Теплоізоляційні вогнетриви відносяться до вогнетривів з високою пористістю, низькою об'ємною щільністю та низькою теплопровідністю, також відомі як легкі вогнетриви. До них належать теплоізоляційні вогнетривкі вироби, вогнетривкі волокна та вогнетривкі волокнисті вироби. Залежно від температури використання: низькотемпературні ізоляційні вогнетривкі матеріали, температура використання нижче 900 ℃, такі як діатомітова ізоляційна цегла, вироби з пінокремнезему, кремнекальцієві плити, вироби з піноперліту тощо; середньотемпературні ізоляційні вогнетривкі матеріали, температура використання 900~1200 ℃, такі як глиняна теплоізоляційна вогнетривка цегла, вогнетривке волокно з алюмінієвого силікату тощо; високотемпературні теплоізоляційні вогнетривкі матеріали, температура використання вище 1200 ℃, такі як високоалюмінієва теплоізоляційна вогнетривка цегла, глиноземна теплоізоляційна вогнетривка цегла, кремнієва ізоляційна вогнетривка цегла, глиноземна кулькова цегла, цирконієва кулькова кулькова цегла, високоглиноземисте вогнетривке волокно, полікристалічне вогнетривке волокно (полікристалічне алюмінієве волокно, полікристалічне цирконієве волокно, полікристалічне мулітове волокно) тощо.
Виробництво теплоізоляційних вогнетривких виробів переважно використовує технологічні методи, що дозволяють формувати пористу структуру, такі як метод легкої сировини, метод випалювання, метод піноутворення та хімічний метод. Аморфні вогнетривкі волокна, такі як вогнетривкі волокна з алюмінієвого силікату, вогнетривкі волокна з високого вмісту глинозему тощо, зазвичай виготовляються плавленням. Полікристалічні вогнетривкі волокна, такі як мулітові волокна, глиноземні волокна тощо, виготовляються колоїдним методом.
Основними характеристиками ізоляційних вогнетривів є висока пористість, зазвичай понад 45%; низька об'ємна щільність, зазвичай не перевищує 1,5 г/см3; низька теплопровідність, здебільшого менше 1,0 Вт/(м·К). В основному використовуються як теплоізоляція промислових печей, вони можуть не тільки зменшити втрати тепла в печі, але й зменшити теплоакумуляцію печі, отримати найкращий енергозберігаючий ефект та зменшити вагу термічного обладнання. Порівняно із звичайною вогнетривкою цеглою, теплоізоляційні вогнетриви мають низьку стійкість до шлакової корозії, механічну міцність та зносостійкість. Тому вони не підходять для несучих конструкцій печі та деталей, що безпосередньо контактують зі шлаком, шихтою, розплавленим металом тощо.
Метод класифікації ізоляційних вогнетривких виробів
Теплоізоляційні вогнетривкі вироби відносяться до вогнетривких виробів з пористістю не менше 45%. Основними характеристиками теплоізоляційних вогнетривких виробів є висока пористість та низька об'ємна щільність. Теплопровідність низька, теплоємність мала, а теплоізоляційні характеристики хороші. Вони зберігають тепло та є термостійкими. Їх можна використовувати як теплоізоляційний шар для різного теплового обладнання, а деякі також як робочий шар. Це енергозберігаючий матеріал для будівництва різних печей. Заміна теплоізоляційних вогнетривких виробів на загальні щільні вогнетривкі вироби як будівельні матеріали для печей може зменшити втрати тепла на акумулювання та тепловіддачу на 40-50%, особливо для теплового обладнання переривчастої дії.
Існує багато видів ізоляційних та вогнетривких виробів, які зазвичай поділяються на три категорії залежно від температури використання, об'ємної щільності та форми виробу.
(1) Класифікується за щільністю тіла. Цегла з об'ємною щільністю 0,4~1,3 г/см3 є легкою цеглою; цегла з об'ємною щільністю менше 0,4 г/см3 є надлегкою цеглою.
