轻质耐火材料的分类及隔热原理
发布日期： 2020-05-15 09:16:49 阅读量（443） 作者：轻质耐火材料是指低导热系数与低热容量的耐火材料，也称保温耐火材料。轻质耐火材料的气孔率一般比较高，体积密度低，通常也称为隔热耐火材料。传统轻质耐火材料的抗侵蚀能力、强度以及耐磨性都比较差，一般不直接用作工作面材料，而是放在工作面后面作为保温层。但是轻质耐火材料越靠近工作面，它的隔热保温效果越好。随着节能减排要求的提高，对于能在工作面直接使用的高强度、耐高温、抗侵蚀的轻质耐火材料的开发研究受到了人们的广泛重视。
1、轻质耐火材料的分类
轻质耐火材料的分类可根据其化学组成、使用温度、存在形态与显微结构等的不同来划分。
按照化学矿物组成的不同，轻质耐火材料可分为氧化铝轻质耐火材料材料、高铝质轻质耐火材料、莫来石轻质耐火材料、硅质轻质耐火材料、黏土质轻质耐火材料、蛭石轻质耐火材料与硅藻土轻质耐火材料；轻质耐火材料也可以按照使用温度来划分，轻质耐火材料的使用温度是指其重烧收缩率不大于1%~2%的温度。
按照使用温度划分，轻质耐火材料可分为低温轻质耐火材料(使用温度<600℃)、中温轻质耐火材料(使用温度600~1200℃)和高温轻质耐火材料(使用温度>1200℃)，高温轻质耐火材料是工业窑炉中最常用的隔热材料；
按照存在形态划分，轻质耐火材料可分为粉粒状、定形、纤维状以及复合轻质耐火材料；
另外，也可以根据结构特点，将轻质耐火材料分为气相连续结构型、固相连续结构型和固相与气相都为连续结构型。这三种材料的结构示意图如图2所示。
图1轻质耐火材料的组织结构
a-气相连续结构型b-固相连续结构型c-固相与气相都为连续结构型
2、轻质耐火材料的隔热原理
轻质耐火材料制备时遵照的基本原则为降低材料的导热系数，由于轻质耐火材料中包含大量的空隙，通过轻质耐火材料的热传递形式就是固相与气相的传热。固相的传热形式主要是传导，气相的传热形式就比较复杂：热量从高温区传递到隔热材料内部的过程中，在碰到气孔之前，热传导的作用是在固相中发生的。在碰到气孔以后，热量传递的途径就变成了两条，继续通过固相传递和通过气孔传递。继续通过固相传递的部分，由于传导方向的变化，热传导的路线距离大大增加，即热阻变大；通过气孔传递的热量有通过气体的传导、对流传热和辐射传热，其各种传热方式的具体情况如下：
(1)热传导：通常情况下，气体的导热系数是很小的，大多数轻质耐火材料内部气孔中的气体为空气，表9中显示的为不同温度下空气的导热系数。空气的导热系数比固体材料小很多。因此，通过气孔的传导的热量是很少的。
表1不同温度下气体的导热系数温度/℃
(2)对流传热：对流传热主要通过气体的流动来发生，由于大多数轻质耐火材料中的气孔是很小的，空气在气孔中的流动会受到很大的限制，气体流动的速度很小，从而传递的热量也很小。气孔的孔径越小，气孔中的空气的流动性也越差，通过对流传递的液量也越小。当气孔的孔径小于气孔中气体分子的运动自由程时，气体分子停止运动，不再有热量通过气体对流传递。
(3)辐射传热：由于在大多数轻质耐火材料气孔中存在的气体为空气，及气体分子多为N2和O2，它们都是对称双原子型的分子结构，这类气体分子吸收与发射辐射的能力比较差，因此，通过气孔的辐射传热主要是通过气孔的高温壁向低温壁进行辐射。但总体来看，通过气孔的辐射传热也不是很大。
由此可见，气孔的存在对轻质耐火材料隔热的能力有很大的帮助，在很多时候，隔热材料的设计即围绕着气孔的引入来进行的。
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