Огнеупорные материалы

28.09.2023

Огнеупорными материалами называют вещества, обладающие стойкостью к повышенным температурам и распространению огня. Благодаря своим качествам продукция из этих материалов сохраняет целостность своей структуры в условиях экстремально высоких температур.

Содержание

1. Понятие и виды огнеупоров
2. Способы получения огнеупорных материалов
3. Классификация огнеупорных материалов
1. По химико-минеральному составу
2. По огнеупорности
3. По пористости
4. По термической обработке
5. По способу изготовления
6. По сложности формы и размерам
4. Неформованные огнеупоры и огнеупорные растворы
5. Типы огнеупорных материалов для печей
6. Выбор огнеупоров для разных видов оборудования
7. Области применения

Понятие и виды огнеупоров

Для обеспечения безопасности, снижения рисков деформации конструкций и оборудования под воздействием высоких температур на промышленных предприятиях, в жилых домах и хозяйственных объектах используют огнеупоры.
В соответствии с утвержденными стандартами требованиями огнеупорами называются неметаллические материалы, обладающие способностью:

• противостоять агрессивным (газовым, жидким, твердым) реагентам;
• выдерживать, температуру до 1580°С, не расплавляясь.

Выделяют несколько видов, групп и типов огнеупорных материалов, разделяя их по характерным классификационным признакам, свойствам.
В качестве основного сырья для огнеупорных изделий служат:

• горные породы (кварц с примесью глины и известняка, кварцевый песок, диатомит, боксит, пирофиллит, магнезит, брусит и другие);
• глинистые минералы;
• различные виды огнеупорной глины.

Способы получения огнеупорных материалов

Большая часть природного сырья, обладающего огнеупорными свойствами, не пригодна к непосредственному использованию, поэтому технология производства продукции включает:

• дробление камня, приготовление порошков, бескислородных соединений;
• формование пластическим, полусухим способом или литьем сырца;
• термическую обработку – сушку, обжиг;
• процесс охлаждения.

Классификация огнеупорных материалов

Согласно установленным правилам стандартизации, огнеупоры различают по общим, специальным и дополнительным признакам.

По химико-минеральному составу

В зависимости от массовой доли основного химического компонента, выделяют несколько типов огнеупоров:

• органические (на основе минеральных соединений). Большая часть таких изделий может выдерживать существенный нагрев(кроме пенополистиролов: имеют слабую стойкость к огню);
• неорганические – самая внушительная категория продуктов с широким диапазоном огнеупорности: базальтовая и минеральная вата, стекловолокно, перлит и вермикулит;
• композитные. Сюда относят изделия из асбеста (асбестоцементные либо асбестоизвестковые составы), а также вспененные кремнеземные изделия

Основные из них:

• кремнеземистые – динасовые, в том числе динасовые с примесями; огнеупоры изготовлены из кремнеземистого стекла, кварца, содержащие от 80% до 98% SiO2;
• алюмосиликатные – полукислые, шамотные, высокоглиноземистые огнеупоры с более низкой долей содержания SiO2 (65-85%) в состав которых входит АL203;
• магнезиальные, основным компонентом магнезитовых огнеупоров является магний (MgO) и связующие добавки. Сюда входят магнезитовые (не менее 85% MgO), доломитовые (не менее 35% MgO и 40% CaO), форстеритовые (от 35 до 55%MgO и Cr2O3), шпинельные(MgO и Al2O3 в молекулярном соотношении) огнеупоры;
• углеродистые огнеупоры преимущественно состоят из свободного углерода, отличаются высокой теплопроводностью, устойчивостью при взаимодействии с расплавами металлов и шлаками;
• волокнистые – состоящие волокна и других оксидов, используют в виде в виде формованных (плиты, блоки, листовые изделия) и неформованных изделий (вата, войлок);
• цирконистые термостойкие огнеупоры отличаются высокой прочностью, огнеупорностью и огнестойкостью;
• хромистые огнеупоры, к которым относятся хромитовые (около 30% Cr2O3) и хромомагнезитовые (10 — 30% Cr2O3 и 30 — 70% MgO) изделия.

По огнеупорности

Свойства выдерживать высокую температуру также относят к общим признакам огнеупоров, выделяя:

• обычные огнеупорные изделия (способные выдержать от +1580°ло +1770°С);
• высокоогнеупорные – обычно устойчивы при нагревании температуре до 2000 °С градусов;
• сверхогнеупорные – выдерживают нагрев от 2000 °С и выше, не расплавляясь.

По пористости

Классификация огнеупоров по пористости регламентируется ГОСТом 28874-2004.

