ลองจินตนาการถึงเตาอบขนาดใหญ่ของโรงงานผลิตเหล็ก ที่อุณหภูมิสูงถึงพันๆ องศาเซลเซียสจํานวนมากของพลังงานความร้อนจะหายไปในชั้นบรรยากาศ เสียทรัพยากรและส่งผลต่อสิ่งแวดล้อมรอบ ๆการแก้ไขการควบคุมอุณหภูมิสุดขั้วเหล่านี้และการปรับปรุงประสิทธิภาพของเตาอบอุตสาหกรรม อยู่ที่การเลือกและการใช้วัสดุที่ทนไฟอย่างยุทธศาสตร์
ก่อนที่จะศึกษาวัสดุที่ทนไฟ มันสําคัญที่จะเข้าใจกลไกหลักสามประการของการถ่ายทอดความร้อน
เตาอบอุตสาหกรรมประสบการณ์ทั้งสามปรากฏการณ์พร้อมกัน ก๊าซเตาอบร้อนส่งความร้อนไปยังผนังผ่านการคอนเวคชั่นและรังสี ในขณะที่ผนังนําความร้อนออกไปข้างนอกโดยไม่มีการกันหนาวที่เหมาะสม, พลังงานนี้เกิดการสูญเสียความร้อนที่สําคัญ
พล็อตเหล็กที่ความร้อน 400 ° F (204 ° C) กระจายแสงประมาณ 400 วัตต์ (1,400 BTU / ชั่วโมง) ต่อตารางฟุตไปยังอากาศรอบ ๆ. ในเตาอุตสาหกรรมขนาดใหญ่, ความสูญเสียเหล่านี้กลายเป็นใหญ่ขึ้นอย่างกราฟ.
วัสดุที่ไม่เป็นโลหะพิเศษเหล่านี้รักษาความสมบูรณ์แบบของโครงสร้างในอุณหภูมิที่เกิน 1,000 ° F (538 ° C)ทําหน้าที่สําคัญในการใช้งานอุตสาหกรรมอุณหภูมิสูงต่างๆ รวมถึงเตาผิงโลหะ, เซรามิกฟอง และสถานที่ผลิตซีเมนต์
สารไฟที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด ซึ่งประกอบด้วยดินและแร่ธาตุที่ทนความร้อนอื่นๆ ส่งความมั่นคงทางความร้อนและความทนทานต่อการบดลงที่ดีเยี่ยมสําหรับการใช้งานในเตาหล่อหลายชนิด
วัสดุกันไฟเบา ผลิตจากสารประกอบอลูมิเนีย-ซิลิก้า มีความสามารถในการนําไฟที่ต่ํามาก ทําให้มันเหมาะสมสําหรับผนังเตาอบและการประปา
วัสดุความบริสุทธิ์สูง มีความทนทานต่ออุณหภูมิที่พิเศษ ความแข็งแรงทางกล และความมั่นคงทางเคมี เหมาะสําหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงมาก
วัสดุที่มีฐานควอตซ์ที่มีความทนทานต่อกรดและความทนทานต่อความร้อนสูง
วัสดุระดับพรีเมียมที่มีจุดละลายที่พิเศษ และความทนทานต่อการกระแทกทางความร้อน
วัสดุที่มีฐานคาร์บอน (คอกซ์, กราฟิต) ที่มีความทนต่อการกระแทกทางความร้อนและความเข้ากันได้อย่างยอดเยี่ยม ใช้เป็นหลักในเตาอบสูงและเตาอบวงจรไฟฟ้า
วัสดุที่แข็งแรงอย่างพิเศษ ที่มีความทนทานต่อการสกัด, ความมั่นคงต่อการออกซิเดชั่น และความสามารถในการนําไฟได้
การคัดเลือกไฟที่ทนทานได้ดีที่สุด ต้องการการประเมินเชิงครบวงจรของปัจจัยหลายอย่าง
ความสามารถในการนําความร้อน (k):ปริมาตรสําคัญนี้วัดใน BTU·in/ ((hr·ft2·°F) หรือ W/ ((m·K) จะระบุปริมาณความสามารถในการถ่ายทอดความร้อนของวัสดุ
ค่า R:ค่ากลับกันของความสามารถในการนําไฟฟ้าที่แสดงถึงประสิทธิภาพในการกันความร้อน ค่าที่สูงขึ้นแสดงถึงความทนความร้อนที่ดีกว่า
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ผนังเตาอบที่หนากว่าไม่ได้ผลดีต่อการกันความร้อนเสมอไป ผนังจะดูดซึมความร้อนระหว่างการใช้งาน หากวงจรการทําความร้อนสั้น ๆ ผนังอาจไม่บรรลุความอิ่มความร้อนก่อนการเริ่มต้นการเย็นในกรณีดังกล่าว, ความหนาเกินสามารถเพิ่มการบริโภคพลังงานโดยการชะลออัตราการเย็น
วัสดุเหล่านี้ถูกออกแบบมาโดยเฉพาะสําหรับการจัดการทางความร้อน มีความสามารถในการนําไฟที่ต่ําและมีขุมขวางสูง เกรดประสิทธิภาพ (เช่น K-30) แสดงถึงอุณหภูมิการใช้งานสูงสุด (3,000 ° F/1,649 °C) ก่อนเกิดการปรับปรุง.
