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    耐火材料行业知识

    影响隔热耐火砖热导率的因 素有哪些

    热导率是隔热耐火砖重要的指标之一,热导率就是导热系数λe,主要反映材料对热量的传导能力 ,高温时大多数材料的导热系数λe都会随着温度升高 。 
    为了提高窑炉的工作效率、降低热量损失,多年来人们一直致力 于研究导热系数较小的隔热耐火砖 。因 大部分隔热耐火砖都是由气相和固相组成的,隔热耐火砖的热导率与其所用原料的化学组成、结晶状态、气孔率及气孔孔径等因 素有关 。 
    (1)气孔率对热导率的影响 
    一般认为,气体的导热系数远小于固体导热系数 。隔热材料的气孔率较高,有效地阻隔了热量的传递,为降低材料的热导率做出主要贡献 。气孔率的大小对材料的隔热性能起到重要的作用 。气孔率越高,相同体积的隔热耐火砖中孔壁所占的面积越小,隔热耐火砖的热导率越低 。但是气孔率的增加也是有限度的,若气孔率过高,相同体积下隔热耐火砖的固含量较少,材料的力 学性能较差,达不到使用需求 。 
    另外气孔的性质对材料热导率也有很大影响,开口气孔率和连通气孔率高的隔热耐火砖,热导率要高于相同体积密度下闭气孔率高的材料 。 
    (2)气孔孔径对隔热材料热导率的影响 
    当气孔率一定时,气孔孔径越小,材料的热导率越低,隔热性能越好 。这是因 为在相同的气孔率下,若果材料内部的气孔孔径越小,相同体积的材料内部气孔的数量就会越多 。一方面,随着孔径减小,气体分子在气孔内部的运动受到限制,发生在气孔内部的热对流换热量减少,材料的热导率自然降低 。另一方面,气孔数量增加使得同体积内的气孔壁面积增加,增加了固相中的热传距离,即延长了传热时间,使得材料的热导率降低 。当气孔孔径大于0.1μm,材料的导热系数符合Loeb模型 。
    孔径大于1μm时导热系数与气孔的形状因 子、孔径、辐射常数、热发射率及温度的三次方成正比 。 
    而当孔径小于0.1μm时,材料热导率的变化将不再遵循Loeb模型 。若孔径小到气体分子运动自由程50nm时,气体分子的运动受到限制,将被吸附在气孔壁上不做运动,不再发生热量传递 。 
    (3)固相对材料热导率的影响 
    发生在材料固相中的传递热量的方式主要是传导传热,即为晶格的热振动 。若原料的导热系数和热容小,则隔热耐火砖的隔热能力 加大 。在1000℃以下随着温度的升高,大部分材料的热导率大体呈现出下降的趋势;在1000℃以上随着温度的升高,大部分材料的导热系数呈现出上升的趋势 。另外,非氧化物的导热系数一般都高于氧化物的,而在氧化物中,铝硅酸盐类材料的导热系数比纯氧化物类材料小 。因 为一般晶格结构复杂的物质,内部原子分布比较杂乱,热量传递较慢,导热系数就小 。 
    在低温时玻璃相的热导率比结晶相低,因 为玻璃相中原子排列的无序程度较高,受热振动时受到的阻力 较大 。但是玻璃相的粘度随着温度升高而减小,原子热振动的阻力 减小,导热系数相应增大 。对于结晶相来说,温度升高后,原子振动幅度增加,使得运动自由程减小,反而降低导热系数 。 


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