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.

Наша компания предлагает большой выбор материалов для футеровки печи. МЫ предлагаем продукцию только из высококачественных производных по самым доступным ценам. По всем возникающим вопросам вас проконсультируют наши специалисты. Помните, что при использовании футеровки печи из качественных материалов вы продлеваете срок службы всего изделия. Один раз заплатив, вам не придется тратить в дальнейшем деньги на ремонт печи. Только самые эффективные материалы с лучшими характеристиками мы применяем при изготовлении футеровки.

Купить материалы для футеровки печи в "Термопечь" можно по доступным ценам!

Футеровка печи и ее назначение

Давайте разберемся, что же такое футеровка. Оказывается, это специализированна отделка, основное назначение которой надежная защита поверхности от воздействия высоких температур. Также футеровка призвана оберегать от различных механических воздействий. Качественная футеровка во много раз увеличивает огнеупорные качества изделия.

Футеровка является защитной конструкцией, которая оберегает камеру печи от различных вредоносных воздействий. Состав футеровки как правило такой:

Теплоизоляция (обеспечивают защиту от скачков температуры)

Защитные огнеустойчивые изделия

Кислотно-защитные изделия

Материал для облицовки

Требования к футеровке печей

Конструкция футеровки должна непременно быть выполнена герметично, а также должна обеспечивать определенную заданную плотность в самой печи. Срок службы печи без футеровки был бы намного короче. Выбирая подобную конструкцию, очень важно приобрести ее из высококачественного сырья. В противном случае футеровка не обеспечит необходимой защиты для камеры печи.

Как правило, если вам требуется производить термообработку метала в рабочей камере печки, корпус и футеровка должны обеспечить необходимый условия прочности и противодействия жару. Есть несколько материалов, которые удовлетворяют таким требованиям: чугун, кирпич, железо.

Тем не менее, температуры в рабочей камере настолько высоки, что перечисленные материалы не способны выдерживать их. Именно поэтому на всю рабочую поверхность устанавливают специальные слой материалов, которые обеспечат необходимую защиту.

Для производства футеровки активно применяют в основном 3 вида материалов:

Материалы для футеровки класс А – основа из кремнезема;

Материалы для футеровки класс В – основа из глина (гидросиликат глинозема);

Материалы для футеровки класс С – комбинированные материалы, которые нельзя причислить к классам А и В;

Только точный расчет слоев и технических характеристик обеспечит максимальный эффект от футеровки. Профилактические работы с печью должны регулярно проводиться в обязательном порядке для предотвращения выхода из строя изделия. Некачественная футеровка может привести к возгоранию печи и пожару в производственном помещении.

На фоне горения топлива в печи температура в ней резко возрастает. Обычно она доходит до отметок в сотни градусов. Футеровка – это обеспечение защиты наружной стороне печных стенок от перегрева. Без нее сильный жар провоцирует изменение структуры и основных свойств огнеупорных материалов печи, что приводит к негативным последствиям.

Под футеровкой печей понимается специальная кирпичная оболочка, которая должна полностью покрывать всю внутреннюю поверхность топки. Подобная защита от чрезмерного нагрева выполняет ряд функций, продлевает срок службы печной конструкции.

Футеровка – это не самостоятельная часть, она входит в цельную печную систему. Этим объясняется активное взаимодействие указанного слоя и с внешней отделкой, и с внутренней частью, где и протекают процессы горения.

Изначально работа в данном направлении начинается с предварительных расчетов, выбора подходящего материала с учетом всех особенностей для обеспечения теплозащиты печи. Тогда эффективность будет наибольшей.

При грамотной футеровке печей обеспечивается дополнительная защита основным ее составляющим от негативного действия факторов механической и химической природы.

Как обеспечивается теплозащита печи

Для футеровки печных сооружений и обеспечения защиты их внутренних поверхностей можно:

• Применить для проведения обработки внутри топки материал, характеризующийся минимальной степенью теплопроводности.
• Обеспечить выход излишка тепла с дымом посредством установки защитных экранов для придания направления тепловому излучению.

В случае установки специализированных экранов идет речь о теплозащите. Благодаря этой процедуре обеспечивается защита некой части печи от теплового излучения, которое выводится наружу.

Если внутренняя часть топки будет обработана особыми составами, выделяемое тепло не выйдет за пределы конструкции.

Для выполнения футеровки печей выбираются только материалы с теплоизоляционными свойствами, чаще всего это:

• кирпич;
• огнеупорный бетон;
• мертель.

Футеровка с помощью шамотного кирпича

На современном рынке строительных материалов, в условиях их широкого разнообразия, особенно востребован шамотный кирпич. В ходе его производства предполагается использование специального порошка на основе обожженной глины.

Завершающий этап изготовления – это обжиг. Его выполняют в условиях очень высоких температур.

Эта разновидность, в отличие от кирпича простого, отличается прекрасными показателями по теплоизоляции. Поэтому футеровка топки, то есть, выкладка ее внутренней поверхности, выполняется именно этим материалом. Эта работа имеет ряд особенностей.

