本報(bào)通訊員 李寶樂
近日，筆者來(lái)到內(nèi)蒙古包頭市利晨科技有限公司（簡(jiǎn)稱利晨科技）生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，近距離觀察了該公司1號(hào)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(guò)爐壁與煙氣向外散失，造成熱量浪費(fèi)，與國(guó)家當(dāng)前倡導(dǎo)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(dāng)時(shí)，市場(chǎng)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(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，在高溫窯爐上的使用率較低。“市場(chǎng)急需性價(jià)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(jiǎn)稱安德稀耐）董事長(zhǎng)、總經(jīng)理王計(jì)平說(shuō)道。
相關(guān)研究表明，在溫度高于600攝氏度時(shí)，物質(zhì)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(duì)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(guān)系，即當(dāng)物體表面的發(fā)射率提高后，吸收熱量的能力也相應(yīng)提高。斯蒂芬-玻爾茲曼定律進(jìn)一步闡述了物質(zhì)發(fā)射率對(duì)于吸放熱能力的影響，提高物體的發(fā)射率，可強(qiáng)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(shù)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(zhì)的發(fā)射率可大幅增強(qiáng)物質(zhì)的吸放熱能力，隨之縮短被加熱對(duì)象的受熱時(shí)間，實(shí)現(xiàn)節(jié)能增產(chǎn)增效?！眱?nèi)蒙古科技大學(xué)兼職教授和碩士研究生導(dǎo)師郝先庫(kù)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(qiáng)大的稀土科研能力，與包頭稀土研究院成立聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，集中攻克該技術(shù)。該研發(fā)團(tuán)隊(duì)將稀土化合物、過(guò)渡金屬氧化物原料與載體黏結(jié)劑有效整合，從材料的成分屬性、結(jié)構(gòu)、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(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，選擇在材料中摻入La、Ce、Y、Sm等稀土元素，與過(guò)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(jié)過(guò)程中引起晶格畸變，提高晶格振動(dòng)活性，使得紅外光譜線向短波方向移動(dòng)，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(yīng)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(tuán)隊(duì)已完成稀土熱障輻射涂料產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)室開發(fā)、中試生產(chǎn)和產(chǎn)品試用?！跋⊥翢嵴陷椛渫苛系募t外法向全發(fā)射率大于0.95，常溫下導(dǎo)熱系數(shù)小于等于0.5瓦/米·度，涂覆于爐體內(nèi)壁，可改善爐內(nèi)溫度場(chǎng)強(qiáng)及均勻性、提高反應(yīng)效率?！卑驳孪∧图夹g(shù)負(fù)責(zé)人諶禮兵說(shuō)道，由于具有較高的發(fā)射率及較低的導(dǎo)熱系數(shù)，爐膛內(nèi)部熱輻射能力增強(qiáng)，促進(jìn)被加熱工件的輻射熱吸收，減少熱量通過(guò)爐壁及煙氣的散失，進(jìn)一步降低燃?xì)庥昧?，?shí)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(xiàng)目，對(duì)1號(hào)窯內(nèi)預(yù)熱段及燒成段磚襯噴涂熱障輻射材料?！崩靠萍钾?fù)責(zé)人說(shuō)道，近5個(gè)月的生產(chǎn)報(bào)表統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，產(chǎn)品電力單耗在該項(xiàng)目實(shí)施前為1.94千瓦時(shí)/千克，實(shí)施后為1.62千瓦時(shí)/千克，節(jié)電量為0.32千瓦時(shí)/千克，電力消耗降低16.6%，預(yù)計(jì)年節(jié)電約32萬(wàn)千瓦時(shí)。
筆者了解到，依托該技術(shù)，安德稀耐已開始在包頭市稀土高新區(qū)建設(shè)年產(chǎn)12萬(wàn)噸鑭鈰應(yīng)用稀土新材料轉(zhuǎn)化基地，聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的“稀土熱障輻射涂料”“稀土鎖熱控能涂料”等相關(guān)產(chǎn)品已獲12項(xiàng)發(fā)明專利授權(quán)，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(fēng)爐、隧道窯、輥道窯上應(yīng)用，綜合節(jié)能率均在10%以上。
《中國(guó)冶金報(bào)》（2023年09月13日 03版三版）
