Виды огнеупорных материалов и сферы их использования

Огнеупорные материалы отличаются стабильностью структуры при воздействии высоких температур, пламени и химических веществ. Они используются на промышленных предприятиях, где производственный цикл предполагает применение теплового воздействия, а также в жилых домах, где установлены нагревательные приборы. За счет высоких эксплуатационных параметров такие материалы особенно актуальны на любых объектах, к которым предъявляются требования долговечности, надежности и безопасности.

Потребность в применении огнестойких материалов появилась еще на самых ранних стадиях развития человечества, когда люди научились добывать и использовать огонь. Постепенно такие материалы становились основой для строительства сталеплавильных, доменных печей и прочего теплового оборудования. В середине XVII в. во многих странах начали изготавливать огнеупорные кирпичи из глины. К началу XIX в. огнезащитная продукция активно производилась в европейских странах, а к концу столетия огнеупорные изделия начали повсеместно выпускаться и в России. В середине прошлого века были изобретены огнестойкие краски и антипиреновые составы, а требования к жаростойким изделиям были официально закреплены в ГОСТах и СНиПах.

Основное свойство подобных материалов — огнеупорность. Этот показатель определяет температуру, при которой изделие начинает деформироваться. Относительно его значения рассматривается эффективность эксплуатации материала в тех или иных видах работ. Кроме того, рассчитываются и другие характеристики, в частности:

• особенности поведения материала под действием повышенных температур;
• изменение формы и нарушение целостности при температурном воздействии;
• устойчивость структуры, которая определяется параметром механического усилия на сжатие при нагреве;
• сила реакции на воздействие агрессивных химических растворов.

Как правило, к огнестойким относятся материалы, которые выдерживают нагрев от 1580 до 3000 градусов Цельсия. Материалы, сохраняющие свой вид и физические характеристики при воздействии более высоких температур, маркируются как сверхогнеупорные.

Любые огнеупорные изделия производятся на основе сочетания искусственного и натурального сырья, для этого подбираются оптимальные концентрации минеральных и химических компонентов.

Изделия, устойчивые к воздействию открытого огня, могут выпускаться в разных формах и с разными свойствами. Выделяют несколько оснований для их классификации.

По огнестойкости выделяют материалы:

• обычные огнеупорные – выдерживают от +1580 до +1770 градусов Цельсия;
• высокоогнеупорные – до 2 тыс. градусов;
• изделия с высокой огнеупорностью – до 3 тыс. градусов;
• сверхогнеупорные – должны выдерживать нагрев свыше 3 тыс. градусов.

Существует несколько основных способов формовки огнеупорных материалов:

• жидкое литье;
• формовка из мягких составов с дальнейшей допрессовкой;
• формовка из спрессованных порошков;
• распил горных пород;
• способ горячего прессования;
• техника термопластического прессования;
• формовка из раскаленного расплава.

Для создания огнестойких изделий используют несколько типов сырья.

• Органическое – эти разновидности продукции изготавливают из минерального сырья. Большая часть таких изделий может выдерживать существенный нагрев. Единственным исключением являются пенополистиролы. Они имеют слабую стойкость к огню, однако из них можно выложить печь со слабым прогревом.
• Неорганическое – самая внушительная категория продуктов с широким диапазоном огнеупорности. Сюда относят базальтовую и минеральную вату, стекловолокно, перлит и вермикулит.
• Композитное – к данной категории относят изделия из асбеста (асбестоцементные либо асбестоизвестковые составы), а также вспененные кремнеземные изделия.

В зависимости от основного действующего вещества различают несколько видов огнеупорных материалов.

• Огнеупоры, содержащие оксиды алюминия, спеченные в блоки, называют кислыми – основа в этом случае достигает 90% от общего количества массы. К данной группе относят муллитовые, а также шамотные кирпичи, которые считаются идеальным решением для печей и каминов, работающих на натуральном топливе.

• Магнезиальные – такие изделия изготавливают из оксидов разных металлов методом спекания при нагреве. Блоки отличаются устойчивостью к агрессивным растворам и могут выдерживать нагрев до 2000 градусов.

