Τα ελαφριά πυρίμαχα τούβλα αναφέρονται σε πυρίμαχα τούβλα με χαμηλή θερμική αγωγιμότητα και χαμηλή θερμική ικανότητα, γνωστά και ως θερμικάμονωτικά πυρίμαχα τούβλα. Τα ελαφριά πυρίμαχα τούβλα έχουν γενικά υψηλό πορώδες και χαμηλή πυκνότητα όγκου και ονομάζονται επίσης θερμομονωτικά πυρίμαχα τούβλα. Τα παραδοσιακά ελαφριά πυρίμαχα τούβλα έχουν χαμηλή αντοχή στη διάβρωση, αντοχή και αντοχή στη φθορά. Γενικά δεν χρησιμοποιούνται απευθείας ως υλικά επιφάνειας εργασίας, αλλά τοποθετούνται πίσω από την επιφάνεια εργασίας ως μονωτικά στρώματα. Ωστόσο, όσο πιο κοντά βρίσκονται τα ελαφριά μονωτικά πυρίμαχα τούβλα στην επιφάνεια εργασίας, τόσο καλύτερο είναι το θερμομονωτικό τους αποτέλεσμα. Με τις αυξανόμενες απαιτήσεις για εξοικονόμηση ενέργειας και μείωση των εκπομπών, η ανάπτυξη και η έρευνα ελαφρών πυρίμαχων τούβλων υψηλής αντοχής, υψηλής θερμοκρασίας και αντοχής στη διάβρωση που μπορούν να χρησιμοποιηθούν απευθείας στην επιφάνεια εργασίας έχουν λάβει ευρεία προσοχή.
1. Ταξινόμηση ελαφρών πυρίμαχων τούβλων
Τα ελαφριά τούβλα, ένα βασικό θερμομονωτικό υλικό σε βιομηχανικούς κλιβάνους, ταξινομούνται με διάφορους τρόπους, με βάση τις διαφορές στη χημική σύνθεση ορυκτών, καθώς και τα διαφορετικά χαρακτηριστικά θερμοκρασίας χρήσης, τη μορφή ύπαρξης και τη μικροδομή.
Από την άποψη της χημικής σύνθεσης ορυκτών, η οικογένεια των μονωτικών πυρίμαχων τούβλων περιλαμβάνει μονωτικά τούβλα αλουμίνας, ελαφρά τούβλα υψηλής αλουμίνας, ελαφρά μονωτικά τούβλα mullite, ελαφρά τούβλα πυριτίου, πυρίμαχα τούβλα μονωτικού πηλού, ελαφρά τούβλα από βερμικουλίτη και ελαφρά τούβλα διατομίτη. Κάθε υλικό παρουσιάζει διαφορετικές πυρίμαχες ιδιότητες και εφαρμόσιμα σενάρια λόγω της μοναδικής χημικής του σύνθεσης και της σύστασης ορυκτών.
Κατά την εξέταση της θερμοκρασίας χρήσης, η ταξινόμηση των ελαφρών πυρίμαχων τούβλων είναι πιο εκλεπτυσμένη. Σύμφωνα με το πρότυπο θερμοκρασίας του ρυθμού συρρίκνωσης επανακαύσης όχι περισσότερο από 1%~2%, μπορούμε να το χωρίσουμε σε ελαφριά πυρίμαχα τούβλα χαμηλής θερμοκρασίας (θερμοκρασία χρήσης κάτω από 600 βαθμούς), ελαφριά πυρίμαχα τούβλα μέσης θερμοκρασίας (θερμοκρασία χρήσης μεταξύ 600 και 1200 βαθμό ) και ελαφριά πυρίμαχα τούβλα υψηλής θερμοκρασίας (η θερμοκρασία χρήσης υπερβαίνει τους 1200 βαθμούς). Μεταξύ αυτών, τα ελαφριά πυρίμαχα τούβλα υψηλής θερμοκρασίας έχουν γίνει ένα απαραίτητο μονωτικό υλικό σε βιομηχανικούς κλιβάνους λόγω των εξαιρετικών θερμομονωτικών τους ιδιοτήτων.
Επιπλέον, η ύπαρξη ελαφρών πυρίμαχων τούβλων δίνει και μια άλλη διάσταση στην κατάταξή του. Πυρίμαχα τούβλα σε σκόνη, διαμορφωμένα, ινώδη και σύνθετα, αυτά τα ελαφριά πυρίμαχα τούβλα διαφόρων σχημάτων όχι μόνο καλύπτουν τις ανάγκες διαφορετικών σεναρίων εφαρμογής, αλλά δείχνουν επίσης την ποικιλία και την καινοτομία της πυρίμαχης τεχνολογίας.
Τέλος, από την άποψη της μικροδομής, τα ελαφριά πυρίμαχα τούβλα μπορούν επίσης να χωριστούν σε τύπο δομής συνεχούς αέριας φάσης, τύπο συνεχούς δομής στερεάς φάσης και τύπο συνεχούς δομής στερεάς φάσης και αέριας φάσης. Αυτή η μέθοδος ταξινόμησης όχι μόνο αποκαλύπτει τα μικροδομικά χαρακτηριστικά μέσα σε ελαφριά μονωτικά πυρίμαχα τούβλα, αλλά παρέχει επίσης μια επιστημονική βάση για τη σε βάθος κατανόηση και βελτιστοποίηση της απόδοσής τους.
