Classificazione dei materiali refrattari leggeri e principio di isolamento termico

I refrattari leggeri sono refrattari con bassa conduttività termica e bassa capacità termica, detti anche refrattari isolanti.
I refrattari leggeri sono generalmente caratterizzati da elevata porosità e bassa densità apparente e sono spesso definiti refrattari termoisolanti.
Tradizionalmente, i refrattari leggeri hanno scarsa resistenza all’erosione, forza, e resistenza all'abrasione, quindi generalmente non vengono utilizzati direttamente come materiali per superfici di lavoro, ma vengono posti dietro il piano di lavoro come strato isolante. Tuttavia, quanto più il materiale refrattario leggero è vicino alla faccia di lavoro, migliore è il suo effetto di isolamento termico.
Con il miglioramento dei requisiti di risparmio energetico e riduzione delle emissioni, lo sviluppo e la ricerca di materiali refrattari leggeri ad elevata resistenza, resistenza alle alte temperature, e resistenza all'erosione, che può essere utilizzato direttamente sulla faccia di lavoro, sono stati ampiamente sottolineati.

1. Classificazione dei refrattari leggeri

La classificazione dei refrattari leggeri può essere suddivisa in base alla loro composizione chimica, utilizzare la temperatura, l'esistenza di forme diverse, e microstruttura.

Secondo le diverse composizioni chimico-minerali, i refrattari leggeri possono essere suddivisi in materiali refrattari leggeri di allumina, materiali refrattari leggeri ad alto contenuto di allumina, materiali refrattari leggeri mullite, materiali refrattari leggeri a base di silice, materiali refrattari leggeri argillosi, materiali refrattari leggeri a base di vermiculite e materiali refrattari leggeri a base di farina fossile.
I refrattari leggeri possono anche essere suddivisi in base all'uso della temperatura, l'utilizzo di refrattari leggeri è la temperatura alla quale il ritiro in ricottura non è maggiore 1% a 2%.

Mattone leggero di mullite

Secondo l'uso della divisione della temperatura, i refrattari leggeri possono essere suddivisi in refrattari leggeri a bassa temperatura (utilizzare la temperatura <600 ℃), refrattari leggeri a media temperatura (utilizzare la temperatura 600 ~ 1200 ℃), e refrattari leggeri ad alta temperatura (utilizzare la temperatura > 1200 ℃). I refrattari leggeri ad alta temperatura sono i materiali termoisolanti più comunemente utilizzati nei forni industriali.

Secondo l'esistenza della forma di divisione, i refrattari leggeri possono essere suddivisi in polvere granulare, a forma di, fibra, e refrattari compositi leggeri.

Modulo in fibra di mullite policristallina

Inoltre, in base alle caratteristiche strutturali, i refrattari leggeri possono anche essere suddivisi in tipo strutturale continuo in fase gassosa, tipo strutturale continuo in fase solida, e di tipo strutturale continuo in fase solida e fase gassosa.

2. Principio di isolamento termico dei refrattari leggeri

I refrattari leggeri sono preparati secondo il principio di base della riduzione della conduttività termica del materiale.
Poiché i refrattari leggeri contengono molti vuoti, la forma di trasferimento di calore attraverso refrattari leggeri è il trasferimento di calore in fase solida e fase gassosa.
La forma di trasferimento del calore in fase solida è principalmente conduzione, mentre una forma di trasferimento di calore in fase gassosa è più complessa: calore dalla zona ad alta temperatura al processo interno dei materiali isolanti, nel processo di contatto con i fori d'aria prima che il ruolo di conduzione del calore avvenga nella fase solida.
Dopo aver incontrato i pori, la via di trasferimento del calore diventa due e continua a trasferirsi attraverso la fase solida e i pori. Per la parte del trasferimento di calore che continua attraverso la fase solida, la distanza del percorso di trasferimento del calore aumenta notevolmente a causa del cambiamento della direzione di conduzione, cioè., la resistenza termica diventa maggiore.
Il calore trasferito attraverso gli stomi è conduzione attraverso il gas, trasferimento di calore per convezione, e trasferimento di calore per radiazione.

(1) Conduzione del calore: Generalmente, la conduttività termica del gas è molto piccola, e la maggior parte del gas nei pori interni dei materiali refrattari leggeri è aria. La conduttività termica dell'aria è molto inferiore a quella dei materiali solidi. Dunque, il calore condotto attraverso i pori è minimo.

(2) Trasferimento di calore convettivo: Il trasferimento di calore per convezione avviene principalmente attraverso il flusso di gas. Poiché la maggior parte dei materiali refrattari leggeri nei pori sono molto piccoli, il flusso d'aria nei pori sarà notevolmente limitato, e la portata del gas è molto piccola, quindi anche il trasferimento di calore è molto piccolo.
Minore è l'apertura del poro, minore è la fluidità dell'aria nel poro, e minore è la quantità di liquido trasferito per convezione.
Quando l'apertura del poro è più piccola del poro delle molecole di gas nel movimento del campo libero, le molecole del gas smettono di muoversi, non c'è più calore attraverso il trasferimento per convezione del gas.

(3) trasferimento di calore per radiazione: perché la maggior parte del gas leggero dei pori refrattari per l'aria, e le molecole di gas sono principalmente N2 e O2. sono strutture molecolari simmetriche di tipo doppio atomo.
Questo tipo di molecole di gas assorbono ed emettono radiazioni, la capacità è relativamente scarsa.
Dunque, il trasferimento di calore per radiazione attraverso il poro avviene principalmente attraverso la parete ad alta temperatura del poro verso la parete a bassa temperatura per la radiazione. Ma in generale, il trasferimento di calore per radiazione attraverso i pori non è molto elevato.

Si può vedere che l'esistenza di pori sulla capacità di isolamento termico refrattario leggero è di grande aiuto, in molti casi, la progettazione dei materiali isolanti termici è incentrata sull'introduzione di pori da realizzare.