КЕРАМІЧНІ ТЕПЛОІЗОЛЯЦІЙНІ ВИРОБИ
Цей вид теплоізоляційних матеріалів застосовують головним чином для влаштування теплової ізоляції різноманітних промислових печей та теплопроводів. Температура застосування керамічних теплоізоляційних виробів залежить від сировини, що використовується для їх виготовлення, і знаходиться в межах 800. 16003С. Важливе значення при виборі теплоізоляційного матеріалу має корозійна стійкість в умовах служби, а також термічна стійкість виробів, особливо при їх застосуванні в теплових установках періодичної дії.
Високопористу будову керамічних теплоізоляційних матеріалів можна отримувати різними способами - введенням і випалюванням добавок, що вигорають, введенням високопористих наповнювачів, способами газового спучування (газоутворенням) і піноутворення; закріплення ж отриманої високопористон структури і надання міцності виробам у всіх випадках досягають тільки в процесі випалу, що дозволяє об'єднати все різноманіття цих матеріалів в одну групу керамічних виробів.
Перераховані вище способи отримання високопористої структури керамічних матеріалів мають неоднакове значення. Деякі з них застосовують широко, а інші обмежено через різні причини або зовсім не використовують.
Кожен із цих способів має свої переваги та недоліки, і доцільність застосування того чи іншого способу диктується видом сировини, технологічністю, вимогами до готових виробів, дефіцитністю напівфабрикатів тощо.
Введення у формувальну масу високопористих компонентів (корундових порожнистих зерен, спучених перліту та вермікуліту) або суттєво здорожчує матеріал, або знижує його температуру застосування. Хімічне спукування та спукування мас під час випалу застосовують вкрай рідко через складністьтехнології.
У СРСР найбільшого поширення набули два способи: спосіб піноутворення та спосіб введення та подальшого випалювання вигоряючих добавок. Останній спосіб дуже технологічний. Оп дозволяє точно регулювати середню щільність одержуваних виробів, не вимагає введення у формувальну масу великої кількості води, внаслідок чого сушіння сирця можна проводити без форм за прискореним режимом при суттєвій економії палива.
ГІрн вигорянні добавок у міжпорових перегородках утворюються мпкротрсщппи. які відіграють роль компенсаторів напруги, що виникають при циклічному нагріванні охолодженні матеріалів під час їх служби в конструкції, внаслідок чого дещо збільшується термічна стійкість виробів. Основним недоліком способу вигоряючих добавок є обмеження верхньої межі пористості 65%. Це пояснюється тим, що традиційні вигоряючі добавки (тирса, антрацит та ін) утворюють після вигоряння пори неправильної форми, що створюють у матеріалі при його навантаженні високі напруги. Тому міцність виробів падає зі збільшенням кількості добавок і забезпечує заданих механічних характеристик матеріалу. Цей недолік можна виключити, використовуючи технологію. розроблену у МІСД ім. В. В. Куйбишева, за якою як вигоряюча добавка рекомендовано застосовувати дрібні фракції (менше 0,5 мм) пінополістиролу, що залишають після себе сферичні пори з гладкою внутрішньою поверхнею. І тут загальна пористість матеріалів може досягати 80 . 82%.
Застосування полістиролу як вигоряюча добавка створює ще ряд переваг у порівнянні з трачнцнонними вигораючими добавками. При вигорянні він не залишає після себе золи, що, як правило, пов'язано зі зниженням вогнетривкості матеріалів;низька температра повного розкладання полістиролу (550"С) на діоксид чтлсроду і вод" і мала маса полегшують видалення його з обпалюваного матеріалу і роблять цей вид вигоряючої добавки придатним для отримання всіх видів керамічних теплоізоляційних матеріалів; в значній мірі полегшує сушку виробів і виключає їх короблення.Особливо ефективно застосування передспінених зерен полістиролу (спосіб самоущільнюваних мас). підвищенню міцності виробів та різкому зниженню витрат теплоти на сушіння сирцю Розроблено кілька способів підведення теплоти до маси для остаточного спінювання зерен пінополістиролу: тепловологова обробка в пропарювальних камерах, сушіння та електропрогрів (пропускання струму промислової частоти через зволожену масу). Для отримання керамічних теплоізоляційних виробів найбільш ефективний електропрогрів, при якому протягом 30. 40 хв завершуються всі перераховані вище процеси (надання виробам заданої форми, ущільнення стін пор, механічне зневоднення формувальної маси до залишкової вологості 30 ... 32%). Досушування розпалублених виробів у разі може здійснюватися в передпечье за 8. 10 год.
Застосування способу мас, що самоущільнюються, практично повністю усуває сушильні усадки або знижує їх до мінімуму (до 0,7 .1,2%). що дозволяє виключити з іехпологпчсско - ю іропеса механічну обробку обпалених виробів н внаслідок цього різко скоротити кількість відходів.
Цей спосіб освоєно на Подільському заводі вогнетривких виробів і починаєпоширюватися іншими заводами країни.
Велике практичне значення має піновий спосіб виробництва високопористої кераміки. Він дозволяє отримувати вироби з низькою середньою щільністю та задовільною міцністю. Однак цей спосіб має низку серйозних недоліків технологічного характеру. Він заснований на введенні в керамічний шлікер піноутворювачів або на змішуванні шлікера із заздалегідь приготовленою піною. Ця обставина пов'язана із виникненням низки негативних факторів. По-перше, застосування способу піноутворення пов'язане з необхідністю топкого подрібнення вихідних матеріалів з метою запобігання руйнуванню піни. При цьому чим вище щільність вихідного матеріалу, тим вище повинна бути його дисперсність. По-друге, для забезпечення стійкої в часі пінокерамічної маси потрібно введення великої кількості води, що краппе негативно позначається на сушильних властивостях сирця. Процес сушіння характеризується м'яким режимом та великою тривалістю (іноді більше 5 діб). При цьому мають місце значні усадкові деформації, що призводять до короблення сирцю і вимагають після його випалу обрізки та шліфування виробів. Всі ці негативні фактори визначають високу енергоємність технологічного процесу, утворення великої кількості (іноді до 50%) відходів, велику тривалість виробничого циклу та його високу трудомісткість. Тому керамічні вироби, одержані способом піноутворення, характеризуються високою собівартістю.
У табл. 15.1 наведено основні види високопористих керамічних виробів, що випускаються вітчизняною промисловістю та знайшли найбільш широке застосування у промисловій тепловій ізоляції. Наведені в цій таблиці дані свідчать про великий вплив способу створеннявисокопористої структури на основні властивості виробів
По виду застосовуваної сировини керамічні теплоізоляційні матеріали поділяють на діатомітові (трепельні) і вогнетривкі легковаги, які, у свою чергу, ділять на шамотні (алюмосилікатні), дистенсилмонмонитові (високоглиноземисті), корундові, цирконієві та інші в залежності від сировини. Середня щільність виробів також є критерієм, що характеризує їх марку.