Materialele refractare pentru izolație termică se referă la materiale refractare cu porozitate ridicată, densitate volumetrică scăzută și conductivitate termică scăzută, cunoscute și sub denumirea de materiale refractare ușoare. Includ produse refractare termoizolante, fibre refractare și produse din fibre refractare. În funcție de temperatura de utilizare: materiale refractare pentru izolație termică scăzută, temperatura de utilizare este mai mică de 900 ℃, cum ar fi cărămizile izolatoare cu diatomit, produsele din silice expandată, plăcile de silice-calciu, produsele din perlit expandat etc.; materiale refractare pentru izolație termică medie, temperatura de utilizare este 900 ~ 1200 ℃, cum ar fi cărămizile refractare pentru izolație termică din argilă, fibrele refractare din silicat de aluminiu etc.; materiale refractare pentru izolație termică ridicată, temperatura de utilizare este mai mare de 1200 ℃, cum ar fi cărămizile refractare pentru izolație termică cu conținut ridicat de aluminiu, cărămizile refractare pentru izolație termică cu alumină, cărămizile refractare pentru izolație cu siliciu, cărămizile cu bile goale din alumină, cărămizile cu bile goale din zirconiu, fibrele refractare pentru izolație termică cu conținut ridicat de alumină, fibrele refractare policristaline (fibre de alumină policristaline, fibre de zirconiu policristaline, fibre de mulit policristaline) etc.
Producția de produse refractare termoizolante adoptă în principal metode de proces care pot forma o structură poroasă, cum ar fi metoda materiilor prime ușoare, metoda de ardere, metoda spumării și metoda chimică. Fibrele refractare amorfe, cum ar fi fibrele refractare cu silicat de aluminiu, fibrele refractare cu conținut ridicat de alumină etc., sunt de obicei produse prin topire. Fibrele refractare policristaline, cum ar fi fibrele de mulit, fibrele de alumină etc., sunt produse prin metoda coloidală.
Principalele caracteristici ale materialelor refractare izolante sunt porozitatea ridicată, în general peste 45%; densitatea volumetrică scăzută, în general nu depășind 1,5 g/cm3; conductivitatea termică scăzută, în majoritatea cazurilor sub 1,0 W/(m·K). Folosite în principal ca izolație termică a cuptoarelor industriale, acestea pot nu numai să reducă pierderile de căldură ale cuptorului, dar și să reducă stocarea căldurii în cuptor, obținând cel mai bun efect de economisire a energiei și reducând greutatea echipamentelor termice. Comparativ cu cărămizile refractare generale, materialele refractare termoizolante au o rezistență slabă la coroziune a zgurii, rezistență mecanică și rezistență la uzură. Prin urmare, nu sunt potrivite pentru structura portantă a cuptorului și pentru piesele care intră în contact direct cu zgura, încărcătura, metalul topit etc.
Metoda de clasificare a produselor refractare izolante
Produsele refractare termoizolante se referă la produse refractare cu o porozitate de cel puțin 45%. Principalele caracteristici ale produselor refractare termoizolante sunt porozitatea ridicată și densitatea volumică redusă. Conductivitatea termică este scăzută, capacitatea calorică este mică, iar performanța de izolare termică este bună. Sunt rezistente la căldură și la căldură. Pot fi utilizate ca strat de izolație termică pentru diverse echipamente termice, iar unele pot fi utilizate și ca strat de lucru. Este un material de economisire a energiei pentru construirea diverselor cuptoare. Înlocuirea produselor refractare termoizolante cu produse refractare dense generale ca materiale de construcție a cuptoarelor poate reduce pierderile de stocare și disipare a căldurii cu 40% până la 50%, în special pentru echipamentele termice discontinue.
Există multe tipuri de produse izolatoare și refractare, care sunt în general împărțite în trei categorii în funcție de temperatura de utilizare, densitatea în vrac și forma produsului.
(1) Clasificate după densitatea corpului. Cele cu o densitate volumetrică de 0,4~1,3 g/cm3 sunt cărămizi ușoare; cele cu o densitate volumetrică mai mică de 0,4 g/cm3 sunt cărămizi ultraușoare.
