文/王银川
原标题：《红外线辐射升温涂料——新型窑炉节能材料的推广与运用》
编者按： 作者介绍了一种新型节能材料，目前已在全国80多条窑炉应用。采用这种材料后，不仅可以实现产量提升，也可以降低气耗量，能够积极应对陶瓷行业的节能减排要求。
陶瓷墙地砖生产目前是以辊道窑为主体的烧成设备，辊道窑具有轻型便捷、窑内温度相对均匀、易于快烧、产量高热耗低等特点。
辊道窑传热原理主要有对流传热、辐射传热和综合传热三种方式。在窑的不同区段和不同范围只有一种或两种方式起主导作用。在以液体燃料和气体燃料为热源的辊道窑中，火焰及烟气流将以对流、辐射和综合方式向制品传热，从传热理论可知，辐射传热与绝对温度的四次方成正比，所以火焰温度提高，其辐射传热加强，故在高温夹断以辐射传热为主，而在烟气流通道区以对流传热为主。如果辐射与对流传热所占份量相当，则应按综合传热考虑。
（图片来源于网络）
辊道窑的传热方式很复杂，三种传热方式同时存在，是综合传热过程。在预热带和烧成带，如果是隔焰式辊道窑则隔焰板的高温壁面接受了火焰以辐射和对流方式传给热量后，以传导方式把热量传给低温壁面，然后低温壁面以辐射方式把热传给坯体，坯体表面再以传导方式传导坯体内部，从而使坯体逐渐升温并达到烧成。在冷却带烧成后的制品先以传导方式把热从内部传给表面，然后以辐射方式把热传给窑墙、窑顶及窑底，以对流方式传给冷却的气体，达到逐步冷却的目的。对辊道窑窑体来说，它一方面接受隔焰板高温面、火焰和制品表面以辐射方式传来的热量，两一方面以辐射方式传热给制品表面。另外，辊道窑窑体内壁又以传导方式把热传至窑体外壁，然后窑体外壁在以对流和辐射方式向外界空间散热。
储热恒温式环保节能技术是用新的特殊材料—— 红外线辐射升温涂料 ，在窑炉内喷涂，使窑内储热均匀恒温，窑外防止漏走热量以达到节能降耗的效果。主要运用范围为预热带、烧成带和高保温区，施工区域为自窑头预热带的第一组喷枪到高温区与急冷带之间的闸板为止的区域。
01
喷涂红外线辐射升温涂料后的效果
1、在同等燃料供热条件、同等供气气压下窑内有效升温60-120 ℃保用1-1.5年；陶瓷窑炉内喷涂了红外线辐射升温涂料后改变了窑内的主要传热方式，热辐射成为窑炉内传热的绝对主体，使窑内各段温度趋于均衡化，整体窑内肉眼观察很难再有单支枪的明火呈现眼前，极大程度的保证了制品表变受热的均由性，对产品内在质量的稳定和提高提供了良好的保障。
2、窑内喷涂红外线辐射升温涂料后，可有效降低制品的窑顶落脏。传统的耐火材料在长期的高温运行中，不可避免的产生剥落等情况发生，在窑内与落在陶瓷制品的表面，呈现与制品表面不同的颜色或对制品表面形成腐蚀性的坑洞等产品缺陷；窑炉顶部喷涂红外线辐射升温涂料后良好的保护了窑炉顶层耐火材料在高温中的剥落，大大降低了窑顶落脏缺陷，并有效的延长了窑顶耐火材料的寿命。
3、在生产同规格产品，使用同等燃料及燃料供给条件下，可降低风机频率，节约窑炉用电电能；窑炉内部喷涂红外线辐射升温涂料后，极大地改变了窑内传热方式，使窑内温度的均化、压力的均衡等工艺参数得到相应优化，窑炉内热稳定性则窑炉助燃风机、排烟风机、抽热风机等参数均产生了不同程度的变化。
4、在昼夜温差变化偏大的环境中，降低窑内昼夜温差变化。使用传统的窑炉保温材料，受保温材料自身特性的影响，在助燃、燃气压力等条件不变的情况下，窑炉内部温度在外部环境、气压等的变化情况下，产生较大的昼夜温差，窑炉内部喷涂红外线辐射升温涂料后，由于辐射源的加强，窑内各段温度相对均衡性、稳定性等得到不同程度的稳定提高，窑内热循环相对稳定，则外部环境（温度和压力）的变化相对窑炉内部温度的影响则大大降低，有利于制品品质的稳定提升。
5、节能降耗效果明显，燃气可节能15-20%，水煤气可节能10-15%。可有效提高燃料的利用率，提高窑炉单位产量及制品品质。
