系数分别为0和1时，物体的发射率能够达到最大值1，即为黑体。实际物体的单色吸收指数与折射率都不可能达到这两个值，所以一般的物体都具有一定的反射能力，其反射率和吸收率都小于1。纳米粉体颗粒尺寸和晶粒尺寸很小，比表面积很大，其吸收指数k0，穿透深度d，因而，物体的发射率会有很大幅度的提高。颗粒细化后也可以降低物体的折射系数，能够进一步达到提高发射率的效果。所以，将节能涂料超细化、纳米化，无论从微观上还是从宏观上都可以说明它能够有效地提高物体的发射率，从而达到进一步节能降耗的效果。

2. 节能原理

红外辐射材料是通过红外辐射作用到被加热物体上，引起分子共振吸收，达到快速升温、快速加热和快速干燥的目的。红外辐射涂料作为工业炉等热加工设备上的一种节能新材料，不仅可以获得显著的节能效果，而且能对炉衬材料起到良好的保护作用，延长工业炉使用寿命，减轻窑炉维护工作量。此外，还可以强化炉内辐射传热，改善加热均匀性，提高炉子热效率及产品加热质量。

3. 产品简介

我公司生产的“ZG-IR系列红外辐射节能涂料”是一种用于各种工业窑炉的高效节能环保新产品，可直接喷涂在各种高温窑炉的耐火材料表面，或者蒸汽锅炉水冷壁管的表面，与炉体内壁紧密接合，形成一层牢固的表面涂层，隔绝了耐火材料表面与燃烧气流直接接触，避免了气流对窑墙的冲刷和腐蚀，从而起到保护炉体和延长炉龄的作用。该涂料具有发射率高、使用寿命长、导热系数小、气密性好、耐火度高、粘结牢固不易开裂和脱落、耐腐蚀、施工简便迅速、质量稳定等优点，可显著提高炉膛内的热传递效果，提高燃料燃烧效率，减少废气排放，节能环保效益显著。该项技术已取得多项国家发明专利（专利号为200310114615.9，201010157765.8），产品技术性能达到国内先进水平。

4. 技术指标

5. 综合效果

（1）提高窑炉的使用效率，缩短升温时间、提高产量、提高加热效率5~15%。

（2）燃料消耗节能率可达5~15%，不同能源窑炉节能效果不同，温度越高节能效果越好，电阻炉节能效果最佳。

（3）提高炉膛内温度20~100℃，降低炉体外表面温度5~25℃，降低排烟温度10~25℃左右。

（4）延长窑炉使用寿命，降低烟气可燃物含量50%以上。

（5）降低窑炉的维护和维修的工作量与费用，减少员工的劳动强度。

6. 施工方法

（1）清理炉膛内表面：耐火材料表面去除浮灰，金属材料表面去除氧化皮并清灰。

（2）然后喷涂前处理液，表面干燥后，再喷涂“ZG-IR系列高温红外辐射节能涂料”。在耐火材料表面刷涂（或喷涂）厚度0.4mm左右，工程平均用量1.3~1.5kg/m2；在金属材料表面刷涂（或喷涂）厚度0.2mm左右。

（3）施工完毕后自然阴干5小时以上，然后缓慢升温至窑炉的工作温度，使涂层固化烧结。

（4）节能涂料的使用寿命为1年以上，建议每年喷涂一次，可实现更好的节能减排效果。

7. 红外辐射材料的应用领域

工业领域：冶金、建材、化工等行业的中高温窑炉和发热体

系列红外辐射节能材料的工作温度范围从室温至2500℃，高红外辐射率节能涂料可用于以电、气、重油、煤等为能源的金属热处理炉、加热炉、冶炼炉、陶瓷干燥或烧成窑炉、电阻炉、石化裂解炉、水泥窑炉、工业及民用锅炉，以及锅炉火管（水冷壁管）表面的保温、节能、降耗；也是化学腐蚀或高温烧蚀严重的炉（窑）体、喷嘴、发热体、石墨电极的防氧化、防烧蚀涂层材料。

这种红外加热方式具有加热均匀、热效率高、能耗小，被加热与干燥产品的成品率高等特点，可广泛用于建材、冶金、化工、陶瓷、汽车等多种行业的各种产品的加热与干燥，实现能源的合理、高效的转化和利用，对于节能减排具有重要的现实意义。

军事、航天、航空工业领域

航天飞行器头部表面、喷嘴等部位的热防护材料及散热涂层。