(2) Класифікація за робочою температурою. Використовуйте температуру 600~900℃ для низькотемпературного ізоляційного матеріалу; 900~120℃ для середньотемпературного ізоляційного матеріалу; понад 1200℃ для високотемпературного ізоляційного матеріалу.
(3) Класифікація за формою виробу: одна - це формована легка вогнетривка цегла, включаючи глиняну, високоглиноземну, кремнієву та деякі легкі цегли з чистого оксиду; інша - це неформована легка вогнетривка цегла, така як легкий вогнетривкий бетон.
Метод виробництва теплоізоляційних вогнетривких виробів відрізняється від методу виробництва звичайних щільних матеріалів. Існує багато методів, зокрема метод спалювання, метод піноутворення, хімічний метод та метод пористих матеріалів.
1) Метод випалювання та додавання матеріалу. Також називається методом додавання горючих речовин. До цегляної глини додають легкозаймисті речовини, такі як деревне вугілля, тирса тощо, щоб після випалювання виріб мав певні пори.
2) Метод замочування. До глини для виготовлення цегли додають піноутворювачі, такі як каніфольне мило тощо, і спінюють її механічним методом. Після випалу отримують пористий продукт.
3) Хімічний метод. За допомогою хімічної реакції, яка може належним чином генерувати газ, у процесі виготовлення цегли отримують пористий продукт, зазвичай доломіт або периклаз плюс гіпс, і сірчану кислоту як піноутворювач.
4) Метод пористого матеріалу. Використовуйте природний діатомовий або штучний глиняний пінопластовий клінкер, порожнисті сфери з глинозему або цирконію та інші пористі сировинні матеріали для виготовлення легких вогнетривких цеглин.
Використання ізоляційних вогнетривких виробів з низькою теплопровідністю та малою теплоємністю як матеріалів для конструкції корпусу печі може заощадити паливо, підвищити ефективність виробництва обладнання, зменшити вагу корпусу печі, спростити конструкцію печі, покращити якість продукції та знизити температуру навколишнього середовища. Покращує умови праці. Ізоляційні вогнетривкі вироби здебільшого використовуються як теплоізоляційний шар, футеровка або ізоляційний шар печі.
1. Вогнетривка цегла з глинозему для ізоляції
Теплоізоляційна вогнетривка цегла з глинозему використовує плавлений корунд, спечений глинозем та промисловий глинозем як основну сировину для виготовлення теплоізоляційних вогнетривких виробів, які мають високу стійкість до кислотних та лужних середовищ, стійкість до відновлення та добру стійкість до теплових ударів. Цегла може використовуватися протягом тривалого часу за температур нижче 1700℃. У процесі виробництва використовуються два види методу піноутворення та метод спалювання з добавкою. Продукція, виготовлена методом піноутворення, має такі характеристики, як однорідна структура, низька теплопровідність та хороші теплоізоляційні властивості.
Вогнетривка теплоізоляційна цегла з глинозему легка, має високу міцність на стиск, низьку теплопровідність, низьку об'ємну усадку після повторного випалювання та добру стійкість до термоударів. Її можна використовувати для теплоізоляційних шарів високотемпературного термічного обладнання або печей, що безпосередньо взаємодіють з полум'ям. А також для робочої футерівки прецизійного термічного обладнання, але вона не підходить для місць корозії, де безпосередньо контактує рідина в печі та розплавлений шлак. Вона також має вищу стабільність при використанні у відновній атмосфері. Температура використання залежить від чистоти продукту, зазвичай до 1650~1800°C. Типові фізичні та хімічні показники таких продуктів наведено в таблиці 3-105.
2. Високоалюмінієві теплоізоляційні вогнетривкі цеглини
Високоглиноземиста теплоізоляційна вогнетривка цегла – це теплоізоляційні вогнетривкі вироби з вмістом не менше 48% основної сировини. Високоглиноземиста теплоізоляційна вогнетривка цегла виготовляється переважно з бокситів як сировини, поєднаної з глиною як сировиною, змішаної зі зв'язуючими речовинами та тирсою. Для покращення характеристик продукції додають промисловий глинозем, корунд, силіманіт, кіаніт та кремнезем. Дрібнодисперсний порошок може бути використаний для виготовлення виробів з різною об'ємною щільністю та різною максимальною температурою використання. Зазвичай температура використання становить 1250~1350℃, а деякі можуть досягати 1550℃.
