Материалы для высокотемпературной теплоизоляции

При производстве тепловой энергии необходимы материалы, длительное время выдерживающие высокие температуры, то есть являющиеся огнеупорными.

По общепринятым представлениям, огнеупорными материалами (огнеупорами) называются материалы, применяемые для постройки различных промышленных печей, топок и аппаратов, работающих в условиях высокотемпературного (выше 1000°) нагрева.

В отличие от других строительных материалов, к огнеупорам предъявляются особые требования.

Температура нагрева в современных промышленных печах и топках колеблется в пределах 1000−1800°С, поэтому огнеупорные материалы должны обладать огнеупорностью, то есть способностью противостоять действию высоких температур, не деформируясь и не расплавляясь.

Все огнеупорные изделия подразделяются по следующим признакам.

По степени огнеупорности — на огнеупорные (от 1580 до 1770°С), высокоогнеупорные (от 1770 до 2000°С), высшей огнеупорности (выше 2000°С).

По форме и размерам — на нормальный кирпич («прямой» и «клиновой») и фасонные изделия (простые, сложные, особо сложные и крупноблочные).

По способу изготовления — на изделия, полученные пластическим формованием (прессованием), полусухим прессованием или трамбованием из порошкообразных непластичных масс, литьем из шликера и расплава, выпиливанием из горных пород.

По характеру термической обработки — на безобжиговые, обожженные и отлитые из расплава.

По характеру их пористости (плотности) — спекшиеся с пористостью менее 1%; плотные с пористостью 10−30%; высокопористые (легковесные) с пористостью более 45%.

Основные типы огнеупоров представлены в таблице 9.

Огнеупорность материала, в первую очередь, определяется его химико-минералогическим составом. Наибольший интерес для высокотемпературной теплоизоляции представляют высокопористые огнеупоры с общей пористостью более 45%.

Таблица 9.

Основные типы огнеупоров.

Пористые легковесы

Изделия, имеющие общую пористость 45% и более, пониженную среднюю плотность (0,4−1,4 г/см³) и теплопроводность, называют теплоизоляционными, или легковесными.

Легковесные огнеупорные материалы применяют, главным образом, для устройства внутренней или наружной тепловой изоляции промышленных печей, теплопроводов и другого термического оборудования. Более 50% всех выпускаемых изделий используют в черной металлургии, 20% - в машиностроении, остальные — в промышленности строительных материалов, химической и других отраслях.

Изготавливают теплоизоляционные изделия динасовые, шамотные, высокоглиноземистые, корундовые (редко — некоторые другие) по ГОСТ 5040–96 в виде кирпичей нормальных размеров и фасонные — относительно простой формы (главным образом, шамотные). Изделия изготавливают прессованием (полусухим и пластическим способами) и литьем из глин, каолинов, технического глинозема, дистенсиллиманитового концентрата и других видов огнеупорного сырья с введением органических добавок в шихту, выгорающих при обжиге, или соответствующих пенои газообразователей — в суспензию огнеупорного материала.

Волокнистые легковесы

Большое значение для высокотемпературной теплоизоляции приобрели в последние годы изделия волокнистого строения с низкой теплопроводностью, которые изготавливают в виде плит прямоугольной формы из огнеупорной ваты с различными связующими, а также в виде войлока, картона, матов, рулонного материала.

Технология получения огнеупорных волокон не имеет принципиальных отличий от технологии минеральной ваты. В мировой практике для промышленной тепловой изоляции наиболее широко применяют алюмосиликатные волокна, получаемые методом раздува расплава. К таким волокнам относят «Каовул», «Файберфракс» (США), «Тритон каовул» (Англия), «I-27» (Япония), «Резистекс» (Чехия), муллитокремнеземистое волокно (каолиновая вата) «МКРВ» (Россия).

В качестве связующих при производстве муллитокремнеземистых изделий применяют силикатное (жидкое) стекло, глиноземистый цемент, огнеупорные глины, кремнеорганические связующие.