Футеровка или почему печи не рассыпаются от высоких температур? Футеровка печи отопления: что это такое и как сделать своими руками.

Термин футеровка происходит от немецкого futter – подкладка. В технике и строительстве футеровка значит отделка, несущая определенные защитные и, возможно, технологические функции. К внешнему виду футеровки каких-либо требований не предъявляется. Напр., отрезки вновь укладываемых трубопроводов, уже покрытых изоляцией, перед протяжкой под существующими дополнительно футеруются снаружи. Футеровка печи производится изнутри, т.е. со стороны наибольшего разрушающего воздействия.

По технологии производства работ внутренняя огнеупорная футеровка печей различного назначения делится на:

Накладную (внакладку) – облицовку штучными или листовыми огнеупорными материалами.
Набивную – промазыванием кладки вручную вязкими жаростойкими составами.
Торкретированием – набрызгом под довольно большим давлением текучей жаростойкой смеси из специального аппарата; как правило, торкретируют футеруемые поверхности жаропрочным бетоном.

Торкретированием футеруют печи, разливочные ковши, трубопроводы, дымовые трубы и т.п. достаточно большого объема, чтобы внутри мог поместиться рабочий-оператор с аппаратурой. Торкретирование применимо для подвижного оборудования (литейных ковшей, термосов для перевозки расплавленного металла и др.), но требует солидной профессиональной подготовки и специального оборудования, вне производственных условий неприменимого, поэтому далее в этой статье не рассматривается. Малые печи футеруют почти исключительно внакладку; иногда для ремонта применяют набивную футеровку.

Примечание: внешняя футеровка теплотехнических приборов называется обмазкой, т.к. очень сильно отличается от внутренней огнестойкой. Напр., паровые котлы довольно часто обмазывают снаружи, чтобы уменьшить теплопотери и риск выхода наружу перегретого пара при аварии.

Назначение футеровки печи

Способов производства конкретных видов только печных футеровочных работ существует множество. Типов футеровочных материалов – не менее, и все время разрабатываются новые. Однако все это разнообразие можно разбить в общем на 4 класса по назначению футеровки, составу материалов и особенностям производства работ:

Футеровка больших промышленных печей различного назначения;
Футеровка топок и др. жаровых частей бытовых кирпичных отопительно-варочных печей;
Футеровка малых металлических печей, бытовых и технологических, применимых вне производственных условий;
Футеровка индукционных печей, как производственных, так и малых.

Большие промышленные

В всех больших промышленных печах назначение футеровки – уменьшить теплопотери и воздействие высоких температур на корпус (кожух) печи. В обжиговых печах футеровка служит еще теплоаккумулятором, обеспечивающим оптимальный режим обжига (плавное нарастание температуры), а также инфракрасным (ИК) излучателем, равномерно прогревающим обжиговую камеру.

Гораздо сложнее задачи футеровки металлоплавильных печей. Она и здесь должна хорошо излучать ИК, чтобы сильнее греть шлак. Качественный металл выплавляется только тогда, когда слой расплавленного шлака нагрет существенно сильнее жидкого металла. Но в то же время футеровка промышленных печей для выплавки металла не должна смачиваться расплавленным шлаком и самим металлом, быть химически инертной по отношению к ним и не выделять вы расплав вредных примесей. Дополнительно – быть прочной, чтобы выдерживать свой собственный огромный вес, т.к. экономическая эффективность металлоплавильных печей растет с увеличением из размеров. Поэтому, напр., для футеровки различных частей доменных и сталеплавильных печей используется не менее 7 видов футеровочных материалов (см. рис.).

Футеровка промышленной печи сложная и ответственная работа. Даже имея 3-4 летнее профтехобразование по этой специальности, нужно поработать в бригаде еще несколько лет учеником или (неформально) подмастерьем, т.е. на низших разрядах, прежде чем быть допущенным к самостоятельной работе. Поэтому, если вас интересует, чем и как футеруются промышленные металлоплавильные печи, начать можно с Википедии (wikipedia.org/wiki/Футеровка ), там это изложено достаточно вразумительно, или Металлопедии. Что касается небольших обжиговых печей, то они футеруются как и металлические технологические (см. далее), а мы пойдем дальше – к футеровке, которую можно сделать своими руками.

Примечание: в сверхмалых металлоплавильных печах, напр. ювелирных, футеровка может составлять все строение (тело) печи или большую часть его, см. видео:

Видео: ювелирная печь из плиты, являющейся корпусом и футеровкой

Футеровка по кирпичу

Футеровка топки кирпичной отопительно-варочной печи преследует 4 цели. Первая обычная: уменьшить термические напряжения на кирпичное строение и тем самым увеличить его срок службы и надежность. Вторая – повысить тепловую эффективность (КПД) печи. Шамот, наилучший материал для футеровки кирпичной печи, имеет меньшую теплоемкость, но большую теплопроводность, чем рабочий печной кирпич. В печи шамотная футеровка будет служить промежуточным тепловым буфером, быстро вбирающим в себя первый жар топлива и постепенно отдающим его телу печи; от этого уменьшится расход топлива и увеличится время теплоотдачи протопленной печи.

