Что такое и для чего нужна футеровка печи

  • автор:

Колесников Юрий Фёдорович, инженер-теплоэнергетик

Термин футеровка происходит от немецкого futter – подкладка. В технике и строительстве футеровка значит отделка, несущая определенные защитные и, возможно, технологические функции. К внешнему виду футеровки каких-либо требований не предъявляется. Напр., отрезки вновь укладываемых трубопроводов, уже покрытых изоляцией, перед протяжкой под существующими дополнительно футеруются снаружи. Футеровка печи производится изнутри, т.е. со стороны наибольшего разрушающего воздействия.

Примеры футеровки печей различного назначения

По технологии производства работ внутренняя огнеупорная футеровка печей различного назначения делится на:

  • Накладную (внакладку) – облицовку штучными или листовыми огнеупорными материалами.
  • Набивную – промазыванием кладки вручную вязкими жаростойкими составами.
  • Торкретированием – набрызгом под довольно большим давлением текучей жаростойкой смеси из специального аппарата; как правило, торкретируют футеруемые поверхности жаропрочным бетоном.

Торкретированием футеруют печи, разливочные ковши, трубопроводы, дымовые трубы и т.п. достаточно большого объема, чтобы внутри мог поместиться рабочий-оператор с аппаратурой. Торкретирование применимо для подвижного оборудования (литейных ковшей, термосов для перевозки расплавленного металла и др.), но требует солидной профессиональной подготовки и специального оборудования, вне производственных условий неприменимого, поэтому далее в этой статье не рассматривается. Малые печи футеруют почти исключительно внакладку; иногда для ремонта применяют набивную футеровку.

Примечание: внешняя футеровка теплотехнических приборов называется обмазкой, т.к. очень сильно отличается от внутренней огнестойкой. Напр., паровые котлы довольно часто обмазывают снаружи, чтобы уменьшить теплопотери и риск выхода наружу перегретого пара при аварии.

Защитная облицовка ковшей

Футеровка ковшей — это основной способ, который значительно увеличивает их ресурс. В большинстве случаев она бывает просто необходима.

Защитную облицовку наносят на наружные и внутренние части навесного оборудования для того, чтобы уберечь его от жары. Речь в первую очередь идет о ковшах, которыми разливают сталь. Также футеровка также предохраняет оборудование от механических повреждений. Особенно в этом нуждаются ковши бульдозеров и экскаваторов.

Сразу же после нанесения защитной облицовки на навесное оборудование становится понятно, насколько она эффективна. Особенно это заметно на примере ковшей машин, работающих с камнями.

Назначение футеровки печи

Способов производства конкретных видов только печных футеровочных работ существует множество. Типов футеровочных материалов – не менее, и все время разрабатываются новые. Однако все это разнообразие можно разбить в общем на 4 класса по назначению футеровки, составу материалов и особенностям производства работ:

  1. Футеровка больших промышленных печей различного назначения;
  2. Футеровка топок и др. жаровых частей бытовых кирпичных отопительно-варочных печей;
  3. Футеровка малых металлических печей, бытовых и технологических, применимых вне производственных условий;
  4. Футеровка индукционных печей, как производственных, так и малых.

Защитная облицовка мельниц

Раньше футеровка для барабанных мельниц производилась из стали, но в последнее время стало очевидно, что резина намного лучше. Этот материал имеет много преимуществ.

Футеровка из резины демонстрирует прекрасные эксплуатационные показатели. Касается это в первую очередь а именно агрегатов третьей и второй стадии измельчения. Но и это еще не все. Для мельниц доизмельчения также отлично подходит резиновая футеровка. Это наилучший вариант для них. Для шаровых агрегатов первой стадии измельчения рекомендуется использовать смешанную резиново-металлическую футеровку, являющуюся весьма устойчивой к истиранию и коррозии. Служит она действительно долго. Футеровка мельниц — дело серьезное, и нужно подойти к нему ответственно.

Большие промышленные

В всех больших промышленных печах назначение футеровки – уменьшить теплопотери и воздействие высоких температур на корпус (кожух) печи. В обжиговых печах футеровка служит еще теплоаккумулятором, обеспечивающим оптимальный режим обжига (плавное нарастание температуры), а также инфракрасным (ИК) излучателем, равномерно прогревающим обжиговую камеру.