(2) Clasificate după temperatura de funcționare. Se utilizează temperaturi între 600~900℃ pentru materiale izolatoare de temperatură joasă; 900~120℃ pentru materiale izolatoare de temperatură medie; peste 1200℃ pentru materiale izolatoare de temperatură înaltă.
(3) Clasificare după forma produsului: una este cărămidă refractară ușoară, modelată, inclusiv argilă, alumină, siliciu și unele cărămizi ușoare cu oxid pur; cealaltă este cărămidă refractară ușoară nemodificată, cum ar fi betonul refractar ușor.
Metoda de producție a produselor refractare termoizolante este diferită de cea a materialelor dense generale. Există multe metode, printre care se numără în principal metoda incinerării, metoda spumei, metoda chimică și metoda materialelor poroase.
1) Metoda de ardere și adăugare a materialelor. Numită și metoda de adăugare a combustibililor. Se adaugă combustibili ușor de ars, cum ar fi cărbune, rumeguș etc., în noroiul de fabricare a cărămizilor pentru a face ca produsul să aibă anumiți pori după ardere.
2) Metoda de înmuiere. Se adaugă agenți de spumare, cum ar fi săpunul de colofoniu etc., în argila pentru fabricarea cărămizilor și se face spumă prin metodă mecanică. După ardere, se obține un produs poros.
3) Metoda chimică. Folosind o reacție chimică ce poate genera gaz în mod corespunzător, în procesul de fabricare a cărămizilor se obține un produs poros, de obicei dolomit sau periclază plus gips, și acid sulfuric ca agent de spumare.
4) Metoda cu materiale poroase. Se utilizează pământ de diatomee natural sau clincher din spumă de argilă artificială, sfere goale din alumină sau zirconiu și alte materii prime poroase pentru a fabrica cărămizi refractare ușoare.
Utilizarea produselor refractare izolante cu conductivitate termică scăzută și capacitate calorică mică ca materiale pentru structura corpului cuptorului poate economisi consumul de combustibil; poate îmbunătăți eficiența producției echipamentelor; poate reduce, de asemenea, greutatea corpului cuptorului, simplifica structura cuptorului, îmbunătăți calitatea produsului și reduce temperatura ambiantă. Îmbunătățește condițiile de lucru. Produsele refractare izolante sunt utilizate în principal ca straturi de izolație termică, căptușeală sau straturi de izolație ale cuptorului.
1. Cărămizi refractare izolatoare din alumină
Cărămizile refractare termoizolante din alumină utilizează corindon topit, alumină sinterizată și alumină industrială ca principale materii prime pentru a fabrica produse refractare termoizolante cu o rezistență puternică la atmosfere acide și alcaline și o rezistență bună la șocuri termice. Pot fi utilizate pentru o perioadă lungă de timp sub 1700 ℃. Procesul lor de producție adoptă două tipuri de metodă de spumare și metodă de incinerare cu aditivi. Produsele obținute prin metoda spumării au caracteristici precum structură uniformă, conductivitate termică scăzută și performanțe bune de izolare termică.
Cărămizile refractare termoizolante din alumină sunt ușoare, cu rezistență ridicată la compresiune, conductivitate termică scăzută, contracție volumică redusă după reardere și rezistență bună la șocuri termice. Pot fi utilizate ca straturi de izolație termică ale echipamentelor termice la temperaturi înalte sau ale cuptoarelor care interacționează direct cu flăcările. Și ca și căptușeală de lucru a echipamentelor termice de precizie, dar nu sunt potrivite pentru locurile de coroziune care intră în contact direct cu lichidul cuptorului și zgura topită. De asemenea, au o stabilitate mai mare atunci când sunt utilizate într-o atmosferă reducătoare. Temperatura de utilizare depinde de puritatea produsului, în general până la 1650~1800°C. Consultați tabelul 3-105 pentru indicii fizici și chimici tipici ai acestor produse.
2. Cărămizi refractare termoizolante cu conținut ridicat de aluminiu
Cărămizile refractare termoizolante cu conținut ridicat de aluminiu sunt produse refractare termoizolante cu un conținut de cel puțin 48%, fabricate din materia primă principală. Cărămizile refractare termoizolante cu conținut ridicat de alumină sunt fabricate în principal din bauxită ca materie primă, combinată cu argilă ca materie primă, amestecată cu lianți și rumeguș. Pentru a îmbunătăți performanța produsului, se adaugă alumină industrială, corindon, silimanit, cianit și silice. Pulberea fină poate fi transformată în produse cu diferite densități volumetrice și diferite temperaturi maxime de utilizare. De obicei, temperatura de utilizare este de 1250~1350℃, iar unele pot ajunge la 1550℃.
