軽量耐火レンガとは、熱伝導率が低く、熱容量が低い耐火レンガを指し、サーマルとも呼ばれます。断熱耐火レンガ。軽量耐火レンガは一般に気孔率が高く、かさ密度が低いため、一般に断熱耐火レンガとも呼ばれます。従来の軽量耐火レンガは、耐浸食性、強度、耐摩耗性に劣っています。これらは通常、作業面の材料として直接使用されず、作業面の後ろに断熱層として配置されます。ただし、軽量断熱耐火レンガが作業面に近づくほど、断熱効果が向上します。省エネルギーと排出削減に対する要求の高まりに伴い、作業面に直接使用できる、高強度、耐高温性、耐浸食性の軽量耐火レンガの開発と研究が広く注目を集めています。
1. 軽量耐火煉瓦の分類
工業用窯の重要な断熱材である軽量レンガは、化学鉱物組成の違い、使用温度、存在形態、微細構造などの特性の違いに基づいて、さまざまな方法で分類されています。
化学鉱物組成の観点から見ると、断熱耐火レンガのファミリーには、アルミナ断熱レンガ、高アルミナ軽量レンガ、ムライト軽量断熱レンガ、シリカ軽量断熱レンガ、粘土断熱耐火レンガ、バーミキュライト軽量レンガ、および珪藻土軽量レンガが含まれます。各材料は、その独自の化学組成と鉱物組成により、異なる耐火特性と適用可能なシナリオを示します。
使用温度を考慮すると、軽量耐火レンガの分類はさらに細分化されます。再焼成収縮率1%～2%以下の温度基準により、低温軽量耐火レンガ(使用温度600度以下)、中温軽量耐火レンガ(使用温度600度～1200度)に分けることができます。度）および高温軽量耐火レンガ（使用温度1200度を超える）。中でも高温軽量耐火レンガは、その優れた断熱性から工業窯に欠かせない断熱材となっています。
さらに、軽量耐火レンガの存在形態も、その分類に別の側面を提供します。粉末、成形、繊維状、複合軽量耐火レンガなど、さまざまな形状のこれらの軽量耐火レンガは、さまざまな用途シナリオのニーズを満たすだけでなく、耐火技術の多様性と革新性を示しています。
最後に、軽量耐火煉瓦は微細構造の観点から、気相連続構造型、固相連続構造型、固相・気相連続構造型に分類することもできます。この分類方法は、軽量断熱耐火レンガ内部の微細構造特性を明らかにするだけでなく、その性能を深く理解して最適化するための科学的根拠も提供します。
2. 軽量耐火レンガの断熱原理
軽量耐火レンガの製造における基本原則は、材料の熱伝導率を下げることです。軽量耐火レンガには多数の空隙が含まれているため、軽量耐火レンガを介した熱伝達の形式は固相と気相間の熱伝達になります。固相の熱伝達形態は主に伝導ですが、気相の熱伝達形態はより複雑です。高温ゾーンから断熱材の内部への熱伝達の過程で、細孔に遭遇する前に、熱伝導の効果は固相で発生します。細孔に遭遇すると、熱伝達経路は 2 つになります。固相を通過する経路と、細孔を通過する経路です。固相中を移動し続ける部分は、伝導方向の変化により熱伝導経路の距離が大幅に増加、つまり熱抵抗が大きくなります。細孔を介して伝達される熱には、ガスを介した伝導、対流、および放射による熱伝達が含まれます。さまざまな熱伝達モードの具体的な条件は次のとおりです。
(1) 熱伝導：通常の状況下では、ガスの熱伝導率は非常に小さいです。ほとんどの軽量耐火レンガの細孔内のガスは空気です。表 9 は、さまざまな温度での空気の熱伝導率を示しています。空気の熱伝導率は固体材料の熱伝導率よりもはるかに小さいです。したがって、細孔を通って伝わる熱は非常に小さいです。
(2) 対流熱伝達: 対流熱伝達は主にガスの流れによって起こります。ほとんどの軽量断熱耐火レンガの細孔は非常に小さいため、細孔内の空気の流れは大幅に制限され、ガスの流速は非常に小さく、伝達される熱も非常に小さくなります。細孔径が小さくなると細孔内の空気の流動性が悪くなり、対流によって移送される液体の量が少なくなります。細孔直径が細孔内のガス分子の自由行程よりも小さい場合、ガス分子は移動を停止し、ガス対流によって熱が伝達されなくなります。
(3) 放射熱伝達: ほとんどの軽量耐火レンガの細孔内のガスは空気であり、ガス分子はほとんどが N2 と O2 であるため、それらはすべて対称な 2 原子分子構造です。これらのガス分子が放射線を吸収したり放出したりする能力は比較的弱いです。したがって、細孔を通した放射熱伝達は主に細孔の高温壁を通って低温壁へ行われます。しかし、全体として、細孔を通した放射熱伝達はそれほど大きくありません。気孔の存在が軽量耐火レンガの断熱能力に大きく貢献していることがわかります。多くの場合、断熱材の設計は細孔の導入を中心に行われます。