Гораздо сложнее задачи футеровки металлоплавильных печей. Она и здесь должна хорошо излучать ИК, чтобы сильнее греть шлак. Качественный металл выплавляется только тогда, когда слой расплавленного шлака нагрет существенно сильнее жидкого металла. Но в то же время футеровка промышленных печей для выплавки металла не должна смачиваться расплавленным шлаком и самим металлом, быть химически инертной по отношению к ним и не выделять вы расплав вредных примесей. Дополнительно – быть прочной, чтобы выдерживать свой собственный огромный вес, т.к. экономическая эффективность металлоплавильных печей растет с увеличением из размеров. Поэтому, напр., для футеровки различных частей доменных и сталеплавильных печей используется не менее 7 видов футеровочных материалов (см. рис.).

Схемы футеровки доменной и сталеплавильной печи

Футеровка промышленной печи сложная и ответственная работа. Даже имея 3-4 летнее профтехобразование по этой специальности, нужно поработать в бригаде еще несколько лет учеником или (неформально) подмастерьем, т.е. на низших разрядах, прежде чем быть допущенным к самостоятельной работе. Поэтому, если вас интересует, чем и как футеруются промышленные металлоплавильные печи, начать можно с Википедии (wikipedia.org/wiki/Футеровка), там это изложено достаточно вразумительно, или Металлопедии. Что касается небольших обжиговых печей, то они футеруются как и металлические технологические (см. далее), а мы пойдем дальше – к футеровке, которую можно сделать своими руками.

Примечание: в сверхмалых металлоплавильных печах, напр. ювелирных, футеровка может составлять все строение (тело) печи или большую часть его, см. видео:

Видео: ювелирная печь из плиты, являющейся корпусом и футеровкой

Футеровка по кирпичу

Футеровка топки кирпичной отопительно-варочной печи преследует 4 цели. Первая обычная: уменьшить термические напряжения на кирпичное строение и тем самым увеличить его срок службы и надежность. Вторая – повысить тепловую эффективность (КПД) печи. Шамот, наилучший материал для футеровки кирпичной печи, имеет меньшую теплоемкость, но большую теплопроводность, чем рабочий печной кирпич. В печи шамотная футеровка будет служить промежуточным тепловым буфером, быстро вбирающим в себя первый жар топлива и постепенно отдающим его телу печи; от этого уменьшится расход топлива и увеличится время теплоотдачи протопленной печи.

Третья цель – сделать печь пригодной для топки не только дровами, но и углем. Жар от каменного угля в начале топки им кратковременно сильный; если им постоянно топить дровяную печку, она довольно скоро пойдет трескаться. Шамотная футеровка «размазывает» тепловой удар от разгоревшегося угля по времени настолько, чтобы кирпичная печь выдерживала его долгие годы.

И, наконец, последняя цель: ремонт обветшавшей топки. Здесь применимы как штучные, так и листовые футеровочные материалы, а также пластичные составы для футеровки набивным способом, см. далее.

Кирпич для футеровки

Футеровка отопительно-варочной печи может производиться кирпичом как керамическим огнеупорным (высокоглинозёмистым высокожженым, поз. 1 на рис.), так и шамотным, поз. 2. Клиновидные кирпичи применяются для кладки пода топки, чтобы создать на нем уклон к колосниковой решетке.

Керамический огнеупорный и шамотный кирпич для футеровки печей

Керамический огнеупорный кирпич так же и более стоек к внешним воздействиям, как и красный рабочий. Примерно такой же величины его теплоемкость, теплопроводность и модуль коэффициента термического расширения (ТКР). Так что экономии топлива футеровка керамическим кирпичом не даст, но сделает печку более стойкой к длительным перерывам в топке. Поэтому футеровать керамическим кирпичом нужно дачную печь, декоративный камин, печь в загородном доме и т.п. Форсировать топку такой печи (перетапливать ее) нельзя – предел жаропрочности керамического огнеупорного кирпича 1200-1300 градусов.

Шамотный кирпич марк ША и ШБ (ГОСТ 390-96) держит температуру до 1500-1700 градусов. Однако в холодной печи более пористый шамот быстро отсыревает и начинает выкрашиваться. Плотность шамотного кирпича больше, чем керамического (1,8-2 г/куб. см против 1,6 г/куб. см), и вес печи с шамотной топкой будет больше цельной кирпичной. Но шамот увеличивает экономичность печи (см. выше), поэтому шамотную футеровку целесообразно делать в печи, регулярно топящейся в холодное время года. Для ремонта топок и переделки их на дрова-уголь лучше использовать т. наз. шамотную плинфу (кирпич уменьшенной высоты, поз. 3 на рис.). Также плинфой удобно футеровать металлические печи совместно в листовыми материалами, см. далее.

