Lahke ognjevzdržne opeke se nanašajo na ognjevzdržne opeke z nizko toplotno prevodnostjo in nizko toplotno kapaciteto, znane tudi kot toplotneizolacijske ognjevarne opeke. Lahke ognjevzdržne opeke imajo na splošno visoko poroznost in nizko prostorninsko gostoto ter se običajno imenujejo tudi toplotnoizolacijske ognjevzdržne opeke. Tradicionalne lahke ognjevzdržne opeke imajo slabo odpornost proti eroziji, trdnost in odpornost proti obrabi. Na splošno se ne uporabljajo neposredno kot materiali za delovno površino, ampak se namestijo za delovno površino kot izolacijski sloji. Čim bližje so lahke izolacijske ognjevzdržne opeke delovni površini, tem boljši je njihov toplotnoizolacijski učinek. Z naraščajočimi zahtevami po varčevanju z energijo in zmanjševanju emisij so razvoj in raziskave lahkih ognjevarnih opek visoke trdnosti, odpornih na visoke temperature in erozijo, ki jih je mogoče uporabiti neposredno na delovni površini, prejeli široko pozornost.
1. Razvrstitev lahkih ognjevzdržnih opek
Lahke zidake, ključni toplotnoizolacijski material v industrijskih pečeh, razvrščamo na različne načine, ki temeljijo na razlikah v kemični mineralni sestavi, pa tudi na različnih značilnostih temperature uporabe, oblike obstoja in mikrostrukture.
Z vidika kemične mineralne sestave družina izolacijskih ognjevzdržnih opek vključuje izolacijske opeke iz aluminijevega oksida, lahke opeke z visoko vsebnostjo aluminijevega oksida, lahke izolacijske opeke iz mulita, lahke silicijeve opeke, izolacijske ognjevzdržne opeke iz gline, lahke opeke iz vermikulita in lahke opeke iz diatomita. Vsak material ima različne ognjevzdržne lastnosti in uporabne scenarije zaradi svoje edinstvene kemične sestave in mineralne sestave.
Glede na temperaturo uporabe je klasifikacija lahkih ognjevarnih zidakov bolj izpopolnjena. Glede na temperaturni standard stopnje krčenja pri ponovnem žganju, ki ne presega 1% ~ 2%, ga lahko razdelimo na nizkotemperaturne lahke ognjevarne opeke (uporabite temperaturo pod 600 stopinj), srednjetemperaturne lahke ognjevzdržne opeke (uporabite temperaturo med 600 in 1200 stopinj) in visokotemperaturne lahke ognjevarne opeke (uporabna temperatura presega 1200 stopinj). Med njimi so visokotemperaturne lahke ognjevarne opeke zaradi odličnih toplotnoizolacijskih lastnosti nepogrešljiv izolacijski material v industrijskih pečeh.
Poleg tega oblika obstoja lahkih ognjevzdržnih zidakov zagotavlja še eno dimenzijo za njihovo razvrstitev. Praškaste, oblikovane, vlaknaste in kompozitne lahke ognjevzdržne opeke, te lahke ognjevzdržne opeke različnih oblik ne le izpolnjujejo potrebe različnih scenarijev uporabe, ampak tudi prikazujejo raznolikost in inovativnost ognjevzdržne tehnologije.
Nazadnje, z vidika mikrostrukture lahko lahke ognjevzdržne opeke razdelimo tudi na neprekinjeno strukturo v plinski fazi, neprekinjeno strukturo v trdni fazi ter neprekinjeno strukturo v trdni fazi in plinasti fazi. Ta metoda razvrščanja ne razkriva le mikrostrukturnih značilnosti znotraj lahkih izolacijskih ognjevzdržnih opek, ampak zagotavlja tudi znanstveno podlago za naše poglobljeno razumevanje in optimizacijo njihove učinkovitosti.
2. Princip toplotne izolacije lahkih ognjevarnih zidakov
Osnovno načelo pri pripravi lahkih ognjevzdržnih zidakov je zmanjšanje toplotne prevodnosti materiala. Ker lahke ognjevzdržne opeke vsebujejo veliko število praznin, je oblika prenosa toplote skozi lahke ognjevzdržne opeke prenos toplote med trdno fazo in plinasto fazo. Oblika prenosa toplote trdne faze je v glavnem prevodna, oblika prenosa toplote plinske faze pa je bolj zapletena: v procesu prenosa toplote iz območja visoke temperature v notranjost izolacijskega materiala, preden naleti na pore, učinek toplotne prevodnosti se pojavi v trdni fazi. Po srečanju s porami postaneta poti prenosa toplote dve: nadaljevanje skozi trdno fazo in prenos skozi pore. Za del, ki še naprej prehaja skozi trdno fazo, se zaradi spremembe smeri prevajanja močno poveča razdalja poti prevajanja toplote, kar pomeni, da postane toplotni upor večji; toplota, ki se prenaša skozi pore, vključuje prevodnost, konvekcijo in sevalni prenos toplote skozi plin. Posebni pogoji različnih načinov prenosa toplote so naslednji:
(1) Toplotna prevodnost: V normalnih okoliščinah je toplotna prevodnost plina zelo majhna. Plin v porah večine lahkih ognjevarnih zidakov je zrak. Tabela 9 prikazuje toplotno prevodnost zraka pri različnih temperaturah. Toplotna prevodnost zraka je veliko manjša kot pri trdnih materialih. Zato je toplota, ki se prenaša skozi pore, zelo majhna.
(2) Konvekcijski prenos toplote: Konvekcijski prenos toplote poteka predvsem s tokom plina. Ker so pore v večini lahkih izolacijskih ognjevarnih zidakov zelo majhne, bo pretok zraka v porah močno omejen, hitrost pretoka plina je zelo majhna in tudi prenesena toplota je zelo majhna. Manjša kot je velikost por, slabša je pretočnost zraka v porah in manjša je količina tekočine, ki se prenese s konvekcijo. Ko je premer por manjši od proste poti molekul plina v pori, se molekule plina prenehajo premikati in toplota se ne prenaša s konvekcijo plina.
(3) Radiacijski prenos toplote: ker je plin v porah večine lahkih ognjevzdržnih zidakov zrak, plinske molekule pa so večinoma N2 in O2, so vse simetrične dvoatomne molekularne strukture. Sposobnost teh plinskih molekul, da absorbirajo in oddajajo sevanje, je relativno slaba. Zato sevalni prenos toplote skozi pore poteka predvsem skozi visokotemperaturno steno por do nizkotemperaturne stene. Toda na splošno sevalni prenos toplote skozi pore ni zelo velik. Vidimo lahko, da je obstoj por v veliko pomoč pri toplotnoizolacijski sposobnosti lahkih ognjevarnih zidakov. V mnogih primerih se zasnova toplotnoizolacijskih materialov izvaja okoli vnosa por.
