Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчет футеровок высокотемпературных электротехнологических установок. Учебное пособие
.pdf
Таблица 1.5
Показатели физико-химических свойств вулканитовых изделий различных марок
Показатель Марка 300 Марка 350 Марка 400
Средняя плотность (кг/м3) не более 300 350 400
Теплопроводность(Вт/(м·К)), не
более, при средней температуре (К)
298±5
398±5
Предел прочности при
изгибе (МПа), не менее
0,076
0,088
0,30 0,35 0,40
0,081
0,092
0,087
0,099
Диатомит, трепел и изделия из них. Диатомиты и трепелы – пори-
стые осадочные породы, состоящие в основном из аморфного кремнезема
SiО
(в диатомитах 90-95% SiО2, трепелы содержат больше примесей). Хи-
2
мический состав диатомитов и трепелов почти одинаков, однако микроструктура разная. Это объясняется различием в геологическом возрасте
отложений (диатомиты относятся к более поздним). Диатомиты состоят из
обломков панцирей диатомовых рачков, почти полностью сохранивших
свою структуру. Трепелы – более плотная порода, в которой исходное вещество целиком утратило свою первоначальную форму. Диатомиты более
пористые, чем трепелы.
Высокая пористость и низкая средняя плотность (пористость диатомита в куске 85%) определила использование трепелов и диатомитов для
тепловой изоляции. Пластичность диатомитов и трепелов зависит от содержания в них глинистых примесей.
Средняя плотность диатомита в зависимости от месторождения
колеблется от 380 до 1000 кг/м3. Диатомит комовый, предназначенный
для изготовления теплоизоляционных материалов, должен иметь среднюю плотность не более 800 кг/м3 и влажность не более 50%, теплопроводность при средней температуре 323 К – 0,181 КмВт
, при 573 К –
0,195 КмВт , температуростойкость 900°С.
Диатомитовая обожженная крошка – материал различного зернового
состава, получаемый путем обжига, дробления и сортирования исходного
сырья. Крошку выпускают средней плотностью 350 кг/м
3
и применяют
в качестве легковесной жаростойкой добавки при изготовлении жаростойких легких бетонов, в виде засыпки для тепловой изоляции горячих поверхностей промышленных печей и технологического оборудования при
температуре изолируемых поверхностей до 900°С. Теплопроводность
крошки при средней температуре слоя 298К не более 0,1 КмВт , при
температуре 573К – 0,16
.
КмВт
Необожженный диатомитовый порошок может применяться до 850900°С, а более чистые сорта – до 1000°С и даже 1100°С. Иногда применяется обожженный диатомитовый порошок (помол бракованного диатоми-
11
тового кирпича и лома), он более прочен, трудно истирается и дает пыль,
)
(
МПа)
,
)
,
но зато имеет при той же средней плотности несколько более высокий коэффициент теплопроводности.
В основном из диатомита (трепела) изготовляют диатомитовые и пенодиатомитовые теплоизоляционные изделия; кроме того, их применяют
как составную часть при изготовлении жестких теплоизоляционных изделий (известково-кремнеземистых, вулканитовых, перлитодиатомитовых)
или теплоизоляционных порошков для мастичной изоляции, а также огнестойких штукатурок и жаростойких бетонов.
Диатомитовые и пенодиатомитовые изделия различаются способом
образования в них пористости. В диатомитовых изделиях пористость получают способом выгорающих добавок (древесных опилок), в пенодиатомитовых – способом пенообразования. Способом пенообразования получают изделия с меньшими значениями средней плотности и теплопроводности.
Кирпич, приготовленный из диатомита обычным способом, получается слишком тяжелым (900-1000 кг/м3) и теплопроводным, поэтому приходится прибегать к способам увеличения пористости изделий.
Диатомитовый кирпич выполняется трех классов, со средней плотностью 500 (Д-500), 600 (Д-600) и 700 кг/м3. Для теплоизоляции электрических печей желательно применять диатомитовые кирпичи марки Д-500.
