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.

Марка

Кажущаяся плотность, г/см3

Предел прочности при сжатии, Н/мм2 (марка)

Теплопроводность, Вт/м*оК

Максимальная температура применения, оС

Остаточное изменение размеров,%

ШТ-1.3 (ШЛ-1,3)

1,3

3,5 (М-35)

<0,6

1300

<1%

ШТ-1.0 (ШЛ-1,0)

1

3  (М-30)

<0,5

1300

<1%

ШТ-0.6 (ШЛ-0,6)

0,6

1,2  (М-12)

<0,25

1150

<0,7%

ШТ-0.4 (ШЛ-0,4)

0,4

1  (М-10)

<0,2

1150

<1%

         

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.