книги / Неформованные огнеупоры. Т. 1 Общие вопросы технологии

П р и м е ч а н и е . Дозировки суперпластификаторов приведены в расчете на сухое вещество.

Приложение 10. Изоляционные материалы, выпускаемые ООО “Изомат”

Ш абурова Т. А.

В условиях постоянно повышающихся цен на энергоносители резко возрастает спрос на материалы, отвечающие современным требованиям по эффективности примене­ ния в качестве теплоизоляторов.

Конкуренция, вызванная поставками импортных материалов на отечественный ры­ нок теплоизоляции, обуславливает смену приоритетов при создании теплоизоляцион­ ных материалов и изделий. Все сильнее возрастают требования не только к теплофи­ зическим и экономическим показателям, но и к потребительским характеристикам, таким как долговечность, технологичность монтажа и экологическая чистота.

Все теплоизоляционные материалы как искусственные, так и естественные, можно условно разделить на три класса в зависимость от способа производства этих матери­ алов и их основы:

•волокнистые материалы. К ним относятся: стекловата, шлаковата, минеральная вата и естественный волокнистый материал — асбест;

•засыпные — такие, как диатомит, вермикулит, керамзит;

•вспененные, например — пеношамот, шамот-легковес и другие материалы, тради­ ционно используемые в печестроении в качестве теплоизоляции.

Значения коэффициента теплопроводности X волокнистых материалов колеблется в

пределах 0,036-0,05 Вт/(м*К), кроме асбеста с X = 0,16 Вт/(м-К), засыпных материалов

впределах 0,07-0,095 Вт/(м-К) и вспененных материалов — 0,12-0,3 Вт/(м-К). Исходя из этих данных видно, что наибольшей теплозащитной эффективностью

обладают волокнистые материалы, которые практически в 2 раза эффективнее за­ сыпных и в 3-4 раза эффективнее вспененных материалов. Что касается асбеста, то его теплозащитные свойства соответствуют вспененным материалам.

Существующие технологии получения волокна, из расплавов горных пород, хоро­ шо проработаны, а запасы сырья практически неограниченны. Разновидностью мине­ рального волокна, имеющей наибольшее значение для применения в промышленнос­ ти в качестве теплоизоляционного материала, являются волокна системы А1,03 - ЗЮ,, к которым относится базальтовое волокно содержащее 13-18 % А1,03, 49-50,5 % 8Ю, и каолиновое волокно содержащее 43-54 % А1,03, 43-54 % 8Ю,. Повышенное содер­ жание в каолине А1,03 определяет его более высокую температуру длительного при­ менения 1150 °С в сравнении с базальтом для которого эта температура ограничена

700°С.

ООО“Изомат” разработан и освоен выпуск нового поколения теплоизоляционных материалов на основе базальтовых, каолиновых волокон и неорганического связую­ щего. Основной серийной формой выпускаемой продукции являются: полужесткие плиты толщиной 10-75 мм и картон толщиной 5-9 мм.

Важным фактором, определяющим качество волокнистых материалов, является вид связующего и способ его введения в волокно. В основу технологии изготовления на­

ших изделий положен гидроспособ, позволяющий получихь наилучшею адгезию во­ локна со связующим. Сущность этого метода заключается в следующем. Волокно рас­ пускается в воде в пропеллерных мешалках при интенсивном перемешивании. За счет гидравлических и механических эффектов волокно измельчается, для обеспечения стабильных механических и теплофизических характеристик материала по всему объе­ му изделия. В полученную гидромассу вводится связующее в виде водорастворимых солей алюминия и необходимых для гидролиза этих солей компонентов. Приготов­ ленная таким образом гидромасса подается в раздаточный лопастной смеситель из которого затем поступает в формы вакуум-пресса. Заполнение формы производится на высоту примерно в 2 раза большую высоты изделия. Формование изделий осуще­ ствляется путем обезвоживания массы вакуумированием через сетчатое дно прессформы с одновременной подпрессовкой заготовки до заданных размеров. Влажность отформованных изделий составляет 45-50 %. Готовые изделия сушатся при темпера­ туре 250-260 °С. Остаточная влажность плит не более 1 %.

Эта технология позволяет также изготавливать изделия более сложной конструкции (трубы, кольца, скорлупы и т.п.) в формах нужной конфигурации.

Основное достоинство волокнистой теплоизоляции с неорганическим связующим заключается в ее экологической чистоте и пожаровзрыво-безопасности при высоко­ температурном воздействии, в то время как в материалах содержащих в качестве свя­ зующего фенолоформальдегидные, кремнийорганические и эпоксидные смолы при температурах 250-400 °С происходит процесс термодеструкции полимерных связую­ щих с выделением токсичных веществ, что приводит к частичной потери материалом его механической прочности. Разрушение связующего не позволяет в полной мере использовать свойства волокнистого заполнителя.

Материалы производства ООО “Изомат” были исследованы в лаборатории изоля­ ционных материалов НПО “НИКИМТ” Министерства атомной промышленности РФ и, по результатам испытаний, рекомендованы в качестве теплоизоляции для атомных электростанций, как не содержащие и не выделяющие при воздействии повышенных температура вредных и пожаровзрывоопасных веществ.

