อิฐทนไฟน้ำหนักเบาหมายถึงอิฐทนไฟที่มีค่าการนำความร้อนต่ำและความจุความร้อนต่ำหรือที่เรียกว่าความร้อนฉนวนอิฐทนไฟ- อิฐทนไฟน้ำหนักเบาโดยทั่วไปมีความพรุนสูงและมีความหนาแน่นต่ำ และมักเรียกว่าอิฐทนไฟที่เป็นฉนวนความร้อน อิฐทนไฟน้ำหนักเบาแบบดั้งเดิมมีความต้านทานการกัดกร่อน ความแข็งแรง และความต้านทานการสึกหรอต่ำ โดยทั่วไปไม่ได้ใช้เป็นวัสดุพื้นผิวการทำงานโดยตรง แต่จะถูกวางไว้ด้านหลังพื้นผิวการทำงานเป็นชั้นฉนวน อย่างไรก็ตาม ยิ่งอิฐทนไฟฉนวนน้ำหนักเบาอยู่ใกล้กับพื้นผิวการทำงานมากเท่าใด ผลของฉนวนความร้อนก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น ด้วยความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับการอนุรักษ์พลังงานและการลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก การพัฒนาและการวิจัยอิฐทนไฟน้ำหนักเบาที่มีความแข็งแรงสูง ทนต่ออุณหภูมิสูง และทนต่อการกัดเซาะที่สามารถนำมาใช้บนพื้นผิวการทำงานโดยตรงจึงได้รับความสนใจอย่างกว้างขวาง
1. การจำแนกประเภทของอิฐทนไฟน้ำหนักเบา
อิฐมวลเบาซึ่งเป็นวัสดุฉนวนความร้อนที่สำคัญในเตาเผาอุตสาหกรรม ได้รับการจำแนกประเภทได้หลายวิธี ขึ้นอยู่กับความแตกต่างในองค์ประกอบแร่เคมี ตลอดจนคุณลักษณะที่แตกต่างกันของอุณหภูมิการใช้งาน รูปแบบการดำรงอยู่ และโครงสร้างจุลภาค
จากมุมมองขององค์ประกอบทางเคมีและแร่ธาตุ ตระกูลอิฐทนไฟฉนวน ได้แก่ อิฐฉนวนอลูมินา อิฐมวลเบาอลูมินาสูง อิฐฉนวนน้ำหนักเบามัลไลท์ อิฐมวลเบาซิลิกา อิฐทนไฟดินเหนียว อิฐมวลเบาเวอร์มิคูไลต์ และอิฐมวลเบาไดอะตอมไมต์ วัสดุแต่ละชนิดมีคุณสมบัติทนไฟที่แตกต่างกันและสถานการณ์ที่เกี่ยวข้องเนื่องจากองค์ประกอบทางเคมีและแร่ธาตุที่เป็นเอกลักษณ์
เมื่อพิจารณาถึงอุณหภูมิการใช้งาน การจำแนกประเภทของอิฐทนไฟน้ำหนักเบาจะได้รับการขัดเกลามากขึ้น ตามมาตรฐานอุณหภูมิของอัตราการหดตัวของการเผาไหม้ซ้ำไม่เกิน 1% ~ 2% เราสามารถแบ่งออกเป็นอิฐทนไฟน้ำหนักเบาอุณหภูมิต่ำ (ใช้อุณหภูมิต่ำกว่า 600 องศา) อิฐทนไฟน้ำหนักเบาอุณหภูมิปานกลาง (ใช้อุณหภูมิระหว่าง 600 ถึง 1200 องศา) และอิฐทนไฟน้ำหนักเบาอุณหภูมิสูง (ใช้อุณหภูมิเกิน 1200 องศา) ในบรรดาอิฐทนไฟน้ำหนักเบาอุณหภูมิสูงได้กลายเป็นวัสดุฉนวนที่ขาดไม่ได้ในเตาเผาอุตสาหกรรมเนื่องจากมีคุณสมบัติเป็นฉนวนความร้อนที่ดีเยี่ยม
นอกจากนี้ รูปแบบที่มีอยู่ของอิฐทนไฟน้ำหนักเบายังเป็นอีกมิติหนึ่งสำหรับการจำแนกประเภทอีกด้วย อิฐทนไฟน้ำหนักเบาแบบผง รูปทรง เส้นใย และคอมโพสิต อิฐทนไฟน้ำหนักเบาในรูปทรงต่างๆ เหล่านี้ไม่เพียงตอบสนองความต้องการของสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกัน แต่ยังแสดงให้เห็นถึงความหลากหลายและนวัตกรรมของเทคโนโลยีวัสดุทนไฟอีกด้วย
ในที่สุดจากมุมมองของโครงสร้างจุลภาค อิฐทนไฟน้ำหนักเบายังสามารถแบ่งออกเป็นประเภทโครงสร้างต่อเนื่องของเฟสก๊าซ ประเภทโครงสร้างต่อเนื่องของเฟสของแข็ง และประเภทโครงสร้างต่อเนื่องของเฟสของแข็งและเฟสของก๊าซ วิธีการจำแนกประเภทนี้ไม่เพียงแต่เผยให้เห็นคุณลักษณะทางโครงสร้างจุลภาคภายในอิฐทนไฟฉนวนน้ำหนักเบาเท่านั้น แต่ยังให้พื้นฐานทางวิทยาศาสตร์สำหรับความเข้าใจในเชิงลึกและการเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของอิฐเหล่านี้อีกด้วย
