1.3.2 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. 1.2). Марка кирпича в табл. 1.2 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 1.2 – Свойства легковесных огнеупорных изделий

№пп	Тип и марка изделия	Плотность – , т/м3	, С	Коэф. теплопроводности – , Вт/(мК)	Уд. теплоемкость – с, кДж/(кгК) в интервале 0‑1400 С
1	Динас ДЛ-1,2	1,2	1500	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
5	Диатомитовый кирпич	0,5	1000	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.