4.2.6. Легковесные огнеупорные материалы

Легковесными (теплоизоляционными) огнеупорными материалами называют материалы, общая пористость которых равна или больше 45 %, средняя плотность – 400…1400 кг/м³, благодаря чему они имеют высокие теплозащитные свойства.

Применение легковесных огнеупоров позволяет уменьшить расход топлива на технологические нужды на 20…70 %, значительно сократить потери теплоты через ограждающие конструкции, снизить толщину стен и сводов тепловых установок, сократить время, необходимое для разогрева агрегата до необходимой температуры. Наиболее выгодно использовать пористые огнеупорные материалы для внутренней футеровки тепловых агрегатов, то есть непосредственно у источников.

В настоящее время огнеупорные легковесные материалы широко применяются в самых различных отраслях промышленности.

Существует много способов формирования пористой структуры огнеупоров. Основные из них следующие:

1) введение в исходную массу пористого заполнителя;

2) вспучивание в ходе термической обработки всей массы или отдельных ее компонентов;

3) введение в исходную массу специальных добавок с последующим их удалением (испарением, растворением, выжиганием и т.д.);

4) минералообразование при обжиге, обусловливающее увеличение пористости;

5) вовлечение в суспензию или расплав газовой фазы (пеновый способ);

6) образование пузырьков газа в суспензии или расплаве в результате химических реакций или разложения вводимых добавок (газовый способ);

7) образование межзерновых пор в результате механического измельчения твердых тел, рассева продуктов измельчения и последующего спекания;

8) создание волокнистого строения.

Каждый из перечисленных способов имеет положительные и отрицательные стороны, а также области целесообразного применения. В производстве огнеупорных, и особенно высокоогнеупорных, пористых материалов используют преимущественно два способа: выгорающих добавок и пеновый. В последнее время широко начинает применяться способ волокнообразования за счет совершенствования получения расплавов из тугоплавкого сырья и получения волокон из различных расплавов.

Способ выгорающих добавок является самым старым способом получения пористых огнеупоров. Этим способом получают материалы с пористостью до 50…60 %. В качестве выгорающих добавок могут быть использованы любые твердые горючие материалы: древесные опилки, каменный уголь, продукты коксования, различные смолы, сланцы, пенополистирол и др.

Наиболее высокая степень пористости (85…90 %) достигается при использовании пенового способа. Сущность этого способа заключается в смешении суспензии огнеупорного материала с пенообразователем или отдельно приготовленной пеной, образованной при механической обработке водных растворов некоторых поверхностно-активных веществ.

В последнее время в нашей стране и за рубежом очень большое внимание уделяется способу получения легковесных высокопористых огнеупорных материалов путем формирования макроструктуры в виде волокон.

Рациональное использование пористых огнеупорных материалов возможно по двум основным направлениям. Прежде всего, они выполняют роль высокотемпературной тепловой изоляции, при этом основное требование, предъявляемое к этим материалам, - высокие теплозащитные свойства. Другое направление использования пористого огнеупорного материала – это то, при котором решающее значение имеет его пористая структура. При этом теплопроводность или вообще не имеет значения, или играет второстепенную роль в сорбционной, каталитической, электрохимической, фильтрационной областях техники и т.д. – там, где процессы проводят при высоких температурах и другие материалы оказываются непригодными.