Особенности огнеупорного кирпича
Кирпич по составу делится на керамический, силикатный, гиперпрессованный, клинкерный и огнеупорный, по назначению — на строительный и облицовочный, по качеству поверхности — на рядовой и лицевой, по внутренней структуре — на полнотелый и пустотелый.
Огнеупорные кирпичи, в свою очередь, делятся по их химическому составу на:
- Кремнеземные
- Магнезиально-известковые
- Углеродистые
- Глиноземные
- Алюмосиликатные
- Глиноземо-известковые
- Магнезиальные
- Известковые
- Магнезиально-шпинелидные
- Магнезиально-силикатные
- Хромистые
- Цирконовые
- Кварцевые
- Оксидные
- Оксидоуглеродистые
- Карбидкремниевые
- Бескислородные
Основной, или глиноземный шамотный кирпич – основной печной материал в гражданском строительстве. Его огнеупорность должна быть не меньше 1600°C
Углеродистый или графитовый кирпич создается на основе свободного углерода. Огнеупорность таких изделий, получаемых при обжиге до 2000℃ шихты из каменноугольной смолы с графитом, составляет до 3500℃, их используют для футеровки плавильных печей в металлургии, на предприятиях энергетики, включая АЭС.
Кварцевый или динасовый кирпич работает до предельных температур эксплуатации шамотного кирпича – 1730℃. Используются для футеровки промышленных отопительных агрегатов.
Корундовый, выдерживающий температуру до 1750°C применяется в установках, созданных для получения серной кислоты, печах с окислительной средой.
Магнезиальный, который выдерживает длительный нагрев до 1900℃, обладает высокой механической прочностью и широко используется в металлургии.
Доломитовый получают обжигом смеси оксидов кальция и магния. Он обладает огнеупорностью до 2300℃.
Хромистый кирпич изготавливают из горной породы (хромита). Он инертен к кислой, щелочной среде, в том числе к воздействию шлаков, образующихся при варке металлических сплавов. Предельная температура эксплуатации – 2180℃, используется в металлургии.
Цирконовые кирпичи изготавливаются из минерала бадделеита, имеют огнеупорность до 2700℃ и используются в цветной металлургии и стекольном производстве.
Большая часть этих разновидностей огнеупорных кирпичей предназначена для специальных высокотемпературных производств — сталелитейного, коксоперерабатывающего, стекловаренного и других подобных. Для бытовых нужд (камины, отопительные печи, барбекю-комплексы) обычно используются глиноземные шамотные кирпичи.
По огнеупорности шамотные кирпичи делятся на:
- огнеупорные (огнеупорность от 1580 до 1770 °C)
- высокоогнеупорные (от 1770 до 2000 °C)
- высшей огнеупорности (от 2000 °C до 3000 °C)
- сверхогнеупорные (более 3000 °C)
По этой классификации для бытовых нужд с лихвой проходят обычные шамотные огнеупорные кирпичи.
По пористости шамотные изделия делятся на:
особоплотные (открытая пористость до 3 %)
- высокоплотные (открытая пористость от 3 до 10 %)
- плотные (открытая пористость от 10 до 16 %)
- уплотненные (открытая пористость от 16 до 20 %)
- среднеплотные (открытая пористость от 20 до 30 %)
- низкоплотные (пористость от 30 % до 45 %)
- высокопористые (общая пористость от 45 до 75 %)
- ультрапористые (общая пористость более 75 %)
Пористость напрямую связана с плотностью. Чем больше пористость, тем меньше плотность и выше теплозащитные свойства материала. Но одновременно прочность кирпича становится ниже.
Формы и размеры шамотных кирпичей должны соответствовать ГОСТ 8691-2018. В некоторых случаях изготовители могут производить огнеупорные изделия в соответствии с заводскими ТУ.
