Огнеупорные и теплоизоляционные материалы

 

 

Многие технологические процессы в промышленности про-

 

 

 

текают при высоких температурах (800–1300 ÉС). Для их осуще-

ствления необходимы особые конструкционные материалы (ог-

неупоры).

Для сохранения постоянства температур в аппаратах и тру-

бопроводах, для уменьшения потерь теплоты и холода (уменьше-

ния энергетических затрат на получение готовой продукции) и

создания нормальных условий при обслуживании агрегатов тре-

буется соответствующая изоляция оборудования. Для этих целей

промышленность выпускает разнообразные огнеупорные и теп-

лоизоляционные материалы.

Огнеупоры в зависимости от исходного сырья делят на 6 ос-

новных групп: 1) кремнеземистые; 2) алюмосиликатные; 3) маг-

незиальные, хромомагнезиальные; 4) углеродсодержащие; 5) ок-

сидные; 6) карбидные, боридные, нитридные.

Важнейшие их свойства:

– способность противостоять высокой температуре без плав-

ления или размягчения;

– шлакоустоичивость или способность противостоять действию

кислых и основных расплавленных веществ, золы и т. д.;

– термическая стойкость (способность огнеупоров выдерживать

без разрушения резкие колебания температуры);

– достаточная механическая прочность при высоких темпе-

ратурах.

Выбор материала производят в соответствии с наибольшей

рабочей температурой агрегата. По огнеупорности материалы

разделяют на огнеупорные (1580–1770 ÉС), высокоогнеупорные

(1770–2000 ÉС) и высшей огнеупорности (выше 2000 ÉС).

Представителем кремнеземистых огнеупоров является ди-

нас. Его изготовляют из кварцитов или песчаников. Динас хоро-

шо противостоит действию кислых шлаков, но не устойчив к ос-

новным шлакам, золе топлива и оксидам металлов, которые его

разъедают, образуя легкоплавкие силикаты. Недостатком динаса

является низкая термическая стойкость. Огнеупорность динаса

первого и второго классов составляет соответственно 1710 и 1690

ÉС (Тпл(SiO2) = 1720 ÉС).

К алюмосиликатным огнеупорам относят шамот, получив-

ший наибольшее распространение в промышленности основной

химии. Из шамотных кирпичей футеруют топки, печи для сжига-

 

 

 

ния серы и колчедана, шахтные, тамбурные печи в производствах

хлорида бария и гидроксида натрия и т. Д. Шамотные изделия

содержат до 46 % А12О3 (Тпл = 2050 ÉС), остальное – SiO2 и при-

меси. Они достаточно устойчивы к основным и кислым шлакам, а

также к резким изменениям температур. Шамотные изделия

классов А, Б и В имеют соответственно огнеупорность 1730, 1670

и 1610 ÉС. Температура начала деформации под нагрузкой 0,2

МПа составляет 1350–1400 ÉС.

Из магнезиальных огнеупоров наибольшего внимания заслу-

живают магнезитовые, доломитовые и хромомагнезиальные.

Магнезитовые огнеупоры на 90 % и более состоят из MgO

(Тпл = 2880 ÉС). Они стойки до 2000 ÉС и выше. Магнезитовые

изделия хорошо противостоят основным шлакам. Кислые шлаки

их разъедают. Не допускается примыкание футеровки из динаса и

шамота к магнезитовым огнеупорам, так как SiO2 динаса и шамо-

та будет взаимодействовать с MgO магнезита. При необходимо-

сти перехода от динаса к магнезиту (что является редким случа-

ем), его можно осуществить через огнеупоры, состоящие в ос-

новном из минерала форстерита (2MgO–SiO2). Термостойкость

магнезитовых огнеупоров ниже, чем динасовых.

Доломитовые огнеупоры изготавливают из обожженного

при 1500–1800 ÉС доломита CaMg(CO3)2. Огнеупорность доломи-

товых изделий равна 1870–1920 ÉС Начало деформации под на-

грузкой 0,2 МПа наступает при 1500–1600 ÉС. Термическая стой-

кость составляет 10–20 воздушных теплосмен.

Хромомагнезиальные огнеупоры изготавливают из обож-

женного при высокой температуре магнезитового порошка и из-

мельченной хромитовой руды. Огнеупорность изделий должна

быть не ниже 2000 ÉС. При резких колебаниях температуры (с

перепадом более 800 ÉС) и воздействии кислых шлаков их при-

менять не следует.

К материалам высшей огнеупорности относят карборунд

SiC (огнеупорность 2100 ÉС), бориды, нитриды, карбиды, сили-

циды d-элементов (до 2500 ÉС), нитрид кремния Si3N4 (до 3000

ÉС). Многие из них хрупки и склонны к окислению и применяют-

ся часто в виде спеченных композиционных материалов. Они об-

ладают металлической проводимостью и высокой температурой

плавления:

 

 

 

Таблица 3

Вещество

Ti"2

#$"2

%$&'

Тпл, ÉС

Вещество

TaC

TiN

TaN

MoSi2

Тпл, ÉС

 

 

В качестве теплоизоляционных материалов используют ве-

щества, обладающие низкой теплопроводностью и достаточной

стойкостью в интервале рабочих температур. Для теплоизоляции

рекомендуется применять материалы с коэффициентом тепло-

проводности не более 0,3 Вт/(мÁК). Теплоизоляционные материа-

лы должны быть химически стойкими, негигроскопичными, воз-

можно легкими, дешевыми и не должны вызывать коррозию обо-

рудования.

По способу использования при монтаже и ремонте оборудо-

вания теплоизоляционные материалы подразделяют на мастич-

ные, оберточные и мастично-формованные. Мастичные материа-

лы применяют в виде порошков; при затворении их на воде полу-

чают тестообразные массы, которые наносят на изолируемые по-

верхности. Примером оберточных материалов являются рулоны

стекло- и шлаковаты, заключенные между металлическими сет-

ками. Мастично-формованные теплоизоляционные детали изго-

товляют в виде готовых изделий определенной формы (скорлупы,

плит, кирпича и т. д.).

Теплоизоляционные материалы делят на высоко-, средне- и

низкотемпературные. Первые применяют при температурах выше

450 ÉС. К ним относят следующие материалы:

– асбест низких сортов и асбестовые отходы;

– диатомит (трепел), который употребляют в виде кирпичей или

порошков как добавку в теплоизоляционные смеси, содержащие

также асбест, отходы слюды или цементно-шиферного про-

изводства.

– пенобетон, получаемый затворением цемента с добавкой пено-

образующих веществ (эмульсии); его используют реже из-за вы-

сокой стоимости;

– шлаковую вату; вследствие малой механической прочности её

 

 

 

используют только в засыпных и набивных конструкциях.

К среднетемпературным теплоизоляционным материалам

(150–450 ÉС) относят асбозурит и ньювель. Асбозурит состоит из

70 % молотого диатомита, 15 % асбеста и 15 % шиферных отхо-

дов. Он обладает хорошей сцепляемостью с металлом и при-

меняется для мастичной изоляции. Ньювель – это смесь из 85 %

жженной магнезии (MgO) и 15 % асбеста. Это ценный изо-

ляционный материал.

К низкотемпературным изоляционным материалам относят

войлок (кошму), стекловату, пенопласт, отходы текстильной

промышленности и т. д. Эти материалы применяют при темпера-

турах не выше 150 ÉС. Войлок и текстильные отходы используют

в производственных помещениях с пониженной влажностью, так

как они подвержены гниению.