Огнеупорные и теплоизоляционные материалы

Многие процессы протекают при высокой температуре (800–1300°С). Для их проведения необходимы особые конструкционные материалы – огнеупоры и теплоизоляционные материалы.

Огнеупоры в зависимости от исходного сырья делят на шесть групп:

– кремнеземистые (динас);

– алюмосиликатные (шамот);

– магнезиальные (магнезитовые и доломитовые);

– углеродсодержащие;

– оксидные;

– карбидные, баридные, нитридные.

Выбор конкретного материала определяется максимальной рабочей температурой аппарата. По огнеупорности материалы делятся на огнеупорные (1570–1770°С); высокоогнеупорные (1770–2000°С); высшей огнеупорности (свыше 2000°С)

Представители кремнеземистых огнеупоров – динас – изготавливают из кварцитов или песчаников.

Алюмосиликатные огнеупоры – шамот – получили наибольшее распространение в основной химии. Содержат до 46% Al₂O₃, остальное – SiO₂ и примеси. Шамот устойчив к основным и кислым шлакам, а также к резким изменениям температуры. Из шамотных кирпичей изготавливают футеровку топок, печей для сжигания серы, шахтных и тамбурных печей в производстве BaCl и гидроксида натрия.

Шамотные изделия имеют огнеупорность от 1610°С (класс В) до 1730°С (класс А).

Из магнезиальных огнеупоров отметим магнезитовые и доломитовые.

Магнезитовые огнеупоры на 90% состоят из оксида магния. Стойки при температуре 2000°С и выше. Их не разъедают кислые шлаки.

Доломитовые огнеупоры изготавливают из обожженного при 1500–1800°С доломита Са, Mg(CO₃)₂. Огнеупорность доломитовых изделий – 1870–1920°С.

Пример использования магнезиальных огнеупоров – печи для восстановительного обжига сульфата натрия на сульфид, который обладает сильно щелочными свойствами.

К материалам высшей огнеупорности относят карборунд SiC (огнеупорность – 2100°С), бориды, нитр иды, карбиды, силициды d-элементов (до 2500°С), нитрид кремния Si₃N₄ (до 3000°С).

Теплоизоляционные материалы. Если температура наружных поверхностей аппаратов и машин больше 45°С, а трубопроводов больше 60°С, то они требуют изоляции. Теплоизоляционные материалы должны отвечать ряду требований:

– обеспечивать заданный температурный режим в аппарате;

– исключать потери теплоты или холода в окружающую среду;

– создавать нормальные санитарно-гигиенические условия для работы персонала;

– быть химически стойкими, дешевыми;

– не вызывать коррозию оборудования.

По способу монтажа и ремонта теплоизоляционные материалы делятся на мастичные, оберточные, мастично-формованные.

Мастичные материалы применяют в виде порошков, которые при затворении в воде принимают вид тестообразной массы.

Оберточные материалы – это рулоны стекло- и шлаковаты, заключаемые между металлическими сетками.

Мастично-формованные материалы изготавливаются в виде готовых изделий определенной формы.

Теплоизоляционные материалы делятся на высоко-, средне- и низкотемпературные.

Высокотемпературные материалы применяют при температурах выше 45°С. К ним относятся асбест, диатомит (в виде кирпичей или добавки в теплоизоляционные смеси), пенобетон, который получают затворением цемента с добавкой пенообразующих веществ, шлаковата.

Среднетемпературные материалы используют при температурах от 150 до 450°С. К таким материалам относятся асбозурит, который на 70% состоит из молотого диатомита, на 15% – из асбеста и на 15% – из шиферных отходов и используется для мастичной изоляции, а также ньювель, который представляет собой смесь 85% жженой магнезии (MgO) и 15% асбеста.

Низкотемпературные материалы используют при температурах не более 150°С. К ним относятся войлок, стекловата, текстильные отходы. Подобные материалы, как правило, склонны к влагопоглащению и быстро разрушаются при воздействии агрессивных сред. К новым материалам этой группы относятся пенопласты, пенополиуретан, пенополистирол и др.