Cărămizile izolatoare cu conținut ridicat de aluminiu sunt produse în mare parte prin metoda spumei, iar densitatea volumică a produsului este între 0,4~1,0 g/cm3, putând fi fabricate și prin metoda incinerării cu aditivi. Indicii fizici și chimici ai cărămizilor refractare termoizolante cu conținut ridicat de aluminiu sunt prezentați în Tabelul 3-106.
Cărămizile refractare termoizolante cu conținut ridicat de aluminiu pot fi utilizate pentru a construi straturi și piese termoizolante care nu sunt corodate și abrazate de materiale topite puternice la temperaturi ridicate. În contact direct cu flacăra, temperatura de contact a suprafeței cărămizilor refractare termoizolante cu conținut ridicat de aluminiu general nu trebuie să depășească 1350 ℃. Cărămizile refractare termoizolante cu mulit pot intra în contact direct cu flacăra și au caracteristici de rezistență la temperaturi ridicate, rezistență ridicată și efect semnificativ de economisire a energiei. Sunt potrivite pentru căptușeala cuptoarelor de piroliză, a cuptoarelor cu aer cald, a cuptoarelor cu role ceramice, a cuptoarelor electrice cu sertar de porțelan și a diverselor cuptoare cu rezistență. Cărămida refractară termoizolantă din corindon-mullit cu un conținut de Al2O3 de 82,4% poate fi utilizată ca și căptușeală pentru cuptoare la 1550 °C.
3. Cărămizi refractare izolatoare pe bază de argilă
Cărămizile refractare termoizolante pe bază de argilă sunt produse refractare termoizolante cu un conținut de Al2O3 de 30%-48%, fabricate din argilă refractară ca materie primă principală, folosind argilă refractară, sfere flotante și clincher de argilă refractară ca materii prime, adăugând lianți și rumeguș. Prin amestecare, amestecare, formare, uscare și ardere, se pot obține produse cu o densitate volumetrică de 0,3~1,5 g/cm3, iar volumul producției reprezintă mai mult de jumătate din cărămizile refractare termoizolante.
Procesul de producție utilizat în mod obișnuit pentru cărămizile refractare termoizolante din argilă este metoda de incinerare cu sfere plutitoare, putând fi utilizată și metoda spumei. Consultați tabelul 3-107 pentru indicii fizici ai cărămizilor refractare termoizolante pe bază de argilă.
Cărămizile refractare termoizolante pe bază de argilă au o gamă largă de aplicații. Sunt utilizate în principal în echipamente termice și cuptoare industriale. Pot fi utilizate pentru piese care nu sunt corodate și spălate de materiale topite puternice la temperatură înaltă. Unele suprafețe care intră în contact direct cu flacăra sunt acoperite cu un strat refractar care poate reduce eroziunea cauzată de zgură și praf de gaz de cuptor și poate reduce deteriorarea. Temperatura de lucru a produsului nu depășește temperatura de testare a conductei de retur. Cărămizile izolatoare din argilă aparțin unui tip de material izolant ușor cu pori multipli. Acest material are o porozitate de 30% până la 50%, iar izolația termică este slabă, dar rezistența mecanică și rezistența la coroziune sunt bune.
4. Cărămizi refractare izolatoare din silicon
Cărămida refractară termoizolantă silicioasă este fabricată din silice ca materie primă principală, iar produsul refractar termoizolant are un conținut de SiO2 mai mic de 91%. Pe lângă proprietățile de izolare termică, cărămizile refractare din siliciu își mențin în mare măsură caracteristicile cărămizilor de siliciu. Temperatura inițială de înmuiere a încărcăturii este ridicată, iar volumul se extinde ușor în timpul procesului de încălzire, ceea ce sporește integritatea cuptorului.
