本报通讯员 李宝乐
近日，笔者来到内蒙古包头市利晨科技有限公司（简称利晨科技）生产现场，近距离观察了该公司1号辊道窑。之前，该公司的窑炉工作温度在1000摄氏度以上，大量热量通过炉壁与烟气向外散失，造成热量浪费，与国家当前倡导的节能理念大相径庭，迫切需要一种红外辐射材料为高温窑炉披上节能“铠甲”。
当时，市场上的红外辐射材料普遍具有高温稳定性差、使用寿命短、节能降耗效果不明确、价格昂贵等缺点，在高温窑炉上的使用率较低。“市场急需性价比高、耐高温性好、红外发射率高、节能降耗效果明显的红外辐射材料。”安德稀耐新材料有限公司（简称安德稀耐）董事长、总经理王计平说道。
相关研究表明，在温度高于600摄氏度时，物质间的传热以热辐射为主，而任何单一物体的发射率均小于绝对黑体发射率，即均小于1。众所周知，基尔霍夫定律揭示出材料的吸热率与发射率相等的关系，即当物体表面的发射率提高后，吸收热量的能力也相应提高。斯蒂芬-玻尔兹曼定律进一步阐述了物质发射率对于吸放热能力的影响，提高物体的发射率，可强化辐射传热能力，如物体表面发射率为0.7，采用高辐射覆层节能技术后，表面发射率提高至0.9以上，理论上可提高传热量20%以上。“综上所述，在高温环境中，提高物质的发射率可大幅增强物质的吸放热能力，随之缩短被加热对象的受热时间，实现节能增产增效。”内蒙古科技大学兼职教授和硕士研究生导师郝先库解释道。
根据以上理论，安德稀耐依托包头市丰富的稀土资源和强大的稀土科研能力，与包头稀土研究院成立联合实验室，集中攻克该技术。该研发团队将稀土化合物、过渡金属氧化物原料与载体黏结剂有效整合，从材料的成分属性、结构、表面状态、晶格与晶相类型及晶粒的大小等影响材料发射率的重要因素入手，进行科学设计，选择在材料中掺入La、Ce、Y、Sm等稀土元素，与过渡金属氧化物形成固溶体，使得稀土元素较大的离子半径更容易在烧结过程中引起晶格畸变，提高晶格振动活性，使得红外光谱线向短波方向移动，提高材料在1微米～5微米波段的红外发射率和高温稳定性，使其可应用于高温工况，从而更容易被受热体吸收利用。
目前，该研发团队已完成稀土热障辐射涂料产品的实验室开发、中试生产和产品试用。“稀土热障辐射涂料的红外法向全发射率大于0.95，常温下导热系数小于等于0.5瓦/米·度，涂覆于炉体内壁，可改善炉内温度场强及均匀性、提高反应效率。”安德稀耐技术负责人谌礼兵说道，由于具有较高的发射率及较低的导热系数，炉膛内部热辐射能力增强，促进被加热工件的辐射热吸收，减少热量通过炉壁及烟气的散失，进一步降低燃气用量，实现窑炉的节能降耗。
“我们施行了辊道窑喷涂热障辐射材料节电项目，对1号窑内预热段及烧成段砖衬喷涂热障辐射材料。”利晨科技负责人说道，近5个月的生产报表统计分析结果表明，产品电力单耗在该项目实施前为1.94千瓦时/千克，实施后为1.62千瓦时/千克，节电量为0.32千瓦时/千克，电力消耗降低16.6%，预计年节电约32万千瓦时。
笔者了解到，依托该技术，安德稀耐已开始在包头市稀土高新区建设年产12万吨镧铈应用稀土新材料转化基地，联合实验室研发的“稀土热障辐射涂料”“稀土锁热控能涂料”等相关产品已获12项发明专利授权，并在西林建龙、磐石建龙、金蒙稀土、威丰磁材等10余家企业的热风炉、隧道窑、辊道窑上应用，综合节能率均在10%以上。
《中国冶金报》（2023年09月13日 03版三版）
