Теплоизоляционные материалы

К теплоизоляционным мате­риалам, которые предназначены для уменьшения тепловых потерь электропечи, предъявляются следующие требования: малая теплопро­водность, малая удельная теплоемкость, определенная огнеупорность, определенная механическая прочность, дешевизна и доступность.

Теплоизоляционные материалы изготовляются в виде жестких и полужестких изделий - кирпичей, плит, скорлуп, сегментов, матов; в виде мягких и полумягких изделий - ваты, войлока, ткани, картона, бумаги и т. п., или в виде засыпок - кускового дробленого материала.

Пористая (и как частный ее случай - ячеистая) структура мате­риала образуется при вспучивании материала. Для этой цели могут быть использованы выгорающие (органические) добавки, пористые за­полнители, введение пены, вспучивание при термообработке, введение газообразователей (газообразование при нагреве или при химическом взаимодействии). Пористые материалы изготовляются обычно в виде жестких и полужестких формованных и неформованных (мастики, бе­тоны) изделий или в виде пористых засыпок.

Волокнистые материалы изготовляются из стеклообразных поли­кристаллических или монокристаллических волокон. Стеклообразные волокна получают из расплавов природных (горные породы, минера­лы) или искусственных (стекла, смеси, шлаки и др.) материалов путем вытягивания нитей, или воздушным, или паровым раздувом расплава.

В качестве теплоизоляционного материала используются диатомит и трепел, представляющие собой скопление скелетов мельчайших водо­рослей. Эти материалы имеют малую среднюю плотность и теплопроводность. Они применяются в виде засыпки, порошка или из них изготовляют кирпичи.

Диатомитовые кирпичи могут применяться до 900°С. Они изго­товляются со средней плотностью 500, 600 и 700 кг/м³.

Большое количество теплоизоляционных материалов изготовляется на базе асбеста, представляющего собой минерал волокнистого строе­ния. Волокна очень прочны на растяжение, но легко перетираются.

Распушенный асбест используется в виде теплоизоляционной за­сыпки и называется асбеститом. В таком виде асбест может работать до 600°С. Вообще температура плавления асбеста 1500°С, но при 700°С он теряет свои теплоизоляционные свойства, рассыпаясь вслед­ствие удаления из него воды.

Из асбеста склеиванием волокон белой глиной и дальнейшим прес­сованием получают асбестовый картон и бумагу, из него получаюттакже асбестовых шнур.

Известны материалы, в которые асбест входит как составная часть. Это асбозурит, новоасбозурит (кроме асбеста в их состав входят диа­томит или тренол, шиферные отходы), асбослюда, асбозонолит (кроме асбеста в их состав входят диатомит, слюда и обожженная слюда - зонолит). Из этих материалов изготовляют изделия плотностью 700 - 750 кг/м³, их теплопроводность относительно высока, они применяются до 250 - 300°.

Более эффективными являются теплоизоляционные асбомагнезиальные материалы, например, состоящий из 15 % распушенного ас­беста и 85 % смеси двойной углекислой соли кальция и магния. Из этих материалов изготовляют плиты, сегменты, но они непрочны, до­статочно дороги, применяются до 350 - 500°С.

Более дешевыми являются известковотрепельные запарные массы, в состав которых входят диатомит или трепел, известь, асбест. Благо­даря наличию извести и выпариванию воды получается пористая структура плотностью 350 - 400 кг/м³. Температура их применения ог­раничивается 600°С. К этой же группе изделий можно отнести асбестоцементные, асбовермикулитовые, зонолитовые плиты, имеющие достаточно низкий коэффициент теплопроводности и высокую темпера­туру применения (до 1100°С).

Перлитовые материалы получают вспучиванием при температуре до 1000°С природного материала перлита. Например, перлиталь - это вспученный перлит и огнеупорная глина. Перлитовые материалы ис­пользуются в виде засыпок, кирпичей, блоков. Плотность их — от 300 до 500 кг/м³, температура применения 900°С.

Широкое применение получили волокнистые материалы, которые обладают эластичностью, трещиноустойчивостью и термостойкостью, значительной прочностью, малой плотностью и малой теплопроводно­стью. Температура длительного применения волокнистых материалов определяется составом волокон.

С применением волокон того или иного состава изготовляются следующие теплоизоляционные изделия: рулонированный войлок, ма­ты, плиты, скорлупы, цилиндры, ткань, шнур, картон, бумага и т. п. Применение изделий, содержащих волокно, позволяет существенно снизить материалоемкость футеровки, упростить ее конструкцию, сни­зить тепловые потери. Химическая устойчивость волокнистой теплоизо­ляции зависит от состава волокна и связки. Так, минеральное, кремне­земистое и шлаковое волокна рекомендуется применять только в окис­лительной или нейтральной атмосфере, каолиновое и высокоглиноземистое - в окислительной и восстановительной атмосфере, оксидное (глиноземистое, циркониевое) - практически в любой (кроме фтора) атмосфере или в вакууме. Керамические алюмосиликатные и оксидные волокна стойки к действию воды, водяного пара и масел, негигроско­пичны (влажность их не более 0, 2 %), стойки к большинству минераль­ных кислот и щелочей (кроме плавиковой, фосфорной и сильных ще­лочей), не смачиваются расплавами цветных металлов и их сплавов, имеют хорошую фильтрующую способность, биостойки. Температура применения волокон на воздухе: минерального волокна 750, шлакового 600, стеклянного 400, кремнеземистого 1000 - 1100, каолинового 1150, высокоглиноземистого с добавкой окиси хрома 1450, муллитового 1450, циркониевого - до 2000°С.