Футеровка печи своими руками. Футеровка печи: защищаем печь от сильного нагрева. Особенности защитной отделки печей

Основное внимание уделяется конструкционному исполнению, работе отдельных компонентов сооружения и обеспечению дымоотводящей функции. Изначально рассчитываются и материалы для изготовления конструкции, поскольку специфика ее эксплуатации обуславливает жесткие требования к характеристикам агрегата. При этом далеко не всегда основной материал способен справиться с тепловыми воздействиями, на которые рассчитывается конкретная печь. Футеровка, как технологическая операция дополнительной обработки, позволяет и минимизировать термические негативные факторы, и предотвратить механические повреждения конструкции.

В каких случаях выполняется футеровка?

Первоначальный выбор стройматериала для технической реализации конструкции делается с учетом его способности справляться с эксплуатационными нагрузками. Как отмечалось выше, базовых характеристик бывает недостаточно. Использовать дополнительные термоизоляционные материалы необходимо в отдельных случаях, связанных с увеличением температурных нагрузок на поверхности конструкции. В частности, это относится к печам, рассчитанным на работу в режимах длительной топки. Также повышенные температуры дает высококалорийное топливо, хотя такие агрегаты используются редко и преимущественно на предприятиях.

Что касается бытовых печных сооружений, то они, как правило, не требуют выполнения дополнительных защитных покрытий, но только если речь идет о конструкциях малых и средних размеров. Иначе дело обстоит, если рассматривается массивная русская печь. Футеровка в данном случае позволяет обеспечить защитой функциональные области, которые также могут использоваться для приготовления пищи.

Основные материалы для футеровки

Классическим материалом для футеровки печники считают кирпич. С его помощью формируется внешняя экранированная защита. Такой вариант подходит для банных печей, которым требуется в некотором роде полная тепловая изоляция. В обычном исполнении огнеупорная футеровка шамотом представляет собой обкладку топочной части с целью защиты от повышенных температур.

По мере развития технологий появились и другие средства обеспечения защиты печных сооружений. Так, если раньше готовили бетонные растворы, из которых в дальнейшем укладывалась обычная штукатурка, то в современном виде этот же способ выглядит несколько иначе. Главное отличие заключается в том, что смесь наносится на раскаленную поверхность по технологии торкретирования. То есть жаростойкий бетон наносят на целевую поверхность послойно, используя пневматические средства на основе сжатого воздуха.

Рулонная футеровка

Принципиальным отличием от классических обмазок и кладок с теплоизоляционной функцией обладают рулонные покрытия. Во-первых, они отличаются легкостью нанесения. Во-вторых, покрытие отнимает минимум пространства, увеличивая толщину конструкции не более чем на 1 см. Для сравнения, жаростойкий бетон в виде штукатурки наращивает толщину стен печной конструкции на 1-2 см, а кирпич по этому показателю может достигать 10 см. Рулонный материал представлен в нескольких видах, как правило, на бумажной огнестойкой основе.

Наибольшее распространение в этом сегменте получила муллитокремнеземистая которую получают в результате плавления кремния и оксида в электропечи. На практике использования отмечается, что данный материал обладает низкой теплопроводностью и в то же время повышенной теплоустойчивостью. Также каолиновые термоизоляционные материалы не подвергаются разрушению под действием химических веществ, за что их ценят на промышленных производствах.

Особенности защиты индукционной печи

Для начала надо отметить, что необходимость в выполнении футеровки индукционных печей возникает не по причине слабости конструкции перед термическими ударами, а в силу специфики их применения. Такие агрегаты используются для плавки металлов под высокими температурами, поэтому для их защиты применяются специальные средства в виде сухих смесей. В сущности, это классическая обмазка, но состав для массы кардинально отличается от бетонных растворов. Так, футеровка индукционных печей, которые плавят низколегированную и углеродистую сталь, предусматривает использование шпинелеобразующих масс. Последние, к слову, отличаются стойкостью к образованию шлака. Агрегаты для плавки чугуна обрабатывают кварцитовыми составами, а если к этому металлу добавляются и цветные марки со сталью, то технологи вносят в рецепт футеровки и муллитообразующие компоненты.