Третья цель – сделать печь пригодной для топки не только дровами, но и углем. Жар от каменного угля в начале топки им кратковременно сильный; если им постоянно топить дровяную печку, она довольно скоро пойдет трескаться. Шамотная футеровка «размазывает» тепловой удар от разгоревшегося угля по времени настолько, чтобы кирпичная печь выдерживала его долгие годы.

И, наконец, последняя цель: ремонт обветшавшей топки. Здесь применимы как штучные, так и листовые футеровочные материалы, а также пластичные составы для футеровки набивным способом, см. далее.

Кирпич для футеровки

Футеровка отопительно-варочной печи может производиться кирпичом как керамическим огнеупорным (высокоглинозёмистым высокожженым, поз. 1 на рис.), так и шамотным, поз. 2. Клиновидные кирпичи применяются для кладки пода топки, чтобы создать на нем уклон к колосниковой решетке.

Керамический огнеупорный кирпич так же и более стоек к внешним воздействиям, как и красный рабочий. Примерно такой же величины его теплоемкость, теплопроводность и модуль коэффициента термического расширения (ТКР). Так что экономии топлива футеровка керамическим кирпичом не даст, но сделает печку более стойкой к длительным перерывам в топке. Поэтому футеровать керамическим кирпичом нужно дачную печь, декоративный камин, печь в загородном доме и т.п. Форсировать топку такой печи (перетапливать ее) нельзя – предел жаропрочности керамического огнеупорного кирпича 1200-1300 градусов.

Шамотный кирпич марк ША и ШБ (ГОСТ 390-96) держит температуру до 1500-1700 градусов. Однако в холодной печи более пористый шамот быстро отсыревает и начинает выкрашиваться. Плотность шамотного кирпича больше, чем керамического (1,8-2 г/куб. см против 1,6 г/куб. см), и вес печи с шамотной топкой будет больше цельной кирпичной. Но шамот увеличивает экономичность печи (см. выше), поэтому шамотную футеровку целесообразно делать в печи, регулярно топящейся в холодное время года. Для ремонта топок и переделки их на дрова-уголь лучше использовать т. наз. шамотную плинфу (кирпич уменьшенной высоты, поз. 3 на рис.). Также плинфой удобно футеровать металлические печи совместно в листовыми материалами, см. далее.

Примечание: керамический огнеупорный и шамотный кирпичи в одной и той же футеровке несовместимы. Или то, или другое.

Кладочные растворы

Футеровку из керамического кирпича кладут на жаростойком печном растворе с пределом термостойкости не менее 1300 градусов. Использовать самодельные растворы не рекомендуется, т.к. механическая связность футеровочной кладки предельно мала, см. далее. Для шамотной кладки используется т. наз. шамотный мертель (не мергель!) – готовый сухой жаропрочный кладочный раствор, в который добавляют воды; на нем же можно класть и керамический футеровочный кирпич.

Мертель для футеровочной кладки можно приготовить самостоятельно, но дело это трудоемкое. Состав по объему сухой смеси – 92-95% шамотной крошки фракции 0,6-1,5 мм (можно из отходов шамотного кирпича); остальное – жароупорная глина. Лучше всего каолин; для дровяно-угольной печи пойдет и серая. Цветной оттенок недопустим: дающие его примеси (особенно железо и азот) делают футеровку крайне недолговечной.

Содержание связующего (глины) в зависимости от ее качества определяется экспериментально. В общем чем раствор более тощий (с меньшим содержанием глины), тем дольше продержится футеровка. Но и механическая связность (сцепление) раствора с кирпичом имеют не меньшее значение. Поэтому готовят несколько порций сухого раствора с содержанием глины через 0,5-1%. Воды добавляют чуть-чуть, лишь бы готовый раствор «мазался», поэтому огрехи кладки неисправимы.

Пробными составами соединяют пары кирпичей тычок в тычок, т.е. короткими узкими сторонами. «Слепляют» кирпичи на листе железа, т.к. соединять их нужно «в один тык», без сдвига. На кирпичах заранее выбивают метки, т.к. пробы далее будут обжигаться. Толщина шва – 0,5-1,5 мм; чем тоньше, тем лучше.

Далее пробы сушат 3-4 дня в тени при температуре не ниже +17 градусов. Потом осторожно, чтобы не распались, переносят в ходовую (исправную регулярно действующую печь); лучше всего прямо с листом железа. Обжигать в костре нельзя – нужная температура не будет достигнута. Греть паяльной лампой, газовой или жидкостной горелкой тоже – не получится равномерного нагрева.

В печи на пробы аккуратно накладывают топливо (лучше уголь), и печку как следует протапливают. Когда полностью остынет, пробы вынимают и двумя руками, чтобы какой-то из кирпичей не оказался на весу, поворачивают вертикально, перехватывают за верхний кирпич и слегка встряхивают. Из не распавшихся проб выбирают на самом тощем растворе (с наименьшим содержанием глины) – он и пойдет в дело.

