Что такое и зачем нужна футеровка печи?

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.

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

Варианты осуществления футеровки

Футеровка топки камина шамотом

Процедуру проводят разными способами, самый подходящий выбирают с учетом материала, из которого изготовлена печь либо камин. Также на выбор влияет время проведения укладки облицовочного слоя.

Облицовка внутренней части печи готовыми кирпичами шамота

Шамотные материалы считаются наиболее популярным способом для футеровки приборов отопления. Шамот представляет собой специальную глину, обожженную при максимальной температуре до 1500 градусов. После нагретый природный материал измельчают, затем изготавливают из него панели, кирпичи либо сухие смеси. Покупатели чаще выбирают шамотные материалы из-за их качества, эффективного применения и доступной стоимости.

Монтаж теплоотражающих экранов

Ставить экраны, отражающие тепловое излучение, целесообразно на стенки банных печей-каменок из металла. При использовании их в печных агрегатах другого типа низкая эффективность экранов может значить, что они были установлены неправильно. Вырабатываемое тепло не будет прогревать стены полностью и вместо этого начнет уходить в дымоходную трубу с учетом модернизации системы.

Применение обтесанного камня из натуральных горных пород

Камни из натуральных горных пород относятся к материалам класса А, чаще всего для облицовки используется песчаник, кварц или гранит. Рекомендуется использовать их для футеровки топок каминов, а не печей, поскольку эти материалы имеют низкий уровень теплопроводности и растрескиваются под воздействием сильного огня.

Использование рулонных материалов или пластин

Специальные пластины и рулонные материалы подходят для поверхностей с низкой теплопроводностью. Футеровку такого типа можно проводить во время постройки печи или в уже готовом отопительном приборе.

Покрытие стенок специальными растворами или веществами

Вещества или растворы с повышенной устойчивостью к огню наносят на внутренние поверхности стен печных топок. Это могут быть сухие смеси, из которых нужно готовить огнестойкий раствор, или термостойкая клеевая масса, используемая также для шамотной кладки и стен из кирпича.

Раствор для футеровки Карбид кремния огнеупорный

Теплоотражающий экран

Футеровка кирпичной теплоёмкой печи.

Современное печестроение предусматривает футеровку кирпичных печей огнеупорными материалами.

Вот что написано в википедии по запросу “Футеровка”:

Футеро́вка (нем.Futter «подкладка, подбой») — облицовка огнеупорными, химически стойкими (англ.)русск., а также теплоизоляционными материалами, которым покрывается внутренняя поверхность металлургических печей, ковшей, топок котлов и прочего оборудования . Футеровка производится для обеспечения защиты поверхностей от возможных механических, термических, физических и химических повреждений. В горно-металлургической промышленности футеровка используется для защиты оборудования, связанного с перегрузкой и перевозкой различных материалов, от ударных, истирающих и налипающих воздействий, а также для усиления огнестойкости материалов, из которых изготавливают металлургические и бытовые печи.

Разберёмся как это связано с обыкновенными бытовыми печами и что этот термин обозначает в печестроении.

Места применения футеровки в бытовых печах:

1. Футеровку применяют для топливника печи.
2. Футеровку применяют для камер дожига бытовых печей.
3. Футеровку применяют для защиты наиболее, термически, нагруженных областей печи.

Если, говорить по простому то, для бытовых кирпичных печей, футеровку желательно ставить там где огонь лижет кирпич.

Назначение футеровки в бытовых кирпичных печах.

Футеровка в бытовых печах производится для обеспечения защиты поверхностей от возможных термических повреждений.

• Огнеупорная топка в отопительном камине
• Огнеупорная топка в отопительном камине

Причины необходимости футеровки в бытовых кирпичных печах.

Керамический кирпич плохо переносит прямое воздействие огня.

При продолжительном воздействии прямого огня кирпичная кладка разрушается.

Почему раньше не футеровали бытовые печи.

• Старая Русская печь без футеровки
• Печь без футеровки сложенная полностью из огнеупорного кирпича.