การนําอากาศที่ต่ําโดยธรรมชาติ (0.16 BTU·in / ((hr·ft2·°F)) เมื่อเทียบกับอิฐมาตรฐาน (2.13-3.7 BTU·in / ((hr·ft2·°F))) อธิบายว่าทําไมโครงสร้างไมโครโปโรเรสจะเพิ่มความคุ้มกันวัสดุที่ทันสมัย เช่น เซรามิกฟอง เป็นตัวอย่างของหลักการนี้.
คอนเวกชั่นเป็นหลักในอุณหภูมิต่ํากว่า ขณะที่รังสีจะกลายเป็นหลักเมื่อพื้นผิวไฟผิวเรียบของสารเรฟราคเตอร์ ช่วยเพิ่มการใช้งานความร้อนที่รังสี.
การทํางานเหนือ 2,000 °C ต้องการสารค้อนคาร์บอนและคอรอนดัมเพื่อทนต่อโลหะหลอมและ slag
ในอุณหภูมิ ~ 1,450 °C ผนัง magnesia-chrome และ spinel ทนต่อการโจมตีของคลินเกอร์และอัลคาลีน
ซิลิค้าและวัสดุซิรคอนิโอ-โครอนดัมป้องกันจากกระจกหลอม 1,600 °C
มูลลิตและอัลลูมินา-มูลลิตที่ทนทานสามารถรองรับสภาพการเผาที่หลากหลาย
วัสดุที่ทนไฟเป็นรากฐานของการทํางานของเตาอุตสาหกรรมที่มีประสิทธิภาพและทนทานและความต้องการในการใช้งาน, วิศวกรสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานในขณะที่ขยายอายุการใช้งานของอุปกรณ์
ลองจินตนาการถึงเตาอบขนาดใหญ่ของโรงงานผลิตเหล็ก ที่อุณหภูมิสูงถึงพันๆ องศาเซลเซียสจํานวนมากของพลังงานความร้อนจะหายไปในชั้นบรรยากาศ เสียทรัพยากรและส่งผลต่อสิ่งแวดล้อมรอบ ๆการแก้ไขการควบคุมอุณหภูมิสุดขั้วเหล่านี้และการปรับปรุงประสิทธิภาพของเตาอบอุตสาหกรรม อยู่ที่การเลือกและการใช้วัสดุที่ทนไฟอย่างยุทธศาสตร์
ก่อนที่จะศึกษาวัสดุที่ทนไฟ มันสําคัญที่จะเข้าใจกลไกหลักสามประการของการถ่ายทอดความร้อน
เตาอบอุตสาหกรรมประสบการณ์ทั้งสามปรากฏการณ์พร้อมกัน ก๊าซเตาอบร้อนส่งความร้อนไปยังผนังผ่านการคอนเวคชั่นและรังสี ในขณะที่ผนังนําความร้อนออกไปข้างนอกโดยไม่มีการกันหนาวที่เหมาะสม, พลังงานนี้เกิดการสูญเสียความร้อนที่สําคัญ
พล็อตเหล็กที่ความร้อน 400 ° F (204 ° C) กระจายแสงประมาณ 400 วัตต์ (1,400 BTU / ชั่วโมง) ต่อตารางฟุตไปยังอากาศรอบ ๆ. ในเตาอุตสาหกรรมขนาดใหญ่, ความสูญเสียเหล่านี้กลายเป็นใหญ่ขึ้นอย่างกราฟ.