Листовые материалы

Листовые огнеупорные материалы более всего подходят для футеровки металлических печей. Но и в футеровке кирпичной печи они могут найти применение. Особенно – в ремонтной без разборки печи. В топку домовой печи и обе руки-то с трудом просовываются; орудовать в ней с кирпичами порой просто невозможно. Кроме того, кирпичная ремонтная футеровка серьезно уменьшает объем топки; следовательно, и тепловую мощность печи. Но все печное строение (его размеры, масса, конфигурация, каналы, колпаки и пр.) рассчитывается на топку определенной мощности. Если ее мощность упадет ниже заданного предела, печь потеряет эффективность: топлива будет пожирать больше, а греть хуже.

Наилучшая теплоизоляция – вермикулитовая (разновидность слюды). Изолирующие свойства вермикулита феноменальны: 30-мм плиту из него «не пробивает» и пламя автогена – с другой стороны ее можно держать рукой. Вермикулитовые плиты для футеровки выпускаются в т.ч. декоративными (дорогое, надо сказать, удовольствие): такими специальным клеем (см. далее) металлическая топка оклеивается изнутри (поз. 1 на рис.) и получается «как кирпичная» и на вид, и функционально.

В продаже есть и не декоративные вермикулитовые плиты подешевле (поз. 2); ими удобно футеровать металлические технологические печи, т.к. полезный объем рабочего пространства практически не уменьшается, а монтаж вермикулитовых плит вполне возможно осуществить своими руками, см. ролик:

Видео: монтаж футеровочных вермикулитовых плит

Однако для ремонта и футеровки кирпичных печей вермикулит непригоден – слишком плохо проводит тепло. Футерованная вермикулитом топка кирпичной печки не передаст его телу печи: или сама перегреется и преждевременно обветшает, или выпустит денежки за топливо в трубу. Но недорогие базальтовые плиты (поз. 3) плохая замена вермикулиту: их огнестойкость невелика. В футеровке кирпичом в качестве прокладки-термодемпфера неплохо зарекомендовали себя непрошивные базальтовые маты (поз. 4).

Но лучший листовой футеровочный материал для кирпичной печи – каолиновый картон, поз. 5. Он жаростоек, химически нейтрален, его ТКР средний между таковыми шамота и красного кирпича. Недостаток – мало пригоден для металлических печей, т.к. плохо клеится к металлу печными клеями.

Футеровку печи с использованием листовых материалов часто делают всухую – в проем под топку вставляют короб из базальтового или каолинового картона (слева на рис., и в нем выкладывают шамотную топку (в центре). Полезно короб делать с крыльями внахлест со 100% перекрытием (справа).

По возведении печи до верха топки крылья короба заворачивают, подпирают плоским кружалом (деревянным щитом на подпорках) и склеивают печным клеем. Кружало убирают, когда печь построена полностью. Дополнительно о том, как производится футеровка печи с использованием листовых подкладочных материалов, см. напр. сюжет:

Видео: футеровка двухколпаковой печи

Клей вместо раствора

Футеровку больших печей кладут на мертелях или, иногда всухую фасонными кирпичами с зацепами – прочие варианты слишком дороги для больших объемов работ. Но бытовые или малые технологические не промышленные печи лучше футеровать на печных клеях – они более подвижны (текучи), что позволяет исправлять огрехи кладки по ходу дела, и позволяют получить более прочный предельно тонкий шов.

Печных клеев в продаже много видов. Для футеровки не железо- и сталеплавильных печей нужно выбирать клей на алюмосиликатной основе с пределом термостойкости не менее 1300 градусов. На практике хорошо зарекомендовали себя немецкий ScannMix и российский К-170: они химически нейтральны вплоть до предела термостойкости; не выделяют ни железа, ни азота. ScannMix’ом крепче приклеивается вермикулитовая футеровка к стали и чугуну; К-170 ничуть не хуже для прочих случаев.

Порядок производства работ

Футеровка топки печи из кирпича как правило разрабатывается в порядке проектирования печи. Штатная футеровка строится заодно с печью, см. напр., видео о постройке компактной в плане 2-колпаковой печи (3,5х3,5 кирпича) с варочной плитой:

Видео: подробная кладка и футеровка кирпичной печи

Разрабатывать самостоятельно футеровку топки печи без тщательных расчетов не рекомендуется: из-за разности ТКР материалов строение и футеровка печи могут взаимно разрушить друг друга. Если же такая необходимость есть, нужно придерживаться определенных правил. Главное из них: футеровка, строение печи и/или металлические закладные нигде, ни в одной точке не должны касаться друг друга. Везде нужен деформационный зазор 6-12 мм; проще всего обеспечить его прокладками из термостойкого картона, см. выше.

Собственно футерованная топка может быть сколь угодно сложной конструкции, поз. 1 на рис. Но в строении печи она должна быть плавающим ядром, не имеющим с ним механических связей, поз. 2. Если в печи несколько топливников (печь-камин напр.), они футеруются отдельно, поз. 3. Шамотные перемычки между отдельными топливниками могут стать фокусами (местами концентрации) больших термических напряжений, от которых вся печь придет в неисправность.

По той же причине совершенно недопустимо выпускать из футеровки «усы» и т.п. зацепы, поз. 4, а также делать ее противолежащие стенки разной толщины, поз. 5. Топка с неравномерной по толщине футеровкой допустима, если ее стенки одинаковой толщины расположены симметрично относительно теплового фокуса топки (который в топках обычной конфигурации располагается на их продольной оси симметрии).