Технология выполнения

Существуют разные техники и подходы к выполнению футеровки, которые отличаются охватом поверхностей и способом нанесения изоляционного материала. Защитная облицовка может быть наружной и внутренней. Внешняя футеровка обычно наносится по всей высоте - от дна до венчающих краев. Внутренняя отделка может предусматривать защиту рабочих поверхностей, контактирующих как с пламенем напрямую, так и с дымом в виде отходящих высокотемпературных газов. Наибольший эффект дают схемы защиты, которые комплексно изолируют печь. Футеровка выполняется только на очищенных поверхностях. Подготовка материала, как правило, предусматривает разбавление активных веществ в растворителях. Таким образом, формируется смесь для обмазки, которая посредством традиционных облицовочных инструментов наносится на поверхности сооружения. Кирпич, в свою очередь, укладывается по типовым схемам в соответствии с требованиями к защите конструкций.

Заключение

Внешние покрытия печей должны не только обеспечивать стойкость перед тепловыми воздействиями, но и предусматривать защиту от других факторов. К примеру, в условиях производственных помещений возрастает риск механических воздействий, которым может подвергаться печь. Футеровка в данном случае предполагает и выполнение задач физической защиты конструкции. Поэтому в смеси могут добавляться специальные пластификаторы, модифицирующие прочностные качества состава. Но это относится только к средствам создания внешней тепловой изоляции, а внутренние покрытия полностью ориентируются на формирование эффективных температурных экранов.

В статье рассмотрена технология ремонта кирпичной кладки футеровки парового котла. Разрушение кирпичной кладки происходит в результате шлакоразъедания, растрескивания от термических напряжений и вибраций, прямого воздействия топочного пламени. Основной причиной разрушения футеровки котла является шлакоразъедание. В составе топлива содержатся элементы Na, V, Ca, Mg, которые проникают в поры огнеупорных материалов и рас-творяют огнеупорные окислы и прежде всего SiO2. В результате этого снижается температура плавления окислов огнеупоров и уменьшается их вязкость. Выгорание швов кладки ускоряет процесс шлакоразъедания. По-вышение рабочей температуры в топке на 50 – 600С снижает долговечность кладки на 2-3 месяца.
Небольшие повреждения футеровки (обгорание, трещины, поверхностное выкрашивание кирпичей) заделывают. Дефектные места зачищают щеткой, смачивают водой и покрывают обмазкой, состоящей из шамотного порошка и песка (по 35%), огнеупорной глины и порошкового графита (по 15%). Раствор замешивают на чистой пресной воде. Толщина слоя допускается до 15 мм.
При частичной замене кладки дефектные кирпичи удаляют. Для кладки топок судовых котлов применяют шамотный, шамотный легковесный, высокоглинистый и карборундовый кирпич. Карборундовый кирпич используют для футеровки наиболее ответственных узлов и высоконапряженных котлов.
Кирпичи выполняют фасонными, разной формы и с отверстиями для их крепления в тавровых балках. Способы крепления кирпичей различной фор-мы к каркасу котла показаны на рис. 6.
До полной замены кирпичной кладки должны быть проведены необходимый ремонт металлических частей котла и испытания.
Замена кладки начинается с выстилки поддона листовым асбестом слоем до 10 мм. После выравнивания слоя шамотом укладываются кирпичи на связующем растворе, состоящем из 30-40 % огнеупорной глины и 60-70% шамотной крупы.