วัสดุที่ไม่เป็นโลหะพิเศษเหล่านี้รักษาความสมบูรณ์แบบของโครงสร้างในอุณหภูมิที่เกิน 1,000 ° F (538 ° C)ทําหน้าที่สําคัญในการใช้งานอุตสาหกรรมอุณหภูมิสูงต่างๆ รวมถึงเตาผิงโลหะ, เซรามิกฟอง และสถานที่ผลิตซีเมนต์
สารไฟที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด ซึ่งประกอบด้วยดินและแร่ธาตุที่ทนความร้อนอื่นๆ ส่งความมั่นคงทางความร้อนและความทนทานต่อการบดลงที่ดีเยี่ยมสําหรับการใช้งานในเตาหล่อหลายชนิด
วัสดุกันไฟเบา ผลิตจากสารประกอบอลูมิเนีย-ซิลิก้า มีความสามารถในการนําไฟที่ต่ํามาก ทําให้มันเหมาะสมสําหรับผนังเตาอบและการประปา
วัสดุความบริสุทธิ์สูง มีความทนทานต่ออุณหภูมิที่พิเศษ ความแข็งแรงทางกล และความมั่นคงทางเคมี เหมาะสําหรับสภาพแวดล้อมที่รุนแรงมาก
วัสดุที่มีฐานควอตซ์ที่มีความทนทานต่อกรดและความทนทานต่อความร้อนสูง
วัสดุระดับพรีเมียมที่มีจุดละลายที่พิเศษ และความทนทานต่อการกระแทกทางความร้อน
วัสดุที่มีฐานคาร์บอน (คอกซ์, กราฟิต) ที่มีความทนต่อการกระแทกทางความร้อนและความเข้ากันได้อย่างยอดเยี่ยม ใช้เป็นหลักในเตาอบสูงและเตาอบวงจรไฟฟ้า
วัสดุที่แข็งแรงอย่างพิเศษ ที่มีความทนทานต่อการสกัด, ความมั่นคงต่อการออกซิเดชั่น และความสามารถในการนําไฟได้
การคัดเลือกไฟที่ทนทานได้ดีที่สุด ต้องการการประเมินเชิงครบวงจรของปัจจัยหลายอย่าง
ความสามารถในการนําความร้อน (k):ปริมาตรสําคัญนี้วัดใน BTU·in/ ((hr·ft2·°F) หรือ W/ ((m·K) จะระบุปริมาณความสามารถในการถ่ายทอดความร้อนของวัสดุ
ค่า R:ค่ากลับกันของความสามารถในการนําไฟฟ้าที่แสดงถึงประสิทธิภาพในการกันความร้อน ค่าที่สูงขึ้นแสดงถึงความทนความร้อนที่ดีกว่า
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ผนังเตาอบที่หนากว่าไม่ได้ผลดีต่อการกันความร้อนเสมอไป ผนังจะดูดซึมความร้อนระหว่างการใช้งาน หากวงจรการทําความร้อนสั้น ๆ ผนังอาจไม่บรรลุความอิ่มความร้อนก่อนการเริ่มต้นการเย็นในกรณีดังกล่าว, ความหนาเกินสามารถเพิ่มการบริโภคพลังงานโดยการชะลออัตราการเย็น
วัสดุเหล่านี้ถูกออกแบบมาโดยเฉพาะสําหรับการจัดการทางความร้อน มีความสามารถในการนําไฟที่ต่ําและมีขุมขวางสูง เกรดประสิทธิภาพ (เช่น K-30) แสดงถึงอุณหภูมิการใช้งานสูงสุด (3,000 ° F/1,649 °C) ก่อนเกิดการปรับปรุง.
การนําอากาศที่ต่ําโดยธรรมชาติ (0.16 BTU·in / ((hr·ft2·°F)) เมื่อเทียบกับอิฐมาตรฐาน (2.13-3.7 BTU·in / ((hr·ft2·°F))) อธิบายว่าทําไมโครงสร้างไมโครโปโรเรสจะเพิ่มความคุ้มกันวัสดุที่ทันสมัย เช่น เซรามิกฟอง เป็นตัวอย่างของหลักการนี้.
คอนเวกชั่นเป็นหลักในอุณหภูมิต่ํากว่า ขณะที่รังสีจะกลายเป็นหลักเมื่อพื้นผิวไฟผิวเรียบของสารเรฟราคเตอร์ ช่วยเพิ่มการใช้งานความร้อนที่รังสี.
การทํางานเหนือ 2,000 °C ต้องการสารค้อนคาร์บอนและคอรอนดัมเพื่อทนต่อโลหะหลอมและ slag
ในอุณหภูมิ ~ 1,450 °C ผนัง magnesia-chrome และ spinel ทนต่อการโจมตีของคลินเกอร์และอัลคาลีน
ซิลิค้าและวัสดุซิรคอนิโอ-โครอนดัมป้องกันจากกระจกหลอม 1,600 °C
มูลลิตและอัลลูมินา-มูลลิตที่ทนทานสามารถรองรับสภาพการเผาที่หลากหลาย
วัสดุที่ทนไฟเป็นรากฐานของการทํางานของเตาอุตสาหกรรมที่มีประสิทธิภาพและทนทานและความต้องการในการใช้งาน, วิศวกรสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานในขณะที่ขยายอายุการใช้งานของอุปกรณ์