Примечание: керамический огнеупорный и шамотный кирпичи в одной и той же футеровке несовместимы. Или то, или другое.

Кладочные растворы

Футеровку из керамического кирпича кладут на жаростойком печном растворе с пределом термостойкости не менее 1300 градусов. Использовать самодельные растворы не рекомендуется, т.к. механическая связность футеровочной кладки предельно мала, см. далее. Для шамотной кладки используется т. наз. шамотный мертель (не мергель!) – готовый сухой жаропрочный кладочный раствор, в который добавляют воды; на нем же можно класть и керамический футеровочный кирпич.

Мертель для футеровочной кладки можно приготовить самостоятельно, но дело это трудоемкое. Состав по объему сухой смеси – 92-95% шамотной крошки фракции 0,6-1,5 мм (можно из отходов шамотного кирпича); остальное – жароупорная глина. Лучше всего каолин; для дровяно-угольной печи пойдет и серая. Цветной оттенок недопустим: дающие его примеси (особенно железо и азот) делают футеровку крайне недолговечной.

Содержание связующего (глины) в зависимости от ее качества определяется экспериментально. В общем чем раствор более тощий (с меньшим содержанием глины), тем дольше продержится футеровка. Но и механическая связность (сцепление) раствора с кирпичом имеют не меньшее значение. Поэтому готовят несколько порций сухого раствора с содержанием глины через 0,5-1%. Воды добавляют чуть-чуть, лишь бы готовый раствор «мазался», поэтому огрехи кладки неисправимы.

Пробными составами соединяют пары кирпичей тычок в тычок, т.е. короткими узкими сторонами. «Слепляют» кирпичи на листе железа, т.к. соединять их нужно «в один тык», без сдвига. На кирпичах заранее выбивают метки, т.к. пробы далее будут обжигаться. Толщина шва – 0,5-1,5 мм; чем тоньше, тем лучше.

Далее пробы сушат 3-4 дня в тени при температуре не ниже +17 градусов. Потом осторожно, чтобы не распались, переносят в ходовую (исправную регулярно действующую печь); лучше всего прямо с листом железа. Обжигать в костре нельзя – нужная температура не будет достигнута. Греть паяльной лампой, газовой или жидкостной горелкой тоже – не получится равномерного нагрева.

В печи на пробы аккуратно накладывают топливо (лучше уголь), и печку как следует протапливают. Когда полностью остынет, пробы вынимают и двумя руками, чтобы какой-то из кирпичей не оказался на весу, поворачивают вертикально, перехватывают за верхний кирпич и слегка встряхивают. Из не распавшихся проб выбирают на самом тощем растворе (с наименьшим содержанием глины) – он и пойдет в дело.

Листовые огнеупорные материалы более всего подходят для футеровки металлических печей. Но и в футеровке кирпичной печи они могут найти применение. Особенно – в ремонтной без разборки печи. В топку домовой печи и обе руки-то с трудом просовываются; орудовать в ней с кирпичами порой просто невозможно. Кроме того, кирпичная ремонтная футеровка серьезно уменьшает объем топки; следовательно, и тепловую мощность печи. Но все печное строение (его размеры, масса, конфигурация, каналы, колпаки и пр.) рассчитывается на топку определенной мощности. Если ее мощность упадет ниже заданного предела, печь потеряет эффективность: топлива будет пожирать больше, а греть хуже.

Наилучшая теплоизоляция – вермикулитовая (разновидность слюды). Изолирующие свойства вермикулита феноменальны: 30-мм плиту из него «не пробивает» и пламя автогена – с другой стороны ее можно держать рукой. Вермикулитовые плиты для футеровки выпускаются в т.ч. декоративными (дорогое, надо сказать, удовольствие): такими специальным клеем (см. далее) металлическая топка оклеивается изнутри (поз. 1 на рис.) и получается «как кирпичная» и на вид, и функционально.

