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轻质耐火砖的分类及隔热原理

发布日期:2020-05-16 07:27:08

轻质耐火砖是指低导热系数与低热容量的耐火砖,也称保温耐火砖。轻质耐火砖的气孔率一般比较高,体积密度低,通常也称为隔热耐火砖。传统轻质耐火砖的抗侵蚀能力、强度以及耐磨性都比较差,一般不直接用作工作面材料,而是放在工作面后面作为保温层。但是轻质耐火砖越靠近工作面,它的隔热保温效果越好。随着节能减排要求的提高,对于能在工作面直接使用的高强度、耐高温、抗侵蚀的轻质耐火砖的开发研究受到了人们的广泛重视。 
1、轻质耐火砖的分类 
轻质耐火砖的分类可根据其化学组成、使用温度、存在形态与显微结构等的不同来划分。 
按照化学矿物组成的不同,轻质耐火砖可分为氧化铝轻质耐火砖材料、高铝质轻质耐火砖、莫来石轻质耐火砖、硅质轻质耐火砖、黏土质轻质耐火砖、蛭石轻质耐火砖与硅藻土轻质耐火砖;轻质耐火砖也可以按照使用温度来划分,轻质耐火砖的使用温度是指其重烧收缩率不大于1%~2%的温度。 
按照使用温度划分,轻质耐火砖可分为低温轻质耐火砖(使用温度<600℃)、中温轻质耐火砖(使用温度600~1200℃)和高温轻质耐火砖(使用温度>1200℃),高温轻质耐火砖是工业窑炉中最常用的隔热材料; 
按照存在形态划分,轻质耐火砖可分为粉粒状、定形、纤维状以及复合轻质耐火砖; 
另外,也可以根据结构特点,将轻质耐火砖分为气相连续结构型、固相连续结构型和固相与气相都为连续结构型。
2、轻质耐火砖的隔热原理 
轻质耐火砖制备时遵照的基本原则为降低材料的导热系数,由于轻质耐火砖中包含大量的空隙,通过轻质耐火砖的热传递形式就是固相与气相的传热。固相的传热形式主要是传导,气相的传热形式就比较复杂:热量从高温区传递到隔热材料内部的过程中,在碰到气孔之前,热传导的作用是在固相中发生的。在碰到气孔以后,热量传递的途径就变成了两条,继续通过固相传递和通过气孔传递。继续通过固相传递的部分,由于传导方向的变化,热传导的路线距离大大增加,即热阻变大;通过气孔传递的热量有通过气体的传导、对流传热和辐射传热,其各种传热方式的具体情况如下: 
(1)热传导:通常情况下,气体的导热系数是很小的,大多数轻质耐火砖内部气孔中的气体为空气,表9中显示的为不同温度下空气的导热系数。空气的导热系数比固体材料小很多。因此,通过气孔的传导的热量是很少的。 
(2)对流传热:对流传热主要通过气体的流动来发生,由于大多数轻质耐火砖中的气孔是很小的,空气在气孔中的流动会受到很大的限制,气体流动的速度很小,从而传递的热量也很小。气孔的孔径越小,气孔中的空气的流动性也越差,通过对流传递的液量也越小。当气孔的孔径小于气孔中气体分子的运动自由程时,气体分子停止运动,不再有热量通过气体对流传递。 
(3)辐射传热:由于在大多数轻质耐火砖气孔中存在的气体为空气,及气体分子多为N2和O2,它们都是对称双原子型的分子结构,这类气体分子吸收与发射辐射的能力比较差,因此,通过气孔的辐射传热主要是通过气孔的高温壁向低温壁进行辐射。但总体来看,通过气孔的辐射传热也不是很大。 
由此可见,气孔的存在对轻质耐火砖隔热的能力有很大的帮助,在很多时候,隔热材料的设计即围绕着气孔的引入来进行的。 
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