耐火材料导热系数的特性与影响因素综述
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参考文献 ［１］陆 果 ． 基 础 物 理 学 教 程 ［Ｍ ］． 北 京 ： 高 等 教 育 出 版 社 ， １９９８ ［２］赵 在 忠，童 培 雄，杨 莉 敏，沈 元 华．演 示 实 验 和 文 科 物 理 教 学 ［Ｊ］． 物 理 实 验 ，２００３，２３（６）：２４～２６ ［３］ 孙 亚 娟 ． 文 科 物 理 教 学 探 索 ［Ｊ］． 科 技 信 息（ 学 术 研 究 ） ， ２００７， ３６： ４５２
Hale Waihona Puke Baidu
通常， 由晶体构成的耐火材料随温度升高， 其热阻增加， 导 热 系 数 呈 线 性 下 降 ， 即 ｄλ ＜ ０ 。 但 是 ， 有 些 氧 化 物 在 高 温 下
ｄｔ 由 于 辐 射 热 作 用 逐 渐 起 了 主 要 作 用 ， 导 热 系 数 相 应 地 增 加 。如 ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３ 等 在 １５００℃ 左 右 ， 就 出 现 此 种 现 象 。
３． 影响导热系数的因素 各种耐火材料的导热系数与其化学矿物组成和组织结构 以及温度密切相关。 当耐火材料是由晶体构成时， 晶体的性质对导热系数有 明 显 的 影 响 。无 机 非 金 属 材 料 中 晶 格 振 动 偏 离 谐 振 程 度 愈 大 ， 导热系数愈小。而晶格振动偏离程度又随构成各组分物质原 子量的差别增大而增加， 所以单质的导热系数最大。 具有复杂结构的晶体， 对晶格波热散射作用更大， 导热系 数 变 得 更 小 。非 同 向 性 晶 体 ， 在 沿 晶 体 中 质 点 堆 积 比 较 紧 密 的
１． 前言 耐 火 材 料 是 耐 火 度 不 低 于 １５８０℃ 的 无 机 非 金 属 材 料 ， 是 用作高温窑炉等热工设备的结构材料， 以及工业用高温容器 和部件的材料， 并能承受相应的物理化学变化及机械作用。 大部分耐火材料是以天然矿石为原料制造的， 它是由多 种不同化学成分及不同结构矿物组成的非匀质体， 其若干性 质 均 取 决 于 其 中 的 物 相 组 成 、分 布 及 各 相 的 特 性 。 ２． 耐火材料的导热系数 耐火 材料 导热 性 ， 以导 热系 数 表示 。导热 系 数表 示在 能 量 传递过程中， 热量从温度较高部分传至温度较低部分的数量。 当热流为均匀单向稳定状态， 固体内的温度梯度为线性变化 时 ， 在 ｔ 时 间 内 通 过 与 热 流 方 向 垂 直 的 两 面（ 面 积 为 Ｆ ， 其 间 温 度 差 为 Ｔ１－ Ｔ２ ， 厚 度 为 Ｌ） 的 总 热 量 为 Ｑ， 则 导 热 系 数 λ为 λ＝ ＱＬ ， Ｗ／ｍ·℃ Ｆ（Ｔ１－ Ｔ２）ｔ
由玻璃相构成的耐火材料或含有玻璃相的耐火材料， 在 较 低 温 度 范 围 内 随 温 度 升 高 比 热 容 增 大 ， 到 ５００℃ 以 上 热 辐 射 作 用 增 大 ， 故 其 导 热 系 数 随 温 度 升 高 而 增 加 ， 即 ｄλ ＞ ０ 。
ｄｔ ４． 结束语 耐火材料的导热系数是热工计算的基本数据。材料的导 热系数是隔热材料的最重要的指标。因此， 对隔热耐火材料， 在保证其具有相当的化学和力学等性能的基础上， 应力求降 低 其 导 热 系 数 。对 某 些 隔 焰 加 热 炉 用 耐 火 材 料 ， 提 高 其 导 热 系 数对节能和提高热效率是十分重要的。