Не часто, но всё ещё встречаются среди печников ретрограды считающие что футеровка для печи не нужна и некоторые даже умудряются убедить заказчиков во вреде огнеупорного кирпича внутри печи.

Основным аргументом таких умозаключений становится идея о том что в стародавние времена никакого шамота не применяли и печи стояли по 100 лет.

На мой взгляд позиция эта в корне ошибочна.

В прежние времена, в хороших печах, для топок печей использовали кирпич железняк.

Железняк это специально перекаленный кирпич. Такой кирпич не разрушается под воздействием огня.

Железняк был гораздо дороже, обычного, керамического кирпича и его, не всегда, можно было достать.

Из за дороговизны железняка многие печники использовали для топок обычный керамический кирпич и такие печи, чаще всего, не выдерживали долгого времени.

При этом раньше печи не так сильно перетапливали как сейчас.

При перетопах печь без футеровки не выдерживает и пары лет.

Особенно, больная проблема перетапливания кирпичных печей, среди дачников.

Из за невозможности соблюдения отопительного режима и непонимания принципов работы теплоёмких печей дачники топят кирпичные печи по 3-4 часа, естественно, что кирпичная кладка, не выдерживает таких нагрузок.

На первый взгляд, футеровка противоречит здравому смыслу, поскольку существенно снижает теплопроводность стенок топки. Однако при более глубоком рассмотрении физических процессов, протекающих в твердотопливном котле в различных условиях, выясняется, что можно создать конструкцию, в которой футеровка не только не снижает полноту поглощения тепла от горящего топлива, но и улучшает другие характеристики котла.

Когда нужна футеровка? Материал использования

Футеровка печей предназначена для предохранения материалов, из которых изготовлена сама печь, от деструктивных последствий перегрева конструкции. Проводится рабочими, используемый материал — огнеупорные кирпичи, но применяются и плиты по типу кирпича. При растапливании печи углями идет очень высокий нагрев стенок, особенно это чувствуется внизу топливника. Изделие дольше прослужит, если использовать в области топливника огнеупорный кирпич — у него выше коэффициент теплового расширения. Отступ при футеровке между кирпичной кладкой и стенками топки — не менее 5 мм. Это требуется при расширении материалов под действием температур.

Футерованные работы рекомендуются при использовании старой печи. Для них готовятся огнестойкие смеси, растворы, замазки. Производители сюда добавляют шамотные микроскопические волокна, связующие добавки, которые улучшают огнеупорные свойства футерованной конструкции. Такие смеси используют для затирки появившихся трещин.

Рекомендуется проводить футеровочные работы для таких конструкций:

• большие бытовые или промышленные виды топочных изделий;
• жаровые камеры;
• топливные агрегаты, у которых жаровые проходы построены вдоль стенок топки;
• при применении высококалорийного вида топлива.

Футерованные работы проводятся непосредственно внутри топки. Используются и защитные экраны с теплоизолирующим действием, которые влияют на процент нагрева производимых дымовых газов, вбирают в себя часть тепло-лучевых потоков, удаляют часть тепла через дымоход. Так как экраны поглощают часть выделяемого тепла, их не используют в печах, предназначенных для обогревания помещений.

Особенности футеровочных работ

Сам процесс футеровочных работ состоит из выкладывания поэтапно всех типов огнеупорных материалов. Так самую нижнюю часть доменной печи, которая называется лещадью, выкладывают кирпичными блоками, содержащими высокий уровень глиноземного материала. Пространство, которое образуется при такой кладке, затирается специальной замазкой. Которая изготавливается из мертельного материала, которое должно быть соответствующим типу кирпича, применяемого в кладке. Мертельный материал получают посредством смешивания шамота, который измельчен в порошкообразную консистенцию и глины.

Если данный материал используется в кладке ответственного характера, то туда непременно добавляются такие компоненты как сода и барда сульфитно-спиртового состава. Данное вещество добавляют для большей клейкости материала и таким образом для большего схватывания кирпича. Между блоками, которые являются углеродистыми, шовное пространство заполняется другим веществом. А именно специальной пастообразной массой, которая изготовлена из таких веществ, как кокс и смоло-пек.