Пенодиатомитовые (или пенотрепельные) кирпичи получаются со
средней плотностью 550 кг/м
3
и со значительно большей механической
прочностью по сравнению с обычным диатомитовым кирпичом. Промышленность выпускает пенодиатомитовый кирпич ПД-350 и ПД-400.
Пенодиатомитовые и диатомитовые изделия применяют для тепловой изоляции промышленного оборудования и трубопроводов, а также печей при температуре изолируемой поверхности до 900°С (табл. 1.6).
Таблица 1.6
Показатели физико-механических свойств пенодиатомитовых
и диатомитовых изделий в зависимости от марки.
Показатель
Средняя плотность(кг/м
Теплопроводность (Вт/(м·К)),
не более, при средней температуре (К):
298 ±5
573 ±5
Предел прочности при сжатии
не менее
Линейная температурная усадка
при 900°С (%
не более
3
не более 350 400 500 600
ПД-350 ПД-400 Д-500 Д-600
0,084
0,122
0,6 0,8 0,6 0,8
0,095
0,134
2
0,104
0,157
0,116
0,167
12
Вспученный перлит и изделия из него. Вспученный перлит – пори-
)
стый материал в виде песка или щебня, получаемый термической обработкой дробленых вулканических стекол – перлитов и обсидианов. Перлит –
магматическая горная порода, являющаяся продуктом вулканического извержения.
Вспученный перлит в зависимости от размера зерен разделяют на
песок (зерна размером менее 5 мм) и щебень (зерна размером от 5 до
20 мм).
Вспученный перлитовый песок и щебень применяют в качестве заполнителя в теплоизоляционных, конструкционно-теплоизоляционных,
конструкционных и жаростойких легких бетонах и огнестойких штукатурных растворах при температуре изолируемых поверхностей от минус
200°С до плюс 875°С. Для изоляции объектов с положительной температурой применяют перлит более высоких марок.
В зависимости от принятой технологии производства из вспученного
перлита изготовляют изделия двух видов: безобжиговые – с температурой
применения до 600°С и обжиговые – с температурой применения до 900°С.
Перлитоцементные изделия (безобжиговые) изготовляют из вспученного перлитового песка, цемента и асбеста. По средней плотности изделия разделяют на марки 250, 300 и 350 (табл. 1.7).
Перлитоцементные теплоизоляционные изделия служат для тепловой изоляции промышленного оборудования и трубопроводов при температуре изолируемых поверхностей до 600°С.
Таблица 1.7
Показатели физико-механических свойств перлитоцементных
изделий в зависимости от марки
Средняя плотность (кг/м
Теплопроводность (Вт/(м·К)), не более,
при средней температуре (К):
298 ±5
573 ± 5
Предел прочности при изгибе (МПа),
не менее
3
не более 250 300 350
0,070
0,116
0,23 0,25 0,28
0,076
0,122
0,081
0,128
Перлитофосфогелевые изделия изготовляют из вспученного перлитового песка, жидкого стекла, ортофосфорной кислоты с добавкой армирующих волокнистых материалов (асбеста) или без них и гидрофобизирующей жидкости. Изделия выпускают с гидроизоляционно упрочняющим
покрытием (бумага мешочная или битумная, наклеенная битумом или другими водостойкими клеящими составами) или без него. Изделия без покрытия предназначены для огнезащиты и изоляции строительных конструкций, промышленного оборудования и трубопроводов с температурой
поверхности до 600°С.
13
По средней плотности изделия разделяют на марки 200, 250, 300.
Теплопроводность изделий при средней температуре слоя 298К в зависимости от марки колеблется от 0,064 до 0,082 Вт/(м·К); предел прочности
при сжатии от 0,35 до 0,55МПа.
Недостатками этих изделий являются их хрупкость и низкая вла-
гостойкость.
Перлитокерамические изделия изготовляют из вспученного перлитового песка и пластичной глины (50%) путем формования, сушки и обжига.