Листовые футеровочные материалы для печей

В продаже есть и не декоративные вермикулитовые плиты подешевле (поз. 2); ими удобно футеровать металлические технологические печи, т.к. полезный объем рабочего пространства практически не уменьшается, а монтаж вермикулитовых плит вполне возможно осуществить своими руками, см. ролик:

Видео: монтаж футеровочных вермикулитовых плит

Однако для ремонта и футеровки кирпичных печей вермикулит непригоден – слишком плохо проводит тепло. Футерованная вермикулитом топка кирпичной печки не передаст его телу печи: или сама перегреется и преждевременно обветшает, или выпустит денежки за топливо в трубу. Но недорогие базальтовые плиты (поз. 3) плохая замена вермикулиту: их огнестойкость невелика. В футеровке кирпичом в качестве прокладки-термодемпфера неплохо зарекомендовали себя непрошивные базальтовые маты (поз. 4).

Но лучший листовой футеровочный материал для кирпичной печи – каолиновый картон, поз. 5. Он жаростоек, химически нейтрален, его ТКР средний между таковыми шамота и красного кирпича. Недостаток – мало пригоден для металлических печей, т.к. плохо клеится к металлу печными клеями.

Футеровку печи с использованием листовых материалов часто делают всухую – в проем под топку вставляют короб из базальтового или каолинового картона (слева на рис., и в нем выкладывают шамотную топку (в центре). Полезно короб делать с крыльями внахлест со 100% перекрытием (справа).

Футеровка топки кирпичной печи с использованием листовых термостойких материалов

По возведении печи до верха топки крылья короба заворачивают, подпирают плоским кружалом (деревянным щитом на подпорках) и склеивают печным клеем. Кружало убирают, когда печь построена полностью. Дополнительно о том, как производится футеровка печи с использованием листовых подкладочных материалов, см. напр. сюжет:

Видео: футеровка двухколпаковой печи

Клей вместо раствора

Футеровку больших печей кладут на мертелях или, иногда всухую фасонными кирпичами с зацепами – прочие варианты слишком дороги для больших объемов работ. Но бытовые или малые технологические не промышленные печи лучше футеровать на печных клеях – они более подвижны (текучи), что позволяет исправлять огрехи кладки по ходу дела, и позволяют получить более прочный предельно тонкий шов.

Печных клеев в продаже много видов. Для футеровки не железо- и сталеплавильных печей нужно выбирать клей на алюмосиликатной основе с пределом термостойкости не менее 1300 градусов. На практике хорошо зарекомендовали себя немецкий ScannMix и российский К-170: они химически нейтральны вплоть до предела термостойкости; не выделяют ни железа, ни азота. ScannMix’ом крепче приклеивается вермикулитовая футеровка к стали и чугуну; К-170 ничуть не хуже для прочих случаев.

Порядок производства работ

Футеровка топки печи из кирпича как правило разрабатывается в порядке проектирования печи. Штатная футеровка строится заодно с печью, см. напр., видео о постройке компактной в плане 2-колпаковой печи (3,5х3,5 кирпича) с варочной плитой:

Видео: подробная кладка и футеровка кирпичной печи

Разрабатывать самостоятельно футеровку топки печи без тщательных расчетов не рекомендуется: из-за разности ТКР материалов строение и футеровка печи могут взаимно разрушить друг друга. Если же такая необходимость есть, нужно придерживаться определенных правил. Главное из них: футеровка, строение печи и/или металлические закладные нигде, ни в одной точке не должны касаться друг друга. Везде нужен деформационный зазор 6-12 мм; проще всего обеспечить его прокладками из термостойкого картона, см. выше.

Собственно футерованная топка может быть сколь угодно сложной конструкции, поз. 1 на рис. Но в строении печи она должна быть плавающим ядром, не имеющим с ним механических связей, поз. 2. Если в печи несколько топливников (печь-камин напр.), они футеруются отдельно, поз. 3. Шамотные перемычки между отдельными топливниками могут стать фокусами (местами концентрации) больших термических напряжений, от которых вся печь придет в неисправность.

Как правильно и неправильно делается футеровка топки печи

По той же причине совершенно недопустимо выпускать из футеровки «усы» и т.п. зацепы, поз. 4, а также делать ее противолежащие стенки разной толщины, поз. 5. Топка с неравномерной по толщине футеровкой допустима, если ее стенки одинаковой толщины расположены симметрично относительно теплового фокуса топки (который в топках обычной конфигурации располагается на их продольной оси симметрии).

Далее, штучные материалы (кирпичи) нужно располагать постелями (широкими сторонами) внутрь топки и к ее стенками. Кирпичи монтировать лучше торчмя (вертикально): чем меньше горизонтальных швов придется не высоту топки, тем будет надежнее и дольше прослужит футеровка. И последнее правило – кладочные швы футеровки как можно тоньше. В футеровке промышленных печей толщина горизонтальных швов допускается не более 1,5 мм; вертикальных до 0,5 мм. Этих же норм весьма желательно придерживаться и в домовых печах; домашнему мастеру уложиться в них возможно, только пользуясь печным клеем.