Собственно весь процесс футеровочных работ состоит из кладки огнеупорных материалов и промазыванию швов между этими материалами. Футеровочные работы не являются работами повышенной сложности, хотя они достаточно трудоемки. Главным условием здесь является использование материалов специального назначения и состава. А так же важным является соблюдение всех рабочих регламентов и соблюдение всех техник безопасности.

Полимерная футеровка

В качестве футеровочного материала используют полиуретан, полиэтилен и другие износостойкие пластики. Полимерную футеровку применяют в довольно широком диапазоне условий эксплуатации – от легких до средних, но главным образом для эксплуатации во влажных условиях. Типовое применение полимерной футеровки – это бетономешалки (промышленные), бункеры, желоба, скипы, промежуточные бункеры, силосы, лотки, грохоты, питатели. Полимерные футеровки легче стальных и вдвое снижают уровень шума, так же как и резиновая футеровка, не допускаются к применению в присутствии масла. Температурный диапазон эксплуатации – от –25 до 80 °С.

Компания Sandvik поставляет полиуретановые износостойкие плиты WT7000, WT8000 и WT9000 с твердостью по Шору 70А, 80А и 90А с армированием 3-миллиметровой стальной плитой. Крепление плит – болтами, приварными штифтами и саморезами. Толщина плит – от 10 до 30 мм, ширина 1000 мм, длина 2000 мм.

Гибкие полиуретановые износостойкие плиты WT8000 толщиной от 10 до 30 мм используют для облицовки сложных поверхностей. Перфорированная стальная подложка толщиной 0,7 мм позволяет гнуть плиту.

Компания Sandvik поставляет также листовой полиуретан и полиэтилен. Полиуретан WG7000, WG8000 и WG9000 толщиной от 5 до 30 мм обладает высокой стойкостью к истиранию во влажной среде в присутствии мелкого и среднего по размеру материала. Листовой сверхмолекулярный полиэтилен с низким коэффициентом трения способствует легкому продвижению мелкого сыпучего материала. Полиэтилен выпускают в листах толщиной от 6 до 30 мм.

Ударогасящие балки Sandvik можно отнести к комбинированной футеровке. Сердцевина балки выполнена из мягкой резины, а поверхность из полимера с низким коэффициентом трения – сверхвысокомолекулярного полиэтилена марки 1000 толщиной 10 мм. Монтажный элемент балки – алюминиевый профиль. Ударогасящие балки применяют для защиты конвейерных лент в местах перегрузки материала. Мягкая резина поглощает энергию удара падающего материала, предотвращая таким образом повреждение и разрыв ленты и образование трещин в металлоконструкции конвейера.

Компания Metso выпускает модульные полиуретановые плиты серии Trellex SQ, которые легко комбинировать с резиновыми и керамическими плитами этой же серии. Футеровочные плиты SQ защищают от истирающего воздействия мелких и средних частиц абразивных материалов. В зависимости от приложения модульная система может защищать от воздействия частиц размером до 200 мм или от кусков материала весом до 35 кг. Футеровочные плиты SQ значительно снижают шум. Человеческое ухо воспринимает снижение уровня звукового давления на 10 дБ (А) как уменьшение шума вдвое. По сравнению с традиционными стальными бронями футеровочные модули SQ позволяют снизить шум на 40–75%. Футеровочные плиты SQ были разработаны с учетом требования облегчения установки и сокращения времени на монтаж за счет применения запатентованной системы крепления. Все модули имеют стандартный размер 300х300 мм. Резиновые и полиуретановые модули легко обрезаются в размер ножом или машинкой Alu-Cut. Небольшой вес модулей облегчает их переноску и снижает риск производственного травматизма при работе с ними.

Серия плит Trellex Flexback представлена полиуретановыми плитами с легкостальным армированием аналогично резиновым плитам Flexback. У них также аналогичное назначение и способы крепления.

Metso также выпускает листовую полимерную футеровку. Листовая полиуретановая обшивка Trellex для удобства выполнена с цветовой дифференциацией по твердости: голубая с твердостью 70А по Шору, желтая – 80А, зеленая – 90А. Обшивка крепится различными способами: болтами, винтами, заклепками, гвоздями или зажимами.