Глину применяют огнеупорную или бентонитовую. По средней плотности
перлитокерамические изделия изготовляют марок 250, 300, 350, 400. Перлитокерамические изделия предназначены для тепловой изоляции оборудования и трубопроводов с температурой изолируемой поверхности до
875°С. (табл. 1.8).
Таблица 1.8
Показатели физико-механических свойств перлитокерамических
изделий в зависимости от марки
Показатель
Средняя плотность в сухом
состоянии (кг/м), не более
Теплопроводность (Вт/(м·К)),
не более, при температуре (К):
298 ±5
573 ±5
250 300 350 400
250 300 350 450
0,075
0,122
0,081
0,130
0,092
0,140
0,104
0,150
Предел прочности при сжатии
(МПа) не менее
0,3 0,5 0,7 1,0
Современной разновидностью перлитокерамических изделий являются перлитодиатомовые изделия. Здесь в качестве связующего используется диатомитовая глина. Перлитодиатомовые кирпичи «термосилипор»
применяют для изоляции промышленного оборудования с температурой
до 900°С. Технические характеристики приведены в табл. 1.9.
Для увеличения температуры применения легковесных огнеупоров
до 1600°С в сырьевую смесь вводят дистенсиллиманитовый концентрат
или технический глинозем.
Таблица 1.9
Технические характеристики термосилипора.
Показатель
Предел прочности при изгибе (МПа)
Коэффициент теплопроводности
(Вт/(м·К)) при температуре °С
20
300
Объемная масса (кг/м3), не более
Величина
1-1,5
0,105
0,137
450
14
Легковесные огнеупорные перлитошамотные изделия изготовляют
на основе вспученного перлитового песка (13-3%), огнеупорной глины
(16%) и шамота (71-81%). По плотности перлитошамотные изделия делят
на марки: 400, 500, 600, 700, 800 (табл. 1.10).
Перлитобитумные материалы и изделия. Эпсоперлит получают из
двух компонентов: вспученного перлитового песка и сернокислого магния
(эпсомита) в соотношении 85 : 15% по массе.
Таблица 1.10
Характеристика перлитошамотных огнеупорных изделий
Показатель
Предел прочности при сжатии (МПа),
не менее
Теплопроводность при температуре 500°С на
горячей стороне (Вт/(м·К)), не более
Предельная температура применения °С 1150 1200 1250 1250 1300
400 500 600 700 800
1,2 1,5 2 2,2 3
0,21 0,23 0,25 0,29 0,35
Марка
Изделия применяют для изоляции оборудования, труб и различных
тепловых агрегатов при температуре изолируемой поверхности до 800°С.
Физико-механическая характеристика эпсоперлита приведена в табл. 1.11.
Эпсоперлит огне- и биостоек, нетоксичен, стоек к циклическому воздействию высоких температур.
Термоперлит – теплоизоляционный материал, состоит из вспученного перлита и щелочных добавок. Термоперлит имеет плотность 150-
200 кг/м3; предел прочности при сжатии 0,2-0,5 МПа, при изгибе 0,150,25 МПа; теплопроводность 0,051-0,058 Вт/(м·°С). Максимальная температура применения 600°С. Усадка при этой температуре не превышает
1,5%.
Таблица 1.11
Характеристика эпсоперлита
Показатель
Плотность (кг/м3)
Прочность (МПа)
при сжатии
при изгибе
Теплопроводность (Вт/(м·К)),
при средней температуре, °С
25
125
300
Величина
200-250
0,45-0,6
0,17-0,3
0,067-0,08
0,081-0,093
0,112-0,123
Линейная температурная
усадка (%), не более
0,8
15
Для тепловой изоляции (футеровки) промышленных печей, дымовых
труб и других тепловых агрегатов промышленность выпускает жароупорные теплоизоляционные перлитобетоны, являющиеся разновидностью
легких бетонов.
В состав перлитобетонов в качестве заполнителя входят перлитовый
щебень и песок, а в качестве вяжущего – портландцемент, жидкое стекло
или глиноземистый цемент. В зависимости от вида вяжущего температура
применения таких бетонов 600-1000°С.