方向， 导热系数较大。如石英沿 Ｃ 轴方向质点堆积较紧密， 故 其 导 热 系 数（ １３．６Ｗ／ｍ·℃） 约 为 垂 直 于 Ｃ 轴 者（ ７．２Ｗ／ｍ·℃） 的 ２ 倍。又如层状结构的石墨， 平行于层面方向的导热系数约为 垂直于层间方向的 ４ 倍。
当耐火材料含有玻璃相时， 由于非晶质的结构无序， 原子 间撞击机率大， 散射作用大， 故与晶体相比， 其导热系数较低。 如 石 英 沿 其 Ｃ 轴 导 热 系 数 虽 较 低（ ７．２ Ｗ／ｍ·℃） ， 但 仍 较 石 英 玻 璃（ １．３８ Ｗ／ｍ·℃） 高 得 多 。可 见 ， 若 多 相 材 料 中 存 在 玻 璃 相 ， 其导热系数也相应地降低。
２．３ 融 会 物 理 思 想 ， 使 学 生 欣 赏 到 物 理 学 中 的“ 艺 术 与 美 ” 文 科 物 理 的 课 程 目 标 与 教 学 任 务 为 ： 主 要 介 绍 ２０ 世 纪 物 理学的重大成就及物理学在现代高新技术中的应用。通过本 课程的学习， 使学生获得物理学基本知识， 拓展学生的知识 面， 培养学生的科学思维方法和研究方法， 提高文科学生的 自 然 科 学 素 质 ［３］。因 此 文 科 物 理 的 教 学 重 点 在 于 使 学 生 掌 握 物 理 学 的 科 学 思 想 和 科 学 方 法 ， 而 非 科 学 定 律 本 身 。从 而 决 定 了 文科物理教学应以物理学的发展为主线， 贯穿物理学发展的 主脉及其哲学思想体系， 着重介绍物理学发展史上的一些具 有里程碑意义的重大发现过程和在此过程中所体现的一些著 名 物 理 学 家 的 哲 学 思 想 。文 科 物 理 教 学 应 从 欣 赏 的 角 度 ， 以 科 普 的 形 式 ， 通 过 以“ 事 例 ”讲“ 事 理 ”， 在 引 导 学 生 欣 赏 物 理 学 美 与真的过程中， 使学生在潜移默化中获得物理学基本知识并 提 高 了 自 己 的 科 学 素 养 。如 在 课 堂 上 播 放 物 理 学 家 、诺 贝 尔 奖 获 得 者 杨 振 宁 的 演 讲“ 物 理 学 与 美 ”。通 过 科 学 大 师 的 论 述 ， 体 会物理学形式的美， 对称的美， 和谐的美， 感受到科学与艺术 的 相 通 。 尝 试 专 题 和 讲 座 的 授 课 方 式 ， 如 “ 纳 米 科 技 简 介 ”、 “ 后 基 因 组 时 代 ”等 专 题 ， 使 学 生 如 同 上“ 艺 术 欣 赏 ”课 一 样 ， 欣
各 种 耐 火 材 料 的 导 热 系 数 往 往 差 别 很 大 。而 且 随 温 度 的 变化， 各种耐火材料导热系数增减趋势也迥异。在常温下， 各 种 耐 火 材 料 的 导 热 系 数 可 从 百 分 之 几 到 数 十（ Ｗ／ｍ·℃） 。最 高 与 最 低 值 相 差 近 千 倍 。在 １０００℃ 时 ， 各 种 耐 火 材 料 间 的 导 热 系 数 也 相 差 百 倍 以 上 。随 着 温 度 的 升 高 ， 各 种 耐 火 材 料 的 导 热 系 数差值虽趋于减小， 但仍相差数十倍。
（ 上 接 第 ７１ 页） 实 验 室 里 的 仪 器 带 到 课 堂 上 来 ， 将 ２ 个 偏 振 片的偏振轴垂直紧贴在玻璃量筒壁面， 做成肉眼看上去很清 楚 的 分 界 面 ， 就 仿 佛 玻 璃 量 筒 中 间 有 一 层 隔 离 层 一 样 。这 魔 术 般的现象一定会引起学生的好奇， 当谜底揭开， 他们也就牢牢 地 记 住 偏 振 原 理 了 ［２］。 演 示 实 验 与 多 媒 体 教 学 二 者 相 互 结 合 ， 一 动 一 静 ， 相 应 成 辉 ， 全 方 位 刺 激 了 学 生 的 眼 、耳 、手 、脑 ， 充 分 调动其积极性从而达到教学效果的最优。