Далее, штучные материалы (кирпичи) нужно располагать постелями (широкими сторонами) внутрь топки и к ее стенками. Кирпичи монтировать лучше торчмя (вертикально): чем меньше горизонтальных швов придется не высоту топки, тем будет надежнее и дольше прослужит футеровка. И последнее правило – кладочные швы футеровки как можно тоньше. В футеровке промышленных печей толщина горизонтальных швов допускается не более 1,5 мм; вертикальных до 0,5 мм. Этих же норм весьма желательно придерживаться и в домовых печах; домашнему мастеру уложиться в них возможно, только пользуясь печным клеем.

Ремонтная футеровка

Футеровать не очень обветшавшую топку (мелкие щербины, выбоины, не сквозные тонкие трещины) в порядке ремонта проще всего набивным способом клеями, указанными выше. Здесь непреложное правило – клей везде один и тот же. Замазывать дефекты частично один клеем, а частично другим недопустимо! После исправления дефектов топливник изнутри промазывают слоем того же клея толщиной 1-2 мм, тщательно выравнивая его гладким шпателем. Если же топка обветшала сильнее, то ее придется облицевать внутри шамотной плинфой (см. рис. справа), чтобы уменьшить термические напряжения в поврежденном строении печи. Свод топки подправить таким способом можно опять-таки только на жаростойком клею (см. выше), но он часто представляет собой испод варочной плиты, что упрощает работу.

Футеровка по металлу

Футеровка металлической печи производится только изнутри. Дополнительная наружная облицовка или обмазка печи ускорит ее прогрев, но, вопреки распространенному убеждению, на тепловую эффективность печи почти не повлияет: правило утепления помещений «с холодной стороны» возникло оттого, что точку росы нельзя впускать в помещение; для футерованной печи оно не актуально. Зато наружная облицовка/обмазка печи намного усилит термические напряжения в металле ее корпуса и его чувствительность к химическим воздействиям.

Футеровать металлическую печь лучше всего вермикулитом на клею ScannMix или его аналогах: на упаковке или в спецификации клея должно быть указано, что он клеит и металл и/или керамику к металлу (если клеит к металлу керамику, то и плитные материалы приклеит). Для хорошей теплоизоляции муфельной печи достаточно вермикулитовой плиты толщиной 20-30 мм. Если же металлическая печь футеруется кирпичом, то монтировать его нужно по тем же правилам, что и в топке кирпичной печи. Напр., как футеруется шамотом газовая кузнечная печь, см. видео:

Видео: футеровка кузнечной газовой печи

Особый случай – металлическая печь с ребрами жесткости внутри. Футеровать ее кирпичом как показано на рис. справа толку мало: выступающие внутрь гребни металла – отличные тепловые мостики и любимые места расположения термических фокусов. Такую печь нужно сначала оклеить внутри базальтовым матом толщиной от 6 мм на любом пригодном для этого клею, а уж затем собирать штучную футеровку. И кирпичи нужно расположить стоймя, подтесав, если нужно. Указанное выше условие – как можно меньше горизонтальных швов – возникло от большого изнашивающего действия на футеровку вертикального температурного градиента в топке (разницы температур на единицу высоты), а в металлических печах он много больше, чем в кирпичных.

Футеровка индукционных печей

Футеровка индукторной металлоплавильной печи ничуть не проще, чем доменной. Фактически, производители таких печей разрабатывают для них и патентуют собственные составы и способы футеровки, которых только и гарантируют работоспособность печи. «Альтернативные» поставщики иногда осведомляют покупателей (но без гарантии), как нужно футеровать их печи, см. напр. видео:

Видео: футеровка индукционной печи

Основная причина этому – шлак в индукторной печи греется от металла, т.е. оказывается холоднее его. В расплаве возникает термоконвекция, металл зашлаковывается и его выход оказывается бракованным. В домне, для сравнения шахта с распаром направляют поток тепла вниз, и первый расплав на его пути – шлаковый. Попробуйте-ка нагреть болванку так, чтобы она была горячее пламени! В плавильной индукторной печи нужно добиться именно этого, и футеровка тигля тут играет далеко не последнюю роль.

Дополнительное условие – изношенная футеровка должна быть выталкиваемой, т.к. делается она торкретированной (в малых печах сплошной набивной), а разборка негодного тигля – тяжелая, вредная и опасная работа. Расплав металла в индукторной печи греется по всей массе, очень текуч и сквозь штучную футеровку просочится, а льют его наклоном всей печи. В результате футеровка индукторной печи превращается в сложную многокомпонентную конструкцию (слева на рис.), части которой выполняются из разных составов. Табл. в центре на рис. содержит сведения лишь о малой их доле (МП-2 – марка одной из муллитовых масс); (больше, да и то с оговорками, можно почерпнуть отсюда: studfiles.net/preview/1864729/page:4/).

Но если офутеровать таким образом тигель сверхмалой печи на несколько кг или сотен грамм металла, то получится ситуация наподобие той, что справа на рис: тигель сильно греется, выделяя в расплав примеси и портя металл. Здесь дело оказывается уже в частоте питающего тока.