Рис. 6 Способы крепления кирпичей различной формы к каркасу котла.
Для кладки вертикальных стенок к стальной обшивке прикрепляют листы асбеста толщиной до 10 мм, которые обмазывают огнеупорной глиной. В кладке с боковыми вырезами кирпичи удерживаются таврами, предварительно приваренными к обшивке, а концевые кирпичи засверливают по месту и крепят дополнительно болтами (рис. 6 а). Кирпичи облегченного типа закрепляют болтами (рис. 6 б). Фурмы для форсунок выкладывают фасонными кирпичами (рис. 6 в).
При укладке кирпичей выдерживаются следующие требования: толщина швов раствора должна составлять 2-3 мм, оставляются температурные швы на тепловое расширение, которые заполняются асбестовым шнуром. При подгонке кирпичей отверстия в некоторых из них сверлятся по месту. Кладку рядов вертикальных стенок обычно начинают с угловых переходов.
Вся кирпичная кладка покрывается слоем жидкого стекла толщиной до 3 мм, на который наносится огнеупорная обмазка. Время естественной сушки кладки составляет 2-3 суток.
Защита барабанов коллектора огнеупорной обмазкой производится специальной торкрет – установкой, которая подает раствор под давлением. Наносится один слой огнеупорной обмазки толщиной 40- 50 мм и сушится 10- 12 часов. Затем устанавливаются проволочный каркас в виде сетки, который покрывают вторым слоем огнеупора. Для обмуровки котлов применяются также специальные бетоны.
Изоляция на котлах крепится различными способами: с помощью банда-жей, прутков, проволоки, сеток, скоб и т.д. Теплоизоляционными материалами служат совелитовые плиты и матрацы, асбестовые ткань и картон, асбомагнезиальный шнур, совелитовая и ньювелитовая обмазки и др.
Перед изоляцией металлические поверхности зачищают от ржавчины и окрашивают. Изоляционные материалы размягчают в горячей воде и наносят на горячие поверхности котлов слоями 10-30 мм. Последующий слой наносится после высыхания предыдущего. Общая толщина слоя теплоизоляции составляет 60-100мм. Слои закрепляются на поверхности определенным способом. Снаружи изоляцию закрывают оцинкованным железом или алюминиевыми листами.
Стенки газоходов, топочной камеры водотрубных котлов защищают объемными стальными щитами с теплоизоляционными материалами.

На фоне горения топлива в печи температура в ней резко возрастает. Обычно она доходит до отметок в сотни градусов. Футеровка – это обеспечение защиты наружной стороне печных стенок от перегрева. Без нее сильный жар провоцирует изменение структуры и основных свойств огнеупорных материалов печи, что приводит к негативным последствиям.

Под футеровкой печей понимается специальная кирпичная оболочка, которая должна полностью покрывать всю внутреннюю поверхность топки. Подобная защита от чрезмерного нагрева выполняет ряд функций, продлевает срок службы печной конструкции.

Футеровка – это не самостоятельная часть, она входит в цельную печную систему. Этим объясняется активное взаимодействие указанного слоя и с внешней отделкой, и с внутренней частью, где и протекают процессы горения.

Изначально работа в данном направлении начинается с предварительных расчетов, выбора подходящего материала с учетом всех особенностей для обеспечения теплозащиты печи. Тогда эффективность будет наибольшей.

При грамотной футеровке печей обеспечивается дополнительная защита основным ее составляющим от негативного действия факторов механической и химической природы.

Как обеспечивается теплозащита печи

Для футеровки печных сооружений и обеспечения защиты их внутренних поверхностей можно:

• Применить для проведения обработки внутри топки материал, характеризующийся минимальной степенью теплопроводности.
• Обеспечить выход излишка тепла с дымом посредством установки защитных экранов для придания направления тепловому излучению.

В случае установки специализированных экранов идет речь о теплозащите. Благодаря этой процедуре обеспечивается защита некой части печи от теплового излучения, которое выводится наружу.

Если внутренняя часть топки будет обработана особыми составами, выделяемое тепло не выйдет за пределы конструкции.

Для выполнения футеровки печей выбираются только материалы с теплоизоляционными свойствами, чаще всего это:

• кирпич;
• огнеупорный бетон;
• мертель.

Футеровка с помощью шамотного кирпича

На современном рынке строительных материалов, в условиях их широкого разнообразия, особенно востребован шамотный кирпич. В ходе его производства предполагается использование специального порошка на основе обожженной глины.

Завершающий этап изготовления – это обжиг. Его выполняют в условиях очень высоких температур.

Эта разновидность, в отличие от кирпича простого, отличается прекрасными показателями по теплоизоляции. Поэтому футеровка топки, то есть, выкладка ее внутренней поверхности, выполняется именно этим материалом. Эта работа имеет ряд особенностей.

На фоне высокой температуры происходит постепенное смещение шамотным кирпичом слоя, расположенного снаружи. Это сопровождается появлением трещин на внешней поверхности печи, что со временем может стать причиной ее разрешения. Такие последствия опасны – это чревато проникновением вредного угарного газа внутрь помещения. Поэтому осуществлять футеровку камеры сгорания важно в строгом соответствии с основными правилами.