Изготовляют бетоны плотностью 600-1000 кг/м3, основные свойства
и состав которых приведены в табл. 1.12.
Использование жаростойкого перлитобетона позволяет уменьшить
массу ограждения печей в 2-3 раза и снизить ее стоимость на 30-50%.
Применяют также фосфоперлитобетон, состоящий из огнеупорной
глины, фосфатного связующего на основе ортофосфорной кислоты и вспученного перлитового песка.
Таблица 1.12
Характеристика и состав жароупорных перлитобетонов
в зависимости от вида вяжущего
Вяжущее
Портландцемент
Глиноземистый
цемент
Жидкое стекло
Теплопроводность
Плотность,
кг/м3
600 0,14
700 0,16 4
800 0,21 5
1000 0,25 10
650 0,14
800 0,18 5
650 0,16
850 0,21 6
при средней темпе-
ратуре (25±5) °С,
(Вт/(м·К))
Температура
применения,
(°С)
600
1000
от 600 до 750
Предел проч-
ности при
сжатии (МПа)
3
3
4,5
Фосфоперлитобетон применяют для ремонта тепловых агрегатов,
работающих до 1000°С. Плотность форфоперлитобетона 300-600 кг/м3,
предел прочности при изгибе 0,3-2 МПа, теплопроводность – 0,08-0,11
( CмВт ).
Вспученный вермикулит и изделия из него. Вспученный вермикулит – сыпучий зернистый материал чешуйчатого строения, получаемый
в результате обжига природного вермикулита. Природный вермикулит –
минерал из группы гидратированных слюд, которые содержат не только
гигроскопическую, но и кристаллизационную воду, входящую в состав
кристаллической решетки минерала. Поэтому при нагревании вермикулит
вспучивается за счет взрывообразного выделения воды. При этом он расщепляется на отдельные слюдяные пластинки, частично соединенные
16
между собой. Вспучивание вермикулита приводит к увеличению его объема в 15-20 раз. Плотность породы вермикулита 2,05-2,71 г/см3; температура плавления 1300°С. Вспученный вермикулит по насыпной плотности
разделяется на марки 100, 150 и 200.
По размеру зерен вермикулит делится на три фракции: крупный –
с размером зерен от 5 до 10 мм; средний – с размером зерен от 0,6 до 5 мм;
мелкий – с размером зерен до 0,6 мм. Теплопроводность вспученного вермикулита в зависимости от марки колеблется от 0,064 до 0,075 Вт/(м·К)
(при температуре 298 К); влажность не более 3 % по массе.
Благодаря легкости и высокой температуростойкости (до 1100°С)
вспученный вермикулит применяют в качестве засыпной изоляции, для изготовления теплоизоляционных изделий, а также в качестве заполнителя
в акустических штукатурках и легких бетонах. Кроме того, его используют
для изоляции оборудования с температурой поверхности от минус 260°С
до плюс 900°С. Из вспученного вермикулита путем добавки связующих
веществ и асбеста получают безобжиговые (асбестовермикулитовые)
и обжиговые (керамические) изделия с температурой применения до
600°С. По средней плотности асбестовермикулитовые изделия разделяются на марки 230, 250 и 280 (табл. 1.13).
Таблица 1.13
Показатели физико-механических свойств
асбестовермикулитовых изделий в зависимости от марки
Показатель
Средняя плотность (кг/м3) не более
Теплопроводность (Вт/(м·К)), не более, при средней
температуре (298 ± 5) К
230 250 280
230 250 280
0,087 0,087 0,087
Предел прочности при сжатии (МПа) не менее
Предел прочности при изгибе (МПа) не менее
0,1 0,1 0,1
0,17 0,18 0,18
Средне- и высокотемпературные теплоизоляционные
материалы [13].
В соответствии с ГОСТ 5040 теплоизоляционные огнеупорные материалы по температуре применения, химико-минеральному составу и плотности классифицируются на типы, представленные в таблицах 1.14-1.15.
