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保温隔热耐火材料的保温机理与影响因素

添加时间:2017年8月1日  浏览次数:

    热能传递的方式有对流、传导和辐射以及他们之间的相互作用。因为保温隔热耐火材料由气体和固体两相组成,所以热量也就在相内及相界面来传递。保温隔热耐火材料的保温效果关键在于它的组织结构,即使在1500℃的温度下,固相传导依然是主要的热量传递方式。故相对于致密耐火材料而言,保温隔热材料的多孔结构可以被看做是气相隔离了固相,由固相传导变成了气相传导,从而降低了导热系数。

保温隔热耐火材料

    当热量从高温面传递时,首先进行的是固相热传导,遇到气孔后,传热路线增加一条:通过气孔内的气体对流传热,另一条仍通过固相传递,但是传热方向已经发生了变化,总热传导路线延长。此外,热量还可通过辐射进行能量传递,虽然这部分能量在低温时很小,可忽略不计,但辐射能与温度的三次方成正比,高温时辐射传热作用非常显著。

    保温隔热耐火材料的热导率即与材料的化学矿物组成、结晶状态有关,也与各相的分布、含量、排列有关。保温隔热耐火材料的气孔尺寸、材料组份以及体积密度这三个因素对保温隔热效果具有重要影响。

    1、气孔的影响。

    保温隔热耐火材料的气孔率恒定时,导热系数主要取决于材料内部气孔形状、气孔尺寸及相互之间的连通情况。随着气孔尺寸变小,材料的隔热性能提高。气孔尺寸变小意味着气孔数量增多,一方面,气孔尺寸变小降低了空气对流的幅度,对流传热的效率随之降低;另一方面,气孔数量增多会使材料内孔壁总表面积变大,固体反射面增加,从而导致辐射传热的效率降低。因此,当气孔率恒定时,气孔尺寸减小会降低材料的导热系数。

    2、材料组份的影响。

    热辐射导热系数与物体的热发射率成正比,发射率越小,保温隔热效果就越好。氧化物的热发射率与颗粒粒径、温度及组成有关,提高隔热制品Al2O3ZnOMgOCaO的含量有利于降低其热发射率,而添加少量的过渡元素氧化物能明显提高材料的热发射率。因此,保温隔热材料中尽量不要混入FeCr等过渡元素。此外,减小原料的颗粒粒径也有助于减小材料热发射率。

    3、体积密度的影响。

    由于固体导热系数高于静止空气,因此常温下保温隔热耐火材料的导热系数随着单位体积内固体物质含量的减少而降低,即体积密度越小,导热系数越低。在保温隔热耐火材料常见的气孔尺寸范围内,随着体积密度减小,气孔数量增多,气孔平均尺寸增大,固体总界面减少,这些都会加剧气孔内部空气的辐射传热。因此,要想使某种保温隔热耐火材料具有最低的导热系数,不是体积密度越小越好,而应该对应某一特定的使用温度,在该温度下一个使材料导热系数最低的最佳的体积密度。

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