Теплотехнические характеристики теплоизоляционных материалов

Для тепловой изоляции металлургических печей применяются три вида изделий: 1) легковесные пористые огнеупорные кирпичи: шамот-легковес, динас-легковес, диатомитовый и другие; 2) теплоизоляционные засыпки; 3) изделия в виде плит, ваты, войлока, картона, изготовленные на основе керамического волокна в смеси со связующим материалом, так называемые волокнистые огнеупоры. Волокнистые огнеупоры являются относительно новыми теплоизоляционными материалами.

Легковесные огнеупорные кирпичи обладают большой пористостью и поэтому меньшей плотностью и теплопроводностью, чем обычные огнеупорные кирпичи (табл. 2.2). Марка кирпича в табл. 2.2 расшифровывается так: Д – динас, Ш – шамот, Л – легковес, числа после тире означают плотность. Чем меньше плотность кирпича, тем лучше его теплоизоляционные свойства, но ниже максимальная рабочая температура.

По сравнению с обычными огнеупорами шамот-легковес и другие легковесы имеют более низкую прочность, шлакоустойчивость и термостойкость. Их можно применять не только для теплоизоляционного слоя футеровки, но и для рабочего слоя, в термических печах. Диатомитовый кирпич применяют только для наружного слоя тепловой изоляции стен и свода нагревательных печей.

Таблица 2.2 – Свойства легковесных огнеупорных изделий

№пп	Тип и марка изделия	Плотность – r, т/м3	, °С	Коэф. теплопроводности – l, Вт/(м× К)	Уд. теплоемкость – с, кДж/(кг× К) в интервале 0‑ 1400 °С
	Динас ДЛ-1, 2	1, 2		0, 58+0, 38× 10-3× t	1, 19
2 3 4	Шамот ШЛ-1, 3 ШЛ-0, 9 ШЛ-0, 4	1, 3 0, 9 0, 4	1350 1200 1100	0, 47+0, 14× 10-3× t 0, 29+0, 20× 10-3× t 0, 06+0, 14× 10-3× t	1, 19 1, 17 1, 17
	Диатомитовый кирпич	0, 5		0, 15 (при t=350 °С)	1, 0

В качестве засыпок используются, в основном, естественные теплоизоляционные материалы: диатомит, инфузорная земля, трепел и вермикулит. Первые три материала имеют состав SiO₂× nH₂O.

Диатомит – продукт разложения водорослей, имеет рыхлую землистую структуру. Применяют в виде порошка или изделий, изготовленных на глинистой связке: плотность изделий 500, 600 и 700 кг/м³, коэффициент теплопроводности соответственно равен 0, 18, 0, 21, 0, 27 Вт/(м× К). Коэффициент теплопроводности засыпки из диатомита колеблется в пределах 0, 12-0, 16 Вт/(м× К). Предельная температура применения диатомитовых изделий 1000 °С, засыпки 900 °С.

Инфузорная земля является продуктом разложения животных организмов; применяют чаще в виде порошка.

Трепел – продукт выветривания горных пород, пористый материал с низкой теплопроводностью; применяют в виде порошка или изделий. По свойствам изделия из трепела близки к диатомитовым.

Вермикулит — это разновидность слюды, имеющая способность при нагреве значительно увеличивать свой объем. Используют вермикулит в виде засыпки или в виде плит. Применяется до температуры 700-900 °С. В обожженном виде носит название – зонолит. Предельная температура применения зонолита 1000-1100 °С. Коэффициент теплопроводности вермикулита и зонолита 0, 1 Вт/(м× К).

К неогнеупорным изоляционным материалам относится асбест. Асбест является водным силикатом магния состава 3MgO× 2SiO₂× 2H₂O, имеет волокнистое строение, пористый. Применяют в виде крошки для засыпки или в виде изделий – шнура, картона, плит, ткани и ваты.