Performanța cărămizilor refractare termoizolante silicioase de calitate GGR-1.20 pentru cuptoare industriale, specificată în Standardul Industriei Metalurgice Chineze YB386-1994, are o densitate în vrac de cel mult 1,2 g/cm3, rezistența la compresiune la temperatura camerei de cel mult 5 MPa, iar temperatura inițială de înmuiere sub sarcină sub 0,1 MPa de cel mult 1520 ℃, iar conținutul de SiO2 de cel puțin 91%.
Acest produs este potrivit pentru căptușeala cuptoarelor industriale sau a straturilor de izolație termică care nu intră în contact direct cu materiale topite la temperatură înaltă și nu sunt expuse direct la gaze corozive. Temperatura de lucru a zidăriei nu depășește 1550°C.
Cărămizile refractare termoizolante pe bază de silice sunt mai dăunătoare organismului uman din cauza prafului de silice, iar procesul este mai complicat decât cel al cărămizilor refractare termoizolante din argilă și aluminiu, reprezentând o mică parte din producția totală de materiale refractare termoizolante.
5. Cărămizi refractare izolatoare din diatomit
Cărămida termoizolantă cu diatomit este un produs refractar termoizolant fabricat din diatomit ca materie primă principală. Cărămida termoizolantă cu diatomit are pori fini închiși, porozitate ridicată, performanțe bune de izolare termică, dar rezistență mecanică scăzută, în special după umiditate, rezistența scade semnificativ. Compoziția sa chimică principală este SiO2, urmat de Al2O3, precum și fier și potasiu, sodiu, calciu, oxizi de magneziu și alte impurități.
Indicii fizici ai cărămizilor izolatoare din diatomite sunt prezentați în Tabelul 3-108. Produsele din cărămizi izolatoare din diatomite au o rezistență slabă la căldură, iar refractaritatea este de numai aproximativ 1280 ℃, deci temperatura de utilizare nu este ridicată. Pot fi utilizate doar în stratul de izolație sub 900°C.
6. Produse din perlit expandat
Produsele din perlit expandat sunt produse refractare termoizolante realizate din perlit ca componentă principală. Produsele izolatoare sunt realizate din perlit expandat ca agregat și ciment adecvat, sticlă solubilă, fosfat etc., după agitare, amestecare, formare, uscare, prăjire sau întărire. Densitatea perlitului expandat este relativ mică, în general de numai 40~120g/cm3; refractaritatea nu este ridicată, în general 1280~1360°C. Temperatura maximă de utilizare a produselor cu lianți diferiți este diferită, de obicei sub 1000°C.
Produsele din perlită expandată sunt clasificate în categorii de 200, 250, 300 și 350 kg/m³, în funcție de densitatea volumetrică a produselor din standardul național. În funcție de tipul de ciment utilizat, acesta se împarte în produse din perlită expandată cu legături de ciment, produse din perlită expandată cu legături de sticlă solubilă, produse din perlită expandată cu legături de fosfat și produse din perlită expandată cu legături de asfalt.
7. Produse din vermiculit expandat
Produsele din vermiculit expandat sunt produse refractare termoizolante, având vermiculita expandată ca materie primă principală. Producerea produselor din vermiculit expandat se bazează pe o anumită dimensiune de vermiculit expandat ca agregat, adăugarea de aditivi și lianți, amestecarea cu apă într-o anumită proporție și formarea, uscarea, prăjirea sau întărirea pentru a forma produse de izolare termică. Produsele cu densități volumice diferite, aditivi și lianți au temperaturi maxime de utilizare diferite, iar straturile de izolație termică sunt de obicei utilizate sub 1000°C. Există multe tipuri de produse din vermiculit expandat, care sunt de obicei clasificate în funcție de tipul de liant utilizat și de tipul de agregat utilizat. În funcție de agentul de legare, acesta poate fi împărțit în produse cu agenți de legare organici, produse cu agenți de legare anorganici și produse cu agenți de legare compozite organice și anorganice. În funcție de tipul de agregat utilizat, acesta poate fi împărțit în produse cu un singur agregat, agregate multiple și produse cu aditivi.