Теплоизоляционные волокнистые изделия относятся к гетерогенным материалам и по структуре их условно делят на три группы:

1.С хаотичным расположением волокон по всему объему изделия (вата, войлок и т.п.);

2.С упорядоченным плоским расположением волокон (ткани, плиты, маты и т.п.). Такие материалы обладаю выраженной анизотропией свойств, т.е. все показатели в направлении параллельном волокнам в два и более раза отличаются от свойств в на­ правлении перпендикулярном расположению волокон;

3.Смешанные — с хаотическим и упорядоченным расположением волокон. Теплозащитные характеристики изоляционных материалов определяются двумя

основными свойствами — теплопроводностью и теплоемкостью. Удельная теплоем­ кость материала является непосредственным свойством волокна и практически не за­ висит от структуры изделия, а определяется теплоемкостью элементов входящих в его химический состав. В то время, как теплопроводность изделий складывается из трех составляющих, это: собственно теплопроводность по волокну и газовой фазе в порах, конвекцией и излучением через газ, при этом передача тепла конвекцией и излучени­

ем зависит от размера пор, а конвективная составляющая зависит также от степени замкнутости пор. Поэтому эффективный коэффициент теплопроводности изделий из волокнистых материалов учитывает все виды теплопередач и определяется диамет­ ром волокна, вдоль или поперек волокон направлен тепловой поток, что особенно су­ щественно для материалов с упорядоченной структурой, химическим составом газа в порах (например: теплопроводность воздуха практически на порядок ниже теплопро­ водности чистого водорода) и объема свободного газа в материале.

Характерной особенностью всех волокнистых теплоизоляционных материалов яв­ ляется уменьшение теплопроводности с увеличением плотности при более высоких температурах. Это происходит за счет уменьшения размера пор и увеличения их зам­ кнутость, а следовательно, уменьшения излучающей и конвективной составляющих имеющих более высокую теплопроводность. С увеличением объемной плотности бо­ лее 400 кг/м3 теплопроводность увеличивается и становится равной теплопроводнос­ ти ультралегковесных шамотных изделий. Для примера на рис. П.10.1 приведена за­ висимость теплопроводности базальтового материала на воздухе от температуры и объемной плотности.

Как видно из приведенного графика увеличение плотности волокнистых материа­ лов до 150-200 кг/м3 оптимально для изделий постоянно работающих при температу­ рах от 100 °С до 500 °С и до 300-350 кг/м3 для изделий работающих при температурах от 500 °С и выше.

Этим эффектом объясняется выбор плотности сделанный фирмой ООО “Изомат” для своих материалов. Базальтовые плиты и картон обладая лучшими теплоизоляци­ онными свойствами имеют существенное ограничение по максимальной температуре применения, поэтому их средняя, по толщине изделия в футеровке, рабочая темпера­ тура не превышает 500 °С. Каолиновые плиты имеют более высокую температуру при­ менения, но обладают несколько худшими теплозащитными свойствами, что опреде-

0,18

0,00

Температура, °С

Рис. П.10.1. Зависимость теплопроводности базальтового материала на воздухе от температуры при плотностях, кг/м3: 1 — 65; 2 — 80; 3 — 110; 4 — 150; 5 — 300

на связке из огнеупорной глины имеют более высокие прочностные характеристики и могут применяться в качестве рабочего слоя футеровок промышленных печей.

Форма выпуска наших изделий в виде плит позволяет крепить теплоизоляцию непос­ редственно к кожуху печи с помощью шпилек из легированной стали или керамических стержней и шайбы с гайкой фиксирующей положение теплоизоляции на месте. Этот способ футеровки, по сравнению с кладкой огнеупорного кирпича, дает не только зна­ чительное снижение трудозатрат и времени на футеровку печи, но и возможность, в случае необходимости, оперативно провести демонтаж конструкции с последующим использованием этих же плит в дальнейшем. Теплозащита конструкций сложной фор­ мы всегда сопряжена с большими трудностями, фасонные изделия любой формы вы­ пускаемые по чертежам заказчика существенно упрощают эту задачу.

Преимущества применения волокнистой теплоизоляции и изделий на ее основе про­ диктованы следующим:

•волокна пожаровзрывобезопасны, химически инертны, не выделяют и не образу­ ют токсичных и опасных веществ в воздушной и химически активных средах, не со­ держат органических веществ, что дает возможность применять их в процессах, свя­ занных с такими окислителями как кислород;

•повышенные теплоизоляционные свойства позволяют существенно сократить теплопотери нагревательных установок, которые отличаются большими энергозатратами;

•теплоизоляция промышленных установок до сих пор производится вручную, по­ этому экологические и гигиенические свойства базальтовых и каолиновых плит, а также изделий на их основе улучшают условия труда и облегчают процесс теплоизоляции особенно конструкций сложной формы;

•не возрастающая во времени гигроскопичность базальтовых и каолиновых воло­ кон сохраняет теплофизические свойства теплоизоляционного слоя в течение длитель­ ного времени;

•низкое значение плотности волокнистых материалов в сочетании с высокой тепло­ изолирующей способностью, существенно сокращает габоритно-массовые характе­ ристики нагревательных установок и уменьшают затраты на приобретение теплоизо­ ляционных материалов.

Все изделия фирмы ООО “Изомат” прошли сертификационные испытания, имеют заключения пожарной и санитарной инспекций Российской Федерации об их негорю­ чести и нетоксичности.