当耐火材料中含有气相时， 由于气体的导热系数比任何固 体 都 小 ， 所 以 材 料 中 存 有 气 孔 会 显 著 降 低 其 导 热 率 。若 热 流 同 时 通 过 气 相 和 固 相 传 导 ， 则 此 材 料 的 导 热 系 数（ λ） 取 决 于 其 中 固 体 组 分 的 导 热 系 数（ λｓ） 与 材 料 的 气 孔 率（ ｐ） ， 即 λ＝（ １－ ｐ） λｓ 。 这 就 是轻质多孔材料导热系数很低的基本原因。
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耐火材料导热系数的特性与影响因素综述
荆楚理工学院 王小萍 黄绪泉 成 立
［摘 要］本 文 分 析 了 耐 火 材 料 导 热 系 数 的 特 性 ， 并 从 化 学 矿 物 组 成 、组 织 结 构 和 温 度 三 个 方 面 讨 论 了 耐 火 材 料 导 热系数的影响因素， 为调整导热系数到适当高低提供参考依据。 ［关键词］耐 火 材 料 导 热 系 数 组 成 结 构 温 度
— ７２ —
赏到物理学中的科学艺术， 使文科学生不再抗拒科学文化的 熏陶。
２．４ 转变观念， 活化考核方式 针对文科学生普遍数学基础差， 没有高等数学知识， 计算 能力低的特点， 文科物理的考核内容应注意考查基本的物理 概 念 、规 律 和 物 理 思 想 及 方 法 ， 避 免 难 度 较 高 的 理 论 计 算 及 应 用 。考 核 方 式 上 也 应 灵 活 多 变 ， 可 以 采 取 平 时 成 绩 与 期 末 考 试 相 结 合 的 方 式 。 平 时 成 绩 以 作 业 、小 论 文 或 实 验 设 计 等 为 主 ， 用灵活多变的考核方式带动学生平时的学习兴趣。 ３ 结束语 我校文科物理课程的教学目前还处于摸索与探讨阶段， 而国内成功开设这门课程的学校也很少， 仅限于为数不多的 名 牌 院 校 。因 此 我 们 会 积 极 借 鉴 国 内 的 成 功 教 学 经 验 ， 结 合 我 校的学生特点和在教学实践中发现的问题， 勇于探索， 大胆创 新， 不断改进教学方法， 努力提高教学质量， 用教师的科学激 情点燃学生的学习热情， 为社会培养出更多科学文化素质高， 综合能力强的复合型人才。
Hale Waihona Puke Baidu
通常， 由晶体构成的耐火材料随温度升高， 其热阻增加， 导 热 系 数 呈 线 性 下 降 ， 即 ｄλ ＜ ０ 。 但 是 ， 有 些 氧 化 物 在 高 温 下
ｄｔ 由 于 辐 射 热 作 用 逐 渐 起 了 主 要 作 用 ， 导 热 系 数 相 应 地 增 加 。如 ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３ 等 在 １５００℃ 左 右 ， 就 出 现 此 种 现 象 。
３． 影响导热系数的因素 各种耐火材料的导热系数与其化学矿物组成和组织结构 以及温度密切相关。 当耐火材料是由晶体构成时， 晶体的性质对导热系数有 明 显 的 影 响 。无 机 非 金 属 材 料 中 晶 格 振 动 偏 离 谐 振 程 度 愈 大 ， 导热系数愈小。而晶格振动偏离程度又随构成各组分物质原 子量的差别增大而增加， 所以单质的导热系数最大。 具有复杂结构的晶体， 对晶格波热散射作用更大， 导热系 数 变 得 更 小 。非 同 向 性 晶 体 ， 在 沿 晶 体 中 质 点 堆 积 比 较 紧 密 的
