Lehkými žáruvzdornými cihlami se rozumí žáruvzdorné cihly s nízkou tepelnou vodivostí a nízkou tepelnou kapacitou, známé také jako tepelnéizolační žáruvzdorné cihly. Lehké žáruvzdorné cihly mají obecně vysokou pórovitost a nízkou objemovou hmotnost a běžně se také nazývají tepelně izolační žáruvzdorné cihly. Tradiční lehké žáruvzdorné cihly mají špatnou odolnost proti erozi, pevnost a odolnost proti opotřebení. Obvykle se nepoužívají přímo jako materiály pracovní plochy, ale umisťují se za pracovní plochu jako izolační vrstvy. Čím blíže jsou však lehké izolační žáruvzdorné cihly k pracovní ploše, tím lepší je jejich tepelně izolační účinek. Se zvyšujícími se požadavky na úsporu energie a snižování emisí se široké pozornosti dostalo vývoji a výzkumu lehkých žáruvzdorných cihel s vysokou pevností, vysokou teplotou a odolností proti erozi, které lze použít přímo na pracovní plochu.
1. Klasifikace lehkých žárovzdorných cihel
Lehké cihly, klíčový tepelně izolační materiál v průmyslových pecích, jsou klasifikovány různými způsoby na základě rozdílů v chemickém minerálním složení, jakož i různých charakteristik teploty použití, formy existence a mikrostruktury.
Z hlediska chemického minerálního složení zahrnuje rodina izolačních žáruvzdorných cihel hliníkové izolační cihly, vysokohlinité lehké izolační cihly, mullitové lehké izolační cihly, křemičité lehké cihly, hliněné izolační žáruvzdorné cihly, vermikulitové lehké cihly a diatomitové lehké cihly. Každý materiál vykazuje různé žáruvzdorné vlastnosti a použitelné scénáře díky svému jedinečnému chemickému složení a minerálnímu složení.
Při zvažování teploty použití je klasifikace lehkých žáruvzdorných cihel jemnější. Podle teplotního standardu míry smrštění při opětovném spalování ne více než 1%~2% jej můžeme rozdělit na nízkoteplotní lehké žáruvzdorné cihly (použití teploty pod 600 stupňů), středněteplotní lehké žáruvzdorné cihly (použití teploty mezi 600 a 1200 stupně ) a vysokoteplotní lehké žáruvzdorné cihly (použitelná teplota přesahuje 1200 stupňů ). Mezi nimi se vysokoteplotní lehké žáruvzdorné cihly staly díky svým vynikajícím tepelně izolačním vlastnostem nepostradatelným izolačním materiálem v průmyslových pecích.
Existenční forma lehkých žáruvzdorných cihel navíc poskytuje další rozměr pro jejich klasifikaci. Práškové, tvarované, vláknité a kompozitní lehké žáruvzdorné cihly, tyto lehké žáruvzdorné cihly různých tvarů nejen splňují potřeby různých aplikačních scénářů, ale také ukazují rozmanitost a inovace žárovzdorných technologií.
Konečně z hlediska mikrostruktury lze lehké žáruvzdorné cihly také rozdělit na typ kontinuální struktury v plynné fázi, typ kontinuální struktury v pevné fázi a typ kontinuální struktury v pevné fázi a plynné fázi. Tato klasifikační metoda nejen odhaluje mikrostrukturální charakteristiky uvnitř lehkých izolačních žáruvzdorných cihel, ale také poskytuje vědecký základ pro naše hluboké pochopení a optimalizaci jejich výkonu.
2. Princip tepelné izolace lehkých žárovzdorných cihel
Základní zásadou dodržovanou při přípravě lehkých žáruvzdorných cihel je snížení tepelné vodivosti materiálu. Protože lehké žáruvzdorné cihly obsahují velké množství dutin, formou přenosu tepla lehkými žáruvzdornými cihlami je přenos tepla mezi pevnou fází a plynnou fází. Forma přenosu tepla v pevné fázi je hlavně vodivost a forma přenosu tepla v plynné fázi je komplikovanější: v procesu přenosu tepla z vysokoteplotní zóny do vnitřku izolačního materiálu, než se střetne s póry, účinek vedení tepla nastává v pevné fázi. Po setkání s póry se cesty přenosu tepla stanou dvěmi: pokračují pevnou fází a přecházejí přes póry. U části, která pokračuje v přenosu pevnou fází, se v důsledku změny směru vedení značně zvětší vzdálenost trasy vedení tepla, to znamená, že se zvětší tepelný odpor; teplo přenášené póry zahrnuje přenos tepla vedením, prouděním a zářením plynem. Specifické podmínky různých režimů přenosu tepla jsou následující:
(1) Vedení tepla: Za normálních okolností je tepelná vodivost plynu velmi malá. Plyn v pórech většiny lehkých žáruvzdorných cihel je vzduch. Tabulka 9 ukazuje tepelnou vodivost vzduchu při různých teplotách. Tepelná vodivost vzduchu je mnohem menší než u pevných materiálů. Proto je teplo přenášené póry velmi malé.
(2) Přenos tepla konvekcí: Přenos tepla konvekcí probíhá hlavně prouděním plynu. Protože póry ve většině lehkých izolačních žáruvzdorných cihel jsou velmi malé, bude proudění vzduchu v pórech značně omezeno, rychlost proudění plynu je velmi malá a přenášené teplo je také velmi malé. Čím menší je velikost pórů, tím horší je tekutost vzduchu v pórech a tím menší je množství kapaliny přenášené konvekcí. Když je průměr pórů menší než volná dráha molekul plynu v póru, molekuly plynu se přestanou pohybovat a konvekcí plynu se nepřenáší žádné teplo.
(3) Přenos tepla sáláním: Protože plynem v pórech většiny lehkých žáruvzdorných cihel je vzduch a molekuly plynu jsou většinou N2 a O2, jsou to všechny symetrické dvouatomové molekulární struktury. Schopnost těchto molekul plynu absorbovat a emitovat záření je poměrně špatná. Proto je přenos tepla sáláním přes póry především přes vysokoteplotní stěnu pórů na nízkoteplotní stěnu. Celkově ale není přenos tepla sáláním přes póry příliš velký. Je vidět, že existence pórů výrazně napomáhá tepelně izolační schopnosti lehkých žáruvzdorných cihel. V mnoha případech se návrh tepelně izolačních materiálů provádí kolem zavedení pórů.
