Общие представления о футеровки печи

ФУТЕРОВКА СВОДА:

Один из наиболее сложных и ответственных участков футеровки топки котла. Футеровка однослойная, толщина слоя 200 мм. Свод набирается согласно предварительной раскладке из фасонного кирпича. В качестве огнеупора используется уплотненный шамотный кирпич марки ШЦУ-4,5. Данный вид кирпича имеет повышенные прочностные характеристики, а также большее содержание Al2O3 по отношению к ША-I, что является важным фактором при выборе огнеупора для сводовой конструкции котла.

Наличие правильного инжиниринга, необходимого количества фасонных изделий, изготовление соответствующей опалубки сводовой конструкции, наличие высококвалифицированного персонала – необходимые условия для успешного проведения футеровочных работ по устройству свода топки котла. Этапы работ по устройству свода котла показаны ниже:

• Изготовление опалубки / кружал – важный этап работы. Необходимо заранее убедиться в правильности размеров и прочности конструкции – должна многократно выдержать нагрузки при кладке свода, а также многократное передвижение при проведении футеровочных работ.
• Необходимо заранее проверить правильность раскладки и соответствие ее на фактическое исполнение. Необходимо «на сухую» выложить арку из фасонного кирпича на площадке и, при необходимости, внести необходимые корректировки в раскладку.
• Для обеспечения дополнительной прочности сводовой конструкции, каждый сегмент/арка свода опирается на индивидуальные суппорта, устанавливаемых с двух сторон (суппорта изготовлены из высоколегированной жаропрочной стали AISI 310S или из жаропрочной стали 20Х23Н18). В зольной части котла, в районе выгрузки золы, свод имеет наклонную конструкцию Формирование наклонной части производится за счет смещения последующей арки свода по вы соте на ряд кирпича (на 65 мм) по отношению к предыдущему. Итого, наклонный свод – 6 арочных рядов со смещением по высоте.
• При переходе наклонного участка свода в горизонтальный, в качестве разгрузочного суппорта / консоли используется один общий сегмент на 6-7 арочных рядов свода.
• Формирования форсуночных производилось за счет подгонки / выпиловки огнеупорного кирпича и обкладки существующих металлических фурменных трубок (подача воздуха для обеспечения нормального горения топлива).
• Основание свода, для обеспечения необходимой жесткости / прочности конструкции, расклинивается огнеупорным кирпичом (размер подгоняется по месту).
• Образуемые «карманы» между сводом и металлическим корпусом топки, после установки теплоизоляционной силикат-кальциевой плиты, заливается огнеупорным бетоном до уровня первого ряда кладки вертикальных стен на участке второго свода.
• Участки вертикальных стен в зоне загрузки топ лива поднимаются до уровня перекрытия арки свода №2.
• На торцевых стенах топки котла дополнительно формируются тепловые компенсационные швы, обеспечивающие снятие тепловых напряжений в футеровке при эксплуатации котла. Устройство данных тепловых швов аналогично конструкции, описанной в разделе, ФУТЕРОВКА ВЕРТИКАЛЬ­НЫХ СТЕН.

О клее и растворе

На долговечность и эффективность футеровки печи кроме качества и технических характеристик материалов оказывает влияние их правильная укладка. Любые нарушения в технологии внутренних облицовочных работ топки могут привести к изменению свойств и структуры окружающих стройматериалов, выходу угарных газов в жилые комнаты.

Раствор

При обмазке топки термостойкими растворами на стенках образуется монолитный очень тонкий защитный слой, являющейся лучшим ограждением рабочей поверхности от воздействия огня. Однако такому монолиту быстрее потребуется ремонт, чем для кладки из штучных изделий.

Для изготовления футеровки по такой технологии существует несколько правил:

1. Готовят раствор из сухих смесей шамотного, муллитового или корундового типа, разбавляемых водой до консистенции густой сметаны. Реализуются они обычно в бумажной упаковке, на которой нанесена информация о пропорциях компонентов, характеристиках смеси, инструкция производителя о применении.

   Консистенция раствора для футеровки

2. Нанесённый слой раствора вначале обжигается паяльной лампой или при кратковременном нагреве печи до образования твёрдой корки.
3. При футеровке печи шамотным кирпичом стыковочные швы должны заполняться на всю высоту кладки.

Расход готового раствора на 1 м³ кирпичной кладки ориентировочно составляет 100 кг.

Огнеупорный клей

Продажа огнеупорного клея для футеровки осуществляется в пластиковых ёмкостях весом 2 — 50 кг. До начала работ по футеровке ведро с клеем нужно вскрыть и перемешать содержимое до полной однородности.

