تصنيف المواد المقاومة للحرارة خفيفة الوزن ومبدأ العزل الحراري

الحراريات خفيفة الوزن هي حراريات ذات موصلية حرارية منخفضة وسعة حرارية منخفضة, والمعروفة أيضًا باسم الحراريات العازلة.
تتميز الحراريات خفيفة الوزن عمومًا بمسامية عالية وكثافة ظاهرية منخفضة وغالبًا ما يشار إليها باسم الحراريات العازلة للحرارة.
تقليديا, الحراريات خفيفة الوزن لديها مقاومة ضعيفة للتآكل, قوة, ومقاومة التآكل, لذلك لا يتم استخدامها بشكل عام بشكل مباشر كمواد لسطح العمل, ولكن يتم وضعها خلف سطح العمل كطبقة عازلة. لكن, كلما كانت المادة المقاومة للحرارة خفيفة الوزن أقرب إلى وجه العمل, كلما كان تأثير العزل الحراري أفضل.
مع تحسين متطلبات توفير الطاقة وخفض الانبعاثات, تطوير وبحث المواد الحرارية خفيفة الوزن ذات القوة العالية, مقاومة درجات الحرارة العالية, ومقاومة التآكل, والتي يمكن استخدامها مباشرة في الوجه العامل, وقد تم التأكيد على نطاق واسع.

1. تصنيف الحراريات خفيفة الوزن

يمكن تقسيم تصنيف الحراريات خفيفة الوزن حسب تركيبها الكيميائي, استخدام درجة الحرارة, وجود أشكال مختلفة, والبنية المجهرية.

وفقا للتركيبات المعدنية الكيميائية المختلفة, يمكن تقسيم الحراريات خفيفة الوزن إلى مواد حرارية خفيفة الوزن من الألومينا, مواد حرارية خفيفة الوزن عالية الألومينا, مادة الموليت المقاومة للحرارة وخفيفة الوزن, مواد حرارية خفيفة الوزن من السيليكا, مواد حرارية خفيفة الوزن من الطين, مواد حرارية خفيفة الوزن من الفيرميكوليت ومواد حرارية خفيفة الوزن من الأرض الدياتومية.
يمكن أيضًا تقسيم الحراريات خفيفة الوزن وفقًا لاستخدام درجة الحرارة, استخدام الحراريات خفيفة الوزن هو درجة الحرارة التي لا يكون فيها انكماش إعادة الإشعال أكبر من 1% إلى 2%.

طوب موليت خفيف الوزن

وفقا لاستخدام تقسيم درجة الحرارة, يمكن تقسيم الحراريات خفيفة الوزن إلى حراريات خفيفة الوزن ذات درجة حرارة منخفضة (استخدام درجة الحرارة <600 ℃), الحراريات خفيفة الوزن ذات درجة الحرارة المتوسطة (استخدام درجة الحرارة 600 ~ 1200 ℃), والحراريات خفيفة الوزن ذات درجة الحرارة العالية (استخدام درجة الحرارة > 1200 ℃). الحراريات خفيفة الوزن ذات درجة الحرارة العالية هي المواد العازلة للحرارة الأكثر استخدامًا في الأفران الصناعية.

على حسب وجود شكل التقسيم, يمكن تقسيم الحراريات خفيفة الوزن إلى مسحوق حبيبي, شكل, الفيبر, والحراريات المركبة خفيفة الوزن.

وحدة ألياف موليت متعددة البلورات

فضلاً عن ذلك, وفقا للخصائص الهيكلية, يمكن أيضًا تقسيم الحراريات خفيفة الوزن إلى النوع الهيكلي المستمر ذي الطور الغازي, النوع الهيكلي المستمر ذو المرحلة الصلبة, والنوع الهيكلي المستمر ذو الطور الصلب والمرحلة الغازية.

2. مبدأ العزل الحراري للحراريات خفيفة الوزن

يتم تحضير الحراريات خفيفة الوزن وفقًا للمبدأ الأساسي المتمثل في تقليل التوصيل الحراري للمادة.
حيث أن الحراريات خفيفة الوزن تحتوي على العديد من الفراغات, شكل نقل الحرارة من خلال الحراريات خفيفة الوزن هو الطور الصلب ونقل الحرارة في الطور الغازي.
شكل المرحلة الصلبة لنقل الحرارة هو التوصيل بشكل رئيسي, في حين أن شكل نقل الحرارة في الطور الغازي أكثر تعقيدًا: الحرارة من منطقة درجة الحرارة المرتفعة إلى العملية الداخلية للمواد العازلة, في عملية ملامسة فتحات الهواء قبل أن يحدث دور التوصيل الحراري في الطور الصلب.
بعد مواجهة المسام, يصبح مسار نقل الحرارة ثنائيًا ويستمر في النقل عبر الطور الصلب والمسام. بالنسبة للجزء من انتقال الحرارة الذي يستمر خلال المرحلة الصلبة, تزداد مسافة مسار نقل الحرارة بشكل كبير بسبب التغير في اتجاه التوصيل, أي., تصبح المقاومة الحرارية أكبر.
الحرارة المنقولة عبر الثغور هي التوصيل عبر الغاز, نقل الحرارة بالحمل الحراري, ونقل الحرارة الإشعاعية.

(1) التوصيل الحراري: عادة, الموصلية الحرارية للغاز صغيرة جدًا, ومعظم الغاز الموجود في المسام الداخلية للمواد المقاومة للحرارة خفيفة الوزن هو الهواء. الموصلية الحرارية للهواء أصغر بكثير من المواد الصلبة. لذلك, الحرارة التي تنتقل عبر المسام قليلة جدًا.

(2) نقل الحرارة بالحمل: يحدث انتقال الحرارة بالحمل بشكل رئيسي من خلال تدفق الغاز. حيث أن معظم الحراريات خفيفة الوزن الموجودة في المسام تكون صغيرة جدًا, سيتم تقييد تدفق الهواء في المسام إلى حد كبير, ومعدل تدفق الغاز صغير جدًا, لذا فإن نقل الحرارة صغير جدًا أيضًا.
أصغر فتحة المسام, قلة سيولة الهواء في المسام, وكلما قلت كمية السائل المنقولة بالحمل الحراري.
عندما تكون فتحة المسام أصغر من مسام جزيئات الغاز في حركة المدى الحر, تتوقف جزيئات الغاز عن الحركة, لم يعد هناك حرارة من خلال نقل الحمل الحراري للغاز.

(3) نقل الحرارة بالإشعاع: لأن معظم الغازات المسامية خفيفة الوزن حرارية للهواء, وجزيئات الغاز هي في الغالب N2 و O2. فهي هياكل جزيئية متماثلة من نوع الذرة المزدوجة.
إن قدرة هذا النوع من جزيئات الغاز على امتصاص وإصدار الإشعاع ضعيفة نسبيًا.
لذلك, يتم نقل الحرارة الإشعاعية عبر المسام بشكل رئيسي من خلال جدار المسام ذو درجة الحرارة المرتفعة إلى جدار درجة الحرارة المنخفضة للإشعاع. ولكن بشكل عام, انتقال الحرارة الإشعاعية عبر المسام ليس كبيرًا جدًا.

ويمكن ملاحظة أن وجود المسام على قدرة العزل الحراري الخفيف الوزن يعد مساعدة كبيرة, في كثير من الحالات, يتمحور تصميم مواد العزل الحراري حول إدخال المسام لتنفيذها.