Металл в индукторной печи, как известно, греется за счет своей электропроводности вихревыми токами (токами Фуко). Часто пишут, что металл в такой печи греют токи высокой частоты (ТВЧ). Но чем больше масса металла, тем ниже оказывается оптимальная частота питающего тока – меньше оказываются потери его мощности. Для тонн и десятков тонн металла «ТВЧ» нужны уже с частотами в десятки-сотни Гц; индукторы больших печей данного типа нередко запитывают прямо от промышленной сети 50 Гц.

Но для малых масс металла ТВЧ нужны уже «настоящие» – от десятков кГц до единиц МГц. При этом большое значение приобретают потери энергии ВЧ электромагнитного поля (ЭМП) в токонепроводящем материале тигля. Они характеризуются т.наз. тангенсом угла диэлектрических потерь tgδ. Для частот до 200-300 кГц (до 5 кг металла) его значение должно быть tgδ<0,02, а для частот до 1-5 МГЦ (граммы-сотни грамм металла) нужен tgδ<0,006, причем с повышением температуры диэлектрика его tgδ довольно быстро растет. Фактически из материалов, пригодных для футеровки печи, в заданные значения tgδ при ее рабочих температурах укладываются только каолин, чисто белый (без железа и азота) кварцевый песок, дробленый плавленый кварц (кварцевая крошка марки А) и вермикулит. Последний отпадает: непрочен и не позволяет получить прочные набивочные и намазочные составы. Итого остается всего одно пригодное сочетание наполнителя со связующим; и то, как говорится, слава богу.

Футеровка тигля малой и сверхмалой индукторной печи делается из них в общем так же, как шамотный мертель. Фракция кварцевой крошки 0,3-0,6 мм; каолина 5-8% по объему. Нужно сделать 4 пробных тигля через 1% по объему связующего, прожечь каждый 3-4 раза пустым в индукторе, а в оставшихся целыми провести пробные плавки. Это опасно! Печь должна быть с дистанционным включением (можно проводным). Во время плавки выйдите из помещения и наблюдайте за ее ходом издали через защитное стекло!

В заключение

Огнеупорная футеровка печи любого назначения – дело очень непростое. Ремонтопригодность печных футеровок мала, и браться футеровать печь нужно с полной ответственностью и знанием дела. Будем надеяться, что материалы этой статьи помогут вам освоить специальность футеровщика хотя бы для себя.

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.

К.т.н. В.П. Фролов, главный технолог, А.С. Себякин, начальник цеха, ООО «Вермолит», г. Подольск

При эксплуатации котельного оборудования, как отечественного, так и европейского производства может происходить разрушение футеровки крышки котла, в месте, где расположена горелка, а также разрушение футеровки крышек смотровых лазов, что характерно, для отечественных котлов.

Ввиду того, что не всегда возможно оперативно доставить новую крышку котла (особенно произведенного в Европе) на место эксплуатации оборудования в России, многие организации сами, с помощью «подручных» средств, пытаются заниматься ремонтом футеровки. Как показывает практика, данная операция приносит краткосрочный эффект, который в итоге сводится к частым остановкам котла и последующим малоэффективным переделкам футеровки с применением всевозможных огнеупорных материалов (часто сомнительного качества), коих можно найти великое множество на пространствах сети Интернет.

Данные эксперименты могут в итоге привести к печальным последствиям: металлическая стенка крышки котла может деформироваться, или прогореть, к тому же – высокая температура поверхности крышки является нарушением требований безопасной эксплуатации оборудования. С учетом того, что многие европейские модели котлов, эксплуатируемых на территории России, сейчас уже не производятся, то, соответственно, наиболее оптимальное решение – обратиться к специалистам, которые помогут решить проблему, связанную с ремонтом изношенной изоляции.

Опыт выполнения работ, связанных с заменой теплоизоляции крышек котлов, показал, что лучше данные работы выполнять в промышленных (производственных) условиях, т.к. при помощи бытовых подручных инструментов (таких, как ведро, дрель с насадкой и т.п., вместо специализированного и технически сложного оборудования) невозможно добиться однородности заливки подготовленного раствора (шихты), что, в свою очередь, чревато разнородностью распределения плотностей материала, и его дальнейшему быстрому разрушению.

Сырьевая база и производственные мощности компании «Вермолит» позволяют:

Подобрать огнеупорную высокотемпературную смесь;

В специальных установках приготовить смесь нужного фракционного состава;

Произвести заливку материала в один прием, что позволит равномерно распределить плотность шихты по всему занимаемому объему крышки;

С помощью печей произвести плавную выгонку воды из залитого теплоизоляционного материала, что придаст материалу необходимые теплоизоляционные и прочностные свойства, а также позволит избежать возможных ошибок при сушке крышки по месту (в составе котла), т.к. именно не правильный режим сушки может привести к разрушению футеровки крышки.

Ниже приведены два примера: 1 – непромышленной футеровки крышки европейского котла, 2 – пример изготовления крышки смотрового лаза котла КВГМ-30/150, залитой промышленным способом.

1. В 2011 г. к нам обратилась компания из г. Тулы – пищевое производство. В виду нестандартной – секторной конструкции крышки котла, заказчик попросил произвести работы по замене изоляции на месте эксплуатации оборудования. Следует отметить, что выполнение таких работ возможно не часто ввиду целого ряда конструктивных и прочих особенностей.