2. หลักการฉนวนกันความร้อนของอิฐทนไฟน้ำหนักเบา
หลักการพื้นฐานในการเตรียมอิฐทนไฟน้ำหนักเบาคือการลดการนำความร้อนของวัสดุ เนื่องจากอิฐทนไฟน้ำหนักเบามีช่องว่างจำนวนมาก รูปแบบของการถ่ายเทความร้อนผ่านอิฐทนไฟน้ำหนักเบาคือการถ่ายเทความร้อนระหว่างเฟสของแข็งและเฟสก๊าซ รูปแบบการถ่ายเทความร้อนของเฟสของแข็งส่วนใหญ่จะเป็นการนำ และรูปแบบการถ่ายเทความร้อนของเฟสก๊าซนั้นซับซ้อนกว่า: ในกระบวนการถ่ายเทความร้อนจากโซนอุณหภูมิสูงไปยังด้านในของวัสดุฉนวนก่อนที่จะพบกับรูขุมขน ผลของการนำความร้อนเกิดขึ้นในสถานะของแข็ง หลังจากพบกับรูขุมขน เส้นทางการถ่ายเทความร้อนจะกลายเป็นสองเส้นทาง: ต่อเนื่องผ่านเฟสของแข็งและถ่ายโอนผ่านรูขุมขน สำหรับส่วนที่ยังคงถ่ายโอนผ่านเฟสของแข็ง เนื่องจากการเปลี่ยนทิศทางการนำความร้อน ระยะทางของเส้นทางการนำความร้อนจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก กล่าวคือ ความต้านทานความร้อนจะมีมากขึ้น ความร้อนที่ถ่ายโอนผ่านรูพรุนรวมถึงการนำ การพาความร้อน และการแผ่รังสีความร้อนผ่านก๊าซ เงื่อนไขเฉพาะของโหมดการถ่ายเทความร้อนต่างๆ มีดังนี้:
(1) การนำความร้อน: ภายใต้สถานการณ์ปกติ การนำความร้อนของก๊าซมีขนาดเล็กมาก ก๊าซในรูพรุนของอิฐทนไฟน้ำหนักเบาที่สุดคืออากาศ ตารางที่ 9 แสดงค่าการนำความร้อนของอากาศที่อุณหภูมิต่างๆ ค่าการนำความร้อนของอากาศมีค่าน้อยกว่าค่าการนำความร้อนของวัสดุแข็งมาก ดังนั้นความร้อนที่ถ่ายเทผ่านรูขุมขนจึงมีน้อยมาก
(2) การถ่ายเทความร้อนแบบพา: การถ่ายเทความร้อนแบบพาส่วนใหญ่เกิดขึ้นผ่านการไหลของก๊าซ เนื่องจากรูขุมขนในอิฐทนไฟฉนวนน้ำหนักเบาส่วนใหญ่มีขนาดเล็กมาก การไหลของอากาศในรูขุมขนจะถูกจำกัดอย่างมาก ความเร็วการไหลของก๊าซมีขนาดเล็กมาก และความร้อนที่ถ่ายเทก็มีน้อยมากเช่นกัน ยิ่งขนาดรูพรุนเล็กลง ความลื่นไหลของอากาศในรูพรุนก็ยิ่งแย่ลง และปริมาณของเหลวที่ถ่ายโอนผ่านการพาความร้อนก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางรูพรุนเล็กกว่าเส้นทางอิสระของโมเลกุลก๊าซในรูพรุน โมเลกุลของก๊าซจะหยุดเคลื่อนที่และไม่มีความร้อนถูกถ่ายเทผ่านการพาความร้อนของแก๊ส
(3) การถ่ายเทความร้อนแบบแผ่รังสี: เนื่องจากก๊าซในรูพรุนของอิฐทนไฟน้ำหนักเบาที่สุดคืออากาศ และโมเลกุลของก๊าซส่วนใหญ่เป็น N2 และ O2 พวกมันจึงมีโครงสร้างโมเลกุลไดอะตอมมิกแบบสมมาตรทั้งหมด ความสามารถของโมเลกุลก๊าซเหล่านี้ในการดูดซับและปล่อยรังสีค่อนข้างต่ำ ดังนั้นการถ่ายเทความร้อนจากการแผ่รังสีผ่านรูขุมขนจึงส่วนใหญ่ผ่านผนังที่มีอุณหภูมิสูงของรูขุมขนไปยังผนังที่มีอุณหภูมิต่ำ แต่โดยรวมแล้วการถ่ายเทความร้อนจากการแผ่รังสีผ่านรูพรุนไม่ได้มีขนาดใหญ่มาก จะเห็นได้ว่าการมีรูพรุนช่วยได้มากต่อความสามารถในการเป็นฉนวนของอิฐทนไฟน้ำหนักเบา ในหลายกรณี การออกแบบวัสดุฉนวนความร้อนจะดำเนินการรอบๆ การเปิดรูพรุน