6、窑炉内部喷涂红外线辐射升温涂料后，由于红外辐射升温材料的辐射作用，使高温下的窑内热气绝大多数辐射回窑内空间内，均化窑内热气，大大减低了对窑内原有耐火材料的高温腐蚀作用，从而使窑炉得到良好保护，有效延长窑炉使用寿命；该红外线辐射升温涂料后次投入可在3-4个月收回投入成本 。
总之，随着窑炉 红外线辐射升温涂料 的运用日益推广，必将迎来陶瓷制品生产的新一轮的节能技术革命。
02
红外线辐射升温涂料性能与原理
窑炉、炉膛、锅炉，通常燃烧工作温度在800℃以上的高温，炉体结构材料主要是各种耐火材料，如高铝砖、粘土砖、浇注料、陶瓷纤维等，它们既是炉体的结构材料，又是保温隔热材料，还参与辐射热交换过程，它们的热辐射性能和保温性能决定了窑炉的热效率，这样使单一的材料很难达到牢固结构性、高保温性和高反射性要求。
在经过上千次试验和具体炉体使用证明，采用高温远红外辐射涂料，通过涂料涂层红外反射，改善炉内热交换、提高炉膛内温度场强及均匀性、使燃料燃烧更充分，达到增加热效率，大大提高耐火材料热效率，减少能耗、节约能源有效延长炉体内衬使用年限。
（左：玻璃厂窑炉，右：陶瓷厂窑炉）
● 高温远红外辐射涂料参数：
1、红外波段平均辐射率：ε>0.9；
2、涂层工作温度：800-1800℃；
3、涂层热冲击能力：抗热震极佳，涂层不龟裂，不脱落；
4、附着力：1级；
5、 线膨胀系数：6×10－6/℃。
● 主要性能：
红外线辐射升温涂料具有良好的耐候性及耐水性，流动性好，干燥快，无味，具有良好的保色性和耐擦洗性，干燥后透气性好；并且 色泽稳定，不易褪色，可涂擦，喷绘，施工方便， 环保无污染。
● 使用方法：
对于金属材料一般在涂覆前进行清扫处理，陶瓷耐火材料在涂覆前将表面清扫干净即可，涂覆方法采用喷涂或刷涂。
1、喷涂：
（1）使用前可将涂料粘结剂和粉料按重量比6∶4充分搅拌均匀，恢复原胶体状态，涂料配制完成后应立即施工。
（2）把涂料转移到喷涂设备容器中，加适量胶水搅拌均匀后喷涂。涂层厚度一般不超过1.0mm，耐火砖及耐火混凝土则可喷涂稍厚，视炉膛材质及使用时间的不同以每平方米喷涂0.5-2kg为宜。
2、刷涂：
（1）刷涂适用于较小的炉子和炉壁几何形状复杂的炉子。
（2）在炉窑耐火材料表面，用毛刷从上到下、从左到右涂刷涂料，并左右和上下反复涂刷几遍，然后等其自然干燥或稍加烘烤即可。
3、涂层的干燥、硬化：
涂层视气候条件，干燥季节半天后即可升温，有条件时可自然干燥2-3天，或在低温（150-200℃)干燥4小时可正常升温。
● 喷涂范围： 红外线辐射升温涂料应喷涂在高温点火段的窑墙和窑顶位置。
● 实验效果：
（左：施工升温涂料后火焰效果，右：未施工升温涂料火焰效果）
● 工程案例
佛山某陶瓷厂 400米 宽体窑生产 800×800mm 大理石瓷砖，喷涂该红外线辐射升温涂料前，日产量 32000㎡ ，平均每平方产品燃气量超过 1.75Kg ，改造后平均用气量在 1.61Kg ，同时该生产线的产品品质稳步提升，产量仍有进一步的提升空间，目前日均产量在 38000㎡左 右。
根据笔者的现场观察，对现场生产管理的进一步加强，比如喷枪的管理、燃气压力的调制、减少空窑等日常容易忽略的基本管理，该生产线的产量可达 42000㎡/日 ，则平均单位产品的气耗量可进一步降低。
（某窑使用3年左右窑炉顶部的剥落状况）
目前，全国已有 80多条窑炉 采用该条节能技术新工艺并投入生产，燃气包括水煤气、天然气、液化气等燃料，产品涵盖传统的抛光砖、抛釉砖及岩板、薄板等产品生产。
实践证明， 红外线辐射升温涂料 的运用，不仅使窑炉燃料成本大大降低，而且使窑炉的产品品质、产品产量也逐步稳定提高，同时大大提高了窑炉的使用寿命，陶瓷制品综合生产成本进一步得到良性控制，企业经济效益显著。
