6.3 Теплоизоляционные материалы, их классификация и свойства

Теплоизоляционными - называют материалы позволяющие изолировать зону, где осуществляется какой-либо технологический процесс при высокой температуре, от окружающей среды.

К теплоизоляционным материалам предъявляют следующие требования:

1. Иметь как можно более низкую теплопроводность

2. Иметь как можно более низкую удельную теплоёмкость.

Наряду с малой теплопроводностью и низкой удельной теплоёмкостью теплоизоляция должна обладать достаточной огнеупорностью и строительной прочностью. Перечисленные требования оказываются противоречащими друг другу, поэтому футеровка современных металлургических печей выполняется двух - а иногда и трёхслойной.

По огнеупорности:

1. Огнеупорные (рабочая температура более 800 ⁰С)

2. Неогнеупорные (рабочая температура менее 700 ⁰С)

По происхождению:

• Естественные

• Искусственные (легковесные, пенокерамические, материалы изготовленные из огнеупорного волокна)

По форме и способу применения футеровки печей:

1. В виде отдельных изделий (кирпич, листы, полосы и т.д.)

2. В виде сыпучих сред для засыпок

Физические свойства теплоизоляционных материалов:

1. Пористость

2. Газопроницаемость

3. Теплопроводность

4. Удельная теплоёмкость

5. Электропроводность

6. Термическое расширение

Главной рабочей характеристикой теплоизоляционных материалов служит предельная температура их применения. Теплоизоляционные материалы характеризуются также прочностью на сжатие и постоянством объёма при нагреве в процессе службы (усадкой)

Естественные теплоизоляционные материалы

Из естественных теплоизоляционных материалов, относящихся к группе огнеупорных, наибольшее распространение получили: диатомит, трепел (SiO₂ * nH₂O)-пористые осадочные породы из остатков доисторических водорослей и простейших организмов. Диатомит и трепел используют в сыром и обожженном виде для засыпок в порошкообразной форме. Из этих материалов изготавливают кирпич на глинистой связке.

Средний коэффициент теплопроводности диатомита равен 0,25 Вт/(м*К). Диатомитовые кирпичи очень непрочны и применяются для выполнения слоя наружной тепловой изоляции стен и сводов печей. Предельная температура службы для засыпок – 900 ⁰С, для обожженного диатомитового кирпича - 1000⁰С.

Из неогнеупорных теплоизоляционных материалов используют асбест. Асбест -естественная горная порода (рабочая температура менее 450⁰С ). Асбест в виде крошки используют для засыпок, а из его длинноволокнистых сортов изготавливают шнур и асбестовую ткань.

Искусственные теплоизоляционные материалы.

Изготавливают 3 способами, на основе различных огнеупорных материалов:

1.Легковесные изделия - на основе динаса, шамота и высокоглинозёмистых огнеупоров. Получают прессованием формовочной смеси, составленной из соответствующего огнеупорного порошка, огнеупорной глины и выгорающих добавок (древесные опилки, древесный уголь и т.д.) с введением органических связывающих веществ. Готовые изделия подвергают обжигу.

2.Пенокерамические изделия - получают введением в огнеупорную глинистую массу специально приготовленной пены, приводящей к образованию пористой структуры и сохранению её после обжига. В качестве основы для пенообразователя используют канифольное мыло, дающее устойчивую пену.

3.Материалы из керамического волокна изготавливают на алюмосиликатной огнеупорной основе. Диаметр их волокон:2-5 мкм, длина: 10-50 мм. Волокна изготавливают путём распыления паром высокого давления алюмосиликатного расплава. В процессе производства волокон, они переплетаются между собой и образуют лёгкую массу, похожую на вату, которая легко прессуется, а после пропитки связующим раствором служит исходным материалом для изготовления войлока, матов, плит и других изделий.

Волокнистые материалы обладают большими достоинствами:

-предельная температура их применения достаточно высока (1150-1600 ⁰С)

-низкий коэф. теплопроводности

-низкая удельная теплоёмкость

-практически неограниченная термическая стойкость

Эти свойства и обуславливают применение волокнистых материалов для футеровки промышленных печей. Их изготовление позволяет резко снизить массу футеровки и сократить тепловые потери на аккумуляцию кладкой и сквозь неё.

Срок службы футеровки из волокнистых материалов больше, чем у обычной из огнеупорных кирпичей.

К недостаткам этих материалов следует отнести сравнительно низкую стойкость при их обдуве высокоскоростными газовыми потоками и сравнительно высокую стоимость из-за достаточно сложной технологии производства.