Високоалюмінієві ізоляційні цеглини здебільшого виготовляються методом піноутворення, а об'ємна щільність продукту становить від 0,4 до 1,0 г/см3, а також можуть бути виготовлені методом спалювання добавок. Фізичні та хімічні показники високоалюмінієвих теплоізоляційних вогнетривких цеглин наведено в таблиці 3-106.
Вогнетривку цеглу з високим вмістом алюмінію можна використовувати для створення теплоізоляційних шарів та деталей, які не піддаються корозії та стиранню від міцних розплавлених матеріалів за високих температур. При безпосередньому контакті з полум'ям температура поверхні звичайної вогнетривкої цегли з високим вмістом алюмінію не повинна перевищувати 1350 ℃. Вогнетривку цеглу з муліту можна безпосередньо контактувати з полум'ям, вона має характеристики стійкості до високих температур, високої міцності та значного енергозбереження. Вона підходить для футеровки піролізних печей, печей з гарячим повітрям, керамічних роликових печей, електропорцелянових висувних печей та різних печей опору. Вогнетривку цеглу з корунду-муліту з вмістом Al2O3 82,4% можна використовувати як футеровку печі при температурі 1550 °C.
3. Вогнетривка цегла на глиняній основі для ізоляції
Теплоізоляційна вогнетривка цегла на глиняній основі – це теплоізоляційні вогнетривкі вироби з вмістом Al2O3 від 30% до 48%, виготовлені з вогнетривкої глини як основної сировини, з використанням вогнетривкої глини, плаваючих кульок та вогнетривкого глиняного клінкеру з додаванням сполучних речовин та тирси. Завдяки змішуванню, перемішуванню, формуванню, сушці та випалу можна отримати вироби з об'ємною щільністю 0,3~1,5 г/см3, а обсяг виробництва становить понад половину теплоізоляційної вогнетривкої цегли.
Найпоширенішим процесом виробництва глиняної теплоізоляційної вогнетривкої цегли є метод спалювання з плаваючими гранулами, також може бути використаний метод піноутворення. Фізичні показники глиняної теплоізоляційної вогнетривкої цегли див. у таблиці 3-107.
Теплоізоляційна вогнетривка цегла на глиняній основі має широкий спектр застосування. Вона здебільшого використовується в термічному обладнанні та промислових печах. Її можна використовувати для деталей, які не кородують та не омиваються міцними високотемпературними розплавленими матеріалами. Деякі поверхні, що безпосередньо контактують з полум'ям, покриваються шаром вогнетривкого покриття, яке може зменшити ерозію шлаком та пилом пічного газу та зменшити пошкодження. Робоча температура виробу не перевищує випробувальної температури зворотної лінії. Глиняна ізоляційна цегла належить до легкого ізоляційного матеріалу з кількома порами. Цей матеріал має пористість від 30% до 50%, а його теплоізоляція погана, але його механічна міцність та стійкість до корозії хороші.
4. Вогнетривка цегла з силіконовою ізоляцією
Кремнієва теплоізоляційна вогнетривка цегла виготовляється з кремнезему як основної сировини, а вміст SiO2 у теплоізоляційному вогнетривкому продукті становить менше 91%. Окрім теплоізоляційних властивостей, кремнієва вогнетривка цегла значною мірою зберігає характеристики кремнієвої цегли. Початкова температура розм'якшення завантаження висока, а об'єм дещо розширюється під час процесу нагрівання, що підвищує міцність печі.