Группа огнеупоров	Пористость, %
	Открытая (2.8)	Общая (2.9)
1 Особо плотные	До 3 включ.	—
2 Высокоплотные	Св. 3 до 10 включ.	—
3 Плотные	» 10   » 16   »	—
4 Уплотненные	» 16   » 20   »	—
5 Среднеплотные	» 20   » 30   »	—
6 Низкоплотные	» 30	Менее 45
7 Высокопористые	—	От 45 до 75 включ.
8 Ультрапористые	—	Св. 75
П р и м е ч а н и е – Огнеупоры групп 7, 8 относят к теплоизоляционным (легковесным)

По термической обработке

По термической обработке огнеупоры делятся на:

• обжиговые (обожженные после формовки);
• безобжиговые;
• литые плавленые.

По способу изготовления

По способу изготовления огнеупоры делятся на:

• формованные — форма придается при изготовлении (изделия огнеупорные и теплоизоляционные);
• неформованные — форма приобретается в процессе применения (огнеупорные бетоны, набивные массы, обмазки);
• огнеупорные растворы — наполнители швов огнеупорной кладки.

По сложности формы и размерам

По сложности формы и размерам штучные огнеупорные изделия делятся на следующие виды:

• нормальный кирпич;
• фасонное изделие;
• крупные блоки;
• специальные изделия (тигли, трубки и т. и.).

Неформованные огнеупоры и огнеупорные растворы

Неформованные огнеупоры представляют собой смеси порошкообразного огнеупорного наполнителя и связующей добавки, предназначенные для изготовления огнеупорных изделий, масс, смесей, мертелей и ремонта тепловых агрегатов.

Применение неформованных огнеупорных материалов позволяет упростить процесс футеровки металлургических печей, включая выполнение сложных элементов, повысить химическую стойкость футеровки и уменьшить ее газопроницаемость благодаря отсутствию швов, ускорить ремонт печей. Широкое применение они нашли при
устройстве пода и свода печей, футеровки индукционных печей, желобов для выпуска расплава и других элементов сложной конфигурации.

К неформованным огнеупорам относятся огнеупорные бетоны, пластичные и непластичные набивные массы.

Типы огнеупорных материалов для печи

Существуют следующие виды огнезащитных материалов для печей со своими особенностями:

• листовые;
• рулонные;
• вспомогательные.

Листовая огнезащита для печей

Как правило, листовые огнеупорные материалы для печей применяются для изоляции стены от топки или дымохода, для создания потолочно-проходного узла, для изготовления защитного экрана внутри помещения, который оберегает людей от того, чтобы не обжечься о печь.

Листовая огнезащита удобна в использовании, выполняет сразу несколько функций (обеспечение противопожарной безопасности, теплоизоляция, грамотное распределение тепла и т.д.). В эту категорию входят изделия в виде плит.

Рулонные материалы

Огнезащита в рулонах представляет собой мягкие, гибкие материалы, которые удобно использовать там, где требуется обработка изогнутых поверхностей. Например, в случае с печами, с их помощью часто обматывают металлические дымоходы цилиндрической формы.

Примерами таких изделий выступают:

• плетенка на силикат-кальциевой основе;
• различные виды базальтовых матов;
• базальтовые ваты.

Вспомогательные материалы

Группа вспомогательных материалов — самая большая и самая обширная. В нее входят товары самого разного предназначения, предназначенные для обеспечения дополнительной огнезащиты, для простоты и удобства монтажа, для скрепления основных изделий между собой, различной их обработки и т.д. Перечислим основные категории:

уплотнительный шнур из минерального (в том числе базальтового) волокна — используется для обработки стыков, швов, узких мест, в том числе в местах соединения дверцы и корпуса и т.д.;

огнестойкие штукатурки — образуют раствор, с помощью которого обрабатывают листовые материалы;

высокотемпературные пропитки для дополнительного укрепления листовой изоляции;

• термостойкие мастики для монтажа;
• термостойкие эмали и краски;
• силиконовые, термостойкие печные герметики;
• клеи для скрепления различных огнеупорных изделий;
• пропиточные грунтовки для огнестойких плит.

Выбор огнеупоров для разного вида оборудования

Для футеровки стен вокруг печи и в котельной

Огнезащитная отделка стен вокруг печей и в котельных предписана правилами пожарной безопасности и является обязательной.