Ремонтная футеровка

Футеровка топки существующей печи шамотным кирпичом

Футеровать не очень обветшавшую топку (мелкие щербины, выбоины, не сквозные тонкие трещины) в порядке ремонта проще всего набивным способом клеями, указанными выше. Здесь непреложное правило – клей везде один и тот же. Замазывать дефекты частично один клеем, а частично другим недопустимо! После исправления дефектов топливник изнутри промазывают слоем того же клея толщиной 1-2 мм, тщательно выравнивая его гладким шпателем. Если же топка обветшала сильнее, то ее придется облицевать внутри шамотной плинфой (см. рис. справа), чтобы уменьшить термические напряжения в поврежденном строении печи. Свод топки подправить таким способом можно опять-таки только на жаростойком клею (см. выше), но он часто представляет собой испод варочной плиты, что упрощает работу.

Материалы, которые можно использовать для футеровки.

1) Шамотный кирпич 2) Натуральный камень (песчаник или кварц) 3) Огнезащитные материалы в рулонах (базальтовые листы, вермикулитовые маты, каолиновая бумага) 4) Растворы (различные огнеупорные бетоны и смеси, которыми обмазывается внутренняя поверхность топки, а также силикатно-муллитовые жидкостекольные смеси)

Для того, чтобы правильно рассчитать, какой именно материал потребуется для футеровки, нужно знать его технологические характеристики: — Шамотный кирпич – выдерживает температуру до 1600 градусов; — Плотный каолин – 1400 градусов; — Вермикулит – 1100 градусов; — Базальтовая вата – 750 градусов; — Глиняный кирпич – 700 градусов.

Рассмотрим футеровочные материалы подробнее:

1) Шамотный кирпич — это обожжённые изделия из глины, смешанной с предварительно обожжённым порошком из той же глины. Такой кирпич имеет желто-песочный цвет и зернистую структуру. Но, главное, он может выдерживать температуру до 1600 градусов Цельсия, имеет низкую теплопроводность, хорошую теплоемкость и достаточный запас прочности, чтобы выдержать большое количество раскаливаний и остываний. Выбор шамотного кирпича. Шамотный кирпич выпускается под разными маркировками, в зависимости от состава и плотности. Печники рекомендуют использовать для кладки дымоходов и печей ША-5, ШБ-5, ША-8, ШБ-8. Также при выборе шамотного кирпича специалисты советуют проверить их прочность – попробовать расколоть. Правильно «спеченный» кирпич распадется на крупные куски, а некачественный – раскрошится. Перед покупкой произведите расчет и предусмотрите достаточный объем нужного типа кирпича – в одной кладке нельзя использовать шамотные изделия разных видов. У них разное тепловое расширение.

Способы выполнения

Футеровку очага обычно проводят с помощью так называемых «шамотных» материалов – особым образом обработанных веществ и их смесей с включением элементов обжига, уничтожающего пластичные свойства и доводящего до спекания их частиц, а также других огнеупорных продуктов. Это могут быть:

  • Обтесанный камень, изготовленный из натуральной горной породы типа песчаника или кварца, либо конгломерата, стойкий к особенно высоким температурам.
  • Готовые шамотные кирпичи, из которых выкладывают внутреннюю стенку. Их огнеупорные свойства достигаются благодаря особой технологии изготовления с добавлением порошка из заранее обожженной глины и других улучшающих свойства конечного продукта веществ. Защита из такого кирпича очень популярна, так как может выдержать практически любые температуры обогревательной печи и стоит сравнительно дешево.
  • Рулонные материалы, пластины и маты: базальтовое волокно,
  • вермикулитовые плиты,
  • каолин в виде бумаги или картона, состоящий из минеральной белой глины.
  • Растворы и вещества, которыми покрывают стены топки:
      шамотные, являющиеся огнеупорными бетонами с добавлением отощающего компонента,
  • муллитовые – силикатные жидкостекольные смеси с различными вариациями состава.
  • Отделка из вермикулита может стать отличной альтернативой кирпичу и камню

    Сравнительная таблица футеровочных материалов

    Материалы Удельный вес продукта (плотность), кг/м3 Возможная рабочая температура, макс., 0C Кирпич обычный глиняный 1600 700 Вата базальтовая 100 750 Слой из вермикулита 150-250 1100 Шамот (раствор или готовый кирпич) 1800-2000 1300 Каолин плотный 2400-2500 1400 Муллит (чистый/маты) до 3030 1800 / 1600

    ВАЖНО! В условиях производства – на металлургических и других предприятиях, где используется обработка сырья и готовых изделий горячим способом, печная защита чаще всего изготавливается из камня или шамотного кирпича. В «тесных» домашних условиях более приемлемы альтернативные варианты.

