Искусственные теплоизоляционные материалы

 

К искусственным теплоизоляционным материалам относятся пористые легковесные огнеупоры и различные волокнистые материалы. Для средне- и высокотемпературных огнетехнических установок используют различные легковесные огнеупоры: алюмосиликатные, магнезиальные, цирконовые и др.

Легковесные огнеупоры изготавливают различными способами. Наибольшее распространение получили метод выгорающих добавок, пенометод и метод вспучивания.

Механическая прочность легковесных огнеупоров меньше чем плотных, а газопроницаемость в 2,5…4 раза выше. Но повышенная газопроницаемость самого огнеупора не оказывает заметного влияния на потерю тепла. Установлено, что в кладке печей основной причиной фильтрации газов через футеровку является газопроницаемость швов кладки [9].

В качестве теплоизоляционных материалов широко используют минеральную вату и стекловату. Минеральная вата – волокнистый материал, получаемый из силикатных расплавов горных пород и металлургических шлаков или их смесей. Её химический состав колеблется в широких пределах. Главными компонентами, входящими в состав минеральной ваты, являются SiO₂, Al₂O₃, СаO, MgO. Кроме того, в зависимости от состава исходного сырья в вате могут присутствовать окислы железа, марганца, щелочных металлов и некоторых других химических элементов.

Стекловолокно – разновидность минерального волокна. Сырьем для изготовления стекловолокна служит шихта, состоящая из кварцевого песка, известняка (доломита) и соды (сульфата натрия), смешанных в определённой пропорции. Шихта расплавляется в стекловаренной печи и затем перерабатывается в стекловолокно.

В настоящее время широкое применение получили различные виды волокнистых материалов, изготовленных из керамических волокон алюмосиликатного состава. Эти волокна изготавливаются на основе природных и искусственных материалов, содержащих Al₂O₃ и SiO₂ (95…99 %). Диаметр волокон 2…3 мкм, длина 100…250 мм. В процессе получения волокна переплетаются между собой и образуют лёгкую массу, похожую на вату. Она легко прессуется, а после пропитки связующим раствором служит сырьём для изготовления войлока, ткани, матов, плит, кирпича, фасонных изделий и т.д.

 

 

Изделия из керамических волокон обладают целым рядом свойств, выгодно отличающих их от обычных огнеупоров:

1) низкая плотность;

2) малая теплопроводность;

3) хорошая эластичность и устойчивость против вибрации;

4) высокая температура службы;

5) химическая стойкость;

6) пониженная теплоёмкость.

Керамическое волокно алюмосиликатного состава получают плавлением в электропечи при температуре 1900…2000 °С из природного каолина, шамота или смеси глинозема и песка.

Тонкая струя расплава через течку попадает в поток перегретого пара под давлением 6…7 бар, в котором и происходит образование волокон. Вместе с паром волокна попадают в осадительную камеру на сетчатый конвейер, работающий под разрежением. В процессе осаждения волокна переплетаются и получается лёгкий рыхлый материал – вата.

Если волокна имеют длину 100…120 мм, то пропуская вату через валки, можно сразу получить рулонный материал.

Охлаждаясь от температуры плавления до 200…300 °С, окислы не успевают кристаллизоваться, поэтому волокна имеют аморфную структуру. При нагреве волокон до 1270…1280 °С происходит расстеклование окислов и начинается процесс образования кристаллов. Волокна теряют свою эластичность, становятся хрупкими и не выдерживают даже самой минимальной нагрузки. Поэтому температура длительного применения этих материалов не превышает 1200 °С.

Одним из таких волокнистых материалов является каолиновая вата. Основное качество каолиновой ваты – высокая термостойкость и низкая теплопроводность.

К недостаткам изделий на основе алюмосиликатных волокон можно отнести: сравнительно низкую стойкость в высокоскоростных газовых потоках; хрупкость ограничивающую их применение при наличии динамических нагрузок; достаточно сложный технологический процесс изготовления.

Но преимущества этих материалов полностью компенсируют недостатки и они применяются во многих отраслях промышленности.

В последнее время находят применение теплоизоляционные материалы, изготовленные на основе базальтовой ваты. Они имеют низкий коэффициент теплопроводности 0,038…0,046 Вт/(м·К) и выдерживают температуру до 900 °С. Изделия на основе базальтовой ваты обладают существенной вибростойкостью, экологически безопасны, огнестойки, практически не взаимодействуют с агрессивными средами.

Применение для теплоизоляции и футеровки волокнистых материалов и легковесных огнеупоров позволяет уменьшить вес огнеупорного слоя в несколько раз, а, следовательно, сократить расход металлоконструкций, уменьшить расход топлива, получить значительную экономию времени и рабочей силы при монтаже и ремонтах огнетехнических установок, увеличить срок службы футеровки и т.д.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Материаловедение: учебное пособие/ М.А. Смирнов, К.Ю. Окишев, Х.М. Ибрагимов, Ю.Д. Корягин. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2005. – Ч. I. – 139 с.