Таким образом, выбор неметаллической футеровки велик и всеобъемлющ. Можно подобрать вариант для любых условий эксплуатации, конечно, с учетом ограничений, а именно отсутствия масла и в диапазоне температуры от –25 до 80 °С. И надо сказать, что условия эти весьма существенны и значительно ограничивают сферы применения этих интересных материалов.

Производственная футеровка и свойства материалов

На производстве, в металлургии, футеровка индукционной печи выполняется с использованием особых, прессованных шамотных кирпичей. Они очень износостойкие, не дают усадки и хорошо выдерживают термоудары. Применение шамотного кирпича позволило добиться большой экономии средств и намного удешевить процесс производства металлов.

Индукционная печь

Индукционная печь

В таблице приведены свойства некоторых огнеупорных материалов

Бытовые проблемы – футеровка как решение

В быту людям обычно приходится решать более простые задачи. На самом последнем этапе, догорание углей, происходит перегрев низа металлической печки, иногда докрасна. Человек решает  своими руками обложить изнутри перегревающуюся стенку.

Но и в этом случае приходится решать вопрос, до какого уровня выполнить футеровку, оставить ли зазор и как при этом закрепить кирпичи?

Конкретно в данной ситуации вопрос можно решить следующим образом:

• Если позволяет ширина топливника, по его периметру укладываются шамотные кирпичи стандартного размера – 250Х150Х65 мм. При этом кирпич укладывается к стенке плашмя. Можно уложить вертикально, с высотой 250 мм или горизонтально на 120 мм.
• Для того чтобы кирпичи надежно зафиксировать между собой, используется простой способ. С помощью шлифовальной машинки делается пропил в части соединения, и кирпичи скрепляются с помощью вставленного металлического шипа подходящего размера.

Устройство футеровки: температура и металл

Особое внимание стоит обратить на то, что термическое линейное расширение металла намного больше, чем у кирпича. Поэтому все металлические части, подверженные нагреву, должны иметь свободное пространство для расширения

При устройстве данной футеровки зазор уплотняется базальтовой или каолиновой ватой, скрученной в жгуты, шнуры или виде спрессованного полотна. Можно для этой цели использовать асбест.

Ошибочная защита. Последствия

Очень часто встречается такая картина. Металлическая печь обкладывается кирпичом с применением глинистого раствора, да еще и без зазора. Мотивируется это обеспечением безопасности и улучшением прогрева печи.

Металлическая печь с кирпичной обкладкой

Это совершенное заблуждение!

• Во-первых, кирпич очень теплоемок.
• Во-вторых, у кирпича низкая теплопроводность. Что происходит во время работы такой печи?

Кирпич просто исполняет роль теплозащиты. Основное тепло, вырабатываемое печью, из-за переизбытка в топке просто вылетает в трубу.Ко всему прочему, отсутствие зазора мешает проникновению охлаждающего воздуха к металлическим стенкам печи, что однозначно приводит к их прогару, а расширение металла приведет к растрескиванию кирпичной защиты.

Как итог, угарные газы начнут поступать в помещение.

Не всегда кирпич: смеси для футеровки

В последнее время большой популярностью стали пользоваться банные «лепные» печи различных форм. В основном такие печи устанавливаются в банях, выполненных в стилизованном «сказочном стиле». Изготавливают такие печи, используя старинный метод, называемый – глинобитным.

После естественной просушки глины производится обжиг печи изнутри с применением дров. Наружная часть обжигается с помощью паяльных ламп до образования корочки. Очень удобно выполнить футеровку таких печей, применяя специальные составы.

Это могут быть сухие смеси:

• Шамотные.
• Муллитовые.
• Корундовые.

Данные составы можно прекрасно использовать для изготовления прямо на месте различных огнеупорных изделий, футеровок в том числе. Сплошная, монолитная футеровка, изготовленная из данных материалов, намного превосходит по своим качествам шовные футеровки печи, выполненные с помощью шамотного кирпича.

