[摘要]介紹了耐高溫節(jié)能涂料的組成，節(jié)能機(jī)理，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，探討了其在應(yīng)用中存在的問(wèn)題及應(yīng)用發(fā)展前景。

    [關(guān)鍵詞]耐高溫節(jié)能涂料；紅外輻射；工業(yè)爐；應(yīng)用

    [中圖分類號(hào)]TQ630[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1007-1865(2009)09-0109-03

    耐高溫節(jié)能涂料一般是指在較高的溫度與較強(qiáng)的沖擊下，漆膜不脫落剝離，仍能保持適當(dāng)物理機(jī)械性能，提高涂膜熱交換效率的涂料。耐高溫節(jié)能涂料有著廣泛的用途，該類涂料的研究已成為近年來(lái)先進(jìn)國(guó)家技術(shù)發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。

    耐高溫節(jié)能涂料是多學(xué)科有機(jī)結(jié)合以及綜合應(yīng)用的成果。該類涂料可以廣泛地應(yīng)用于高溫蒸汽管道、熱交換器、冷凝器、高溫爐、石油裂解設(shè)備、發(fā)動(dòng)機(jī)部位、冶金行業(yè)的金屬高溫防護(hù)等。以爐窯為例，我國(guó)有蒸汽鍋爐100萬(wàn)臺(tái)，工業(yè)窯爐20萬(wàn)臺(tái)，反射爐50萬(wàn)臺(tái)，大型電阻爐40萬(wàn)臺(tái)，還有星羅棋布的陶瓷爐，水泥爐等，合計(jì)總數(shù)不下400萬(wàn)臺(tái)。它們都在大量消耗能源并且污染環(huán)境[1]。目前，我國(guó)的能源利用率很低，約為32%，而西方先進(jìn)工業(yè)國(guó)則超過(guò)了60%，為提高能源的利用率，需要耐高溫節(jié)能涂料的廣泛使用。上世紀(jì)后期，英國(guó)CRC公司在歐洲市場(chǎng)推出節(jié)能涂料ET-4，當(dāng)時(shí)被西方譽(yù)為加熱爐發(fā)展的里程碑[2]。接著有歐澳多國(guó)聯(lián)營(yíng)的Enecoat節(jié)能涂料，日本的CRC1100和CRC1500，這些節(jié)能涂料為西方國(guó)家提高能源利用率做出了顯著的貢獻(xiàn)。

    1·耐高溫節(jié)能涂料的節(jié)能機(jī)理

    熱量的傳遞以3種方式進(jìn)行，即傳導(dǎo)傳熱、對(duì)流傳熱和輻射傳熱。在低溫階段，熱交換以對(duì)流傳熱為主，而在高溫階段(800℃以上)，則以輻射傳熱為主。隨著溫度的升高，輻射傳熱所起的作用越來(lái)越大。由輻射傳熱基本定律和計(jì)算公式可知，提高輻射體的表面輻射系數(shù)，將有利于輻射傳熱的強(qiáng)化[3]。

    紅外線通常是指波長(zhǎng)在2.5～1000m范圍內(nèi)的電磁波，該電磁波能夠被物體吸收使物質(zhì)內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生共振，從而使物體溫度上升。隨著輻射物材質(zhì)、分子結(jié)構(gòu)和溫度等條件的不同，其輻射波長(zhǎng)也各不相同。對(duì)于以輻射傳熱為主的工業(yè)爐，在爐襯表面應(yīng)用高溫紅外輻射涂料可提高爐內(nèi)參與輻射傳熱的物體表面輻射系數(shù)，顯著改善爐內(nèi)傳熱過(guò)程，達(dá)到節(jié)能、增效的目的[4]。

