Искусственные теплоизоляционные материалы

Искусственные теплоизоляционные материалы изготовляют тремя способами на основе различных огнеупорных материалов.

Легковесные изделия. Эти изделия на основе шамота, динаса и вы­сокоглиноземистых огнеупоров получают прессованием формовочной смеси, составленной из соответствующего огнеупорного порошка, огне­упорной глины и выгорающих добавок (древесных опилок, древесно-угольного, антрацитового порошка и т. п.), вводимых до 25—35% от общей массы смеси. Для получения динасового, высокоглиноземистого и других легковесных материалов в соответствующую смесь огнеупор­ного порошка, глины и выгорающих добавок вводят органические свя­зующие вещества.

Готовые изделия подвергают обжигу. Технология обжига легковес­ных изделий такая же, как и обычных изделий, поскольку у них оди­наковый состав. Легковесные изделия часто маркируют, указывая в их названии плотность, выраженную в т/м³. Например, марка ШЛ-1,0 озна­чает: шамотный легковес с плотностью 1000 кг/м³.

Пенокерамические изделия получают введением в огнеупорноглинистую массу специально приготовленной пены, приводящей к образова­нию пористой структуры и сохранению ее после обжига. В качестве ос­новы для пенообразователя используют канифольное мыло, дающее устойчивую пену. Массу при этом способе производства теплоизоляци­онных изделий готовят жидкой, разливают ее по формам, дают затвер­деть, после чего изделия сушат и подвергают обжигу по обычной тех­нологии. При нагреве часто происходит коробление изделий и поэтому после обжига их подвергают дополнительно механической обработке для точного обеспечения требуемых размеров. Теплоизоляционные изделия, полученные таким способом, характеризуются очень широким диапазо­ном свойств: их плотность изменяется с 300 до 1000 кг/м³ в зависимо­сти от количества пенообразующей массы в смеси и от состава огне­упорной основы.

Выпускают легковесные и пенокерамические изделия на основе ша­мота, динаса, муллитокремнеземистых материалов и корунда. Их плот­ность колеблется от 400 до 1300 кг/м³, а средний коэффициент тепло­проводности составляет 0,4—0,5 Вт/(м·К), для динаса и шамота — легковеса; 0,71 Вт/(м·К) для высокоглиноземистого легковеса и 0,9— 1,6 Вт/(м·К) для корундового легковеса. Максимальная температура применения этих изделий изменяется с 1150 (шамот—легковес ШЛ-0,4 до 1550 °С (высокоглиноземистый легковес МЛЛ-1,3) и корунд—легко­вес КЛ-1,3.

Чем меньше плотность легковесных и пенокерамических изделий, тем больше пористость и, следовательно, ниже теплопроводность. На рис. 68 эта зависимость отчетливо видна.

Вместе с тем уменьшение плотности вызывает снижение механиче­ской прочности и уменьшение предельной рабочей температуры. Пено­керамические и легковесные изделия иногда используют для выполне­ния рабочего слоя футеровки низко- и среднетемпературных нагрева­тельных печей.

Материалы из керамического волокна изготовляют на алюмосиликатной огнеупорной основе. Диаметр волокон составляет 2—5 мкм, длина 10—50 мм. Волокна изготовляют путем распиливания паром высокого давления алюмосиликатного расплава. В процессе производ­ства волокон они переплетаются между собой и образуют легкую мас­су, похожую на вату, которая легко прессуется, а после пропитки свя­зующим раствором служит исходным материалом для изготовления войлока, матов, плит и других изделий.

Волокнистые материалы обладают большими достоинствами: пре­дельная температура их применения достаточно высока (1150—1600°C в зависимости от состава огнеупорной основы); их кажущаяся плот­ность очень низка, вследствие чего коэффициент теплопроводности мал; удельная теплоемкость этих материалов также очень невысока; изделия из керамического волокна имеют практически неограниченную термиче­скую стойкость и их структура позволяет использовать их для футе­ровки элементов, подвергающихся вибрации.

Эти свойства и обусловливают применение волокнистых материа­лов для футеровки промышленных печей. Их использование позволяет резко снизить массу футеровки и сократить тепловые потери на акку­муляцию кладкой и сквозь нее. Только за счет этого расход топлива на печи может быть снижен на 30—40%, особенно на печах периодиче­ского действия. Снижение массы футеровки позволяет упростить и об­легчить металлоконструкции печи, уменьшить затраты времени и ра­бочей силы при монтаже и ремонтах печи. Срок службы футеровки из волокнистых материалов больше, чем у обычной из огнеупорных кир­пичей.

К недостаткам этих материалов следует отнести сравнительно низ­кую стойкость при их обдуве высокоскоростными газовыми потоками и сравнительно высокую стоимость из-за достаточно сложной технологии производства.

Крепление рабочего слоя футеровки из керамического волокна (в виде войлока или плит) осуществляется с помощью анкеров-шпилек, привариваемых на внутренней поверхности кожуха печи. Эти анкеры выполняют из жаропрочной стали и их конструкция такова, что они либо не проходят слой материала насквозь, либо подлежат защите с помощью огнеупорных колпачков с целью предупреждения их выхода из строя при высокой температуре.

Выпускаются муллитокремнеземистые материалы в виде фетра в рулонах и листового войлока толщиной от 15 до 50 мм типа МКРВ МКРР-130, МКРРХ-150, МКРВ-200, МКРВХ-250, имеющих плотность соответственно 120, 130, 150, 200 и 250 кг/м³. В состав этого огне­упорного волокна входит не менее 51 % Аl₂O₃) а общее содержание Аl₂O₃ и SiO₂ составляет 97%. Материалы МКРРХ-150 и МКРВХ-250 содержат также 2—4 % Сr₂O₃. Предельная температура службы мате­риалов типа МКРВ, МКРР-130, МКРВ-200 составляет 1150°С а хромсодержащих МКРРХ-150 и МКРВХ-250 1300 °С.

Из керамического волокна выполняют также плиты на глинистой связке толщиной до 100 мм и размером 0,5X0,5 м. Такие плиты из муллитокремнеземистого волокна типа МКРП-340 (плотность 340 кг/м³) и шамотного волокна типа ШВП-350 (плотность 350 кг/м³) имеют пре­дельную температуру применения 1250 °С.

Зависимость коэффициента теплопроводности для некоторых мате­риалов из керамического волокна показана на рис. 69.