Огнеупорные и теплоизоляционные материалы

1. ОГНЕУПОРНЫЕ И ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2.

•НАЗНАЧЕНИЕ ОГНЕУПОРОВ
•ФИЗИЧЕСКИЕ И РАБОЧИЕ СВОЙСТВА
ОГНЕУПОРОВ
•КЛАССИФИКАЦИЯ ПО СОСТАВУ, СВОЙСТВАМ,
НАЗНАЧЕНИЮ
•ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
2

3. Огнеупоры – материалы, которые могут в течение длительного времени при высоких температурах могут сохранять механическую

прочность
и
форму,
противостоять агрессивному воздействию
1. Огнеупоры предназначены для предотвращения
разрушения теплоизоляционных материалов в
результате
воздействия
высоких
температур,
агрессивных газообразных компонентов, расплавов
металлов и шлаков и механического воздействия в
виде ударов, истирающих нагрузок
2. Теплоизоляционная часть предназначена для
минимизации тепловых потерь из рабочего
пространства теплотехнологических установок
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
3

4. ТРЕБОВАНИЯ К ОГНЕУПОРНЫМ МАТЕРИАЛАМ

Достаточная огнеупорность
Механическая стойкость
Структурная стабильность (материал не должен
изменять свои размеры в течение всего срока
службы)
Высокая устойчивость к крипу или ползучести –
минимальному изменению размеров под влиянием
длительно действующей постоянной нагрузки при
постоянной температуре
Химическая стойкость
Термостойкость
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
4

5. НАЗНАЧЕНИЕ И ТРЕБОВАНИЯ К ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫМ МАТЕРИАЛАМ

Низкая теплопроводность при рабочих
температурах и стабильность ее во времени
Достаточная прочность на сжатие
Структурная стабильность (материал не должен
изменять свои размеры) в течение всего срока
службы
Высокая устойчивость к крипу или ползучести –
минимальному изменению размеров под влиянием
длительно действующей постоянной нагрузки при
постоянной температуре
Безопасность в обращении
Жесткие размеры и допуски
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
5

6. ФИЗИЧЕСКИЕ И РАБОЧИЕ СВОЙСТВА ОГНЕУПОРОВ

Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
6

7. ПОРИСТОСТЬ

П = Vп/V
Пористость – это наличие пустот в массе
огнеупорного материала, она
подразделяется:
Общая пористость -отношение объема пор
к объему огнеупора, %
Кажущаяся пористость - отношение
объема открытых пор к объему огнеупора,
%
Закрытая пористость - отношение объема
закрытых пор к объему огнеупора, %
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
7

8. ПОРИСТОСТЬ

9.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ПОРИСТОСТИ
Огнеупоры
Открытая
огнеупоры
Особоплотные
<3
Высокоплотные
3-10
Повышенноплотные
10-16
Уплотненные
16-20
Среднеплотные
20-30
Низкоплотные
> 30
Теплоизоляционные
Высокопористые
Ультрапористые
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
Общая
< 45
45-75
> 75
9

10. ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТЬ

K=μQh/SΔP
μ-вязкость динамическая для воздуха,
Па·с;
Q- расход воздуха через образец, см3/c;
h - высота образца, см;
S - площадь сечения образца, см2;
ΔP – перепад давления в образце, Па.
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
10

11. ЭФФЕКТИВНАЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

Эффективная теплопроводность складывается из
трех процессов :
1. Перенос теплоты через кристаллическую и
аморфную фазы (кристаллы с более сложным строением
решетки имеют более высокое рассеивание тепловых упругих
волн в решетке, аморфные связки имеют более низкие
значения коэффициента)
2. Перенос теплоты через поры и трещины
3. Теплоотдачи на границах фаз
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
11

12.

РАБОЧИЕ СВОЙСТВА
1. Огнеупорность
2. Высокотемпературная прочность
3. Термостойкость
(способность
температурные колебания)
переносить
4. Химическая стойкость (шлакоустойчивость)
5. Постоянство формы и объема при нагревании
6. Старение огнеупоров
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
12

13.

