Строительные материалы для сооружения кузнечных
нагревательных печей
Для сооружения нагревательных кузнечных печей применяются главным
образом следующие строительные материалы; огнеупорные кирпичи,
изоляционные материалы, красный кирпич, бетон и растворы для кладки.
Огнеупорами называются строительные материалы, из которых сооружаются
нагревательные устройства. Огнеупоры имеют способность противостоять
действию высоких температур, а также физическим и химико-физическим
процессам (например, разъеданию шлаками), происходящим в печи при
высоких температурах. Из огнеупоров для сооружения кузнечных
нагревательных печей применяются в основном шамотные, динасовые,
тальковые кирпичи и в качестве раствора для кладки огнеупорная глина.
Шамотный кирпич. Шамотный кирпич является основным материалом для
сооружения печей. Он изготовляется из огнеупорной глины.
Хорошо изготовленный и обожженный шамотный кирпич — отличный огнеупорный
материал. Основное его качество заключается в том, что он не боится
резких колебаний температуры. Печи, сделанные из шамотного кирпича, без
вреда для прочности кладки переносят многократные остановки с полным
охлаждением и с последующим быстрым нагревом в течение нескольких часов
до температуры 1150—1300° С.
Шамот относится к нейтральным материалам и слабо подвергается действию
железистых шлаков. Недостаток шамотного кирпича в том, что он, имея
высокую огнеупорность (до 1750° С), уже при температуре 1250—1400° С
начинает деформироваться (течь). Поэтому шамотный кирпич обычно
применяется для кладки печей, в которых температура не превышает
1300—1350° С.
По огнеупорности обычный шамотный кирпич разделяется на три класса: А, Б
и В. Шамотный кирпич классов А и Б в зависимости от внешнего вида и
правильности формы подразделяется на три сорта (1, 2 и 3-й), а шамотный
кирпич класса В — на два сорта (1 и 2-й). Из шамотного кирпича класса А
допускается кладка частей печи, имеющих температуру до 1300° С; из
шамотного кирпича класса Б могут изготовляться части, предельная
температура которых будет достигать 1250° С, и для шамотного кирпича
класса В предельной температурой может быть 1200° С. В кузнечных печах
для кладки топок и сводов применяется шамотный кирпич класса А, а для
стен — кирпич класса Б.
Динасовый кирпич. Динасовый кирпич более огнеупорен, чем шамотный. Динас
приготовляется почти из одного молотого кварца, поэтому часто называется
кварцевым кирпичом.
Динасовый кирпич обладает высокой огнеупорностью (1650— 1750°). Основной
недостаток динасового кирпича — слабое сопротивление резким колебаниям
температур: при быстром разогреве или, наоборот, при быстром охлаждении
он трескается. Поэтому если печь или отдельные ее части выложены из
динасового кирпича, разогревать и охлаждать их нужно медленно, особенно
в интервалах температур от 200 до 600° С.
Не рекомендуется применять динасовый кирпич для кладки кузнечных печей,
особенно печей периодически действующих. В исключительных случаях этот
кирпич можно использовать для сооружения кузнечных печей там, где
шамотный кирпич не выдерживает предельную температуру в печи, например в
топках.
Тальковый кирпич. Тальковый кирпич изготовляется из талькового сланца,
который представляет собой мягкий минерал, скользкий на ощупь,
чешуйчатого строения. Кирпич выпиливается из естественного талькового
камня, затем обжигается. Температура плавления природного талька около
1500° С.
Тальк отлично сопротивляется влиянию окалины и железистых шлаков,
образующихся в нагревательных печах при высокой температуре. Размягчение
талькового кирпича наступает при температуре 1350—1400° С. Термическая
стойкость талькового кирпича невысокая, поэтому этот кирпич применяется
для сооружения печей, в которых не может быть резких колебаний
температур. В кузнечных печах тальковым кирпичом выкладываются поды.
Магнезитовый кирпич. Магнезитовый кирпич изготовляется из природного
минерала — магнезита. Магнезитовый кирпич обладает высокой
огнеупорностью; температура плавления магнезита около 2000° С. Однако
деформация магнезитового кирпича под нагрузкой начинается уже при
температуре 1500° С. При деформации магнезитовый кирпич распадается на
отдельные куски, поэтому из него нельзя сооружать такие части кузнечной
печи, как своды и арки.
Магнезитовый кирпич дорог. При сооружении кузнечных печей он применяется
редко (для выстилки пода печи). Основной недостаток магнезитового
кирпича — его термическая неустойчивость; магнезитовый кирпич не
выдерживает резких колебаний температуры и под действием их дает
трещины.
Хромомагнезитовый кирпич. Хромистый кирпич изготовляется из обожженного
хромистого железняка (руды).
Хромистый кирпич выдерживает невысокую температуру. Он начинает
деформироваться при температуре около 1300—1450° С. Для повышения его
огнеупорности к хромистому железняку добавляется магнезит. Поэтому он
называется не хромистым, а хромомагнезитовым. Из хромистого кирпича в
кузнечных печах иногда выкладываются стенки топок и поды.
Для того чтобы сократить потери тепла, уходящего через стенки печи, для
наружных слоев кладки применяются материалы, называемые изоляционными.
Изоляционные материалы — плохие проводники тепла. Главной причиной
плохой проводимости тепла через изоляционные материалы является их
пористость. Из изоляционных материалов при сооружении кузнечных печей
применяются кирпичи: легковесные огнеупорные, трепеловые (диатомитовый)
и красные.
Один из способов получения легковесных огнеупоров — это выгорание
добавок. При этом способе легковесный огнеупорный кирпич изготовляется
из шихты, имеющей примерно следующий состав: 35% огнеупорной глины, 20%
шамота из огнеупорной глины и 45% выгорающих добавок. В качестве
выгорающих добавок применяют древесные опилки, измельченный древесный
уголь и другие.
Легковесный шамотный кирпич проводит в 4—5 риз меньше тепла, чем обычный
шамотный кирпич. Огнеупорность шамотного легковесного кирпича почти
такая же, какая свойственна шамотному кирпичу. Будучи плохим проводником
тепла и обладая высокой огнеупорностью, он имеет, однако, существенные
недостатки. Основные из них: высокая газопроницаемость, плохая
шлакоустойчивость и слабая термическая устойчивость. Легковесный
шамотный кирпич дает трещины при резком колебании температуры и сильно
истирается при механическом воздействии. Все эти свойства легковесного
шамотного кирпича позволяют применять его при сооружении кузнечных печей
для наружной кладки стен, т. е. для изоляции, а также для футеровки
внутренних стен печей, особенно в печах непериодического действия.
Трепеловый кирпич изготовляется почти из того жь материала, что и
дикасовый (на 95—98% состоит из кварцевого песка). Он имеет большую
пористость, которая понижает свойство передачи тепла, но повышает
огнеупорность и прочность. Допустимая температура нагрева трепелового
кирпича 800—850°.
Трепеловый кирпич применяется для кладки наружных слоев стен кузнечных
печей.
Красный кирпич применяется при сооружении кузнечных печей как
облицовочный материал с целью удешевления кладки и повышения ее
строительной прочности. Красный кирпич отличается более высокой
теплопроводностью, чем легковесный и трепеловый кирпич, но огнеупорные
материалы проводят тепло лучше красного кирпича. Допустимая температура
нагрева красного кирпича 600—700° С.