Lagane vatrostalne cigle odnose se na vatrostalne cigle s niskom toplotnom provodljivošću i niskim toplinskim kapacitetom, također poznate kao termičkeizolacione vatrostalne opeke. Lagane vatrostalne opeke općenito imaju visoku poroznost i nisku nasipnu gustinu, a također se obično nazivaju termoizolaciona vatrostalna opeka. Tradicionalne lagane vatrostalne opeke imaju slabu otpornost na eroziju, čvrstoću i otpornost na habanje. Uglavnom se ne koriste direktno kao materijali za radnu površinu, već se postavljaju iza radne površine kao izolacijski slojevi. Međutim, što su lagane izolacijske vatrostalne opeke bliže radnoj površini, to je njihov termoizolacijski učinak bolji. Sa sve većim zahtjevima za očuvanjem energije i smanjenjem emisija, razvoj i istraživanje lakih vatrostalnih opeka visoke čvrstoće, otpornosti na visoke temperature i erozije koje se mogu koristiti direktno na radnoj površini dobilo je široku pažnju.
1. Klasifikacija lakih vatrostalnih opeka
Lagane cigle, ključni termoizolacioni materijal u industrijskim pećima, klasifikuju se na različite načine, na osnovu razlika u hemijskom mineralnom sastavu, kao i različitim karakteristikama upotrebne temperature, egzistencijalnog oblika i mikrostrukture.
Sa stanovišta hemijskog mineralnog sastava, porodica izolacionih vatrostalnih opeka uključuje izolacione cigle od aluminijuma, lake cigle sa visokim sadržajem glinice, lake izolacione cigle od mulita, lake cigle od silika, izolacione vatrostalne opeke od gline, lake vermikulitne cigle i lake cigle od dijatomita. Svaki materijal pokazuje različita vatrostalna svojstva i primjenjive scenarije zbog svog jedinstvenog kemijskog sastava i mineralnog sastava.
Kada se uzme u obzir temperatura upotrebe, klasifikacija lakih vatrostalnih opeka je rafiniranija. Prema temperaturnom standardu stope skupljanja ne više od 1%~2%, možemo je podijeliti na niskotemperaturne lagane vatrostalne cigle (koristi se temperatura ispod 600 stepeni), srednje-temperaturne lagane vatrostalne cigle (upotrebna temperatura između 600 i 1200 stepena) i lake vatrostalne opeke visoke temperature (upotrebna temperatura prelazi 1200 stepeni). Među njima, visokotemperaturne lagane vatrostalne opeke postale su nezamjenjiv izolacijski materijal u industrijskim pećima zbog svojih odličnih svojstava toplinske izolacije.
Osim toga, oblik postojanja lakih vatrostalnih opeka također pruža još jednu dimenziju za njihovu klasifikaciju. Lagane vatrostalne opeke u prahu, oblikovane, vlaknaste i kompozitne, ove lagane vatrostalne opeke različitih oblika ne samo da zadovoljavaju potrebe različitih scenarija primjene, već i pokazuju raznolikost i inovativnost vatrostalne tehnologije.
Konačno, iz perspektive mikrostrukture, lagane vatrostalne cigle se također mogu podijeliti na tip kontinuirane strukture u plinskoj fazi, tip kontinuirane strukture čvrste faze i tip kontinuirane strukture čvrste faze i plinske faze. Ova metoda klasifikacije ne samo da otkriva mikrostrukturne karakteristike unutar lagane izolacijske vatrostalne opeke, već također pruža naučnu osnovu za naše dubinsko razumijevanje i optimizaciju njihovih performansi.
2. Princip toplotne izolacije lake vatrostalne opeke
Osnovni princip koji se slijedi u pripremi lakih vatrostalnih opeka je smanjenje toplinske provodljivosti materijala. Budući da lagane vatrostalne opeke sadrže veliki broj šupljina, oblik prijenosa topline kroz lagane vatrostalne cigle je prijenos topline između čvrste i plinovite faze. Oblik prijenosa topline čvrste faze je uglavnom kondukcijski, a oblik prijenosa topline plinovite faze je složeniji: u procesu prijenosa topline iz zone visoke temperature u unutrašnjost izolacijskog materijala, prije susreta s porama, efekat provodljivosti toplote se javlja u čvrstoj fazi. Nakon susreta s porama, putevi prijenosa topline postaju dva: nastavljaju se kroz čvrstu fazu i prenose se kroz pore. Za dio koji nastavlja da se prenosi kroz čvrstu fazu, zbog promjene smjera provodljivosti, udaljenost puta provođenja topline se znatno povećava, odnosno toplinski otpor postaje veći; toplina koja se prenosi kroz pore uključuje provodljivost, konvekciju i prijenos topline zračenja kroz plin. Specifični uvjeti različitih načina prijenosa topline su sljedeći:
(1) Provođenje toplote: U normalnim okolnostima, toplotna provodljivost gasa je veoma mala. Plin u porama većine lakih vatrostalnih opeka je zrak. U tabeli 9 prikazana je toplotna provodljivost vazduha pri različitim temperaturama. Toplotna provodljivost zraka je mnogo manja nego kod čvrstih materijala. Zbog toga je toplota koja se prenosi kroz pore vrlo mala.
(2) Konvekcijski prijenos topline: Konvekcijski prijenos topline se uglavnom odvija kroz protok plina. Budući da su pore u većini laganih izolacijskih vatrostalnih opeka vrlo male, protok zraka u porama će biti jako ograničen, brzina protoka plina je vrlo mala, a prenesena toplina je također vrlo mala. Što je veličina pora manja, to je lošija fluidnost zraka u porama i manja je količina tekućine koja se prenosi konvekcijom. Kada je prečnik pora manji od slobodnog puta molekula gasa u porama, molekuli gasa prestaju da se kreću i toplota se ne prenosi konvekcijom gasa.
(3) Prijenos topline zračenjem: Budući da je plin u porama većine lakih vatrostalnih opeka zrak, a molekuli plina su uglavnom N2 i O2, svi su oni simetrične dvoatomske molekularne strukture. Sposobnost ovih molekula gasa da apsorbuju i emituju zračenje je relativno slaba. Stoga se radijativni prijenos topline kroz pore uglavnom odvija kroz visokotemperaturni zid pora do niskotemperaturnog zida. Ali sveukupno, prijenos topline zračenja kroz pore nije jako velik. Vidi se da postojanje pora od velike pomoći u termoizolacionoj sposobnosti lakih vatrostalnih opeka. U mnogim slučajevima, dizajn termoizolacionih materijala vrši se oko uvođenja pora.
