آجر نسوز سبک به آجرهای نسوز با رسانایی حرارتی کم و ظرفیت حرارتی کم گفته می شود که به عنوان حرارتی نیز شناخته می شود.آجرهای نسوز عایق. آجرهای نسوز سبک به طور کلی دارای تخلخل بالا و چگالی ظاهری کم هستند و معمولاً به آنها آجر نسوز عایق حرارتی نیز می گویند. آجرهای نسوز سبک سنتی دارای مقاومت در برابر فرسایش، استحکام و مقاومت در برابر سایش ضعیفی هستند. آنها معمولاً مستقیماً به عنوان مواد سطح کار استفاده نمی شوند، بلکه در پشت سطح کار به عنوان لایه های عایق قرار می گیرند. با این حال، هرچه آجرهای نسوز عایق سبک وزن به سطح کار نزدیکتر باشند، اثر عایق حرارتی آنها بهتر است. با افزایش نیاز به صرفه جویی در انرژی و کاهش انتشار، توسعه و تحقیق آجرهای نسوز سبک با مقاومت بالا، مقاوم در برابر درجه حرارت بالا و مقاوم در برابر فرسایش که می توانند مستقیماً روی سطح کار استفاده شوند، توجه گسترده ای را به خود جلب کرده است.
1. طبقه بندی آجرهای نسوز سبک
آجرهای سبک، یک ماده عایق حرارتی کلیدی در کورههای صنعتی، بر اساس تفاوت در ترکیب شیمیایی مواد معدنی و همچنین ویژگیهای مختلف دمای استفاده، شکل وجود و ریزساختار، به روشهای مختلفی طبقهبندی میشوند.
از منظر ترکیب معدنی شیمیایی، خانواده آجرهای نسوز عایق شامل آجرهای عایق آلومینا، آجرهای سبک با آلومینا بالا، آجرهای عایق سبک مولایت، آجرهای سبک وزن سیلیسی، آجرهای نسوز عایق رسی، آجرهای سبک ورمیکولیت و آجرهای سبک دیاتومیت میباشد. هر ماده به دلیل ترکیب شیمیایی منحصر به فرد و ترکیب معدنی، خواص نسوز و سناریوهای قابل اجرا متفاوتی از خود نشان می دهد.
هنگام در نظر گرفتن دمای استفاده، طبقه بندی آجرهای نسوز سبک وزن بیشتر تصفیه شده است. با توجه به استاندارد دمایی نرخ انقباض مجدد سوزاندن بیش از 1٪ تا 2٪، می توانیم آن را به آجرهای نسوز سبک با دمای پایین (دمای استفاده زیر 600 درجه)، آجرهای نسوز سبک با دمای متوسط (دمای استفاده بین 600 تا 1200) تقسیم کنیم. درجه) و آجرهای نسوز سبک با دمای بالا (دمای استفاده بیش از 1200 درجه). در این میان، آجرهای نسوز سبک با دمای بالا به دلیل خواص عایق حرارتی عالی، به یک ماده عایق ضروری در کوره های صنعتی تبدیل شده اند.
علاوه بر این، شکل وجود آجرهای نسوز سبک نیز بعد دیگری را برای طبقه بندی آن فراهم می کند. آجرهای نسوز سبک پودری، شکل دار، فیبری و کامپوزیت، این آجرهای نسوز سبک وزن با اشکال مختلف نه تنها نیازهای سناریوهای مختلف کاربردی را برآورده می کنند، بلکه تنوع و نوآوری فناوری نسوز را نیز نشان می دهند.
در نهایت، از دیدگاه ریزساختار، آجرهای نسوز سبک را می توان به نوع ساختار پیوسته فاز گاز، نوع ساختار پیوسته فاز جامد و نوع ساختار پیوسته فاز جامد و فاز گاز تقسیم کرد. این روش طبقه بندی نه تنها ویژگی های ریزساختاری داخل آجرهای نسوز عایق سبک را نشان می دهد، بلکه پایه ای علمی برای درک عمیق و بهینه سازی عملکرد آنها فراهم می کند.
2. اصل عایق حرارتی آجرهای نسوز سبک وزن
اصل اساسی که در تهیه آجرهای نسوز سبک رعایت می شود، کاهش رسانایی حرارتی مواد است. از آنجایی که آجرهای نسوز سبک حاوی تعداد زیادی حفره هستند، شکل انتقال حرارت از طریق آجرهای نسوز سبک، انتقال حرارت بین فاز جامد و فاز گاز است. شکل انتقال حرارت فاز جامد عمدتا رسانایی است و شکل انتقال حرارت فاز گاز پیچیده تر است: در فرآیند انتقال حرارت از ناحیه دمای بالا به داخل ماده عایق، قبل از برخورد با منافذ، اثر انتقال حرارت در فاز جامد رخ می دهد. پس از برخورد با منافذ، مسیرهای انتقال حرارت به دو مسیر تبدیل می شوند: ادامه در فاز جامد و انتقال از طریق منافذ. برای بخشی که به انتقال از طریق فاز جامد ادامه می دهد، به دلیل تغییر جهت هدایت، فاصله مسیر هدایت گرما بسیار افزایش می یابد، یعنی مقاومت حرارتی بزرگتر می شود. گرمای منتقل شده از طریق منافذ شامل انتقال حرارت، انتقال همرفت و تابش از طریق گاز است. شرایط خاص حالت های مختلف انتقال حرارت به شرح زیر است:
(1) هدایت حرارتی: در شرایط عادی، هدایت حرارتی گاز بسیار کم است. گاز موجود در منافذ اکثر آجرهای نسوز سبک، هوا است. جدول 9 هدایت حرارتی هوا را در دماهای مختلف نشان می دهد. هدایت حرارتی هوا بسیار کمتر از مواد جامد است. بنابراین گرمای منتقل شده از طریق منافذ بسیار کم است.
(2) انتقال حرارت جابجایی: انتقال حرارت همرفتی عمدتاً از طریق جریان گاز انجام می شود. از آنجایی که منافذ در اکثر آجرهای نسوز عایق های سبک بسیار کوچک هستند، جریان هوا در منافذ به شدت محدود می شود، سرعت جریان گاز بسیار کم است و گرمای منتقل شده نیز بسیار کم است. هرچه اندازه منافذ کوچکتر باشد، سیالیت هوا در منافذ بدتر است و مقدار مایع منتقل شده از طریق همرفت کمتر است. هنگامی که قطر منافذ کوچکتر از مسیر آزاد مولکولهای گاز در منافذ باشد، مولکولهای گاز از حرکت باز می ایستند و حرارتی از طریق همرفت گاز منتقل نمی شود.
(3) انتقال حرارت تشعشعی: از آنجایی که گاز موجود در منافذ اکثر آجرهای نسوز سبک، هوا است، و مولکول های گاز بیشتر N2 و O2 هستند، همه آنها ساختارهای مولکولی دو اتمی متقارن هستند. توانایی این مولکول های گاز برای جذب و انتشار تشعشع نسبتا ضعیف است. بنابراین، انتقال حرارت تشعشعی از طریق منافذ عمدتاً از طریق دیواره با دمای بالا منافذ به دیواره با دمای پایین انجام می شود. اما به طور کلی، انتقال حرارت تشعشعی از طریق منافذ خیلی زیاد نیست. مشاهده می شود که وجود منافذ کمک زیادی به قابلیت عایق حرارتی آجرهای نسوز سبک می کند. در بسیاری از موارد، طراحی مواد عایق حرارتی حول معرفی منافذ انجام می شود.