В цехе находятся три однотипных котла итальянского производства, два из которых работают на газе и один на мазуте. Котлы паровые стальные жаротрубные, горизонтального исполнения, 1995 г.в., мощностью 3,5 МВт, с максимальным рабочим давлением до 16 бар, максимальной температурой пара до +210 о С. Футеровка котла износилась частично и имеет локальные разрушения (рис. 1).

Рис. 1. Старая футеровка котла.

Котел имеет три сборные части, одновременно являющимися опалубкой, в которую, как раз, производили залив огнеупорной теплоизоляционной смеси (шихты) (рис. 2).

Готовую для заливки смесь приготавливали с помощью дрели с насадкой, с возможностью переключения скорости вращения при использовании теплой воды (больше 25 °С) в теплом цехе. Это обеспечивает относительно хорошую вспениваемость материала, но при этом, надо тщательно контролировать объем получаемой шихты, чтобы не перевспенить материал. Приготовленную шихту тщательно перемешивали и распределяли по форме мастерком (рис. 2). После первоначального отверждения формы накрыли полиэтиленовой пленкой и оставили в таком состоянии более чем на 30 сут.

После ремонта крышки продолжают эксплуатироваться более 3 лет.

Рис. 2. Подготовка и нанесение шихты.

Хочется отметить, что в подавляющем большинстве случаев такая конструкция крышки котла, которая приведена выше, редкость. Сегодня теплоизоляция монтируется непосредственно в крышку, внутренний диаметр которой может достигать 3 м и более, а объем теплоизоляционной смеси, необходимой, для футеровки может превышать 200 л. Такой объем смеси невозможно приготовить, залить и просушить с помощью подручного инструмента.

Для приготовления смеси на нашем производстве применяются смесители разных типов, позволяющие получить однородную смесь в нужном для заливки количестве и качестве. Опытным путем было подобранно время (от 7 до 10 сут.), в течение которого сушится крышка с залитой в нее шихтой, при внутрицеховых температурных условиях (20-25 °С). После естественной внутрицеховой сушки крышку помещают в печь, где происходит ступенчатый нагрев до температуры 120-140 °C – это позволяет удалить большинство свободной воды из залитого материала футеровки. Поскольку в залитом материале некоторое количество воды все же остается, то первый пуск котла с новой теплоизоляцией должен быть максимально мягким и не длительным. После первого пуска может появиться небольшая поверхностная трещинноватость, которая не является глубокой и критической для эксплуатации крышки.

2. Ремонт крышек смотровых люков котлов, установленных на котлах КВГМ-30/150, эксплуатируемых в ОАО "Подольская теплоэнергетическая компания".

Довольно часто встречающаяся котлах типа КВГМ проблема – разрушение футеровки боковой смотровой крышки люка. Поскольку при разрушении футеровки происходит деформация чугунной формы, в которой был размещен футеровочный материал, то дальнейшая эксплуатация данной формы не представляется возможной. Это, в свою очередь, влечет за собой обращение к производителю (который не продает отдельно формы, а только весь люк в сборе) и череду экспериментов с подручными, малоэффективными огнеупорными материалами.

Рис. 3. Железная форма крышки люка. Вид сверху. Рис. 4. Та же форма, залитая футеровкой.

Совместно с сотрудниками компании было разработано эффективное и оптимальное решение взамен чугунной заводской формы: из трубы делалась круглая заготовка с тремя направляющими, которая армировалась стальными прутами (рис. 3). Далее производилась заливка изготовленной формы с припуском, для полной изоляции краев металлической поверхности, а также на боковые поверхности была наклеена, с помощью высокотемпературного клея, специальная минеральная вата (рис. 4). После заливки форма подверглась ступенчатому временному нагреву, для удаления влаги из футеровочной огнеупорной шихты. Готовая форма монтировалась на крышку люка.

Футеровка печи – это специальная отделка поверхностей изделия для защиты от возможных повреждений в процессе эксплуатации, являющихся результатом воздействия термического, механического, химического и другого характера. Футеровка печного оборудования призвана продлить срок службы стенок и других деталей топки.

Особенности защитной отделки печей

При регулярном пользовании печью на все материалы, из которых она сделана, воздействуют очень высокие температуры. Они зависят от температур горения конкретных веществ, которые используются в качестве топлива. Конечно, стенки печки делают из огнеупорных материалов, но экстремальные термические воздействия изменяют их структуру и свойства, что приводит к постепенному разрушению. Именно для защиты от таких воздействий используется футеровка.

Футеровка станет лучшей внутренней защитой вашего очага от прогорания и других повреждений

В каких случаях применяется

Если речь идет о небольшом очаге, который используют периодически – для обогрева дачного домика в выходной день или приготовления пищи на свежем воздухе (барбекюшницы), то здесь дополнительная защита не нужна. В таких случаях если разрушения и происходят, то они минимальны и не повредят устройству в ближайшем будущем.