Шамотный кирпич относится к группе огнеупорных материалов. Его
рекомендуется использовать в печах, которые непосредственно подвергаются воздействию высоких температур или контактируют с открытым
огнем. Выбор того или иного типа огнеупора зависит от рабочей температуры и от химических свойств обрабатываемого объекта, а также от
техно-
логических особенностей производства (табл. 1.14, 1.15).
В связи с разносторонним применением высокотемпературных производственных процессов во многих сферах возникла необходимость
17
в выпуске огнеупорного кирпича, отвечающего определенным требованиям и обладающим заданными характеристиками. В результате, в настоящее
время выпускается 4 вида огнеупорного кирпича: кварцевый, глиноземный, основной и углеродистый.
Таблица 1.14
Классификация легковесных огнеупорных материалов
Максимальная
Тип изделия Марка Характеристика
температура
применения
(°С)
Динасовые
ДЛ-1,2
ДЛ 1-1,2
Динасовые легковесные изделия
кажущейся плотностью не более
3
1,2 г/см
1550
Шамотные легковесные изделия
ШЛА-1,3
кажущейся плотностью не более
1400
1,3 г/см3
Шамотно-каолиновые легковес-
ШКЛ-1,3
ные изделия кажущейся плотно-
1400
стью не более 1,3 г/см3
Шамотные легковесные изделия
ШЛ-1,3
кажущейся плотностью не более
1300
1,3 г/см3
Шамотные легковесные изделия
Шамотные
ШЛ-1,0
кажущейся плотностью не более
1300
1,0 г/см3
Шамотные легковесные изделия
ШЛ-0,9
кажущейся плотностью не более
1270
0,9 г/см3
Шамотные легковесные изделия
1150
1150
1250
Муллито-
кремнеземистые
ШЛ-0,6
ШЛ-0,4,
ШЛ1-0,4
МКРЛ-0,8
кажущейся плотностью не более
3
0,6 г/см
Шамотные легковесные изделия
кажущейся плотностью не более
3
0,4 г/см
Муллитокремнеземистые легко-
весные изделия кажущейся плот-
ностью не более 0,8 г/см
3
Муллитовые легковесные изде-
Муллитовые МЛЛ-1,3
лия кажущейся плотностью не
1550
более 1,3 г/с 3
Корундовые легковесные изде-
КЛ-1,3
Корундовые
КЛ-1,1
лия кажущейся плотностью не
более 1,3 г/см3
Корундовые легковесные изде-
лия кажущейся плотностью не
более 1,1 г/см
3
1550
1550
18
Кварцевый состоит из чистого кварца или песчаника с небольшой
примесью глинистого материала. Рекомендуется применять в случаях, если не предусмотрен контакт с активными химическими соединениями. Хорошо работает при контакте с металлом и открытым огнем.
Таблица 1.15
Физико-химические свойства легковесных огнеупоров по ГОСТ 5040
Кажуща-
Марка
огнеупора
ШЛА-1,3 1,3 1400 4,5 0,7 1,0 (1400)
ШКЛ-1,3 1,3 1400 3,5 0,6 1,0 (1400)
ШЛ-1,3 1,3 1300 3,5 0,7 1,0 (1300)
ШЛ-1,0 1,0 1300 3,0 0,6 1,0 (1300)
ШЛ-0,9 0,9 1270 2,5 0,5 1,0 (1270)
ШТЛ-0,6 0,6 1150 2,5 0,3 0,7 (1150)
ШЛ-0,4 0,4 1150 1,0 0,25 1,0 (1150)
ШЛ1-0,4 0,4 1150 1,2 0,25 1,0 (1150)
МКРЛ-0,8 0,8 1250 2,5 0,4 1,0 (1250)
МЛЛ-1,3 1,3 1550 3,0 0,6 1,0 (1550)
КЛ-1,3 1,3 1550 3,5 0,8 0,8 (1550)
КЛ-1,1 1,1 1550 2,5 0,55 1,0 (1550)
ДЛ-1,2 1,2 1550 4,5 0,7 1,0 (1550)
ДЛ1-1,2 1,2 1550 4,5 0,7 1,0 (1550)
яся плот-
ность
(г/см3)
Температура
эксплуата-
ции, не вы-
ше (°С)
Шамотные и полукислые
Муллитокремнеземистые
Предел проч-
ности при
сжатии (МПа)
не менее
Муллитовые
Корундовые
Динасовые
Теплопровод-
ность при 600 °С
на горячей сто-
роне (Вт/(м·К))
Доп. усадка (%) при
темпера-
туре (°С)
Глиноземный (шамотный) – в его состав входит около 70% огнеупорной глины, что обуславливает инертность такого кирпича относительно кислот и щелочей. Основной диапазон температур, при котором рекомендовано применение глиноземного кирпича, составляет 1000-1300°С.