    Виды футеровки

    Футеровочные работы проводятся прямо внутри топливника металлических, каменных и кирпичных устройств. Это можно сделать разными способами в зависимости от того, какой ожидается эффект и какие должны быть достигнуты цели:

    • Возможно использование специальных защитных экранов теплоизолирующего действия. Они будут оказывать влияние на процент нагрева дымовых газов, поглощая значительную часть тепло-лучевых потоков и удаляя большую часть тепла через дымоходы.
    • Применение материалов, которые возьмут большую часть теплового воздействия на себя – огнестойких с низкой теплопроводностью, замедляющих процесс нагрева материалов топки и исключающих их непосредственный контакт с огнем.

    Футеровочные работы в кирпичной топке проводятся посредством выкладывания кирпичной кладки
    ВНИМАНИЕ! Теплоизоляционные экраны значительно уменьшают отдачу тепла, поэтому их не применяют для топок, предназначенных для обогрева помещений.

    Выгодное предложение от «Граноэкспорт»

    Футеровка — это отделка котлов и печей специальными материалами, которые защищают оборудование от механических, химических и термических нагрузок. Внешне она представляет из себя облицовку с внутренней стороны топливника, как правило — толщиной в полкирпича.

    Мы предлагаем футеровку паровых котлов и других их разновидностей с использованием лучших материалов из тех, что есть на рынке: огнеупорного шамотного кирпича, асбеста, керамики, карбид-кремниевых смесей и совелитовых плит. Все зазоры тщательно заделываются мастиками, клеями и пастами с содержанием шамота.

    Своим клиентам мы предлагаем:

    • доступные цены для Ростова-на-Дону;
    • высококачественные материалы и отработанные технологии;
    • помощь и консультационные услуги от профессионалов, прошедших обучение и имеющих большой опыт работы.

    Мы делаем футеровку крышки и топки паровых котлов, которая предотвращает растрескивание, расплавление, деформирование и разрыхление. Грамотная футеровка или ремонт имеющейся футеровки котлов позволяет продлить срок службы оборудования и сэкономить в долгосрочной перспективе — на дорогостоящей реконструкции и замене вышедшего из строя оборудования.

    К нам вы можете обратиться, если требуется отделка нового котельного оборудования «с нуля» или ремонт старых паровых котлов.

    СП, ГОСТ и другие документы по теме

    • Обмуровка котла – это система огнеупорных и теплоизоляционных ограждений котла, отделяющих его топку и газоходы от окружающей среды.

    Клей и раствор

    Огнеупорный раствор для кладки шамотного кирпича

    Помимо качества и характеристик материалов на эффективность процедуры футеровки также влияет их правильная укладка с применением специальных веществ.

    Раствор

    Термостойкие растворы образуют на стенках топки монолитный тонкий слой, защищающий рабочую поверхность от воздействия пламени. Такому монолиту может потребоваться ремонт по мере его износа. Во время работы с раствором нужно соблюдать основные правила:

    • Растворы готовят из сухих смесей корундового, муллитового или шамотного типа, которые разбавляют водой до сметанообразной консистенции. Пропорции компонентов и характеристики смесей обычно указаны на упаковке.
    • Сначала слой раствора обжигают паяльной лампой или нагревают в печи до образования твердого покрытия во время обжига.
    • Если футеровку проводят при помощи шамотного кирпича, швы стыковки нужно заполнять на всю высоту кладки.

    Для 1 м3 кирпичной кладки обычно требуется как минимум 100 кг готового раствора из смеси любого типа.