Обязательная футеровка потребуется для следующих типов топочных изделий:

Больших бытовых и промышленных.
Предназначенных для очень длительного пользования – например, постоянного обогрева жилища.
Жаровых камер, которые устраиваются для регулярного приготовления пищи в «русских» и других подобных печках.
Топливных агрегатов, дымовые каналы которых устроены прямо вдоль стенок топки.
В случаях использования высококалорийного топлива с исключительно высокой температурой горения.

Виды футеровки

Футеровочные работы проводятся прямо внутри топливника металлических, каменных и кирпичных устройств. Это можно сделать разными способами в зависимости от того, какой ожидается эффект и какие должны быть достигнуты цели:

Возможно использование специальных защитных экранов теплоизолирующего действия. Они будут оказывать влияние на процент нагрева дымовых газов, поглощая значительную часть тепло-лучевых потоков и удаляя большую часть тепла через дымоходы.
Применение материалов, которые возьмут большую часть теплового воздействия на себя – огнестойких с низкой теплопроводностью, замедляющих процесс нагрева материалов топки и исключающих их непосредственный контакт с огнем.

Футеровочные работы в кирпичной топке проводятся посредством выкладывания кирпичной кладки

ВНИМАНИЕ! Теплоизоляционные экраны значительно уменьшают отдачу тепла, поэтому их не применяют для топок, предназначенных для обогрева помещений.

Способы выполнения

Футеровку очага обычно проводят с помощью так называемых «шамотных» материалов – особым образом обработанных веществ и их смесей с включением элементов обжига, уничтожающего пластичные свойства и доводящего до спекания их частиц, а также других огнеупорных продуктов. Это могут быть:

Обтесанный камень, изготовленный из натуральной горной породы типа песчаника или кварца, либо конгломерата, стойкий к особенно высоким температурам.
Готовые шамотные кирпичи, из которых выкладывают внутреннюю стенку. Их огнеупорные свойства достигаются благодаря особой технологии изготовления с добавлением порошка из заранее обожженной глины и других улучшающих свойства конечного продукта веществ. Защита из такого кирпича очень популярна, так как может выдержать практически любые температуры обогревательной печи и стоит сравнительно дешево.
Рулонные материалы, пластины и маты:
- базальтовое волокно;
- вермикулитовые плиты;
- каолин в виде бумаги или картона, состоящий из минеральной белой глины.
Растворы и вещества, которыми покрывают стены топки:
- шамотные, являющиеся огнеупорными бетонами с добавлением отощающего компонента,
- муллитовые – силикатные жидкостекольные смеси с различными вариациями состава.

Отделка из вермикулита может стать отличной альтернативой кирпичу и камню

Сравнительная таблица футеровочных материалов

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.

Сам себе мастер

Конечно, для устройства футеровочного слоя в домашнем очаге можно прибегнуть к услугам специалистов, но при некоторых навыках работы и соответствующих знаниях эту операцию можно провести самостоятельно.

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.

Из рулонного материала

Выгода использования рулонных материалов (а также пластин и матов) заключается в том, что они занимают очень мало места и не «крадут» общего объема, необходимого для закладки топлива и прохода дыма. Стандартная толщина большинства из них не превышает 1 см (например, толстый каолиновый картон бывает толщиной до 7-ми мм). Чтобы провести необходимые работы, нужно помнить, что:

Количество необходимых для футеровки материалов рассчитывается с учетом их линейного расширения при нагреве.
В некоторых случаях возможна укладка полотна в 2 слоя, но для бытовых потребностей это совсем не обязательно.
Отдельные пластины крепятся элементами армирования – металлическими штырями, которые вставляются в заранее проделанные канавки.
При отделке огнеупорными матами или пластинами следует соблюдать последовательность их крепления: сначала покрывается дно, затем боковая поверхность, а потом «потолок» топочного отдела.

ИНТЕРЕСНО! Многие современные печи заводского производства уже имеют футеровочный слой на стенках топочных отделов и не требуют дополнительной обработки. В частности, стальные агрегаты часто бывают обработаны вермикулитом.

Внутренняя отделка может проводиться базальтовым картоном

Обмазка растворами

Обмазка огнеупорными растворами дает еще более тонкий слой футеровки. Для такого способа характерны следующие нюансы:

Для приготовления растворов обычно используются сухие составы шамотных, муллитовых либо корундовых смесей, которые затем разбавляются водой до нужной консистенции.
После нанесения раствор должен пройти обжиг в естественных условиях (при работе печи) либо с помощью паяльной лампы. Во втором случае работы проводятся до появления твердой корочки.

ВАЖНО! Преимуществом растворного способа также является создание абсолютно монолитных поверхностей, дающих лучшее ограждение материалов от воздействия огня. Однако такой монолит быстрее потребует ремонта, чем каменные и кирпичные кладки.

Заранее продуманная защита печи станет гарантией тепла и уюта на долгие годы

Сколько прослужит новая футеровка

Любое покрытие со временем может изнашиваться. Даже самый прочный футеровочный слой внутри вашей топки постепенно может потерять начальную герметичность. Для его сохранения следует учитывать следующее:

Внутренняя защита печи нуждается в периодической проверке на целостность. Повреждения нужно вовремя заделывать растворами, приготовленными из смеси шамота и глины.
Гораздо дольше прослужат поверхности, изначально выполненные более качественно (ровный герметичный слой равномерной толщины без трещин и других повреждений).