Футеровка без отрыва от производства

В настоящее время существует ряд технологий, при которых футеровка или восстановление футеровки производится без остановки печи. Составы наносятся с помощью «набрызга» прямо на раскаленную поверхность или методом торкретирования.

Данный способ в основном применяется на производстве, что позволяет без остановки процесса производства выполнить при необходимости футеровочные работы.

3 Другие виды футеровок и критерии выбора

Начнем с металлической защиты. Для этой цели нашли свое применение хромистая, марганцовистая стали, а также разные типы чугуна. А вот чтобы создать защиту для деталей нестандартной формы, делают резиновую футеровку, в которой используют вулканизированную резину

Данный материал плавится и заливается в нужную форму, кроме того, он отличается довольно длительным сроком службы, что не так уж маловажно!

В пищевой, горнодобывающей и других отраслях промышленности в основном применяют полимерные виды футеровок. Перечень их достоинств можно продолжать очень долго, основными из них являются: устойчивость к химическому воздействию, агрессивным средам, высоким температурам. Кроме того, они отличаются великолепной износостойкостью, ударной вязкостью и водоотталкивающими свойствами. Еще один вид, который достоин внимания – защита с помощью базальтовых материалов.

В основном применяется она для различных бункеров, емкостей и желобов, подверженных негативному воздействию щелочей с кислотами. Также применение такой футеровки будет весьма эффективно и как антикоррозионное покрытие. Кроме того, обработанной поверхности будет совершенно не страшен износ от взаимодействия с абразивными частичками.

В промышленности, которая отличается тяжелыми условиями эксплуатации, такими, как воздействие чрезмерно высоких температур, сильный абразивный износ, повышенный уровень влажности, актуально применять сверхвысокомолекулярный полиэтилен, отличающийся низкой склонностью к истиранию, отличной сопротивляемостью агрессивным средам, гидрофобностью и довольно длительным эксплуатационным сроком. Выбирая параметры защитного слоя для печей, следует руководствоваться следующими показателями: толщина корпуса и наружной облицовки, а также температура, которая будет внутри топки.

Кроме того, практически все материалы подвержены температурному расширению, так что обязательным является и небольшой зазор (не более 10 мм). Что же насчет футеровочного слоя, так он может быть как двойным, так и одинарным, все зависит опять-таки от вышеперечисленных факторов. Между собой шамотные элементы крепятся посредством металлических штырей, таким образом осуществляется и армирование конструкции, что выступает гарантией дополнительной прочности.

Учтите, что ни в коем случае нельзя использовать одновременно разные типы кирпичей, так как они отличаются различной теплопроводностью и степенью линейного расширения. Так постепенно возникают трещины, и приходится переделывать все заново.

Футеровка из кирпича

Футеровка печи своими руками из шамотного кирпича выполняется с учетом следующих особенностей:

• Кирпич аккуратно выкладывается «ребром на ребро», без сдвигов элементов кладки относительно друг друга, вдоль всех стенок внутренних топки.
• Швы между отдельными кирпичами заполняются раствором на основе шамота и глины.
• Если основная кладка также выполнена из кирпича, то футеровочный и основной слой стыкуются посредством одного вертикального шва, но без перевязки.
• Если же материал самой топки – металл (чугун или сталь), то между ее стенками и кладкой следует в обязательном порядке оставлять небольшой зазор, рассчитанный на температурные расширения металла, – иначе регулярные нагревы и остывания могут в скором времени ее разрушить.

Отделка шамотным кирпичом происходит по схеме – вдоль всех стенок с зазором с учетом расширения материалов ВНИМАНИЕ! Также возможна внутритопочная кладка из огнеупорного красного кирпича, но смешивать виды кирпичей (шамотный плюс огнеупорный) нельзя, так как у них разные показатели линейного расширения и теплопроводности, что сделает постройку недолговечной. Старая кладка из шамотного кирпича подлежит регулярным осмотрам и ремонту изношенных участков, который проводится посредством затирки раствором из шамота и глиноземистого цемента

Старая кладка из шамотного кирпича подлежит регулярным осмотрам и ремонту изношенных участков, который проводится посредством затирки раствором из шамота и глиноземистого цемента.