Основной кирпич применяется преимущественно в металлургии, поскольку его состав (известняк и магнезиальная масса) как нельзя лучше работают при переработке фосфористой руды.
Углеродистый кирпич. Основная сфера применения – доменные печи. Это спрессованный графит или кокс. Именно этот вид огнеупорного
кирпича характеризуется наивысшими показателями прочности и температурной устойчивости, что так важно для эксплуатации доменной печи.
Шамотные легковесные изделия с применением перлита. Изделия
класса ШЛ-0,4 (ультралегковесные шамотные изделия без применения
перлита) в настоящее время изготавливают с применением вспученного
перлита (огнеупорность перлита 1390-1400°С).
19
По свойствам легковесные перлитошамотные изделия полностью от-
*
*
вечают требованиям стандарта к изделиям ШЛ-0,4; кажущаяся плотность
их менее 0,4 г/см3, предел прочности при сжатии 1,0-1,4 МПа, теплопроводность при 600°С на горячей стороне 0,17-0,19Вт/(м·К), температура
начала деформации под нагрузкой 0,04 МПа 1120-1140°С, 4%-го сжатия
1160-1190°С, огнеупорность 1680-1690°С. Изделия имеют однородную
мелкопористую структуру без трещин и пустот. Недостатком применения
перлита являются некоторое снижение огнеупорности шамотных масс
и большая общая усадка изделий. Эти недостатки устраняются при введении перлита в дистен-силлиманитовые массы. При нагревании объем дистена увеличивается на 17-18%; силлиманита на 7-8%. Увеличение объема
дистена и силлиманита оказывает благоприятное компенсационное влияние при производстве легковесных изделий с перлитом, снижая общую
усадку. В табл. 1.16 и 1.17 приведены характеристики различных легковесных изделий с перлитом.
Таблица 1.16
Характеристика легковесных изделий с перлитом
Показатели ПСШЛ-0,4* МПСЛ-0,4
Содержание (%)
Al2O3, не менее 40 54
Fe2O3, не более 1 0,9
Огнеупорность (°С), не ниже 1710 1770
Кажущаяся плотность (г/см3),
не более
Дополнительная усадка не более 1% при
температуре (°С)
Предел прочности при сжатии (МПа), не
менее
Теплопроводность при 600°С на горячей
стороне (Вт/(м·К), не более
*
Перлитсиллиманитшамотные легковесные изделия.
**
Муллитокремнеземистые перлитсиллиманитовые легковесные изделия.
0,4 0,4
1200 1300
1,2 1,5
0,23 0,23
Легковесные теплоизоляционные материалы на основе аморфного
кремнезема. К аморфному кремнеземистому сырью относится ряд природ-
ных материалов: диатомит, спонголит, опока, трепел и др. Кроме аморфного кремнезема в них в качестве примесей присутствуют глинистые материалы, содержание которых колеблется от 20 до 40%, а также полуторные
щелочные и щелочноземельные оксиды; в небольших количествах присутствуют другие примеси (сернистые и фосфатные соединения и др.).
Пенодиатомитовые изделия имеют теплопроводность в 1,6 раза
меньше, чем шамотные легковесные изделия, при примерно одинаковых
остальных характеристиках до температуры их эксплуатации 900°С. Некондиционные изделия и отходы от обработки (резки) подают на перера-
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]