一、隔熱耐火材料的體積密度與氣孔率

隔熱耐火材料的體積密度和氣孔率與其熱導(dǎo)率、熱容和強(qiáng)度等性能有密切關(guān)系，是隔熱耐火材料的重要質(zhì)量指標(biāo)。

體積密度系指材料的質(zhì)量與材料的總體積之比，當(dāng)材料的化學(xué)和礦物組成一定時(shí)，它表示材料的密實(shí)程度。一般而言，一般隔熱耐火材料的熱導(dǎo)率隨著體積密度的增加而提高。因此，為了提高隔熱保溫效果，一般選用密度盡量小的隔熱材料。但事實(shí)上，隔熱耐火材料的組織結(jié)構(gòu)，即固相與氣相的組合方式對材料的熱導(dǎo)率有重要的影響，在選用隔熱耐火材料時(shí)需要特別加以注意，在密度相同的情況下，熱導(dǎo)率最小的材料為纖維排列方向與熱流傳遞方向垂直的耐火纖維隔熱材料，其次為輕質(zhì)耐火粉粒填充保溫隔熱層，固相連續(xù)的多孔結(jié)構(gòu)制品，纖維與熱流傳方向平行的纖維隔熱制品。

氣孔率系指隔熱材料的氣孔體積與材料的總體積之比，以百分率表示。由于輕質(zhì)隔熱耐火材料的隔熱功能主要就是利用氣孔中空氣的隔熱作用，因而氣孔率的大小對材料的導(dǎo)熱性能有決定性的影響。它與體積密度正好相反，隔熱材料的氣孔率越高，其熱導(dǎo)率越小。但是，如前所述，材料的性能取決于材料的組織結(jié)構(gòu)。

二、隔熱耐火材料的隔熱性能

1、隔熱耐火材料中的傳熱過程

在絕對零度時(shí)，耐火材料爐襯中的所有分子都處于絕對靜止?fàn)顟B(tài)，一切分子運(yùn)動(dòng)都停止，沒有熱運(yùn)動(dòng)和熱傳遞現(xiàn)象發(fā)生。當(dāng)窯爐開始操作，溫度升高，爐襯材料熱面上的分子運(yùn)動(dòng)隨之開始。隨著窯爐溫度的升高，分子運(yùn)動(dòng)加快和相互碰撞作用逐漸加劇。分子碰撞作用把動(dòng)能從動(dòng)能較高的分子傳遞給動(dòng)能較低的其他分子，結(jié)果熱從熱面流向冷面，這種熱傳遞機(jī)理稱為熱傳導(dǎo)。與此同時(shí)，存在于耐火材料氣孔中的空氣會(huì)沿著氣孔通道從爐襯的熱面流向冷面，從而也把熱量從爐襯的熱面帶至爐襯的冷面，這種熱流動(dòng)機(jī)理稱為對流。不過，在耐火材料中，氣孔和氣孔通道通常都很小，氣流阻力很大，因而耐火材料內(nèi)的對流傳熱所起的作用甚小，一般都可以忽略不計(jì)。隨著溫度繼續(xù)升高，受熱分子的動(dòng)能增大，并以電磁波的形式向四周輻射能量的能力增強(qiáng)，溫度越高，輻射能力越強(qiáng)，這種傳熱機(jī)理稱為輻射傳熱。從窯爐爐膛內(nèi)經(jīng)過耐火材料工作襯和隔熱材料傳遞出的熱量，最后從爐襯的冷面經(jīng)對流和輻射傳熱散失在周圍環(huán)境中。

隔熱耐火材料是由一種或幾種晶相、玻璃相和氣相組成的非均質(zhì)多相體系材料，使用溫度可從低溫、中溫至1000℃以上的高溫。因此，上述爐襯耐火材料內(nèi)的熱傳遞過程受材料的物相組成、性質(zhì)、數(shù)量及其在材料中的分布情況等因素的影響。

2、氣孔對傳熱的影響

隔熱耐火材料的氣孔率一般都在45%以上。也就是說，從體積上看，氣相是隔熱耐火材料的一種主要物相，顯然，它對隔熱耐火材料的熱導(dǎo)率有舉足輕重的影響。為分析方便起見，根據(jù)上述隔熱耐火材料的組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可把隔熱耐火材料中的固相與氣相的組合形式理想化的3種模型：固相與氣相以平行板組合型；固相連續(xù)型；氣相連續(xù)型。

三、隔熱耐火材料的強(qiáng)度

由于隔熱耐火材料的氣孔率高，因而強(qiáng)度一般的較低，通常在使用時(shí)不承受荷重，并受致密耐火材料爐襯的保護(hù)。但是，為了防止運(yùn)輸和施工等過程的損壞，要求具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度。在有些情況下，隔熱耐火材料直接與火焰和爐氣接觸，并承受一定的荷重，在這種場合下使用時(shí)，隔熱耐火材料的強(qiáng)度和抗氣流沖刷作用的能力就變得重要了。

隔熱耐火材料的強(qiáng)度與體積密度有著密切的關(guān)系，強(qiáng)度一般隨體積密度的提高而提高。應(yīng)當(dāng)注意的是組織結(jié)構(gòu)類型對強(qiáng)度有很大的影響。在體積密度相同的情況下，顯然，固相連續(xù)的材料的強(qiáng)度較高，而氣相連續(xù)的材料的強(qiáng)度則較低。例如，用泡沫法生產(chǎn)的輕質(zhì)磚的強(qiáng)度要比用可燃物法生產(chǎn)的輕質(zhì)磚的強(qiáng)度高。

四、隔熱耐火材料的耐熱性

由于輕質(zhì)隔熱耐火材料中含有大量的氣孔，比表面很大，使用時(shí)受熱和在負(fù)荷的作用下，易發(fā)生收縮變形并使隔熱性能降低。因此，要求隔熱耐火材料的體積和外形在長期使用過程中歐能保持穩(wěn)定，即要求具有良好的體積穩(wěn)定性。不然，收縮作用可導(dǎo)致爐體結(jié)構(gòu)變形和產(chǎn)生裂紋，增加散熱損失。因此，耐熱性能是輕質(zhì)隔熱耐火材料的意向重要指標(biāo)。隔熱耐火材料的耐熱性通常不取決于它們的耐火度，而主要是取決于抵抗在熱作用下收縮變形的能力。國際上一般都以重?zé)湛s量不大于2%溫度作為隔熱耐火材料的使用溫度。對于同一品種的隔熱材料而言，使用溫度一般是隨著體積密度的增大而提高。顯然，這是因?yàn)樵隗w積密度大的材料中，固相顆粒之間的結(jié)合比較連續(xù)和牢固，因而可以保持較高的體積穩(wěn)定性。