Vermiculita expandată are o conductivitate termică scăzută, o rezistență redusă și nu poate fi impermeabilă, așa că aplicarea sa este foarte restricționată. Atunci când se utilizează material de cimentare de înaltă rezistență pentru a lipi vermiculita expandată într-un produs finit, acesta va avea o rezistență mai mare decât vermiculita expandată și poate suporta o sarcină mai mare; atunci când se utilizează material de cimentare impermeabil pentru a lipi vermiculita expandată împreună, produsul rezultat are performanțe impermeabile și poate fi utilizat acolo unde există apă. Conductivitatea termică a liantului este de obicei mai mare decât cea a vermiculitei expandate, astfel încât adăugarea liantului face ca piatra de stridii expandată să aibă noi utilizări, dar reduce și efectul de izolare termică al vermiculitei expandate.
8. Placă de siliciu-calciu
Placa de silicat de calciu este fabricată din pământ de diatomee și var ca principale materii prime, iar produsele refractare termoizolante realizate prin adăugarea de fibre de armare sunt numite și placă de silicat de calciu și placă de silicat de calciu microporoasă. Placa de silicat de calciu este împărțită în două categorii în funcție de compoziția sa: una este placa obișnuită de silicat de calciu, compoziția chimică a CaO/SiO2 este de aproximativ 0,8, iar compoziția minerală este tobermorit (tobermorit, 5CaO·6SiO2·5H2O); cealaltă este silicat dur de calciu, compoziția chimică a CaO/SiO2 este de aproximativ 1,0, iar compoziția minerală este silicat dur de calciu.
Silicatul de calciu are proprietăți excelente, cum ar fi capacitate mică, separare puternică, conductivitate termică scăzută, construcție convenabilă și rată de pierdere redusă. Densitatea plăcilor de silicat de calciu este specificată în majoritatea cazurilor la nivel mondial ca nedepășind 220 kg/m3, iar unele sunt împărțite în continuare în 33 de tipuri, nu mai mari de 220 kg/m3, nu mai mari de 170 kg/m3 și nu mai mari de 130 kg/m; în China, densitatea nu depășește 240 kg/cm3, nu mai mare de 220 kg/cm3 și nu mai mare de 170 kg/cm3, fiind 33 de tipuri. Rezistența la compresiune este peste 0,4 MPa, rezistența la încovoiere este peste 0,2 MPa; conductivitatea termică (70 ℃ ± 5 ℃) este de 0,049 ～ 0,064 W/(m·K) pentru cea mai ridicată temperatură de funcționare, iar mullit torbe este de 650 ℃, tipul de silicat de calciu este de 1000 ℃.
Placa de silicat de calciu poate fi tăiată cu ferăstrăul sau cuie și poate fi transformată în plăci, blocuri sau carcase. Poate fi utilizată ca material de izolație termică pentru conducte termice și cuptoare industriale în industria electrică, chimică, metalurgie, nave etc.; izolație termică și la foc a clădirilor, instrumentelor și echipamentelor. Poate fi utilizată și pentru stratul de izolație termică al cuptoarelor de uscare la temperatură înaltă și al platformei vagoanelor cuptoarelor tunel; ambele părți ale plăcii de silicat de calciu pot fi lipite cu furnir de plastic, placaj, placă de azbociment etc. Poate fi utilizată ca material de izolație termică. Majoritatea materialelor inginerești de izolație termică din lume utilizează plăci de silicat de calciu, iar unele țări utilizează plăci de silicat de calciu pentru izolație termică în industrie, reprezentând 70% până la 80%.
9. Cărămidă plutitoare de particule (cărămidă Cenosphere)
Cărămizile cenosfere sunt produse refractare termoizolante, fabricate din cenosfere ca principală materie primă. La începutul anilor 1970, țara mea a început să utilizeze cenosfere din cenușă zburătoare pentru a produce cărămizi refractare termoizolante pe bază de argilă. Datorită procesului simplu și resurselor abundente, calitatea produsului este bună. Din anii 1980, pentru producerea cărămizilor cenosfere se utilizează metoda clincherului poros sau adăugarea prin ardere a cenosferelor de cenușă zburătoare.
Cărămizile cenosfere sunt sfere goale din sticlă de silicat de aluminiu, obținute prin flotarea cenușei zburătoare de la centralele termice. Au o greutate redusă, pereți subțiri, suprafață goală și netedă, conductivitate termică scăzută, performanțe bune de izolație, refractaritate ridicată și rezistență mare la compresiune. Și alte performanțe. Folosind aceste caracteristici ale cenosferelor, pot fi fabricate materiale refractare termoizolante cu performanțe excelente de conservare a căldurii. Producția de cărămizi cenosfere poate fi formată printr-o metodă semi-uscată, care are un proces simplu și nu necesită un proces de finisare.