１． 前言 耐 火 材 料 是 耐 火 度 不 低 于 １５８０℃ 的 无 机 非 金 属 材 料 ， 是 用作高温窑炉等热工设备的结构材料， 以及工业用高温容器 和部件的材料， 并能承受相应的物理化学变化及机械作用。 大部分耐火材料是以天然矿石为原料制造的， 它是由多 种不同化学成分及不同结构矿物组成的非匀质体， 其若干性 质 均 取 决 于 其 中 的 物 相 组 成 、分 布 及 各 相 的 特 性 。 ２． 耐火材料的导热系数 耐火 材料 导热 性 ， 以导 热系 数 表示 。导热 系 数表 示在 能 量 传递过程中， 热量从温度较高部分传至温度较低部分的数量。 当热流为均匀单向稳定状态， 固体内的温度梯度为线性变化 时 ， 在 ｔ 时 间 内 通 过 与 热 流 方 向 垂 直 的 两 面（ 面 积 为 Ｆ ， 其 间 温 度 差 为 Ｔ１－ Ｔ２ ， 厚 度 为 Ｌ） 的 总 热 量 为 Ｑ， 则 导 热 系 数 λ为 λ＝ ＱＬ ， Ｗ／ｍ·℃ Ｆ（Ｔ１－ Ｔ２）ｔ
由玻璃相构成的耐火材料或含有玻璃相的耐火材料， 在 较 低 温 度 范 围 内 随 温 度 升 高 比 热 容 增 大 ， 到 ５００℃ 以 上 热 辐 射 作 用 增 大 ， 故 其 导 热 系 数 随 温 度 升 高 而 增 加 ， 即 ｄλ ＞ ０ 。
ｄｔ ４． 结束语 耐火材料的导热系数是热工计算的基本数据。材料的导 热系数是隔热材料的最重要的指标。因此， 对隔热耐火材料， 在保证其具有相当的化学和力学等性能的基础上， 应力求降 低 其 导 热 系 数 。对 某 些 隔 焰 加 热 炉 用 耐 火 材 料 ， 提 高 其 导 热 系 数对节能和提高热效率是十分重要的。
方向， 导热系数较大。如石英沿 Ｃ 轴方向质点堆积较紧密， 故 其 导 热 系 数（ １３．６Ｗ／ｍ·℃） 约 为 垂 直 于 Ｃ 轴 者（ ７．２Ｗ／ｍ·℃） 的 ２ 倍。又如层状结构的石墨， 平行于层面方向的导热系数约为 垂直于层间方向的 ４ 倍。
当耐火材料含有玻璃相时， 由于非晶质的结构无序， 原子 间撞击机率大， 散射作用大， 故与晶体相比， 其导热系数较低。 如 石 英 沿 其 Ｃ 轴 导 热 系 数 虽 较 低（ ７．２ Ｗ／ｍ·℃） ， 但 仍 较 石 英 玻 璃（ １．３８ Ｗ／ｍ·℃） 高 得 多 。可 见 ， 若 多 相 材 料 中 存 在 玻 璃 相 ， 其导热系数也相应地降低。
２．３ 融 会 物 理 思 想 ， 使 学 生 欣 赏 到 物 理 学 中 的“ 艺 术 与 美 ” 文 科 物 理 的 课 程 目 标 与 教 学 任 务 为 ： 主 要 介 绍 ２０ 世 纪 物 理学的重大成就及物理学在现代高新技术中的应用。通过本 课程的学习， 使学生获得物理学基本知识， 拓展学生的知识 面， 培养学生的科学思维方法和研究方法， 提高文科学生的 自 然 科 学 素 质 ［３］。因 此 文 科 物 理 的 教 学 重 点 在 于 使 学 生 掌 握 物 理 学 的 科 学 思 想 和 科 学 方 法 ， 而 非 科 学 定 律 本 身 。从 而 决 定 了 文科物理教学应以物理学的发展为主线， 贯穿物理学发展的 主脉及其哲学思想体系， 着重介绍物理学发展史上的一些具 有里程碑意义的重大发现过程和在此过程中所体现的一些著 名 物 理 学 家 的 哲 学 思 想 。文 科 物 理 教 学 应 从 欣 赏 的 角 度 ， 以 科 普 的 形 式 ， 通 过 以“ 事 例 ”讲“ 事 理 ”， 在 引 导 学 生 欣 赏 物 理 学 美 与真的过程中， 使学生在潜移默化中获得物理学基本知识并 提 高 了 自 己 的 科 学 素 养 。如 在 课 堂 上 播 放 物 理 学 家 、诺 贝 尔 奖 获 得 者 杨 振 宁 的 演 讲“ 物 理 学 与 美 ”。通 过 科 学 大 师 的 论 述 ， 体 会物理学形式的美， 对称的美， 和谐的美， 感受到科学与艺术 的 相 通 。 尝 试 专 题 和 讲 座 的 授 课 方 式 ， 如 “ 纳 米 科 技 简 介 ”、 “ 后 基 因 组 时 代 ”等 专 题 ， 使 学 生 如 同 上“ 艺 术 欣 赏 ”课 一 样 ， 欣