Далее:

• Клеевая масса наносится только на предварительно увлажнённую поверхность шпателем. Толщина слоя не должна превышать 3-х мм.
• Если планируется обмазывать клеем всю полость топки, то обмазку выполняют слоями с временным промежутком между нанесением не менее 15 минут.

• Для приклеивания базальтового картона на горизонтальные участки клеевой состав можно разбавить водой на 15%, но не позднее, чем за 12 ч до начала работы с клеем.
• В зависимости от структуры обрабатываемой поверхности и толщины клеевого слоя на 1 м² расходуется от 1 до 4 кг клея.
• Время полного застывания слоя клеевой массы с толщиной в 3 мм при температуре выше 25ºС составляет 24 часа, при температуре свыше 90ºС — 6 часов.

Термостойкие минеральные композиционные материалы и технологии футеровки

Традиционно футеровочные покрытия для котловых установок изготавливались из глиноземно-шамотных смесей путем разведения их водой до необходимой вязкости. В отдельных случаях в такие составы вводилось жидкое стекло.

Покрытия, изготавливаемые на основе этих материалов, обладают рядом существенных недостатков:

— длительным временем набора полной прочности, которая, к сожалению, не превышает , а в процессе эксплуатации эти значения уменьшаются;

— склонностью к повышенной объемной усадке (до 12%), что приводит к появлению трещин и ослаблению адгезии с металлической поверхностью труб;

— низкой вибрационной и термомеханической стойкостью;

— выполнением своих функциональных задач в период времени, не превышающий одного отопительного сезона.

Для повышения работоспособности футеровочных покрытий был разработан и применен термостойкий материал из класса дисперсно-наполненных МнКМ (минеральные композиционные материалы).

Футеровочный минералкомпозит формируется в виде паст на основе водного раствора коррозионостойкого высокоглиноземистого цемента марки ВГКЦ и смесевого термостойкого, мелкодисперсного наполнителя с пластификатором, смешиваемых в заданных объемных соотношениях.

Футеровочные покрытия формуются из паст, имеющих высокую степень пластичности и липкости, обеспечивающих достаточную технологическую адгезию с металлом труб в процессе нанесения. После полного набора твердости материал обеспечивает адгезионную прочность порядка 2-3,5 МПа. Время начала схватывания пастообразного материала составляет 30-50 мин. в зависимости от его исходной технологической вязкости. Время полного набора прочности при отверждении в составе объекта не превышает трех суток при температуре металла 10-20 ОС. Нагрев труб через сутки после нанесения футеровочного покрытия до 40-60 ОС (например, за счет циркуляции теплоносителя) способствует уменьшению времени полного набора прочности и повышению его прочности на сжатие в 1,2 раза, а прочности на разрыв до 2-х раз.

Технология формования футеровочных покрытий ориентирована на ручное послойное нанесение, обусловленное конструкцией элементов экранов, малыми габаритами монтажных люков, требованиями электробезопасноси на месте проведения работ.

В связи с ограниченным временем начала схватывания, пасты готовятся из сухих смесей малыми партиями на месте проведения футеровочных работ.

Футеровка производится в три приема: первичное нанесение, чистовая обработка, нанесение упрочняющего, термохимического защитного покрытия. Время выдержки между последующими приемами нанесения составляет не менее 10 ч. в зависимости от температуры внутри котла.

Термохимические, упрочняющие защитные покрытия могут применяться двух видов: минералкомпозиционное и керамическое. Формирование керамического покрытия (перевод его из шликера в керамическое состояние) происходит в процессе запуска горелок, когда температура на его поверхности достигнет 1073 К (800 ОС) за счет мгновенного прохождения процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.

Возможные причины неполадок печи

Старую печь можно отремонтировать полностью или переложить некоторые ее узлы

Типовые неприятности объясняются различными повреждениями конструкции. При появлении трещин нарушается герметичность. Ухудшение тяги провоцирует засорение системы дымоудаления. Большая разница температур (внутри канала и окружающего воздуха) способна повредить со временем даже качественную кладку. В отдельных ситуациях дефекты образуются по причине ошибок пользователей в процессе эксплуатации.

