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    [摘要]介紹了耐高溫節能涂料的組成，節能機理，國內外研究現狀，探討了其在應用中存在的問題及應用發展前景。

    [關鍵詞]耐高溫節能涂料；紅外輻射；工業爐；應用

    [中圖分類號]TQ630[文獻標識碼]A[文章編號]1007-1865(2009)09-0109-03

    耐高溫節能涂料一般是指在較高的溫度與較強的沖擊下，漆膜不脫落剝離，仍能保持適當物理機械性能，提高涂膜熱交換效率的涂料。耐高溫節能涂料有著廣泛的用途，該類涂料的研究已成為近年來先進國家技術發展的一個熱點問題。

    耐高溫節能涂料是多學科有機結合以及綜合應用的成果。該類涂料可以廣泛地應用于高溫蒸汽管道、熱交換器、冷凝器、高溫爐、石油裂解設備、發動機部位、冶金行業的金屬高溫防護等。以爐窯為例，我國有蒸汽鍋爐100萬臺，工業窯爐20萬臺，反射爐50萬臺，大型電阻爐40萬臺，還有星羅棋布的陶瓷爐，水泥爐等，合計總數不下400萬臺。它們都在大量消耗能源并且污染環境[1]。目前，我國的能源利用率很低，約為32%，而西方先進工業國則超過了60%，為提高能源的利用率，需要耐高溫節能涂料的廣泛使用。上世紀后期，英國CRC公司在歐洲市場推出節能涂料ET-4，當時被西方譽為加熱爐發展的里程碑[2]。接著有歐澳多國聯營的Enecoat節能涂料，日本的CRC1100和CRC1500，這些節能涂料為西方國家提高能源利用率做出了顯著的貢獻。

    1·耐高溫節能涂料的節能機理

    熱量的傳遞以3種方式進行，即傳導傳熱、對流傳熱和輻射傳熱。在低溫階段，熱交換以對流傳熱為主，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越大。由輻射傳熱基本定律和計算公式可知，提高輻射體的表面輻射系數，將有利于輻射傳熱的強化[3]。

    紅外線通常是指波長在2.5～1000m范圍內的電磁波，該電磁波能夠被物體吸收使物質內部質點產生共振，從而使物體溫度上升。隨著輻射物材質、分子結構和溫度等條件的不同，其輻射波長也各不相同。對于以輻射傳熱為主的工業爐，在爐襯表面應用高溫紅外輻射涂料可提高爐內參與輻射傳熱的物體表面輻射系數，顯著改善爐內傳熱過程，達到節能、增效的目的[4]。

    傳統的輻射換熱計算常常假設爐襯是一個輻射絕熱面，即認為爐襯表面的凈輻射熱流為0，得出的結論是爐膛內的輻射換熱與爐襯發射率(黑度)無關。然而，大量的實踐表明：爐膛內的輻射換熱與爐襯發射率是密切相關的，事實上在爐內熱交換中爐襯并不是一個輻射絕熱面。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常數，即物質的輻射率越大，其吸收率也越大，一個好的輻射體必定是一個好的吸收體。當爐墻上涂上高發射率涂料后，便增加了爐壁對工件的輻射，若爐壁內壁在單位時間內得到的熱能值不變，則發射率的提高必然使壁溫下降、輻射能增加且爐墻傳導熱損減小。然而爐窯內壁從吸收輻射和對流傳熱獲得熱量，發射率的提高又使二者傳熱量增大(因ΔT增大)，所以，爐窯內襯在單位時間內得到的熱量實際上是提高的，這使壁溫的下降趨勢回升。高輻射率涂層促使一部分對流熱轉化為微輻射熱，同時應考慮到爐窯內襯溫度一般遠低于發熱元件溫度，故其長波段輻射能譜能量增大，即高發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，結果強化了輻射傳熱，提高了爐窯的熱效率[5-8]。

    2·耐高溫節能涂料的組成與研究現狀

    耐高溫節能涂料是根據紅外輻射的原理，由輻射粉體基料與載體粘結劑組成，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，載體粘結劑則使涂料牢固地粘結在基體表面。隨著材料研究技術的不斷發展，該類涂料的物質組成也得到了長足的進步，從單純的物質或化合物發展為多種物質或化合物的復合材料。早期該類涂料主要是以碳化硅、氧化鋯、鋯英砂等單種物質或化合物為輻射成分，以簡單無機鹽為載體粘結劑。發展至今，耐高溫紅外輻射涂料的輻射成分則是由多種物質或化合物通過特殊的材料復合工藝制成，其載體粘結劑也是由原來的單種粘結劑物質載體發展為多種微粉、溶膠及化學粘結劑組成的復合膠體[9]。

    英國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℃時輻射率為85%，1000℃時仍可達84%，但在金屬表面應用溫度不能高于1100℃，否則會脫落[10]。

    美國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，Fe2O3，Mo2O3，SiO2等組成。高島廣夫和高田纮一等用過渡金屬氧化物(如Fe2O380%，MnO215%，CoO5%；MnO280%，CoO10%，CuO10%；MnO260%，Fe2O320%，CuO10%，CoO10%等)，在1150℃

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