ВНИМАНИЕ! Монтаж футеровки является сложной инженерной задачей, которую лучше всего доверить знающим людям, то есть выполнять работы под руководством специалиста или отдать их полностью в руки профессионалов. Качественное выполнение этой ответственной работы позволит надолго забыть о ремонте очага.

Видео: футеровка топки печи

Печи возводят из огнеупорных материалов. Но из-за того, что при сжигании топлива образуется очень высокая температура, достигая несколько сотен градусов, этот материал не в силах ей противостоять. Для защиты наружных стенок внутри печи обустраивают футеровку.

Что такое футеровка

Футеровка - это оболочка из кирпича, которая обустраивается внутри топки. Она очень устойчива к воздействию даже самых высоких температур. Это позволяет печке служить многие годы , потому что она защищена от перегрева.

Футеровку нельзя рассматривать как самостоятельный элемент, потому что она тесно взаимодействует и с материалами, из которых выложена печь, и с внутренней средой топки, в которой осуществляется процесс горения.

Футеровка может представлять собой не только выкладку из кирпича, но и из других материалов. В качестве таких материалов выделяют три вида огнеупорных веществ, различающиеся по своим химическим свойствам:

Кислые.
Основные.
Нейтральные.

У них происходит разная реакция на вещества, которые возникают в процессе горения топлива.

Футеровку производят только тогда, когда будут проведены все инженерные расчеты и будет выбран материал для нее. С помощью этого расчета добиваются максимального эффекта, учитывая особенности материала и самой печи. Кроме того, футеровка защищает различные элементы печи от химического и механического воздействия.

Способы теплозащиты печи

Поверхность внутри топки можно защитить двумя способами:

Используя материал с низкой проводимостью тепла, которым обрабатывают внутреннюю поверхность топки.
Используя защитные экраны, отражающие тепловое излучение. В этом случае тепло от излучения выводится из печи вместе с дымом.

Стоит обратить внимание, что первый способ предусматривает не теплоизоляцию, а теплозащиту. При теплоизоляции тепло, которое выделяет печь, остается внутри нее. А теплозащита предохраняет от излучения определенный участок печной конструкции, выводя из нее тепло. Поэтому при футеровке применяются теплоизоляционные материалы.

В недалеком прошлом печи делались в основном из обычных кирпичей, которые под воздействием высоких температур очень быстро приходили в негодность. Потом довольно продолжительное время вместо них стал использоваться кирпич с более плотной структурой. В настоящее время набирает популярность шамотный кирпич. Делается он из глины , которую смешивают с порошком из обожженной глины и затем обжигают при высоких температурах.

Шамотный кирпич является идеальным вариантом для футеровки печных сооружений. Отличается он от обычных кирпичей отличными теплозащитными свойствами. Футеровка подразумевает обкладывание внутренней поверхности печи именно таким кирпичом.

Футеровка кирпичной печи

Футеровка кирпичной печи обладает некоторыми особенностями. Ее нельзя укладывать слишком близко к кирпичам, которые являются элементами наружных стенок . Дело в том, что печка раскаляется очень сильно и возникает растрескивание под воздействием высоких температур. Горячие внутренние слои выталкивают со своих мест холодные наружные. Внешние стенки, сохраняющие форму печи, начинают расходиться в стороны из-за воздействия расширенных внутренних слоев. Кирпичи покрываются трещинами, а отдельные могут даже разрушаться. Это может способствовать проникновению угарного газа в помещение.

Ситуация может усугубиться тем, что применяемая для соединения наружного слоя кирпичей глина обладает небольшой адгезией и при нагревании расширяется сильнее, чем сам кирпич. В результате перегревания шов разрушается.

Именно поэтому при постройке печной конструкции применяют пластичный раствор с последующим его испытанием. Для этого два кирпича соединяют друг с другом с помощью этого раствора и обжигают при большой температуре. Этим проверяется адгезия раствора, расширение и растрескивание. Если все нормально, раствор можно использовать для всей конструкции.

При футеровке металлических печей следует обратить внимание на тот факт, что металл под воздействием высоких температур расширяется сильнее кирпича . Поэтому обязательно делают зазор для теплового расширения между слоем футеровки и печными металлическими стенками, иначе при нагревании металла футеровка часто разрушается. Чтобы уплотнить зазор, используют базальтовую вату в виде полотна или жгутов. При расположении печки не в жилом доме вместо базальтовой ваты можно использовать асбест.

Металлические печи часто обкладывают кирпичом как снаружи, так и внутри, чтобы улучшить прогрев печи и ее безопасность. Однако такой способ считается ошибочным , потому что:

Кирпич характеризуется низкой теплопроводностью и высокой теплоемкостью, в результате чего тепло, возникающее от сгорания топлива, остается внутри топки и уходит вместе с дымом.
В таком случае печная поверхность лишается доступа воздуха для отведения тепла, что приводит к прогару стенок. В результате этого в помещение может проникнуть угарный газ, что опасно для жизни.

Таким образом, футеровка печи делается для того, что она не разрушилась из-за воздействия высоких температур. Самое главное - использовать качественный материал, чтобы печь могла прослужить еще долго.