Характеристики кремнієвої теплоізоляційної вогнетривкої цегли марки GGR-1.20 для промислових печей, зазначені в Китайському стандарті металургійної промисловості YB386-1994, такі: об'ємна щільність не більше 1,2 г/см3, міцність на стиск за кімнатної температури не менше 5 МПа, початкова температура розм'якшення під навантаженням менше 0,1 МПа не менше 1520 ℃, вміст SiO2 не менше 91%.
Цей продукт підходить для футеровки промислових печей або теплоізоляційних шарів, які не контактують безпосередньо з високотемпературними розплавленими матеріалами та не піддаються безпосередньому впливу агресивних газів. Робоча температура кладки не перевищує 1550°C.
Теплоізоляційна вогнетривка цегла на основі кремнезему є більш шкідливою для організму людини через кремнеземний пил, а процес виготовлення складніший, ніж у випадку з глиняною та високоалюмінієвою теплоізоляційною вогнетривкою цеглою, і на неї припадає невелика частка від загального обсягу виробництва теплоізоляційних вогнетривких матеріалів.
5. Вогнетривка цегла з діатомітової ізоляції
Діатомітова теплоізоляційна цегла – це вогнетривкий теплоізоляційний виріб, виготовлений з діатоміту як основної сировини. Діатомітова теплоізоляційна цегла має дрібні закриті пори, високу пористість, хороші теплоізоляційні характеристики, але низьку механічну міцність, особливо після зволоження, міцність значно знижується. Її основним хімічним складом є SiO2, потім Al2O3, а також оксиди заліза та калію, натрію, кальцію, магнію та інші домішки.
Фізичні показники діатомітової ізоляційної цегли наведено в таблиці 3-108. Вироби з діатомітової ізоляційної цегли мають низьку термостійкість, а вогнетривкість становить лише близько 1280 ℃, тому температура використання невисока. Їх можна використовувати в ізоляційному шарі лише нижче 900°C.
6. Вироби з розширеного перліту
Вироби з розширеного перліту - це теплоізоляційні вогнетривкі вироби, виготовлені з перліту як основного компонента. Ізоляційні вироби, виготовлені з розширеного перліту як заповнювача та відповідного цементу, рідкого скла, фосфату тощо, після перемішування, змішування, формування, сушіння, випалювання або затвердіння. Густина розширеного перліту відносно невелика, зазвичай лише 40~120 г/см3; вогнетривкість невисока, зазвичай 1280~1360°C. Максимальна температура використання виробів з різними зв'язуючими речовинами різна, зазвичай нижче 1000°C.
Вироби з розширеного перліту класифікуються на категорії 200, 250, 300 та 350 кг/м34 відповідно до насипної щільності виробів у національному стандарті. Залежно від типу цементу, що використовується, вони поділяються на вироби з розширеного перліту, зв'язаного цементом, вироби з розширеного перліту, зв'язаного рідким склом, вироби з розширеного перліту, зв'язаного фосфатом, та вироби з розширеного перліту, зв'язаного асфальтом.
7. Вироби з розширеного вермикуліту
Вироби з розширеного вермикуліту – це теплоізоляційні вогнетривкі вироби, основною сировиною яких є розширений вермикуліт. Виробництво виробів з розширеного вермикуліту базується на певному розмірі розширеного вермикуліту як заповнювача, додаванні добавок та в'яжучих речовин, змішуванні з водою в певній пропорції, а також формуванні, сушці, випалюванні або затвердінні для отримання теплоізоляційних виробів. Вироби з різною об'ємною щільністю, добавками та в'яжучими речовинами мають різні максимальні температури використання, і зазвичай використовуються теплоізоляційні шари нижче 1000°C. Існує багато видів виробів з розширеного вермикуліту, які зазвичай класифікуються за типом використовуваного в'яжучого речовини та типом використовуваного заповнювача. Залежно від в'яжучого речовини, їх можна розділити на вироби з органічного в'яжучого речовини, вироби з неорганічного в'яжучого речовини та вироби з органічного та неорганічного композитного в'яжучого речовини. Залежно від типу використовуваного заповнювача, їх можна розділити на вироби з одним заповнювачем, вироби з кількома заповнювачами та вироби з добавками.