各 种 耐 火 材 料 的 导 热 系 数 往 往 差 别 很 大 。而 且 随 温 度 的 变化， 各种耐火材料导热系数增减趋势也迥异。在常温下， 各 种 耐 火 材 料 的 导 热 系 数 可 从 百 分 之 几 到 数 十（ Ｗ／ｍ·℃） 。最 高 与 最 低 值 相 差 近 千 倍 。在 １０００℃ 时 ， 各 种 耐 火 材 料 间 的 导 热 系 数 也 相 差 百 倍 以 上 。随 着 温 度 的 升 高 ， 各 种 耐 火 材 料 的 导 热 系 数差值虽趋于减小， 但仍相差数十倍。
（ 上 接 第 ７１ 页） 实 验 室 里 的 仪 器 带 到 课 堂 上 来 ， 将 ２ 个 偏 振 片的偏振轴垂直紧贴在玻璃量筒壁面， 做成肉眼看上去很清 楚 的 分 界 面 ， 就 仿 佛 玻 璃 量 筒 中 间 有 一 层 隔 离 层 一 样 。这 魔 术 般的现象一定会引起学生的好奇， 当谜底揭开， 他们也就牢牢 地 记 住 偏 振 原 理 了 ［２］。 演 示 实 验 与 多 媒 体 教 学 二 者 相 互 结 合 ， 一 动 一 静 ， 相 应 成 辉 ， 全 方 位 刺 激 了 学 生 的 眼 、耳 、手 、脑 ， 充 分 调动其积极性从而达到教学效果的最优。
当耐火材料中含有气相时， 由于气体的导热系数比任何固 体 都 小 ， 所 以 材 料 中 存 有 气 孔 会 显 著 降 低 其 导 热 率 。若 热 流 同 时 通 过 气 相 和 固 相 传 导 ， 则 此 材 料 的 导 热 系 数（ λ） 取 决 于 其 中 固 体 组 分 的 导 热 系 数（ λｓ） 与 材 料 的 气 孔 率（ ｐ） ， 即 λ＝（ １－ ｐ） λｓ 。 这 就 是轻质多孔材料导热系数很低的基本原因。
科技信息
高校理科研究
耐火材料导热系数的特性与影响因素综述
荆楚理工学院 王小萍 黄绪泉 成 立
［摘 要］本 文 分 析 了 耐 火 材 料 导 热 系 数 的 特 性 ， 并 从 化 学 矿 物 组 成 、组 织 结 构 和 温 度 三 个 方 面 讨 论 了 耐 火 材 料 导 热系数的影响因素， 为调整导热系数到适当高低提供参考依据。 ［关键词］耐 火 材 料 导 热 系 数 组 成 结 构 温 度
— ７２ —
赏到物理学中的科学艺术， 使文科学生不再抗拒科学文化的 熏陶。
２．４ 转变观念， 活化考核方式 针对文科学生普遍数学基础差， 没有高等数学知识， 计算 能力低的特点， 文科物理的考核内容应注意考查基本的物理 概 念 、规 律 和 物 理 思 想 及 方 法 ， 避 免 难 度 较 高 的 理 论 计 算 及 应 用 。考 核 方 式 上 也 应 灵 活 多 变 ， 可 以 采 取 平 时 成 绩 与 期 末 考 试 相 结 合 的 方 式 。 平 时 成 绩 以 作 业 、小 论 文 或 实 验 设 计 等 为 主 ， 用灵活多变的考核方式带动学生平时的学习兴趣。 ３ 结束语 我校文科物理课程的教学目前还处于摸索与探讨阶段， 而国内成功开设这门课程的学校也很少， 仅限于为数不多的 名 牌 院 校 。因 此 我 们 会 积 极 借 鉴 国 内 的 成 功 教 学 经 验 ， 结 合 我 校的学生特点和在教学实践中发现的问题， 勇于探索， 大胆创 新， 不断改进教学方法， 努力提高教学质量， 用教师的科学激 情点燃学生的学习热情， 为社会培养出更多科学文化素质高， 综合能力强的复合型人才。