    傳統(tǒng)的輻射換熱計(jì)算常常假設(shè)爐襯是一個(gè)輻射絕熱面，即認(rèn)為爐襯表面的凈輻射熱流為0，得出的結(jié)論是爐膛內(nèi)的輻射換熱與爐襯發(fā)射率(黑度)無(wú)關(guān)。然而，大量的實(shí)踐表明：爐膛內(nèi)的輻射換熱與爐襯發(fā)射率是密切相關(guān)的，事實(shí)上在爐內(nèi)熱交換中爐襯并不是一個(gè)輻射絕熱面。從基爾霍夫定律得知：任何輻射體在一定的溫度下，其輻射率和吸收率之比都是一個(gè)常數(shù)，即物質(zhì)的輻射率越大，其吸收率也越大，一個(gè)好的輻射體必定是一個(gè)好的吸收體。當(dāng)爐墻上涂上高發(fā)射率涂料后，便增加了爐壁對(duì)工件的輻射，若爐壁內(nèi)壁在單位時(shí)間內(nèi)得到的熱能值不變，則發(fā)射率的提高必然使壁溫下降、輻射能增加且爐墻傳導(dǎo)熱損減小。然而爐窯內(nèi)壁從吸收輻射和對(duì)流傳熱獲得熱量，發(fā)射率的提高又使二者傳熱量增大(因ΔT增大)，所以，爐窯內(nèi)襯在單位時(shí)間內(nèi)得到的熱量實(shí)際上是提高的，這使壁溫的下降趨勢(shì)回升。高輻射率涂層促使一部分對(duì)流熱轉(zhuǎn)化為微輻射熱，同時(shí)應(yīng)考慮到爐窯內(nèi)襯溫度一般遠(yuǎn)低于發(fā)熱元件溫度，故其長(zhǎng)波段輻射能譜能量增大，即高發(fā)射率涂層起了改變輻射能譜分布的作用。綜上所述，爐窯加涂高輻射率涂層后，引起熱平衡的重新分配，結(jié)果強(qiáng)化了輻射傳熱，提高了爐窯的熱效率[5-8]。

    2·耐高溫節(jié)能涂料的組成與研究現(xiàn)狀

    耐高溫節(jié)能涂料是根據(jù)紅外輻射的原理，由輻射粉體基料與載體粘結(jié)劑組成，也可稱為耐高溫紅外輻射涂料。其中，輻射粉體基料的作用是提供高輻射性能，載體粘結(jié)劑則使涂料牢固地粘結(jié)在基體表面。隨著材料研究技術(shù)的不斷發(fā)展，該類涂料的物質(zhì)組成也得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，從單純的物質(zhì)或化合物發(fā)展為多種物質(zhì)或化合物的復(fù)合材料。早期該類涂料主要是以碳化硅、氧化鋯、鋯英砂等單種物質(zhì)或化合物為輻射成分，以簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)鹽為載體粘結(jié)劑。發(fā)展至今，耐高溫紅外輻射涂料的輻射成分則是由多種物質(zhì)或化合物通過(guò)特殊的材料復(fù)合工藝制成，其載體粘結(jié)劑也是由原來(lái)的單種粘結(jié)劑物質(zhì)載體發(fā)展為多種微粉、溶膠及化學(xué)粘結(jié)劑組成的復(fù)合膠體[9]。

    英國(guó)CRC公司稱其耐高溫紅外輻射涂料的輻射粉料有兩類基本組成，即ZrO2和鋯英砂(硅酸鋯)，其中ET4型紅外輻射涂料的輻射粉料主要由鋯英砂、SiO2和Al2O3組成，在800℃時(shí)輻射率為85%，1000℃時(shí)仍可達(dá)84%，但在金屬表面應(yīng)用溫度不能高于1100℃，否則會(huì)脫落[10]。

    美國(guó)CRC公司的紅外輻射涂料已系列化，其中用在金屬表面上的涂料，其輻射粉料組成主要是Al2O3和SiO2；用在耐火材料爐襯表面上的涂料，其輻射粉料主要是由ZrO2或ZrO2，Al2O3，SiO2組成[11]。

    日本CRC公司推出的紅外輻射涂料CRC1100，CRC1500，輻射粉料由CoO，Cr2O3，F(xiàn)e2O3，Mo2O3，SiO2等組成。高島廣夫和高田纮一等用過(guò)渡金屬氧化物(如Fe2O380%，MnO215%，CoO5%；MnO280%，CoO10%，CuO10%；MnO260%，F(xiàn)e2O320%，CuO10%，CoO10%等)，在1150℃

    反應(yīng)燒結(jié)后，2～25m波段都具有極高的輻射率；摻入50%的堇青石后燒結(jié)，其熱輻射率基本不減。堇青石可以克服其膨脹系數(shù)大的缺點(diǎn)；若再加入金屬、碳化物、氮化物、硅化物、硼化物或半導(dǎo)體材料，即成為具有一定電阻值的陶瓷體[12]。