Чтобы правильно отремонтировать печку, нужна предварительная проверка

Рекомендуется обратить внимание на сравнительно редкие конструктивные проблемы:

• при одинаковой высоте расположенных рядом труб дым засасывает второе (неработающее) отверстие;

• производительности приточной вентиляции может быть недостаточно для одновременного функционирования нескольких отопителей;

• нормальному перемещению воздуха в топку препятствует близко установленный лестничный проем;
• вывод вытяжной вентиляции сделан в один канал с удалением дыма;
• превышено допустимое количество поворотов трубы под углом 90°;
• поддувальные отверстия установлены слишком близко к топочной дверке;
• выходной канал создан недостаточно высоким, слишком узким (широким).

Препятствие для дыма может создавать отложения сажи внутри трубы

Рекомендуется уточнить внешние условия. В приведенных ситуациях потоки ветра могут провоцировать принудительное «заталкивание» дыма внутрь здания:

• труба установлена неправильно по отношению к выступающему коньку крыши;
• паразитные завихрения создает крупное дерево, другое строение.

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

Огнеупорные материалы для защиты труб котла и экономайзера

Химический состав

Физические свойства

Хранение: Неограниченно в охлаждённом и сухом месте.

Наименьшая поставляемая единица: одноразовая палетта.

Упаковка: мешок из PE

Футеровка промышленных печей

Футеровочные работы имеют разные цели, поэтому выделяют теплоизоляционную, огнеупорную и кислотоупорную футеровку.

Теплоизоляционная футеровка обеспечивает предохранение оборудования от влияния агрессивных веществ и значительного снижения тепловых потерь. Чаще всего этот вид используют при футеровке промышленных печей. Наиболее популярный материал, используемый при футеровке данного типа, является жаропрочный кирпич – обладает высокими теплоизоляционными показателями и способен выдерживать большие перепады температур.

Назначение кислотоупорной футеровки – обеспечение антикоррозийной защиты внутренних поверхностей оборудования, работающего в агрессивных условиях – под действием кислот, солей, щелочей. В этом случае используется кислотоупорная керамика, базальтовое и диабазовое литьё, углеграфитовые материалы. Выбор состава кислотоупорной футеровки для покрытия производится в зависимости от конкретного оборудования и технических условий его эксплуатации.

Назначение огнеупорной футеровки – защита от воздействия высоких температур, снижение тепловых потерь, эффективное использования тепла. Материал, используемый для этого – огнеупорный кирпич.

Так как футеровка на 90% производится вручную, качество и долговечность такого защитного покрытия напрямую зависят от квалификации специалиста.

В ООО «Схид-будконструкция», Киев к работам по футеровке допускаются только высококвалифицированные мастера. Компания внимательно подходит и к выбору поставщиков огнеупорных материалов. Это, как правило, крупнейшие производители огнеупоров Украины и Европы, качество которых проверено годами. Футеровка печей ведется с соблюдением СНиПов и других регулирующих документов. На все футеровочные работы распространяется полная гарантия качества. Компания «Схид-будконструкция», Киев имеет богатый опыт сотрудничества с крупнейшими промышленными предприятиями Украины и предлагает следующие виды услуг:

футеровку промышленных печей и дымовых труб;

футеровку паровых и водогрейных котлов;

кислотоупорную футеровку;

обслуживание и ремонт футеровки печей.

Огнеупорная футеровка печи изнашивается и для поддержания ее в рабочем состоянии необходимо регулярно ремонтировать ее наиболее пострадавшие участки. Поэтому периодически печь тщательно осматривают, подину прощупывают железным штырем, выявляют все поврежденные места и проводят ремонт футеровки печи и дымоходов.

Футерование труб может быть представлено не только кирпичной выкладкой, но и другими видами. В зависимости от химических свойств выделяют три вида огнеупорных веществ, которые могут использоваться в качестве футеровочных материалов: кислые, нейтральные и основные. Разделение обусловлено различной реакцией разных веществ на вещества, образуемые в процессе горения топлива.

Работы по теплозащите печиЗащитить внутреннюю поверхность топки можно двумя способами:

обработать внутреннюю поверхность материалом с низкой тепловой проводимостью;

использовать защитные экраны, которые будут отражать тепловое излучение. При этом тепло от этого излучения будет уходить из печи вместе с дымом.

При первом способе не стоит путать теплоизоляцию и теплозащиту. При теплоизоляции тепло, выделяемое в печи, остается в рабочей зоне. Теплозащита же только предохраняет определенный участок поверхности от теплового излучения, не задерживая при этом тепло внутри рабочей зоны. Именно для этого при футеровке печи используются теплозащитными, а не теплоизоляционными материалами.

Как уже говорилось ранее, внутреннюю поверхность можно защищать специальными экранами, что зависит от назначения печи. Если в котлах отопления экран не нужен, так как произойдет напрасное расходование тепла, то в банных печах они вполне могут быть применимы.

