Unter leichten feuerfesten Steinen versteht man feuerfeste Steine mit geringer Wärmeleitfähigkeit und geringer Wärmekapazität, auch bekannt als thermischfeuerfeste Isoliersteine. Leichte feuerfeste Steine weisen im Allgemeinen eine hohe Porosität und eine geringe Schüttdichte auf und werden im Allgemeinen auch als wärmeisolierende feuerfeste Steine bezeichnet. Herkömmliche leichte feuerfeste Steine weisen eine geringe Erosionsbeständigkeit, Festigkeit und Verschleißfestigkeit auf. Sie werden in der Regel nicht direkt als Arbeitsflächenmaterial verwendet, sondern als Isolationsschicht hinter der Arbeitsfläche angebracht. Je näher die leichten feuerfesten Isoliersteine jedoch an der Arbeitsfläche liegen, desto besser ist ihre Wärmedämmwirkung. Angesichts der steigenden Anforderungen an Energieeinsparung und Emissionsreduzierung haben die Entwicklung und Forschung hochfester, hochtemperaturbeständiger und erosionsbeständiger feuerfester Leichtsteine, die direkt auf der Arbeitsfläche verwendet werden können, große Aufmerksamkeit erhalten.
1. Klassifizierung leichter feuerfester Steine
Leichtbauziegel, ein wichtiges Wärmedämmmaterial in Industrieöfen, werden auf verschiedene Weise klassifiziert, basierend auf Unterschieden in der chemischen Mineralzusammensetzung sowie unterschiedlichen Merkmalen der Verwendungstemperatur, der Existenzform und der Mikrostruktur.
Aus Sicht der chemischen Mineralzusammensetzung umfasst die Familie der feuerfesten Isoliersteine Aluminiumoxid-Isoliersteine, leichte Ziegel mit hohem Aluminiumoxidgehalt, leichte Mullit-Isoliersteine, leichte Silica-Steine, feuerfeste Ton-Isoliersteine, leichte Vermiculit-Steine und leichte Kieselgur-Steine. Jedes Material weist aufgrund seiner einzigartigen chemischen Zusammensetzung und Mineralzusammensetzung unterschiedliche Feuerfesteigenschaften und Anwendungsszenarien auf.
Bei der Betrachtung der Einsatztemperatur ist die Klassifizierung leichter feuerfester Steine verfeinert. Gemäß dem Temperaturstandard einer Wiederverbrennungsschrumpfungsrate von nicht mehr als 1 % bis 2 % können wir es in leichte feuerfeste Niedertemperatursteine (Verwendungstemperatur unter 600 Grad) und leichte feuerfeste Mitteltemperatursteine (Verwendungstemperatur zwischen 600 und 1200 °C) unterteilen Grad) und leichte feuerfeste Hochtemperatursteine (Verwendungstemperatur über 1200 Grad). Unter ihnen sind leichte feuerfeste Hochtemperatursteine aufgrund ihrer hervorragenden Wärmedämmeigenschaften zu einem unverzichtbaren Isoliermaterial in Industrieöfen geworden.
Darüber hinaus bietet die Existenzform von feuerfesten Leichtsteinen eine weitere Dimension für ihre Klassifizierung. Pulverförmige, geformte, faserige und zusammengesetzte leichte feuerfeste Steine. Diese leichten feuerfesten Steine in verschiedenen Formen erfüllen nicht nur die Anforderungen unterschiedlicher Anwendungsszenarien, sondern zeigen auch die Vielfalt und Innovation der Feuerfesttechnologie.
Aus der Sicht der Mikrostruktur können leichte feuerfeste Steine schließlich auch in den Typ der kontinuierlichen Gasphasenstruktur, den Typ der kontinuierlichen Festphasenstruktur und den Typ der kontinuierlichen Festphasen- und Gasphasenstruktur unterteilt werden. Diese Klassifizierungsmethode deckt nicht nur die mikrostrukturellen Eigenschaften der leichten feuerfesten Isoliersteine auf, sondern liefert auch eine wissenschaftliche Grundlage für unser tiefgreifendes Verständnis und die Optimierung ihrer Leistung.