2. Лахтин, Ю.М. Материаловедение: учебник для высших технических учебных заведений/ Ю. М. Лахтин, В.П. Леонтьева. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1990. – 528 с.

3. Материаловедение: учебник для высших технических учебных заведений/ Б.Н. Арзамасов, И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапов и др.; под общ. ред. Б.Н. Арзамасова. – 2-е изд., испр. и доп. – М.: Машиностроение, 1986. – 384 с.

4. Травин, О.В. Материаловедение: учебник для вузов/ О.В. Травин, Н.Т. Травина. – М.: Металлургия, 1989. – 384 с.

5. Стрелов, К.К. Теоретические основы технологии огнеупорных материалов/ К.К. Стрелов. – М.: Металлургия, 1985. – 480 с.

6. Литовский, Е.Я. Теплофизические свойства огнеупоров/ Е.Я. Литовский, Н.А. Пучкелевич. – М.: Металлургия, 1982. – 152 с.

7. Стрелов, К.К. Структура и свойства огнеупоров/ К.К. Стрелов. – М.: Металлургия, 1982. – 203 с.

8. Троянкин, Ю.В. Проектирование и эксплуатация огнетехнических установок/ Ю.В. Троянкин. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 257 с.

9. Металлургическая теплотехника: учебник для металлургических специальностей вузов/ В.А. Кривандин, В.А. Арутюнов, Б.С. Мастрюков и др.; под науч. ред. В.А. Кривандина. – М.: Металлургия, 1986. – Ч. 2. – 592 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………….
1. КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ МЕТАЛЛОВ
1.1. Общая характеристика и структурные методы исследования металлов……………………………………………………………………….
1.2. Атомно-кристаллическая структура металлов………………………...
1.3. Дефекты кристаллического строения…………………………………..
1.4. Строение сплавов………………………………………………………...
2. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ
3. ДЕФОРМАЦИЯ И РАЗРУШЕНИЕ МЕТАЛЛОВ
3.1. Упругая и пластическая деформация………………………………...
3.2. Механизм пластической деформации………………………………….
3.3. Влияние пластической деформации на структуру и свойства металла………………………………………………………………………...
3.4. Разрушение металлов……………………………………………………
4. ВЛИЯНИЕ НАГРЕВА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ДЕФОРМИРОВАННОГО МЕТАЛЛА
4.1. Возврат и полигонизация………………………………………………..
4.2. Рекристаллизация………………………………………………………..
4.3. Факторы, влияющие на размер зерна рекристаллизованного металла………………………………………………………………………...
4.4. Холодная и горячая деформации……………………………………….
5. ЖЕЛЕЗО-УГЛЕРОДИСТЫЕ СПЛАВЫ
5.1. Компоненты и фазы в системе железо-углерод………………………..
5.2. Диаграмма состояния железо-цементит (Fe–Fe3C) (метастабильное равновесие)………………………………………………..
5.3. Формирование структуры углеродистых сталей при медленном охлаждении……………………………………………………………………
5.4. Формирование структуры белых чугунов……………………………...
6. ЧУГУНЫ ………………………………………………………………………
6.1. Белые чугуны…………………………………………………………….
6.2. Серые чугуны…………………………………………………………….
6.3. Высокопрочные чугуны…………………………………………………
6.4. Ковкие чугуны…………………………………………………………...
7. СТАЛИ
7.1. Примеси в сталях………………………………………………………...
7.2. Влияние углерода на свойства стали…………………………………...
7.3. Влияние постоянных примесей на свойства стали…………………….
7.4. Влияние легирующих элементов на критические точки железа……..
7.5. Классификация сталей…………………………………………………..
7.6. Маркировка сталей………………………………………………………
7.7. Коррозионно-стойкие и жаростойкие стали и сплавы………………...
7.8. Жаропрочные стали и сплавы…………………………………………..
8. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛЕЙ…………………………………...
8.1. Отжиг стали………………………………………………………………
8.2. Нормализация стали……………………………………………………..
8.3. Закалка стали……………………………………………………………..
8.4. Отпуск стали……………………………………………………………..
9. ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ………………………..
9.1. Цементация стали………………………………………………………..
9.2. Азотирование стали……………………………………………………...
9.3. Нитроцементация и цианирование сталей……………………………..
9.4. Диффузионная металлизация…………………………………………...
10. ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
10.1. Свойства огнеупоров…………………………………………………...
10.2. Классификация огнеупоров……………………………………………
10.3. Огнеупорные изделия…………………………………………………..
10.4. Огнеупорные бетоны, торкрет-массы, мертели………………………
11. ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
11.1. Свойства теплоизоляционных материалов…………………………...
11.2. Классификация теплоизоляционных материалов…………………….
11.3. Естественные теплоизоляционные материалы……………………….
11.4. Искусственные теплоизоляционные материалы……………………..
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………………………………………......