ТЕХНОЛОГИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ

КЕРАМИЧЕСКИЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ ИЗДЕЛИЯ

Этот вид теплоизоляционных материалов применяют главным образом для устройства тепловой изоляции различного рода про­мышленных печей и теплопроводов. Температура применения ке­рамических теплоизоляционных изделий зависит от применяемого для их изготовления сырья и находится в пределах 800... 16003С. Немаловажное значение при выборе теплоизоляционного материа­ла имеет коррозионная стойкость в данных условиях службы, а также термическая стойкость изделий, особенно при их применении в тепловых установках периодического действия.

Высокопористое строение керамических теплоизоляционных ма­териалов можно получать различными способами - введением и выжиганием выгорающих добавок, введением высокопористых на­полнителей, способами газового вспучивания (газообразованием) и пенообразования; закрепление же полученной высокопористон структуры и придание прочности изделиям во всех случаях дости­гают только в процессе обжига, что и позволяет объединить все многообразие этих материалов в одну группу керамических изде­лий.

Перечисленные выше способы получения высокопористой струк­туры керамических материалов имеют неодинаковую значимость. Некоторые из них применяют широко, а другие ограниченно в силу различных причин или вовсе не используют.

У каждого из этих способов есть свои преимущества и недостат­ки, и целесообразность применения того или иного способа диктует­ся видом сырья, технологичностью, требованиями к готовым изде лиям, дефицитностью полуфабрикатов и т. п

Введение в формовочную массу высокопористых компонентов (корундовых полых зерен, вспученных перлита и вермикулита) ли­бо существенно удорожает материал, либо снижает его темпера­туру применения. Химическое вспучивание и вспучивание масс во время обжига применяют крайне редко из-за сложности техноло­гии.

В СССР наибольше распространение получили два способа: способ пенообразования и способ введения и последующего выжи­гания выгорающих добавок. Последний способ весьма технологи­чен. Оп позволяет точно регулировать среднюю плотность получае­мых изделий, не требует введения в формовочную массу большого количества воды, вследствие чего сушку сырца можно производить без форм по ускоренному режиму при существенной экономии топ­лива.

ГІрн выгорании добавок в межпоровых перегородках образуют­ся мпкротрсщппы. которые играют роль компенсаторов напряже­ний, возникающих при цикличном нагревании охлаждении мате­риалов во время их службы в конструкции, в результате чего не­сколько увеличивается термическая стойкость изделий. Основным недостатком способа выгорающих добавок является ограничение верхнего предела пористости 65%. Это объясняется тем, что тра­диционные выгорающие добавки (древесные опилки, антрацит и др.) образуют после выгорания поры неправильной формы, соз­дающие в материале при его нагружении высокие напряжения. Поэтому прочность изделий падает при увеличении количества до­бавок и не обеспечивает заданных механических характеристик материала. Этот недостаток можно исключить, применяя техноло­гию. разработанную в МИСИ им. В. В. Куйбышева, по которой в качестве выгорающей добавки рекомендовано применять мелкие фракции (менее 0,5 мм) пенополистирола, оставляющие после себя сферические поры с гладкой внутренней поверхностью. В этом случае общая пористость материалов может достигать 80 ...82%.

Применение полистирола в качестве выгорающей добавки соз­дает еще ряд преим>ществ по сравнению с трачнцнонными выго­рающими добавками. При выгорании он не оставляет после себя золы, что, как правилсопряжено со снижение м огнеупорности материалов; низкая температра полного разложения полистирола (550"С) на диоксид чтлсрода и вод> и малая масса облегчают уда­ление его из обжигаемого материала и делают этот вид выгораю­щей добавки пригодным для получения всех видов керамических теплоизоляционных материалов; зерна пенополистирола не впиты­вают воду и не набухают, что в значительной степени облегчает сушку изделий и исключает их коробление. Особенно эффективно применение предвспененных зерен полистирола (способ самоуплот­няющихся масс). В этом случае при окончательном вспенивании зерен уложенная в замкнутый перфорированный объем формовоч­ная масса уплотняется, приобретает заданную форму, и механиче­ски обезвоживается, что приводит к повышению прочности изделий и резкому снижению затрат теплоты на сушку сырца. Разработано несколько способов подвода теплоты к массе для окончательного вспенивания зерен пенополистирола: тепловлажностная обработка в пропарочных камерах, сушка и электропрогрев (пропускание то­ка промышленной частоты через увлажненную массу). Для полу­чения керамических теплоизоляционных изделии наиболее эффек­тивен электропрогрев, при котором в течение 30... 40 мин завер­шаются все перечисленные выше процессы (придание изделиям за­данной формы, уплотнение стенок пор, механическое обезвожива­ние формовочной массы до остаточной влажности 30 ...32%). До­сушка распалубленных изделий в этом случае может осуществ­ляться в предпечье за 8... 10 ч.

Применение способа самоуплотняющихся масс практически полностью устраняет сушильные усадки или снижает их до мини­мума (до 0,7 .1,2%). что позволяет исключить из іехпологпчсско - ю иропесса механическую обработку обожженных изделий н вследствие этого резко сократить количество отходов.

Этот способ освоен на Подольском заводе огнеупорных изделий и начинает распространяться по другим заводам страны.

Большое практическое значение имеет пеновый способ произ­водства высокопористои керамики. Он позволяет получать изделия с низкой средней плотностью и удовлетворительной прочностью. Однако этот способ имеет ряд серьезных недостатков технологи­ческого характера. Он основан на введении в керамический шли­кер пенообразователей или на смешении шликера с заранее приго­товленной пеной. Это обстоятельство связано с возникновением ряда негативных факторов. Во-первых, применение способа пено­образования сопряжено с необходимостью топкого измельчения исходных материалов с целью предотвращения разрушения пены. При этом чем' выше плотность исходного материала, тем выше должна быть его дисперсность. Во-вторых, для обеспечения устой­чивой во времени пенокерамической массы требуется введение большого количества воды, что краппе отрицательно сказывается на сушильных свойствах сырца. Процесс сушки характеризуется мягким режимом и большой продолжительностью (иногда более 5 сут). При этом имеют место значительные усадочные деформа­ции, приводящие к короблению сырца и требующие после его об­жига обрезки и шлифовки изделий. Все эти негативные факторы предопределяют высокую энергоемкость технологического процес­са, образование большого количества (иногда до 50%) отходов, большую продолжительность производственного цикла и его вы­сокую трудоемкость. Поэтому керамические изделия, полученные способом пенообразования, характеризуются высокой себестои­мостью.

В табл. 15.1 приведены основные виды высокопористых керами­ческих изделий, выпускающихся отечественной промышленностью и нашедших наиболее широкое применение в промышленной теп­ловой изоляции. Приведенные в этой таблице данные свидетельст­вуют о большом влиянии способа создания высокопористой струк­туры на основные свойства изделий.

По виду применяемого сырья керамические теплоизоляционные материалы подразделяют на диатомитовые (трепельные) и огне­упорные легковесы, которые, в свою очередь, делят на шамотные (алюмосиликатные), дистенсиллнмонитовые (высокоглиноземи­стые), корундовые, циркониевые и другие в зависимости от вида огнеупорного сырья. Средняя плотность получаемых изделий так­же является критерием, характеризующим их марку.