• В качестве основы для обшивки стен около печи могут применяться огнестойкие гипсокартонные панели.
• Используя шамотный кирпич и/или раствор, создают огнеупорную защиту в виде экрана возле печи. Кирпичом выкладывают (футеруют) поверхность внутри печи, а раствором заделывают щели и трещины.
• Но наиболее эффективна защита поверхностей, примыкающих к каминам и печам, сделанная из нержавеющей стали. Стальные листы применяют для устройства огнезащитных экранов. Они монтируются в удалении 1-5 см от корпуса печи или камина.
• Еще сильнее увеличить термозащиту позволяет стекловолокно, уложенное под стальные листы.
• Популярны и чугунные экраны.
• Базальтовые рулоны и маты, гибкие и легкие, также используют для экранирования печей и каминов.
• Для огнезащиты котельных, как и бань, идеально подходят терракотовые или керамогранитные плитки. Они не деформируются и не горят, а также просты в обслуживании – их легко чистить и мыть. Благодаря высоким декоративным свойствам, их можно использовать и для оформления различных поверхностей.

Для труб

Места выхода дымоходов во избежание возгорания необходимо надежно термоизолировать. Для этого применяют муллитокремнеземистые плиты и картон, которые прекрасно поддаются обработке. В них можно вырезать отверстия любой конфигурации для труб дымоходов и других конструктивных элементов печей.

Для бани

Стены бань отделывают жаропрочными материалами, чтобы они обладали огнеупорными свойствами. Для этого используют:

• "пирог" из металлического отражающего покрытия и теплоизолирующей прокладки;
• суперизол;
• огнестойкий гипсокартон;
• стекломагнезит;
• минерит;
• терракотовую плитку.

Огнезащиту для печи в бане обеспечивают также огнеупорные изделия из вспененного вермикулита. Для прослойки между первыми рядами кладки печи и деревянным полом предпочтительнее вермикулитовые плиты, поскольку они прочнее картона.
Профессиональные печники во время возведения печей традиционно применяют шамотный кирпич, выдерживающий достаточно высокие температуры и резкое охлаждение. Современный материал — облегченный огнеупорный шамот — отлично впитывает растворы, замешенные на цементе и глине.

Область применения

В зависимости от свойств, характеристик основного действующего вещества, огнеупоры:

• широко используют в различных отраслях производства, в быту;
• имеют ограниченное использование для определенных тепловых агрегатов и устройств;
• в нефтегазовой отрасли используют для теплоизоляции, нанесения покрытий на трубопроводы и оборудование, что повышает защиту объектов в случаях аварийных ситуаций;
• в сфере строительных работ - при возведении стен и внутренних перегородок. Огнеупорные плиты и покрытия защищают основные несущие элементы зданий от разрушения;
• служат для производства разных видов стекла, востребованных при изготовлении окон, дверей, от которых требуется высокая степень теплоизоляции и защита от прямого воздействия огня;
• в нефтегазовой отрасли используют для теплоизоляции, нанесения покрытий на трубопроводы и оборудование, что повышает защиту объектов в случаях аварийных ситуаций;
• применяются металлургии при производстве ковшей, кристаллизаторов, сопел и литейных форм, которые при эксплуатации будут подвержены негативному воздействию перепадов температур и агрессивных химических веществ.

Например:

1. Содержащие в основе до 90 % оксидов алюминия (кислые) огнеупоры применяют для изготовления спеченных в блоки кирпичей, которые считаются идеальным решением для печей и каминов.
2. Изготовленные из оксидов разных металлов огнеупоры находят применение в различных областях техники.
3. Исключительно высокая прочность и огнестойкость асбестовых огнеупоров используется в строительстве (из асбеста изготавливают плиты и панели).
4. Легковесные материалы из силиката кальция хорошо поддаются резке, востребованы при монтаже перегородок и отделки стен для защиты от механических, термических повреждений.
5. Листовые огнестойкие экраны защищают стены от чрезмерного перегрева, изоляционные свойства позволяют поддерживать комфортную температуру в помещении.
6. В строительстве нашли применение огнеупорные бетоны, в которых огнеупорные материалы служат наполнителями.
7. Высокая огнеупорность и химическая стойкость корундовой керамики позволяют использовать в металлургии керамические изделия в виде тиглей для плавки разнообразных металлов, окислов, стекол, шлаков, также из них изготавливают печные сопла.
8. Огнестойкие изделия используют для облицовки производственных печей, других установок с открытым огнем.
9. Одним из самых распространенных тепло- и звукоизоляционных материалов во всех отраслях служит базальтовая вата, представляющая спрессованную плитку из переплетенных волокон.

Важно иметь в виду, что большая часть огнеупорных изделий могут не выдержать открытого огня, который нарушает их структуру, то есть им не свойственна огнестойкость.

Все статьи