2. Wärmedämmprinzip von feuerfesten Leichtsteinen
Das Grundprinzip bei der Herstellung von feuerfesten Leichtsteinen besteht darin, die Wärmeleitfähigkeit des Materials zu verringern. Da leichte feuerfeste Steine eine große Anzahl von Hohlräumen enthalten, ist die Form der Wärmeübertragung durch leichte feuerfeste Steine die Wärmeübertragung zwischen der festen Phase und der Gasphase. Die Wärmeübertragungsform der Festphase ist hauptsächlich Leitung, und die Wärmeübertragungsform der Gasphase ist komplizierter: Bei der Wärmeübertragung von der Hochtemperaturzone ins Innere des Isoliermaterials, bevor sie auf die Poren trifft, wird die Wärmeübertragungsform der Gasphase komplizierter Der Effekt der Wärmeleitung tritt in der festen Phase auf. Nach dem Auftreffen auf die Poren gibt es zwei Wege für die Wärmeübertragung: Fortsetzung durch die feste Phase und Übertragung durch die Poren. Für den Teil, der weiterhin durch die feste Phase wandert, wird aufgrund der Änderung der Leitungsrichtung der Abstand des Wärmeleitungsweges stark vergrößert, d. h. der Wärmewiderstand wird größer; Die durch die Poren übertragene Wärme umfasst Wärmeleitung, Konvektion und Strahlungswärmeübertragung durch das Gas. Die spezifischen Bedingungen der verschiedenen Wärmeübertragungsmodi sind wie folgt:
(1) Wärmeleitung: Unter normalen Umständen ist die Wärmeleitfähigkeit von Gas sehr gering. Das Gas in den Poren der meisten leichten feuerfesten Steine ist Luft. Tabelle 9 zeigt die Wärmeleitfähigkeit von Luft bei verschiedenen Temperaturen. Die Wärmeleitfähigkeit von Luft ist viel geringer als die von festen Materialien. Daher ist die durch die Poren übertragene Wärme sehr gering.
(2) Konvektionswärmeübertragung: Die Konvektionswärmeübertragung erfolgt hauptsächlich durch den Gasstrom. Da die Poren in den meisten leichten feuerfesten Isoliersteinen sehr klein sind, wird der Luftstrom in den Poren stark eingeschränkt, die Gasströmungsgeschwindigkeit ist sehr gering und die übertragene Wärme ist ebenfalls sehr gering. Je kleiner die Porengröße, desto schlechter ist die Fließfähigkeit der Luft in den Poren und desto geringer ist die durch Konvektion übertragene Flüssigkeitsmenge. Wenn der Porendurchmesser kleiner ist als die freie Weglänge der Gasmoleküle in der Pore, hören die Gasmoleküle auf, sich zu bewegen, und es wird keine Wärme durch Gaskonvektion übertragen.
(3) Strahlungswärmeübertragung: Da das Gas in den Poren der meisten leichten feuerfesten Steine Luft ist und die Gasmoleküle hauptsächlich N2 und O2 sind, handelt es sich bei allen um symmetrische zweiatomige Molekülstrukturen. Die Fähigkeit dieser Gasmoleküle, Strahlung zu absorbieren und zu emittieren, ist relativ gering. Daher erfolgt die Strahlungswärmeübertragung durch die Poren hauptsächlich durch die Hochtemperaturwand der Poren zur Niedertemperaturwand. Insgesamt ist der Strahlungswärmeübergang durch die Poren jedoch nicht sehr groß. Es ist ersichtlich, dass das Vorhandensein von Poren einen großen Beitrag zur Wärmedämmfähigkeit von feuerfesten Leichtsteinen leistet. In vielen Fällen erfolgt die Gestaltung von Wärmedämmstoffen rund um das Einbringen von Poren.