Cărămizile Cenosphere sunt superioare materialelor de izolație termică intermediară existente în ceea ce privește rezistența mecanică, rezistența la temperaturi ridicate, conductivitatea termică și performanța de utilizare și sunt comparabile cu fibrele de silicat. Acest material este utilizat pe scară largă în diverse cuptoare industriale de înaltă temperatură la o temperatură de 1200°C pentru a atinge scopul de a îmbunătăți eficiența termică și de a reduce consumul de energie. Cărămizile Cenosphere sunt utilizate în cuptoare industriale și echipamente de înaltă temperatură în metalurgie, mașini, chimie, petrol, materiale de construcții, industria ușoară, energie electrică și alte sectoare. În general, acestea pot economisi energie cu 15% până la 40%. Este un nou tip de pereți despărțitori ușori. Material termic.
10. Cărămidă sferică goală
O cărămidă sferică goală din alumină
Cărămida sferică tubulară din alumină este un produs refractar termoizolant, având ca materie primă principală sfera tubulară din alumină. Indicatorii tehnici tipici ai cărămizilor sferice tubulare din alumină sunt: conținutul de Al2O3 nu este mai mic de 98%, conținutul de SiO2 nu este mai mare de 0,5%, conținutul de Fe2O3 nu este mai mare de 0,2%, densitatea în vrac este de 1,3~1,4 g/cm3, porozitatea aparentă este de 60%~80%, rezistența la compresiune nu este mai mică de 9,8 MPa, temperatura de înmuiere a încărcăturii (0,2 MPa) nu este mai mică de 1700 ℃, iar conductivitatea termică este de 0,7~0,8 W/(m·K).
Comparativ cu izolațiile termice obișnuite și produsele refractare, cărămida sferică tubulară din alumină se caracterizează printr-un număr mare de pori închiși în produs. Prin urmare, are o rezistență ridicată și o structură stabilă a porilor, densitate scăzută și conductivitate termică scăzută. Se utilizează în principal pentru căptușeli industriale pentru cuptoare la temperaturi ridicate sub 1800 ℃, cum ar fi cărămizile de căptușeală pentru cuptoare la temperatură înaltă în industria refractară, electronică și ceramică; straturi de izolație termică pentru echipamente termice la temperatură înaltă, cum ar fi cuptoarele de gazificare din industria petrochimică, cuptoarele cu gaz, reactoarele industriale pe cărbune, cărămizi de izolație pentru cuptoarele cu inducție din industria metalurgică.
B Cărămidă sferică goală din zirconiu
Cărămida sferică tubulară din zirconiu este un produs refractar termoizolant, fabricat din sfere tubulare din zirconiu ca materie primă principală. Faza cristalină principală a acestei cărămizi este zirconul cubic (aproximativ 70% până la 80% din compoziția minerală), iar performanța sa tipică este: Refractaritatea este mai mare de 2400℃, porozitatea aparentă este de 55%~60%, densitatea volumică este de 2,5~3,0g/cm3, rezistența la compresiune nu este mai mică de 4,9MPa, iar conductivitatea termică este de 0,23~0,35W/(m·K).
Sferele tubulare din zirconiu sunt produse refractare termoizolante cu performanțe excelente. Temperatura maximă de utilizare în siguranță este de 2200 ℃. Cărămizile sferice tubulare din zirconiu au o rezistență relativ mare la temperaturi ridicate și o structură stabilă a porilor, astfel încât pot fi utilizate în siguranță la o temperatură ridicată de 2200 ℃. Cărămizile sferice tubulare din zirconiu au o densitate redusă și o conductivitate termică scăzută, ceea ce poate reduce nu numai pierderile de căldură, ci și stocarea căldurii. Prin urmare, ca material de căptușeală pentru temperaturi ridicate care intră în contact direct cu flacăra în echipamente termice precum metalurgia, petrolul, industria chimică, electronica etc., poate reduce consumul de energie și greutatea cuptorului la temperatură înaltă, iar efectul de utilizare este bun.
Data publicării: 26 noiembrie 2021