ОГНЕУПОРНОСТЬ
Огнеупорность — это температура Tогн, при которой образец огнеупора
стандартных размеров (30мм*8*2) и формы (пироскоп), нагреваемый в
стандартных условиях, деформируется под действием силы тяжести по
сравнению с эталонными.Материалы, строительные
13
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов

14.

Высокотемпературная прочность
Характер кривых относительной высоты огнеупорного образца от
температуры зависит от макроструктуры огнеупора и физико-химических
процессов, протекающих при повышении температуры.
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
14

15.

Графики испытаний огнеупоров на деформацию
под нагрузкой 0,2 МПа (высокотемпературная
прочность)
Деформация под нагрузкой при нагреве огнеупоров с разной макроструктурой:
1, 2 — шамотного соответственно класса Б и А;
3 — хромитового; 4 — периклазового; 5 — динасового
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
15

16. Прочность на изгиб при комнатной температуре

Прочность на сжатие
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
16

17. Прочность на изгиб при повышенной температуре

Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
17

18. МЕХАНИЧЕСКАЯ СТОЙКОСТЬ ОГНЕУПОРОВ

ОГНЕУПОРОВ
Огнеупор
На сжатие
На
растяжение
На изгиб
Динасовый
17-60
-
-
Шамотный
15-50
-
-
Муллиткремнеземистый
32-150
20-33
60-80
Муллитовый
60-300
20-45
50-70
Корундовый
60-120
18-25
15-40
Периклазовый
45-65
-
-
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
18

19. Термостойкость

Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
19

20. ИЗМЕНЕНИЕ РАЗМЕРОВ ОГНЕУПОРОВ

Тепловое расширение (обратимая
деформация)
Спекание
Полиморфные превращения или
ползучесть
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
20

21.

ШЛАКОУСТОЙЧИВОСТЬ
Шлакоустоичивостью
огнеупорных материалов
называется их способность противостоять при высоких
температурах разъедающему действию шлаков
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
21

22. КЛАССИФИКАЦИЯ ПО СОСТАВУ, СВОЙСТВАМ, НАЗНАЧЕНИЮ

23.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПО
ОГНЕУПОРНОСТИ
Средней огнеупорности
t =1580-1770 C
Высокой огнеупорности
t =1770-2000 C
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
Высшей огнеупорности
t >2000 C
23

24. КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ФОРМЕ ОГНЕУПОРОВ

Формованные (в виде
разноразмерных кирпичей, блоков и
т.д.)
Неформованные – в виде смесей

25. КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ФОРМЕ И РАЗМЕРАМ

ОГНЕУПОРЫ
Нормальные размеры
прямые (230*114*65)
Фасонные простые
Блочные
масса от 40 до 1000 кг
Нормальные размеры
клиновые 230*114*65/45
Фасонные сложные
Крупноблочные
масса более 1000 кг
Фасонные
особо сложные
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
25

26. КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ХИМИЧЕСКИМ СВОЙСТВАМ

лоол
Кислые
Нейтральные
Основные
Цирконовые
Углеродистые
Хромопериклазовые
Изделия из SiC
Высокоглиноземистые
Магнезиальные
Динас

27.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПО СОСТАВУ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Кремнеземистые
Алюмосиликатные
Глиноземистые
Глиноземоизвестковые
Магнезиальные
Магнезиально-известковые
Известковые
Магнезиально-шпинелидные
Магнезиально – силикатные
Хромистые
Цирконистые
Оксидные специальные
Углеродистые
Карбидокремниевые
Бескислородные
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
27

28. КРЕМНЕЗЕМИСТЫЕ

Из кварцевого стекла
SiO2>97%
Динасовые
SiO2>93%
Динасовые с
добавками
80<SiO2<93%
Кварцевые (бетонные
и безобжиговые)
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
SiO2>85%
28

29. АЛЮМОСИЛИКАТНЫЕ

Полукислые
SiO2>85%
Al2O3<28%
Шамотные
28< Al2O3<45
Муллиткремнеземистые
45< Al2O3<62
Муллитовые
62< Al2O3<72
Муллитокорундовые
72< Al2O3<90
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
29