    Огнеупорный клей

    Огнеупорный клей для выкладки топки

    Огнеупорный клей считается более прочным компонентом, он продается в емкостях весом от 2 до 50 кг и чаще всего используется для футеровки. Перед началом работ емкость вскрывают и перемешивают до однородной массы, после наносят на поверхность, соблюдая основные правила:

    • Клеевую массу наносят на увлажненную поверхность шпателем слоем не более 3 мм.
    • При обмазывании клеем всей полости топки процедуру проводят слоями, соблюдая интервалы в 15 минут после каждого нанесения.
    • Чтобы приклеить базальтовый картон на участки по горизонтали, состав с клеем разбавляют водой на 15% не позже чем за 12 часов до начала работы.
    • Расход клея составляет от 1 до 4 кг в зависимости от структуры поверхности для обработки и толщины клеевого слоя.

    Клеевая масса застывает полностью при температуре более 25 градусов в течение 24 часов, если температуры более 90 градусов – после 6 часов.

    Футеровка по металлу

    Футеровка металлической печи производится только изнутри. Дополнительная наружная облицовка или обмазка печи ускорит ее прогрев, но, вопреки распространенному убеждению, на тепловую эффективность печи почти не повлияет: правило утепления помещений «с холодной стороны» возникло оттого, что точку росы нельзя впускать в помещение; для футерованной печи оно не актуально. Зато наружная облицовка/обмазка печи намного усилит термические напряжения в металле ее корпуса и его чувствительность к химическим воздействиям.

    Футеровать металлическую печь лучше всего вермикулитом на клею ScannMix или его аналогах: на упаковке или в спецификации клея должно быть указано, что он клеит и металл и/или керамику к металлу (если клеит к металлу керамику, то и плитные материалы приклеит). Для хорошей теплоизоляции муфельной печи достаточно вермикулитовой плиты толщиной 20-30 мм. Если же металлическая печь футеруется кирпичом, то монтировать его нужно по тем же правилам, что и в топке кирпичной печи. Напр., как футеруется шамотом газовая кузнечная печь, см. видео:

    Видео: футеровка кузнечной газовой печи

    Неправильная футеровка металлической печи штучными футеровочными материалами

    Особый случай – металлическая печь с ребрами жесткости внутри. Футеровать ее кирпичом как показано на рис. справа толку мало: выступающие внутрь гребни металла – отличные тепловые мостики и любимые места расположения термических фокусов. Такую печь нужно сначала оклеить внутри базальтовым матом толщиной от 6 мм на любом пригодном для этого клею, а уж затем собирать штучную футеровку. И кирпичи нужно расположить стоймя, подтесав, если нужно. Указанное выше условие – как можно меньше горизонтальных швов – возникло от большого изнашивающего действия на футеровку вертикального температурного градиента в топке (разницы температур на единицу высоты), а в металлических печах он много больше, чем в кирпичных.

    Футеровка индукционных печей

    Футеровка индукторной металлоплавильной печи ничуть не проще, чем доменной. Фактически, производители таких печей разрабатывают для них и патентуют собственные составы и способы футеровки, которых только и гарантируют работоспособность печи. «Альтернативные» поставщики иногда осведомляют покупателей (но без гарантии), как нужно футеровать их печи, см. напр. видео:

    Видео: футеровка индукционной печи

    Основная причина этому – шлак в индукторной печи греется от металла, т.е. оказывается холоднее его. В расплаве возникает термоконвекция, металл зашлаковывается и его выход оказывается бракованным. В домне, для сравнения шахта с распаром направляют поток тепла вниз, и первый расплав на его пути – шлаковый. Попробуйте-ка нагреть болванку так, чтобы она была горячее пламени! В плавильной индукторной печи нужно добиться именно этого, и футеровка тигля тут играет далеко не последнюю роль.

    Дополнительное условие – изношенная футеровка должна быть выталкиваемой, т.к. делается она торкретированной (в малых печах сплошной набивной), а разборка негодного тигля – тяжелая, вредная и опасная работа. Расплав металла в индукторной печи греется по всей массе, очень текуч и сквозь штучную футеровку просочится, а льют его наклоном всей печи. В результате футеровка индукторной печи превращается в сложную многокомпонентную конструкцию (слева на рис.), части которой выполняются из разных составов. Табл. в центре на рис. содержит сведения лишь о малой их доле (МП-2 – марка одной из муллитовых масс); (больше, да и то с оговорками, можно почерпнуть отсюда: studfiles.net/preview/1864729/page:4/).

    Футеровка индукторной печи

    Но если офутеровать таким образом тигель сверхмалой печи на несколько кг или сотен грамм металла, то получится ситуация наподобие той, что справа на рис: тигель сильно греется, выделяя в расплав примеси и портя металл. Здесь дело оказывается уже в частоте питающего тока.