2. Αρχή θερμομόνωσης ελαφρών πυρίμαχων τούβλων
Η βασική αρχή που ακολουθείται στην παρασκευή ελαφρών πυρίμαχων τούβλων είναι η μείωση της θερμικής αγωγιμότητας του υλικού. Δεδομένου ότι τα ελαφριά πυρίμαχα τούβλα περιέχουν μεγάλο αριθμό κενών, η μορφή μεταφοράς θερμότητας μέσω ελαφρών πυρίμαχων τούβλων είναι η μεταφορά θερμότητας μεταξύ της στερεάς φάσης και της αέριας φάσης. Η μορφή μεταφοράς θερμότητας της στερεάς φάσης είναι κυρίως αγωγιμότητα και η μορφή μεταφοράς θερμότητας της αέριας φάσης είναι πιο περίπλοκη: στη διαδικασία μεταφοράς θερμότητας από τη ζώνη υψηλής θερμοκρασίας στο εσωτερικό του μονωτικού υλικού, πριν συναντήσετε τους πόρους, επίδραση της αγωγιμότητας της θερμότητας εμφανίζεται στη στερεά φάση. Μετά την επαφή με τους πόρους, οι οδοί μεταφοράς θερμότητας γίνονται δύο: συνεχίζουν μέσω της στερεάς φάσης και μεταφέρονται μέσω των πόρων. Για το τμήμα που συνεχίζει να μεταφέρεται μέσω της στερεάς φάσης, λόγω της αλλαγής της κατεύθυνσης αγωγής, η απόσταση της διαδρομής αγωγιμότητας της θερμότητας αυξάνεται σημαντικά, δηλαδή, η θερμική αντίσταση γίνεται μεγαλύτερη. η θερμότητα που μεταφέρεται μέσω των πόρων περιλαμβάνει αγωγιμότητα, μεταφορά και μεταφορά θερμότητας ακτινοβολίας μέσω του αερίου. Οι ειδικές συνθήκες των διαφόρων τρόπων μεταφοράς θερμότητας είναι οι εξής:
(1) Αγωγή θερμότητας: Υπό κανονικές συνθήκες, η θερμική αγωγιμότητα του αερίου είναι πολύ μικρή. Το αέριο στους πόρους των περισσότερων ελαφριών πυρίμαχων τούβλων είναι ο αέρας. Ο Πίνακας 9 δείχνει τη θερμική αγωγιμότητα του αέρα σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Η θερμική αγωγιμότητα του αέρα είναι πολύ μικρότερη από αυτή των στερεών υλικών. Επομένως, η θερμότητα που μεταφέρεται μέσω των πόρων είναι πολύ μικρή.
(2) Μεταφορά θερμότητας με συναγωγή: Η μεταφορά θερμότητας με συναγωγή πραγματοποιείται κυρίως μέσω της ροής αερίου. Δεδομένου ότι οι πόροι στα περισσότερα ελαφριά πυρίμαχα τούβλα είναι πολύ μικροί, η ροή του αέρα στους πόρους θα είναι πολύ περιορισμένη, η ταχύτητα ροής αερίου είναι πολύ μικρή και η θερμότητα που μεταφέρεται είναι επίσης πολύ μικρή. Όσο μικρότερο είναι το μέγεθος των πόρων, τόσο χειρότερη είναι η ρευστότητα του αέρα στους πόρους και τόσο μικρότερη είναι η ποσότητα του υγρού που μεταφέρεται μέσω της μεταφοράς. Όταν η διάμετρος του πόρου είναι μικρότερη από την ελεύθερη διαδρομή των μορίων αερίου στον πόρο, τα μόρια του αερίου σταματούν να κινούνται και δεν μεταφέρεται θερμότητα μέσω της μεταφοράς αερίου.
(3) Μεταφορά θερμότητας με ακτινοβολία: Δεδομένου ότι το αέριο στους πόρους των περισσότερων ελαφριών πυρίμαχων τούβλων είναι αέρας και τα μόρια του αερίου είναι ως επί το πλείστον N2 και O2, είναι όλα συμμετρικές διατομικές μοριακές δομές. Η ικανότητα αυτών των μορίων αερίου να απορροφούν και να εκπέμπουν ακτινοβολία είναι σχετικά φτωχή. Επομένως, η μεταφορά θερμότητας ακτινοβολίας μέσω των πόρων γίνεται κυρίως μέσω του τοιχώματος υψηλής θερμοκρασίας των πόρων προς το τοίχωμα χαμηλής θερμοκρασίας. Αλλά συνολικά, η μεταφορά θερμότητας ακτινοβολίας μέσω των πόρων δεν είναι πολύ μεγάλη. Μπορεί να φανεί ότι η ύπαρξη πόρων βοηθάει πολύ στη θερμομονωτική ικανότητα των ελαφρών πυρίμαχων τούβλων. Σε πολλές περιπτώσεις, ο σχεδιασμός των θερμομονωτικών υλικών πραγματοποιείται γύρω από την εισαγωγή πόρων.