Розширений вермикуліт має низьку теплопровідність, низьку міцність і не може бути водонепроникним, тому його застосування значно обмежене. Коли для зв'язування розширеного вермикуліту в готовий виріб використовується високоміцний цементуючий матеріал, він матиме більшу міцність, ніж розширений вермикуліт, і витримуватиме більше навантаження; при використанні водонепроникного цементуючого матеріалу для зв'язування розширеного вермикуліту разом, отриманий продукт має водонепроникні властивості та може використовуватися там, де є вода. Теплопровідність сполучної речовини зазвичай вища, ніж у розширеного вермикуліту, тому додавання сполучної речовини надає розширеному устричному каменю нові можливості використання, але це також знижує теплоізоляційний ефект розширеного вермикуліту.
8. Кальцій-кремнієва дошка
Силікатно-кальцієва плита виготовляється з діатомової землі та вапна як основної сировини, а теплоізоляційні вогнетривкі вироби, виготовлені з додаванням армуючого волокна, також називаються силікатно-кальцієвою плитою та мікропористою силікатно-кальцієвою плитою. Силікатно-кальцієва плита поділяється на дві категорії за своїм складом: одна - звичайна силікатно-кальцієва плита, хімічний склад CaO/SiO2 становить близько 0,8, мінеральний склад - тоберморит (тоберморит, 5CaO·6SiO2·5H2O); інша - твердо-кальцієва силікатна плита, хімічний склад CaO/SiO2 становить близько 1,0, мінеральний склад - твердо-кальцієва силікатна плита.
Силікат кальцію має чудові властивості, такі як мала ємність, сильне розділення, низька теплопровідність, зручна конструкція та низький коефіцієнт втрат. Щільність плит із силікату кальцію у світі здебільшого визначається як не більше 220 кг/м3, а деякі додатково поділяються на 33 типи: не більше 220 кг/м3, не більше 170 кг/м3 та не більше 130 кг/м; у Китаї щільність плити не більше 240 кг/см3, не більше 220 кг/см3 та не більше 170 кг/см3 – 33 типи. Міцність на стиск перевищує 0,4 МПа, міцність на вигин – понад 0,2 МПа; теплопровідність (70℃±5℃) становить 0,049～0,064 Вт/(м·К) – найвища робоча температура, а температура муліту торбе становить 650℃, а тип силікату кальцію – 1000℃.
Силікатно-кальцієву плиту можна розпилювати або прибивати цвяхами, виготовляти з неї дошки, блоки або корпуси. Її можна використовувати як теплоізоляційний матеріал для теплових трубопроводів та промислових печей в електроенергетиці, хімічній промисловості, металургії, суднах тощо; для вогне- та теплоізоляції будівель, інструментів та обладнання. Також її можна використовувати для теплоізоляційного шару високотемпературних сушильних печей та платформ тунельних печей; обидві сторони силікатно-кальцієвої плити можна обклеїти пластиковим шпоном, фанерою, азбестоцементною плитою тощо. Можна використовувати як теплоізоляційний матеріал. Більшість теплоізоляційних інженерних матеріалів у світі використовують силікатно-кальцієву плиту, а в деяких країнах вона становить від 70% до 80% у промисловості.
9. Плаваюча цегла з частинок (ценосферна цегла)
Цегла «Ценосфера» – це теплоізоляційні вогнетривкі вироби, що виготовляються з ценосфер як основної сировини. На початку 1970-х років моя країна почала використовувати ценосфери з летючої золи для виробництва теплоізоляційної вогнетривкої цегли на основі глини. Завдяки простому процесу та великим ресурсам якість продукції хороша. З 1980-х років для виробництва цегли «Ценосфера» використовується метод пористого клінкеру або випалювання ценосфер з летючої золи.
