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.