隔热耐火材料的重量比同质的普通耐火材料轻,所以一般又称它为轻质耐火材料。经研究表明:用隔热耐火材料砌筑炉窑等热工设备比用一般耐火材料节省能耗五分之二至五分之三。而且窑炉重量减轻,墙壁减薄,达到了“节能降耗”的目的。
随着科学技术进步,隔热耐火材料的制造技术和品种获得了较快的发展。从生产工艺角度来看,制备隔热耐火材料几乎包括了生产耐火材料的所有方法。隔热耐火材料是耐火材料体系的重要组成部分。由于它的特殊结构,气孔率不小于45%。几乎所有耐火材料都追求高致密度,唯有它追求具有一定强度的低密度。所以在生产工艺方面,除了按耐火材料的传统工艺或特殊工艺外,还要有降低制品体积密度,增加气孔率的方法。
一、隔热耐火材料的种类
隔热耐火材料的分类方法很多,各国也不尽相同。几种常用的分类方法如下:
(1)按体积密度分:隔热耐火材料的体积密度一般不大于1.3g/cm3,个别要求1.5g/cm3,常用隔热耐火材料的体积密度档次为:0.6g/cm3;0.8g/cm3;0.9g/cm3;1.0g/cm3,若体积密度不大于0.4g/cm3的耐火材料,又称为超轻质隔热耐火材料。
(2)按使用温度分:使用温度低于900℃的为低温隔热耐火材料,如硅藻土砖;使用温度为900-1200℃的为中温隔热耐火材料,如轻质黏土砖,硅酸铝纤维制品等;使用温度高于1200℃的为高温隔热耐火材料,如轻质硅砖,氧化铝空心球砖等。各种隔热耐火材料的温度如图所示。
(3)按原料的化学矿物组成分为:黏土质、硅质、高铝质、刚玉质、硅藻土,膨胀珍珠岩、硅酸铝纤维等。
(4)按材料的形态分为:定型隔热制品、不定形隔热制品、粒状隔热材料、纤维隔热材料和复合隔热耐火材料等。
二、隔热原理
由一般耐火材料砌筑的工业炉窑,通常能源利用率不到30%。热导率是高温热工设备设计必不可少的重要数据。用隔热保温材料砌筑炉窑,可以减小墙壁厚度和热损失。在稳定的热量传导中傅里叶公式为:
众所周知,λ值越大,1/λ称为热阻,表示阻碍传热的能力,热阻愈大,炉壁外表面温度愈低,热量损失就愈少。选择λ小的材料,热量损失减小。气体的λ值比固体的小得多。所以材料的气孔能显著的降低材料的λ值,因而要求隔热耐火材料必须是高气孔率。气孔越高,λ值越小,近似的定量关系为:λ≈λ0(1-P)式中,P为气孔率。
另外,气孔大小对λ值也有一定的影响。低温时隔热耐火材料的热导率随气孔径增大而降低,800℃以上特别是1000℃以上热导率随气孔径增大而迅速提高。因此高温时取气孔径小的隔热耐火材料,而低温时取气孔径大的隔热耐火材料。隔热耐火材料的组织结构类型,按固相与气相的存在方式和分布状态有三类:
(1)气相为连续相而固相为分散相的隔热材料;
(2)固相为连续相,而气相为分散相的隔热材料;
气相与固相都为连续相的隔热材料。在气孔率相同时,气相为连续相的纤维结构比固 相为连续相的热导率小,而纤维及制品的热导率更小。对于超轻的纤维材料,则并不是容重越小,λ值越小,而是某一容重时,λ值最小,改容重称为最佳容重。随温度升高,对应的最佳容重变大,隔热耐火材料的固相,由于化学矿物成分的差异,各种耐火材料的热阻率差别很大,如图。一般规律是晶体结构越复杂,热导率越小,因此制造隔热耐火材料,即λ值小,热阻(1/λ)大的耐火材料,必须选择合适的材质,制造气孔率高的耐火材料。 |