Цеглини ценосфери – це порожнисті сфери з алюмінієво-силікатного скла, отримані методом флотації з летючої золи теплових електростанцій. Вони мають легку вагу, тонкі стінки, порожнисту, гладку поверхню, низьку теплопровідність, хороші ізоляційні властивості, високу вогнетривкість та високу міцність на стиск. А також інші властивості. Використовуючи ці характеристики ценосфер, можна виготовляти теплоізоляційні вогнетривкі матеріали з відмінними характеристиками збереження тепла. Цеглини ценосфери можна виготовляти напівсухим методом, що є простим процесом і не потребує обробки.
Цегла Cenosphere перевершує існуючі теплоізоляційні матеріали середньої щільності за механічною міцністю, стійкістю до високих температур, теплопровідністю та експлуатаційними характеристиками, і порівнянна з силікатними волокнами. Цей матеріал широко використовується в різних високотемпературних промислових печах при температурі 1200°C для досягнення мети підвищення теплової ефективності та зниження споживання енергії. Цегла Cenosphere використовується в промислових печах та високотемпературному обладнанні в металургії, машинобудуванні, хімічній, нафтовій промисловості, будівельних матеріалах, легкій промисловості, електроенергетиці та інших секторах. Як правило, вона може заощаджувати енергію на 15-40%. Це хороший новий тип легкої перегородки. Теплоізоляційний матеріал.
10. Цегла у формі порожнистої сфери
Порожниста куляста цегла з глинозему
Алюмінієва порожниста куляста цегла – це теплоізоляційний вогнетривкий виріб, основною сировиною якого є порожниста куляста глиноземна цегла. Типові технічні показники алюмінієвої порожнистої кулястої цегли: вміст Al2O3 не менше 98%, вміст SiO2 не більше 0,5%, вміст Fe2O3 не більше 0,2%, об'ємна щільність 1,3~1,4 г/см3, видима пористість 60%~80%, міцність на стиск не менше 9,8 МПа, температура розм'якшення навантаження (0,2 МПа) не менше 1700 ℃, а теплопровідність 0,7~0,8 Вт/(м·К).
Порівняно зі звичайними теплоізоляційними та вогнетривкими виробами, сферична глиноземна цегла характеризується великою кількістю закритих пор у виробі. Тому вона має високу міцність та стабільну пористу структуру, низьку щільність та низьку теплопровідність. Вона в основному використовується для футеровки промислових печей за високих температур нижче 1800℃, таких як високотемпературна футеровка печей у вогнетривкій, електронній та керамічній промисловості; теплоізоляційні шари для високотемпературного термічного обладнання, такого як печі газифікації в нафтохімічній промисловості, газові печі, вугільні промислові реактори, ізоляційна цегла для індукційних печей у металургійній промисловості.
B Цирконієва порожниста сферична цегла
Цирконієва порожниста куляста цегла – це теплоізоляційний вогнетривкий виріб, виготовлений з цирконієвих порожнистих кульок як основної сировини. Основною кристалічною фазою цієї цегли є кубічний цирконій (близько 70%-80% мінерального складу), а її типові характеристики: вогнетривкість понад 2400℃, видима пористість 55%~60%, об'ємна щільність 2,5~3,0 г/см3, міцність на стиск не менше 4,9 МПа, а теплопровідність 0,23~0,35 Вт/(м·К).
Порожнисті цирконієві сфери – це теплоізоляційні вогнетривкі вироби з відмінними характеристиками. Максимальна безпечна температура використання становить 2200℃. Цеглини у формі порожнистих сфер з цирконію мають відносно високу міцність за високих температур і стабільну пористу структуру, тому їх можна безпечно використовувати за високих температур 2200℃. Цеглини у формі порожнистих куль з цирконію мають низьку щільність і низьку теплопровідність, що не тільки зменшує втрати тепла, але й зменшує теплоакумуляцію. Таким чином, як високотемпературний футерівковий матеріал, що безпосередньо контактує з полум'ям у термічному обладнанні, такому як металургія, нафта, хімічна промисловість, електроніка тощо, він може зменшити споживання енергії та зменшити вагу високотемпературної печі, а також мати хороший ефект використання.
Час публікації: 26 листопада 2021 р.