本報通訊員 李寶樂
近日，筆者來到內蒙古包頭市利晨科技有限公司（簡稱利晨科技）生產(chǎn)現(xiàn)場，近距離觀察了該公司1號輥道窯。之前，該公司的窯爐工作溫度在1000攝氏度以上，大量熱量通過爐壁與煙氣向外散失，造成熱量浪費，與國家當前倡導的節(jié)能理念大相徑庭，迫切需要一種紅外輻射材料為高溫窯爐披上節(jié)能“鎧甲”。
當時，市場上的紅外輻射材料普遍具有高溫穩(wěn)定性差、使用壽命短、節(jié)能降耗效果不明確、價格昂貴等缺點，在高溫窯爐上的使用率較低。“市場急需性價比高、耐高溫性好、紅外發(fā)射率高、節(jié)能降耗效果明顯的紅外輻射材料。”安德稀耐新材料有限公司（簡稱安德稀耐）董事長、總經(jīng)理王計平說道。
相關研究表明，在溫度高于600攝氏度時，物質間的傳熱以熱輻射為主，而任何單一物體的發(fā)射率均小于絕對黑體發(fā)射率，即均小于1。眾所周知，基爾霍夫定律揭示出材料的吸熱率與發(fā)射率相等的關系，即當物體表面的發(fā)射率提高后，吸收熱量的能力也相應提高。斯蒂芬-玻爾茲曼定律進一步闡述了物質發(fā)射率對于吸放熱能力的影響，提高物體的發(fā)射率，可強化輻射傳熱能力，如物體表面發(fā)射率為0.7，采用高輻射覆層節(jié)能技術后，表面發(fā)射率提高至0.9以上，理論上可提高傳熱量20%以上。“綜上所述，在高溫環(huán)境中，提高物質的發(fā)射率可大幅增強物質的吸放熱能力，隨之縮短被加熱對象的受熱時間，實現(xiàn)節(jié)能增產(chǎn)增效。”內蒙古科技大學兼職教授和碩士研究生導師郝先庫解釋道。
根據(jù)以上理論，安德稀耐依托包頭市豐富的稀土資源和強大的稀土科研能力，與包頭稀土研究院成立聯(lián)合實驗室，集中攻克該技術。該研發(fā)團隊將稀土化合物、過渡金屬氧化物原料與載體黏結劑有效整合，從材料的成分屬性、結構、表面狀態(tài)、晶格與晶相類型及晶粒的大小等影響材料發(fā)射率的重要因素入手，進行科學設計，選擇在材料中摻入La、Ce、Y、Sm等稀土元素，與過渡金屬氧化物形成固溶體，使得稀土元素較大的離子半徑更容易在燒結過程中引起晶格畸變，提高晶格振動活性，使得紅外光譜線向短波方向移動，提高材料在1微米～5微米波段的紅外發(fā)射率和高溫穩(wěn)定性，使其可應用于高溫工況，從而更容易被受熱體吸收利用。
目前，該研發(fā)團隊已完成稀土熱障輻射涂料產(chǎn)品的實驗室開發(fā)、中試生產(chǎn)和產(chǎn)品試用。“稀土熱障輻射涂料的紅外法向全發(fā)射率大于0.95，常溫下導熱系數(shù)小于等于0.5瓦/米·度，涂覆于爐體內壁，可改善爐內溫度場強及均勻性、提高反應效率。”安德稀耐技術負責人諶禮兵說道，由于具有較高的發(fā)射率及較低的導熱系數(shù)，爐膛內部熱輻射能力增強，促進被加熱工件的輻射熱吸收，減少熱量通過爐壁及煙氣的散失，進一步降低燃氣用量，實現(xiàn)窯爐的節(jié)能降耗。
“我們施行了輥道窯噴涂熱障輻射材料節(jié)電項目，對1號窯內預熱段及燒成段磚襯噴涂熱障輻射材料。”利晨科技負責人說道，近5個月的生產(chǎn)報表統(tǒng)計分析結果表明，產(chǎn)品電力單耗在該項目實施前為1.94千瓦時/千克，實施后為1.62千瓦時/千克，節(jié)電量為0.32千瓦時/千克，電力消耗降低16.6%，預計年節(jié)電約32萬千瓦時。
筆者了解到，依托該技術，安德稀耐已開始在包頭市稀土高新區(qū)建設年產(chǎn)12萬噸鑭鈰應用稀土新材料轉化基地，聯(lián)合實驗室研發(fā)的“稀土熱障輻射涂料”“稀土鎖熱控能涂料”等相關產(chǎn)品已獲12項發(fā)明專利授權，并在西林建龍、磐石建龍、金蒙稀土、威豐磁材等10余家企業(yè)的熱風爐、隧道窯、輥道窯上應用，綜合節(jié)能率均在10%以上。
《中國冶金報》（2023年09月13日 03版三版）