Производство шамотного глиноземного кирпича происходит с помощью тепловой обработки смеси из шамотного порошка и огнеупорной глины (глинозема). Глинозем - это оксид алюминия. Для получения шамотного порошка каолин (белую глину) нагревают до 1300-1500оС, при этой температуре происходит спекание глины с изменением ее свойств (образуется очень прочное и практически не меняющее размеров при изменении температуры вещество). Полученные куски измельчаются и смешиваются с глиноземом. Далее добавляется вода, из полученной массы формуются (прессуются) кирпичи, которые сначала высушиваются, а затем обжигаются в печах с температурой до 1500оС.
Для строительства бытовых печей обычно используется огнеупорный кирпич марок ША и ШБ. Эти марки отличаются процентным содержанием оксида алюминия, огнестойкостью и точностью геометрических размеров. Сортировка выпущенного кирпича на ША и ШБ происходит на основе лабораторных исследований требуемых параметров. Различие между ША и ШБ невелико (30% Al2O3 против 28%, 1690оC против 1650оС и т. п.), поэтому для бытовых нужд можно сэкономить, используя ШБ вместо ША. Кирпичи ША и ШБ достаточно теплоемкие, они набирают тепло и медленно его отдают.
В некоторых случаях лучше использовать легковесный шамотный кирпич марки ШТ (или ШЛ). Этот кирпич, с одной стороны, выдерживает нагрев до 1300оС, а, с другой стороны, является теплоизолятором, защищающим окружающие конструкции от воздействия высоких температур. Его использование позволяет отказаться от теплоизоляторов типа пеностекла или силиката кальция и этим удешевить конструкцию без потери эксплуатационных качеств.
При производстве легковесных шамотных кирпичей в шихту (смесь для формовки) добавляется большое количество (до 50%) мелких легковыгорающих наполнителей (древесные опилки, торф, пенополистирол и т. п.). После обжига на месте этих наполнителей образуются мелкие воздушные поры. В отличие от «тяжелых» огнеупоров легковесы не требуют предварительной сушки и прессования, а могут производиться методом пластического формования с последующей нарезкой струной.
В проектах печей может встречаться легковесный кирпич марки ШЛ и марки ШТ. Отличие их всего лишь в том, по какому ГОСТ идет обозначение. Согласно ГОСТ 5040-96 легковесные шамотные кирпичи маркировались ШЛ (шамотный легковесный), а согласно новому ГОСТ 5040-2015 эти же кирпичи маркируются ШТ (шамотный теплоизоляционный). Плотность (и связанные с ней пористость и прочность) для легковесных шамотных кирпичей может быть 1,3 г/см3 (ШЛ/ШТ-1,3), 1 г/см3 (ШЛ/ШТ-1), 0,4 г/см3 (ШЛ/ШТ-0,4). Легковесный шамот используется для внутренней облицовки каминов и печей.
|
Применение легковесных шамотных огнеупоров позволяет экономить время на разогрев и охлаждение печей в 5 раз. Это связано с тем, что горячие газы используются для нагрева теплоносителя в трубах, а не на разогрев всей массы печи. Общее сокращение расхода топлива при этом составляет на печах непрерывного действия 10-15%, а в печах периодического действия 45%. Кроме того, футеровка печей легковесным кирпичом в 5-10 раз сокращает капитальные вложения на строительство печи.
И обычный, и легковесный шамотный кирпич не должен применяться в условиях повышенной влажности. Для использования в банных печах выпускается специальный муллитокремнеземистый кирпич «термоудар» КМКРУ-45, который не разрушается при попадании холодной воды на раскаленную поверхность.
Важно помнить, что при строительстве печи используются разные растворы для разных частей постройки. При футеровке топливника кирпичной печки между шамотным и красным кирпичом оставляют зазор в 20-40 мм из-за разных коэффициентов теплового расширения материалов. Для основной кладки из полнотелого красного кирпича делается глиняно-песчаный раствор. Чтобы уложить огнеупорные камни, применяют раствор из шамотной глины (мертель), тем самым обеспечивая огнестойкость всей кладки. Ширина шва при устройстве топливника составляет не более 3 мм в отличие от 5 мм у тела печи.