• Минеритовые – выпускаются с применением экологичного сырья. До 90% состава приходится на армированные цементы. При нагревании эти изделия немного увеличиваются в размерах, поэтому во время монтажа нужно оставлять между пластами небольшие зазоры.

• Асбестовые – плиты и панели из асбеста продолжительное время использовались в строительстве. Однако некоторое время назад было выявлено токсичное воздействие асбеста на здоровье человека. Вещества, входящие в состав материала, являются канцерогенами и приводят к онкологическим заболеваниям. Тем не менее огнестойкость таких изделий исключительно высока. Материала может на протяжении нескольких часов выдерживать нагрев до 500 градусов, не меняя прочности и плотности.

• Суперизол – материал из силиката кальция, он легковесный и хорошо поддается резке. Суперизол выдерживает нагрев до 1000 градусов, при этом имеет сниженную теплопроводность. Это востребованный при монтаже перегородок и защитной отделки стен материал.

• Стекломагниевые панели – это материал, состоящий из хлористого магния, стеклоткани и вспученного перлита с добавлением синтетических волокон. Обладает высокой адгезией, пониженной теплопроводностью, к тому же легко обрабатывается.

• Вермикулит – плиты на базе силикатной слюды, смешанной с синтетическими компонентами. Это экологичный и нетоксичный материал, удерживающий тепло. К минусам относят низкую влагостойкость, поэтому при эксплуатации требуется дополнительная защита от воды.

• Металические экраны – листовой огнестойкий материал со светоотражающей поверхностью. Такие изделия не только защищают стены от чрезмерного перегрева, но и позволяют поддерживать комфортную температуру в помещении, отражая его внутрь.

• Клинкер – этот керамический материал изготавливают из мелкопористой глины. Он отличается стойкостью к перепадам температур, способностью выдерживать не только огонь, но и сильные морозы.

• Керамогранит – материал на основе мраморной, гранитной и кварцевой крошки с присутствием солей и окислов металла. Отличается способностью выдерживать нагрев до 100 и более градусов, характеризуется высокой влагостойкостью.

В зависимости от степени открытости пор выделяют:

• до 3% — сверхплотные;
• до 10% — высокоплотные;
• до 16% — плотные;
• до 20% — уплотненные;
• до 30% — среднеплотные;
• до 45% — низкоплотные;
• до 75% — высокопористые;
• более 75% — ультапористые.

Огнеупорные материалы предлагаются в разных формах и размерах:

• клиновые либо прямые – могут иметь малые, нормальные или крупные размеры;
• фасонные, простые, а также сложные – с массой свыше 60 кг.

Наибольшую востребованность получили листовые панели. Их функциональное предназначение зависит от габаритов и набора эксплуатационных характеристик продукции. Они незаменимы для футеровки котельных, домашних каминов, печных блоков, является теплоизоляционным для колонок, котлов, а также отопительных систем в банях и саунах. Выполняют роль защитных экранов и повышают производственный эффект оборудования в целом и его отдельных частей.

Формовочная и порошкообразная продукция актуальна в приборостроении. Она решает задачу регулировки эксплуатационного режима в соответствии с ТУ. Неформованное сырье идет на изготовление одежды сотрудников литейных цехов.

Все виды огнестойких материалов повсеместно используются в промышленной сфере. Они задействованы в цветной и черной металлургии – на эту сферу приходится порядка 60% изделий из жаростойких материалов в целом, а также в изготовлении керамики и стекла. Огнестойкие составы являются основой для изготовления кислото- и теплоизоляторов. Ими облицовывают производственные печи, а также другие установки с открытым пламенем.

В быту такие изделия нашли применение при обустройстве каминов и печек, мангалов и дымоходов. Эти отделочные материалы получили широкое распространение при возведении и обустройстве зданий. Они применяются при выполнении обивки потолков и стен в помещениях. Подобное решение многократно повышает пожарную безопасность конструкции, поэтому их используют в сооружениях с повышенными требованиями по ППБ.

Важно иметь в виду, что большая часть строительных огнестойких материалов не могут противостоять возгоранию, поэтому могут гореть. Выделяют жаростойкие и огнеупорные изделия. Последние могут длительное время выдерживать источник открытого пламени на близком расстоянии – они широко востребованы при строительстве бань и саун.