    Металл в индукторной печи, как известно, греется за счет своей электропроводности вихревыми токами (токами Фуко). Часто пишут, что металл в такой печи греют токи высокой частоты (ТВЧ). Но чем больше масса металла, тем ниже оказывается оптимальная частота питающего тока – меньше оказываются потери его мощности. Для тонн и десятков тонн металла «ТВЧ» нужны уже с частотами в десятки-сотни Гц; индукторы больших печей данного типа нередко запитывают прямо от промышленной сети 50 Гц.

    Но для малых масс металла ТВЧ нужны уже «настоящие» – от десятков кГц до единиц МГц. При этом большое значение приобретают потери энергии ВЧ электромагнитного поля (ЭМП) в токонепроводящем материале тигля. Они характеризуются т.наз. тангенсом угла диэлектрических потерь tgδ. Для частот до 200-300 кГц (до 5 кг металла) его значение должно быть tgδ<0,02, а для частот до 1-5 МГЦ (граммы-сотни грамм металла) нужен tgδ<0,006, причем с повышением температуры диэлектрика его tgδ довольно быстро растет. Фактически из материалов, пригодных для футеровки печи, в заданные значения tgδ при ее рабочих температурах укладываются только каолин, чисто белый (без железа и азота) кварцевый песок, дробленый плавленый кварц (кварцевая крошка марки А) и вермикулит. Последний отпадает: непрочен и не позволяет получить прочные набивочные и намазочные составы. Итого остается всего одно пригодное сочетание наполнителя со связующим; и то, как говорится, слава богу.

    Футеровка тигля малой и сверхмалой индукторной печи делается из них в общем так же, как шамотный мертель. Фракция кварцевой крошки 0,3-0,6 мм; каолина 5-8% по объему. Нужно сделать 4 пробных тигля через 1% по объему связующего, прожечь каждый 3-4 раза пустым в индукторе, а в оставшихся целыми провести пробные плавки. Это опасно! Печь должна быть с дистанционным включением (можно проводным). Во время плавки выйдите из помещения и наблюдайте за ее ходом издали через защитное стекло!

    В каких случаях применяется

    Если речь идет о небольшом очаге, который используют периодически – для обогрева дачного домика в выходной день или приготовления пищи на свежем воздухе (барбекюшницы), то здесь дополнительная защита не нужна. В таких случаях если разрушения и происходят, то они минимальны и не повредят устройству в ближайшем будущем.

    Обязательная футеровка потребуется для следующих типов топочных изделий:

    • Больших бытовых и промышленных.
    • Предназначенных для очень длительного пользования – например, постоянного обогрева жилища.
    • Жаровых камер, которые устраиваются для регулярного приготовления пищи в «русских» и других подобных печках.
    • Топливных агрегатов, дымовые каналы которых устроены прямо вдоль стенок топки.
    • В случаях использования высококалорийного топлива с исключительно высокой температурой горения.

    Из рулонного материала

    Выгода использования рулонных материалов (а также пластин и матов) заключается в том, что они занимают очень мало места и не «крадут» общего объема, необходимого для закладки топлива и прохода дыма. Стандартная толщина большинства из них не превышает 1 см (например, толстый каолиновый картон бывает толщиной до 7-ми мм). Чтобы провести необходимые работы, нужно помнить, что:

    • Количество необходимых для футеровки материалов рассчитывается с учетом их линейного расширения при нагреве.
    • В некоторых случаях возможна укладка полотна в 2 слоя, но для бытовых потребностей это совсем не обязательно.
    • Отдельные пластины крепятся элементами армирования – металлическими штырями, которые вставляются в заранее проделанные канавки.
    • При отделке огнеупорными матами или пластинами следует соблюдать последовательность их крепления: сначала покрывается дно, затем боковая поверхность, а потом «потолок» топочного отдела.

    ИНТЕРЕСНО! Многие современные печи заводского производства уже имеют футеровочный слой на стенках топочных отделов и не требуют дополнительной обработки. В частности, стальные агрегаты часто бывают обработаны вермикулитом.

    Внутренняя отделка может проводиться базальтовым картоном

    В заключение

    Огнеупорная футеровка печи любого назначения – дело очень непростое. Ремонтопригодность печных футеровок мала, и браться футеровать печь нужно с полной ответственностью и знанием дела. Будем надеяться, что материалы этой статьи помогут вам освоить специальность футеровщика хотя бы для себя.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *