I mattoni refrattari leggeri si riferiscono a mattoni refrattari con bassa conduttività termica e bassa capacità termica, noti anche come mattoni refrattarimattoni refrattari isolanti. I mattoni refrattari leggeri generalmente hanno un'elevata porosità e una bassa densità apparente e sono anche comunemente chiamati mattoni refrattari termoisolanti. I tradizionali mattoni refrattari leggeri hanno scarsa resistenza all'erosione, resistenza e resistenza all'usura. Generalmente non vengono utilizzati direttamente come materiali per la superficie di lavoro, ma vengono posizionati dietro la superficie di lavoro come strati isolanti. Tuttavia, quanto più i mattoni refrattari isolanti leggeri sono vicini alla superficie di lavoro, tanto migliore è il loro effetto di isolamento termico. Con le crescenti esigenze di risparmio energetico e riduzione delle emissioni, lo sviluppo e la ricerca di mattoni refrattari leggeri ad alta resistenza, resistenti alle alte temperature e all'erosione che possono essere utilizzati direttamente sulla superficie di lavoro hanno ricevuto un'attenzione diffusa.
1. Classificazione dei mattoni refrattari leggeri
I mattoni leggeri, un materiale chiave per l'isolamento termico nei forni industriali, sono classificati in vari modi, in base alle differenze nella composizione chimico-minerale, nonché alle diverse caratteristiche della temperatura di utilizzo, della forma di esistenza e della microstruttura.
Dal punto di vista della composizione chimico-minerale, la famiglia dei mattoni refrattari isolanti comprende mattoni isolanti in allumina, mattoni leggeri ad alto contenuto di allumina, mattoni isolanti leggeri in mullite, mattoni leggeri in silice, mattoni refrattari isolanti in argilla, mattoni leggeri in vermiculite e mattoni leggeri in diatomite. Ciascun materiale presenta proprietà refrattarie e scenari applicabili diversi grazie alla sua composizione chimica e minerale unica.
Se si considera la temperatura di utilizzo, la classificazione dei mattoni refrattari leggeri è più raffinata. Secondo lo standard di temperatura del tasso di restringimento da ricombustione non superiore all'1% ~ 2%, possiamo dividerlo in mattoni refrattari leggeri a bassa temperatura (temperatura di utilizzo inferiore a 600 gradi), mattoni refrattari leggeri a temperatura media (temperatura di utilizzo compresa tra 600 e 1200 grado) e mattoni refrattari leggeri ad alta temperatura (la temperatura di utilizzo supera i 1200 gradi). Tra questi, i mattoni refrattari leggeri ad alta temperatura sono diventati un materiale isolante indispensabile nei forni industriali grazie alle loro eccellenti proprietà di isolamento termico.
Inoltre, la forma di esistenza dei mattoni refrattari leggeri fornisce anche un'altra dimensione per la loro classificazione. Mattoni refrattari leggeri in polvere, sagomati, fibrosi e compositi, questi mattoni refrattari leggeri di varie forme non solo soddisfano le esigenze di diversi scenari applicativi, ma mostrano anche la diversità e l'innovazione della tecnologia refrattaria.
Infine, dal punto di vista della microstruttura, i mattoni refrattari leggeri possono anche essere suddivisi in tipo a struttura continua in fase gassosa, tipo a struttura continua in fase solida e tipo a struttura continua in fase solida e fase gassosa. Questo metodo di classificazione non solo rivela le caratteristiche microstrutturali all'interno dei mattoni refrattari isolanti leggeri, ma fornisce anche una base scientifica per la nostra comprensione approfondita e l'ottimizzazione delle loro prestazioni.
2. Principio dell'isolamento termico dei mattoni refrattari leggeri
Il principio base seguito nella preparazione dei mattoni refrattari leggeri è quello di ridurre la conduttività termica del materiale. Poiché i mattoni refrattari leggeri contengono un gran numero di vuoti, la forma di trasferimento di calore attraverso i mattoni refrattari leggeri è il trasferimento di calore tra la fase solida e la fase gassosa. La forma di trasferimento del calore della fase solida è principalmente conduzione, mentre la forma di trasferimento del calore della fase gassosa è più complicata: nel processo di trasferimento del calore dalla zona ad alta temperatura all'interno del materiale isolante, prima di incontrare i pori, il l'effetto della conduzione del calore avviene nella fase solida. Dopo aver incontrato i pori, le vie di trasferimento del calore diventano due: proseguire attraverso la fase solida e trasferirsi attraverso i pori. Per la parte che continua a spostarsi attraverso la fase solida, a causa del cambiamento nella direzione di conduzione, la distanza del percorso di conduzione del calore aumenta notevolmente, cioè la resistenza termica diventa maggiore; il calore trasferito attraverso i pori comprende il trasferimento di calore per conduzione, convezione e irraggiamento attraverso il gas. Le condizioni specifiche delle varie modalità di trasferimento del calore sono le seguenti:
(1) Conduzione del calore: in circostanze normali, la conduttività termica del gas è molto ridotta. Il gas nei pori della maggior parte dei mattoni refrattari leggeri è aria. La tabella 9 mostra la conduttività termica dell'aria a diverse temperature. La conduttività termica dell'aria è molto inferiore a quella dei materiali solidi. Pertanto, il calore trasferito attraverso i pori è molto piccolo.
(2) Trasferimento di calore per convezione: il trasferimento di calore per convezione avviene principalmente attraverso il flusso di gas. Poiché i pori nella maggior parte dei mattoni refrattari isolanti leggeri sono molto piccoli, il flusso d'aria nei pori sarà notevolmente limitato, la velocità del flusso del gas è molto piccola e anche il calore trasferito è molto piccolo. Minore è la dimensione dei pori, peggiore è la fluidità dell'aria nei pori e minore è la quantità di liquido trasferito per convezione. Quando il diametro dei pori è inferiore al percorso libero delle molecole di gas nel poro, le molecole di gas smettono di muoversi e non viene trasferito calore attraverso la convezione del gas.
(3) Trasferimento di calore radiativo: poiché il gas nei pori della maggior parte dei mattoni refrattari leggeri è aria e le molecole di gas sono principalmente N2 e O2, sono tutte strutture molecolari biatomiche simmetriche. La capacità di queste molecole di gas di assorbire ed emettere radiazioni è relativamente scarsa. Pertanto, il trasferimento di calore radiativo attraverso i pori avviene principalmente attraverso la parete ad alta temperatura dei pori verso la parete a bassa temperatura. Ma nel complesso, il trasferimento di calore radiativo attraverso i pori non è molto elevato. Si può vedere che l'esistenza dei pori è di grande aiuto per la capacità di isolamento termico dei mattoni refrattari leggeri. In molti casi, la progettazione dei materiali isolanti termici viene effettuata prevedendo l'introduzione di pori.