Правила кладки шамотного кирпича

Этот вариант футеровки в качестве теплозащиты топки, специалисты называют наиболее эффективным. Стоимость его небольшая. Основные правила обустройства подобной защиты таковы:

• Для заполнения швов допустимо брать исключительно специализированных растворов на основе глины, рассчитанных для работы с указанной разновидностью кирпича.
• При работе с металлической топкой важно создавать зазор между ней и кладкой. Это будет залогом сохранения целостности элементов печи в ходе ее эксплуатации.
• Отдельные кирпичи располагаются строго «ребро на ребро» по периметру внутренней поверхности печи. Сдвигать их не нужно.
• Когда осуществляется футеровка топки кирпичной печи, кладка стыкуется без дополнительных перевязок с основным швом по вертикали.

В любом случае шамотный кирпич нельзя класть вплотную к стенкам печи.

Для соединения кирпичей, расположенных с наружной стороны, используется глина. Чтобы не допустить случайного разрушения готового шва на фоне его перегрева при эксплуатации печи, готовый раствор сначала оценивают на пластичность. Для этого достаточно соединить с его помощью пару кирпичей, после чего обжечь их.

В кладке может быть использован только тот раствор, который сохранил свои свойства даже в условиях высокой температуры.

Особенности выбора шамотного кирпича

Для футеровки подойдут образцы, на которые нанесена маркировка ША либо ШБ. Здесь первая буква демонстрирует жаростойкость кирпича, а вторая отражает определенный уровень огнестойкости.

Чтобы созданная защита печи работала, выбирать материалы для нее необходимо внимательно. Потребуется оценить внешнее состояние кирпичей (поверхность будет шероховатой, но не гладкой), попробовать их расколоть. Качественный образец не будет крошиться, а разделится на крупные элементы.

В одной кладке нельзя использовать кирпич нескольких типов – они характеризуются различным тепловым расширением.

Футеровка печей из кирпича

Сложности возникают при футеровке не только металлических, но и кирпичных печей. Оба типа имеют свои характерные свойства, которые нужно принимать во внимание.

В рамках футеровки кирпичных печей категорически недопустимо укладывать защитный слой вплотную или в непосредственной близости от внешних стенок печи и их отдельных элементов.

На фоне повышения внутренней температуры часто наблюдается так называемое термическое растрескивание. В этом случае чрезмерно нагретые внутренние элементы начинают смещать со своего нормального положения те, что располагаются снаружи. Если внешние стены не справятся с нагрузкой, на фоне расширения изнутри они расходятся в стороны с растрескиванием и разрушением. Это чревато проникновением угарного газа во внутреннее пространство помещения, что крайне опасно.

В отдельных случаях при неграмотной кладке шов может совсем разрушиться. Это происходит, когда для кладки наружного слоя применялась глина с минимальной степенью адгезии. Поэтому на этапе кладки печи приготовленный раствор сначала тестируется в условиях высоких температур.

Особенность металлических печей в том, что показатели теплового расширения металлов не одинаковы. Поэтому между топочной и футеровочным слоем обязательно оставляется небольшое пространство. Это не допустит разрушения защитного слоя при изменении размера металлической части.

В указанном пространстве обычно размещают специальные материалы с негорючими свойствами вроде асбеста или базальтовой ваты. Применение асбеста допустимо только для конструкций, располагающихся в нежилых помещениях. Но воздуха там быть не должно.

Чтобы сделать металлическую печь наиболее безопасной, часто футеровка котла осуществляется сразу с двух сторон. Посредством такого шага достигается наилучший прогрев. Но данная точка зрения верна отчасти. Это объясняется:

• Высокой теплоемкостью кирпича;
• Низкой теплопроводностью кирпича.

Такое сочетание свойств является залогом того, что тепло не выйдет за пределы топки, а в дальнейшем удалится с выходящим дымом. Но при двухсторонней футеровке стенки печи

начинают прогорать из-за недостатка воздуха, необходимого для отвода тепловой энергии.

Поэтому двусторонняя футеровка для печи из металла - это мера для теплоизоляции, а не теплозащиты. Но охлажденные воздушные массы обязательно должны иметь возможность поступать к топочной.

Футеровка печи – необходимая составляющая ее длительной и безопасной эксплуатации. Но выполнять ее нужно в строгом соответствии с основными правилами и с применением качественных и подходящих материалов.