30. ГЛИНОЗЕМОИЗВЕСТКОВЫЕ

ГЛИНОЗЕМИСТЫЕ
Корундовые
90< Al2O3
ГЛИНОЗЕМОИЗВЕСТКОВЫЕ
Алюминаткальциевые
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
65 < Al2O3
10<СaO<35%
30

31. МАГНЕЗИАЛЬНО- ИЗВЕСТКОВЫЕ

МАГНЕЗИАЛЬНЫЕ
Периклазовые
(магнезитовые)
85 < MgO
МАГНЕЗИАЛЬНО- ИЗВЕСТКОВЫЕ
Периклазоизвестковые
50< MgO<85
Периклазоизвестковые
стабилизированные
35<
10<
10<
15<
Известковопериклазовые
(доломитовые)
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
MgO<75
СaO<45
MgO<50
СaO<40
31

32. МАГНЕЗИАЛЬНО- ШПИНЕЛИДНЫЕ

Периклазохромитовые
60< MgO
Хромитопериклазовые
40< MgO<60 15< Cr2O3<35
Хромитовые
MgO<40
Периклазошпинелидные
50< MgO<85
Al2O3<25
5< Cr2O3<20
Периклазошпинельные
40< MgO
5< Al2O3<55
Шпинельные
25< MgO<40
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
5< Cr2O3<20
30< Cr2O3
55< Al2O3<70
32

33. МАГНЕЗИАЛЬНО- СИЛИКАТНЫЕ

Периклазофорстеритовые
65< MgO<85;
SiO2>7%
Форстеритохромитовые
45< MgO<60;
20<SiO2<30;
5< Cr2O3<15
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
33

34. ОКСИДНЫЕ

Специальные из
огнеупорных оксидов
BeO; MgO ; CaO ; V2O ;
Sc2O2 ; SiO2 ; SnO2 ; ZrO2 ;
HfO2 ; ThO2 ; UO2 ; Cs2O
Al2O3 с содержанием
>98%
УГЛЕРОДИСТЫЕ
Графитированные
С >98%
Угольные
С >85%
Углеродсодержащие
8<C<82
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
34

35. ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

36. Главная рабочая характеристика теплоизоляционных материалов (ТИМ) – предельная температура применения, по которой они

подразделяются на группы:
Высокотемпературные – более 1273 оС
Среднетемпературные 923-1273 оС
Низкотемпературные до 923 оС
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
36

37.

По происхождению ТИМ делятся на
естественные и искусственные
По форме и внешнему виду:
штучные изделия
рулоны и шнуры
рыхлые и сыпучие материалы
По структуре:
волокнистые
ячеистые;
зернистые материалы
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
37

38.

По плотности теплоизоляционные материалы
подразделяются:
Особо низкой плотности
15
25
35
50
Низкой плотности
100
125
150
175
Средней плотности
200
225
250
300
Плотные
400
450
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
500
600
38

39. СВОЙСТВА ЛЕГКОВЕСНЫХ ОГНЕУПОРНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

Тип и марка
изделия
Плотность ρ,
кг/м3
Теплопроводность
λ, Вт/(м·К)
1120-1200
0,58 + 37,5·10-5T
1,19 (300-1700 K)
1800
ШЛА-1,3
1250-1300
0,47 + 13,8·10-5T
1,16 (300-1700 K)
1650
ШЛ-1,3
1260-1300
0,47 + 13,7·10-5T
1,19 (300-1700 K)
1550
ШКЛ-1,0
1000
0,33 + 29,7·10-5T
1,17 (300-1700 K)
1650
ШКЛ-0,9
800-900
0,291 + 20,4·10-5T
1,17 (300-1700 K)
1450
ШКЛ-0,6
540-600
0,1 + 11,9·10-5T
1,17 (300-1700 K)
1400
ШЛ-0,4
300-400
0,058 + 14,3·10-5T
1,17 (300-1700 K)
1400
Динасовые
ДЛ-1,2
Теплоемкость
Трабmax,
С, кДж/кг К К
Шамотные и
полукислые:
Материалы, строительные
элементы печей и утилизация
вторичных энергоресурсов
39