Lichtgewicht vuurvaste stenen verwijzen naar vuurvaste stenen met een lage thermische geleidbaarheid en een lage warmtecapaciteit, ook wel thermisch genoemdisolatie vuurvaste stenen. Lichtgewicht vuurvaste stenen hebben over het algemeen een hoge porositeit en een lage bulkdichtheid, en worden ook vaak thermisch isolerende vuurvaste stenen genoemd. Traditionele lichtgewicht vuurvaste stenen hebben een slechte erosieweerstand, sterkte en slijtvastheid. Ze worden doorgaans niet direct als werkoppervlakmateriaal gebruikt, maar worden als isolatielaag achter het werkoppervlak geplaatst. Hoe dichter de lichtgewicht isolerende vuurvaste stenen zich echter bij het werkoppervlak bevinden, hoe beter hun thermische isolatie-effect. Met de toenemende eisen voor energiebesparing en emissiereductie heeft de ontwikkeling en het onderzoek naar zeer sterke, hittebestendige en erosiebestendige lichtgewicht vuurvaste stenen die direct op het werkoppervlak kunnen worden gebruikt, brede aandacht gekregen.
1. Classificatie van lichtgewicht vuurvaste stenen
Lichtgewicht bakstenen, een belangrijk thermisch isolatiemateriaal in industriële ovens, worden op verschillende manieren geclassificeerd, op basis van verschillen in chemische minerale samenstelling, evenals verschillende kenmerken van gebruikstemperatuur, bestaansvorm en microstructuur.
Vanuit het perspectief van de chemische minerale samenstelling omvat de familie van vuurvaste isolatiestenen aluminiumoxide-isolatiestenen, lichtgewicht bakstenen met een hoog aluminiumoxidegehalte, lichtgewicht mullietisolatiestenen, lichtgewicht silica-stenen, isolerende vuurvaste bakstenen van klei, lichtgewicht vermiculietstenen en lichtgewicht diatomeeënstenen. Elk materiaal vertoont verschillende vuurvaste eigenschappen en toepasselijke scenario's vanwege de unieke chemische samenstelling en minerale samenstelling.
Als we kijken naar de gebruikstemperatuur, is de classificatie van lichtgewicht vuurvaste stenen verfijnder. Volgens de temperatuurnorm voor het herbranden van de krimpsnelheid van niet meer dan 1% ~ 2%, kunnen we deze verdelen in lichtgewicht vuurvaste stenen op lage temperatuur (gebruik een temperatuur onder 600 graden), lichtgewicht vuurvaste stenen op gemiddelde temperatuur (gebruik een temperatuur tussen 600 en 1200 graden). graden) en lichtgewicht vuurvaste stenen op hoge temperatuur (gebruikstemperatuur hoger dan 1200 graden). Onder hen zijn lichtgewicht vuurvaste stenen voor hoge temperaturen een onmisbaar isolatiemateriaal geworden in industriële ovens vanwege hun uitstekende thermische isolatie-eigenschappen.
Bovendien biedt de bestaansvorm van lichtgewicht vuurvaste stenen ook een andere dimensie voor de classificatie ervan. Deze lichtgewicht vuurvaste stenen in verschillende vormen, poedervormige, gevormde, vezelachtige en samengestelde lichtgewicht vuurvaste stenen, voldoen niet alleen aan de behoeften van verschillende toepassingsscenario's, maar tonen ook de diversiteit en innovatie van vuurvaste technologie.
Ten slotte kunnen lichtgewicht vuurvaste stenen, vanuit het perspectief van de microstructuur, ook worden onderverdeeld in het type continue gasfase-structuur, het type continue structuur in de vaste fase en het type continue structuur in de vaste fase en in de gasfase. Deze classificatiemethode onthult niet alleen de microstructurele kenmerken binnen lichtgewicht isolatie-vuurvaste stenen, maar biedt ook een wetenschappelijke basis voor ons diepgaande begrip en optimalisatie van hun prestaties.
2. Thermisch isolatieprincipe van lichtgewicht vuurvaste stenen
Het basisprincipe dat wordt gevolgd bij de vervaardiging van lichtgewicht vuurvaste stenen is het verminderen van de thermische geleidbaarheid van het materiaal. Omdat lichtgewicht vuurvaste stenen een groot aantal holtes bevatten, is de vorm van warmteoverdracht door lichtgewicht vuurvaste stenen warmteoverdracht tussen de vaste fase en de gasfase. De warmteoverdrachtsvorm van de vaste fase is hoofdzakelijk geleiding, en de warmteoverdrachtsvorm van de gasfase is ingewikkelder: tijdens het proces van warmteoverdracht van de hoge temperatuurzone naar de binnenkant van het isolatiemateriaal, voordat de poriën in aanraking komen, effect van warmtegeleiding treedt op in de vaste fase. Nadat ze de poriën zijn tegengekomen, worden er twee routes voor warmteoverdracht: doorgaan door de vaste fase en overbrengen door de poriën. Voor het deel dat door de vaste fase blijft stromen, als gevolg van de verandering in de geleidingsrichting, wordt de afstand van de warmtegeleidingsroute aanzienlijk vergroot, dat wil zeggen dat de thermische weerstand groter wordt; de door de poriën overgedragen warmte omvat geleidings-, convectie- en stralingswarmteoverdracht door het gas. De specifieke omstandigheden van de verschillende warmteoverdrachtsmodi zijn als volgt:
(1) Warmtegeleiding: onder normale omstandigheden is de thermische geleidbaarheid van gas erg klein. Het gas in de poriën van de meeste lichtgewicht vuurvaste stenen is lucht. Tabel 9 toont de thermische geleidbaarheid van lucht bij verschillende temperaturen. De thermische geleidbaarheid van lucht is veel kleiner dan die van vaste materialen. Daarom is de warmte die door de poriën wordt overgedragen erg klein.
(2) Convectiewarmteoverdracht: Convectiewarmteoverdracht vindt voornamelijk plaats via de gasstroom. Omdat de poriën in de meeste lichtgewicht vuurvaste isolatiestenen erg klein zijn, zal de luchtstroom in de poriën sterk beperkt zijn, is de gasstroomsnelheid erg klein en is de overgedragen warmte ook erg klein. Hoe kleiner de poriegrootte, hoe slechter de vloeibaarheid van de lucht in de poriën, en hoe kleiner de hoeveelheid vloeistof die door convectie wordt overgedragen. Wanneer de poriediameter kleiner is dan het vrije pad van de gasmoleculen in de porie, stoppen de gasmoleculen met bewegen en wordt er geen warmte overgedragen via gasconvectie.
(3) Warmteoverdracht door straling: Omdat het gas in de poriën van de meeste lichtgewicht vuurvaste stenen lucht is, en de gasmoleculen voornamelijk uit N2 en O2 bestaan, zijn het allemaal symmetrische tweeatomige moleculaire structuren. Het vermogen van deze gasmoleculen om straling te absorberen en uit te zenden is relatief slecht. Daarom vindt de overdracht van stralingswarmte door de poriën hoofdzakelijk plaats via de hogetemperatuurwand van de poriën naar de lagetemperatuurwand. Maar over het geheel genomen is de stralingswarmteoverdracht door de poriën niet erg groot. Het is duidelijk dat de aanwezigheid van poriën een grote bijdrage levert aan het thermische isolatievermogen van lichtgewicht vuurvaste stenen. In veel gevallen wordt het ontwerp van thermische isolatiematerialen uitgevoerd rond de introductie van poriën.