Топка – «сердце» кирпичной печи, самый главный ее отдел. В топочном отделе материал контактирует с открытым пламенем, подвергается воздействию температур порядка 1000⁰С и термоударам. Из обычного кирпича топочные отделы печей не выкладывают, поскольку обычный кирпич будет в данных экстремальных условиях терять естественную влагу, обгорать, и в результате очень вероятно крошение и быстрое разрушение керамического кирпича. Чтобы кирпичная печь служила долго и работала без аварий, безопасность эксплуатации обеспечивают футеровкой, или отделением обыкновенного красного керамического кирпича от прямого контакта с пламенем.

Не только кирпичную печь нужно защищать футеровкой. Металлические печи и твердотопливные котлы имеют стальные стенки и элементы топок. Соединения таких элементов сварные. И сталь, и еще в большей степени сварные стыки подвержены довольно быстрому прогоранию. Только литые чугунные топки не нуждаются в футеровке, а металлические конструкции печей без защиты долго не служат. Если конструкция печи или твердотопливного котла предполагает стальные сварные детали, то, как правило, производитель разрабатывает и футерованную защиту посредством шамотных изделий или каолиновой ваты. Существуют и другие материалы для футеровки, но их не так много. Но не всегда стальная печь заводского изготовления выполнена с футеровкой камеры топки, и в этом случае данную работу приходится выполнять владельцу.

Футеровкой называют облицовку внутренней поверхности отделов печи, находящихся в зоне прямого контакта с пламенем с целью защиты от термоударов и длительного воздействия высоких температур, а также и от механического и химического влияния. Термин футеровка применяется не только в контексте бытовых печей, каминов и котлов, а и для печей металлургической отрасли.

У футеровки есть еще одна функция, кроме защиты – значительное снижение теплопотерь от внутренних поверхностей топки. Важен точный расчет толщины футеровки, чтобы печь при этом нагревалась достаточно, если слишком защитить топочный отдел печи, то можно добиться обратного эффекта – слишком увеличиться время прогрева утолщенных стен топки, потребуется больше топлива, причем теплопотери через дымоход будут постоянны, а в помещение тепло будет поступать недостаточно. То есть и кпд и общая эффективность отопительного агрегата будет снижена. Толщину жаростойкого футерованного слоя превышать нельзя.

Основные способы футеровки

Способ выбирается исходя из материалов печи и времени работы – одновременно с кладкой печи или как модернизация.

1. Способ, пригодный как для футеровки уже полностью готового отопительного сооружения, так и для строящегося – облицевать внутренние поверхности топки изделиями жаропрочным материалом с низкой теплопроводностью.
2. Жаростойкий материал в виде раствора наносится на внутреннюю поверхность топочной камеры готового отопительного агрегата. Кирпичную печь возможно защитить жаростойким раствором только в период постройки.
3. Для банной металлической печи-каменки эффективным методом футеровки служит устройство теплоотражающего экрана. Для других моделей печей экранирование не имеет смысла, так как тепловая энергия будет отражаться внутрь топочного отдела и уходить в дымоход вместо того, чтоб идти на прогрев стен печи.

Виды и классификация материалов для футеровки

Сырье для защитных материалов – глина и горные породы с особыми свойствами. Классифицируют материалы по базовой основе.

• А - кремнезем в качестве основы
• В – тугоплавкая шамотная глина как основа для футеровочного состава, кирпича или панелей
• С – комбинированный базовый состав

Самые востребованные и популярные материалы для футеровок – группа В: изделия из шамота (сhamotte), которые могут быть в виде кирпичей, панелей и сухих смесей для приготовления раствора. Для производства этих изделий применяют шамотный порошок, который получают измельчением обожженной при высокой температуре – до 1550⁰С специальной тугоплавкой шамотной глины (белой каолиновой, синей кембрийской). С добавлением шамотного порошка – главной составляющей футеровочных материалов, с добавками минеральных порошков твердых горных пород, таких как песчаник и кварц – производятся шамотные изделия. Также порошок продается и в сухом виде, для растворов. Шамотный кирпич – самый популярный материал для футеровки, главным образом из-за вполне демократичной цены. Главное при выборе шамотного кирпича – акцент на качество. При покупке нужно быть внимательным, поскольку некачественный шамот не даст эффекта защиты печи.