Шамотный кирпич (ГОСТ 390-96) в настоящее время является оптимальным материалом для футеровки тепловых агрегатов. Основным его отличием от обычных кирпичей являются ярко выраженные теплозащитные свойства. Технология обкладывания шамотным кирпичом внутренней поверхности топки и называется, в большинстве случаев, футеровкой.

Инструкции по футеровке

Для устройства футеровки домашней печки лучше воспользоваться услугами специалистов, но при наличии хотя бы минимальных навыков и старания этот вид работы печного мастера можно выполнить своими руками.

Кирпичной печи

Футерование топки кирпичной печи с использованием шамота выполняется следующим образом:

• Первый ряд. Шамотный кирпич кладут ребром вокруг колосников. Предпочтительнее, чтобы кирпичное изделие имело наклонную грань для обеспечения уклона в сторону колосниковой решётки.
• Второй ряд задней и боковых стен поднимается одновременно. Кирпич также укладывают ребром со сдвигом на ½ длины относительно блока в нижнем ряду. Выполняется армирование шва стальной проволокой диаметром 3 мм или 5 мм.
• Последующие ряды выполняются аналогичным образом до верха топочного отдела. Армируют швы через один ряд кладки.
• В последнюю очередь облицовывают верхнюю плоскость топки, укладывая кирпич плашмя. Между слоями футеровки и основной кладки выполняют тепловую изоляцию из асбеста. Если свод имеет выпуклую форму кладку ведут с применением фасонного (трёхстороннего клинового или пятигранного) кирпича.

  Пример футеровки шамотным кирпичом

  Пример 2

  Пример 3

  Пример 4

При этом нужно учитывать, что футеровочный слой и основная кладка стенок должны совпадать по расположению вертикальных швов, не иметь перевязки.

Металлических печей

Футеровка топок металлических печей выполняют аналогично тому, как в кирпичных камерах (инструкция выше), но с одним отличием: между стенами из металла и шамотного кирпича должен оставаться небольшой зазор для компенсации линейного расширения. В это пространство укладывают базальтовые или каолиновые плиты, листы асбеста. Наружную облицовку не рекомендуется проводить кирпичом из-за его низкой теплопроводности.

Футеровка металлической печи

Еще один пример

Твердотопливного котла

В котлах теплоноситель проходит по теплообменным каналам, и почти не теряет энергию на обогрев стен корпуса. Эта особенность твердотопливного оборудования и учитывается при устройстве футеровки.

Выполняют её одним из трёх способов:

1. Тяжёлое футерование. Применяется для аппаратов со слабым экранированием. При этом способе внутреннюю облицовку топки выполняют двух или трёхслойной кладкой из шамота.
2. Облегчённое футерование. Внутри топочного отдела кладётся однослойная кирпичная кладка. Снаружи котёл облицовывают теплоизоляционными изделиями, способными противостоять высоким температурам и обшивают листовой сталью.
3. Натрубной футеровкой. Трубы котла обмазываются снаружи огнеупорным клеем и раствором в 3 — 4 слоя с армированием стекловолоконной сеткой. После застывания образуется монолитный толстый пласт, защищающий от ненужных потерь тепла.

Глиняных печей

Футерование топок лепных глиняных печей проводят шамотным кирпичом. Исключение составляет печь, изготовленная из глинопесчаной смеси и армированная камнем. Её можно обмазать пластичными огнеупорами: алюмосиликатным клеем или мастикой. После застывания слой такого футеровочного материала образует сплошную оболочку, надёжно защищающую глиняные стенки от перегрева.

Сложности бытовой футеровки

Схема твердотопливного отопительного котла.

В большинстве случаев при проектировании печей, котлов или мангалов закладывается слой из шамотного кирпича. Однако неискушенному в строительстве человеку сложно определиться с технологическими особенностями футеровки:

• сколько слоев необходимо;
• остается ли зазор между шамотным кирпичом для их расширения при нагреве, и каковы размеры зазоров;
• каким способом крепить шамот.

Если размеры топки позволяют, то для обкладки лучше использовать шамотный кирпич стандартного размера (250*150*65 мм), уложенный вертикально. Горизонтальная укладка улучшит теплозащитные свойства, однако «съест» внутренний объем топки. Зазоры между кирпичами не оставляются, так как шамотный кирпич практически не расширяется при нагреве. Не стоит использовать цементный раствор для скрепления кирпича, так как он разрушится от температурных перепадов, проще сделать пропил в местах соединения кирпичей друг с другом и соединить их металлическим шипом.

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

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.