Другой, немного менее популярный материал для футеровки – каолиновые ваты (группа А). Сырье – кварцевый песок, глиноземистые цементы, тугоплавкие глины и жидкое (силикатное стекло). Техническое название калиновой ваты – муллитокремнеземистая вата (МКРР -130). Производят ваты в электропечах и методом раздува преобразовывают в волокнистые структуры, в итоге получают материал с превосходным показателем теплоустойчивости. Визуально – изоляционный материал белого цвета для набивки и поверхностной изоляции. термоизоляция для условий до 1250⁰С. Более дорогая огнеупорная вата – высокоглиноземистая и циркониевая – пригодна для изоляции при экстремальном термо режиме до 1600⁰С.

Каолиновые ваты применяют как изоляторы температурных швов в печах всех типов, для набивки термокомпенсационных швов, поверхностной изоляции по стенам и сводам. Это высокоэффективный материал, применяется и для бытовых печей и котельных агрегатов, и в металлургии, поскольку инертен даже к расплавам металлов. МККР не только противостоит термовоздействию, но и является совершенным электроизолятором с постоянными свойствами в режиме работы до 800⁰С. кроме того, обладает свойствами:

• Отличная звукоизоляция и вибростойкость
• Термохимическая стойкость
• Пластичность и легкий монтаж благодаря эластичному плотному прилеганию фактуры ваты к практически любым конструкциям и поверхностям
• Не смачивается жидкими металлами
• Противостоит агрессивным средам от кислых до щелочных, маслам минеральных типов
• Инертна к воде, влаге, водяному пару

В печах применяются рулонная, плитная и листовая каолиновая вата в качестве прокладок между жаростойким слоем и наружной кирпичной кладкой, как дополнение к шамотным изделиям.

Картон и маты для футеровок производятся на основе каолиновых и базальтовых ват, вермикулита (материал на основе вулканической горной породы) на связующих на основе белых глин. Каолиновый картон предназначен для работы при температурах до 1400⁰С.

Футеровку производят также обмазкой раствором. Специальные жаростойкие растворы из готовых сухих смесей применяют и для нанесения обмазок на поверхности стен топочных камер готовой печи, и для кладки дымоходных каналов печи из огнеупорного кирпича. Сухие порошки мертеля (огнеупорная смесь из кембрийской, или синей глины) применяют и для засыпок технологических полостей, просветов и зазоров кладки, а также свободных швов, предназначенных для компенсационных тепловых расширений в металлических деталях конструкций отопительных агрегатов.

Кроме мертеля (мертель МП-18, термический режим работы до 1600⁰С), сухая смесь может быть произведена из шамотных порошков и обогащенных цементов. огнеупорные саморасширяющиеся цементы, например РПЦ марки М500, также применяются в бытовых печах. Но мертель значительно более экологичен, и предпочтителен для печей, предназначенных для приготовления пищи. В русских печах или глиняных национальных печах типа тандыров следует применять конечно же, только экологичные материалы, например, на основе синей глины.

Удобен в работе и быстро просыхает клей для футеровки. Практически печью можно пользоваться уже через 24 часа после обмазки огнеупорным алюмосиликатным клеем (например, клей Анкер 1600). Высокотемпературные огнеупорные клеевые составы на основе алюмосиликатов предназначены и для кладки огнеупорного кирпича, и для обмазки стенок печей, сложенных из обыкновенного красного кирпича. Также клеевые составы применяют для приклеивания листового, рулонного или панельного огнеупорного материала. У разных производителей параметры жаропрочных клеевых составов слегка варьируются, но всегда рассчитаны на режим работы не менее, чем при 1400⁰С, что приемлемо для защиты кирпичных стенок топки при контакте с открытым огнем. Основной плюс клеев – быстрота монтажа и готовность печи к работе уже через сутки.

Клеевые составы предлагаются рынком в значительном ассортименте, как однокомпонентные, так и двухкомпонентные, в виде паст, мастик и обмазок. Наносятся эти составы и в готовые отопительные агрегаты, и при строительстве печи и обустройстве топки. В составе этих материалов шамотные порошки, микроармирующее волокно, минеральные добавки и присадки для укрепления защитного жаростойкого слоя.

Чаще всего применяют футеровки из следующих материалов.