На фоне высокой температуры происходит постепенное смещение шамотным кирпичом слоя, расположенного снаружи. Это сопровождается появлением трещин на внешней поверхности печи, что со временем может стать причиной ее разрешения. Такие последствия опасны – это чревато проникновением вредного угарного газа внутрь помещения. Поэтому осуществлять футеровку камеры сгорания важно в строгом соответствии с основными правилами.

Правила кладки шамотного кирпича

Этот вариант футеровки в качестве теплозащиты топки, специалисты называют наиболее эффективным. Стоимость его небольшая. Основные правила обустройства подобной защиты таковы:

• Для заполнения швов допустимо брать исключительно специализированных растворов на основе глины, рассчитанных для работы с указанной разновидностью кирпича.
• При работе с металлической топкой важно создавать зазор между ней и кладкой. Это будет залогом сохранения целостности элементов печи в ходе ее эксплуатации.
• Отдельные кирпичи располагаются строго «ребро на ребро» по периметру внутренней поверхности печи. Сдвигать их не нужно.
• Когда осуществляется футеровка топки кирпичной печи, кладка стыкуется без дополнительных перевязок с основным швом по вертикали.

В любом случае шамотный кирпич нельзя класть вплотную к стенкам печи.

Для соединения кирпичей, расположенных с наружной стороны, используется глина. Чтобы не допустить случайного разрушения готового шва на фоне его перегрева при эксплуатации печи, готовый раствор сначала оценивают на пластичность. Для этого достаточно соединить с его помощью пару кирпичей, после чего обжечь их.

В кладке может быть использован только тот раствор, который сохранил свои свойства даже в условиях высокой температуры.

Особенности выбора шамотного кирпича

Для футеровки подойдут образцы, на которые нанесена маркировка ША либо ШБ. Здесь первая буква демонстрирует жаростойкость кирпича, а вторая отражает определенный уровень огнестойкости.

Чтобы созданная защита печи работала, выбирать материалы для нее необходимо внимательно. Потребуется оценить внешнее состояние кирпичей (поверхность будет шероховатой, но не гладкой), попробовать их расколоть. Качественный образец не будет крошиться, а разделится на крупные элементы.

В одной кладке нельзя использовать кирпич нескольких типов – они характеризуются различным тепловым расширением.

Футеровка печей из кирпича

Сложности возникают при футеровке не только металлических, но и кирпичных печей. Оба типа имеют свои характерные свойства, которые нужно принимать во внимание.

В рамках футеровки кирпичных печей категорически недопустимо укладывать защитный слой вплотную или в непосредственной близости от внешних стенок печи и их отдельных элементов.

На фоне повышения внутренней температуры часто наблюдается так называемое термическое растрескивание. В этом случае чрезмерно нагретые внутренние элементы начинают смещать со своего нормального положения те, что располагаются снаружи. Если внешние стены не справятся с нагрузкой, на фоне расширения изнутри они расходятся в стороны с растрескиванием и разрушением. Это чревато проникновением угарного газа во внутреннее пространство помещения, что крайне опасно.

В отдельных случаях при неграмотной кладке шов может совсем разрушиться. Это происходит, когда для кладки наружного слоя применялась глина с минимальной степенью адгезии. Поэтому на этапе кладки печи приготовленный раствор сначала тестируется в условиях высоких температур.

Особенность металлических печей в том, что показатели теплового расширения металлов не одинаковы. Поэтому между топочной и футеровочным слоем обязательно оставляется небольшое пространство. Это не допустит разрушения защитного слоя при изменении размера металлической части.

В указанном пространстве обычно размещают специальные материалы с негорючими свойствами вроде асбеста или базальтовой ваты. Применение асбеста допустимо только для конструкций, располагающихся в нежилых помещениях. Но воздуха там быть не должно.

Чтобы сделать металлическую печь наиболее безопасной, часто футеровка котла осуществляется сразу с двух сторон. Посредством такого шага достигается наилучший прогрев. Но данная точка зрения верна отчасти. Это объясняется:

• Высокой теплоемкостью кирпича;
• Низкой теплопроводностью кирпича.

Такое сочетание свойств является залогом того, что тепло не выйдет за пределы топки, а в дальнейшем удалится с выходящим дымом. Но при двухсторонней футеровке стенки печи

начинают прогорать из-за недостатка воздуха, необходимого для отвода тепловой энергии.

Поэтому двусторонняя футеровка для печи из металла - это мера для теплоизоляции, а не теплозащиты. Но охлажденные воздушные массы обязательно должны иметь возможность поступать к топочной.

Футеровка печи – необходимая составляющая ее длительной и безопасной эксплуатации. Но выполнять ее нужно в строгом соответствии с основными правилами и с применением качественных и подходящих материалов.

В статье рассмотрена технология ремонта кирпичной кладки футеровки парового котла. Разрушение кирпичной кладки происходит в результате шлакоразъедания, растрескивания от термических напряжений и вибраций, прямого воздействия топочного пламени. Основной причиной разрушения футеровки котла является шлакоразъедание. В составе топлива содержатся элементы Na, V, Ca, Mg, которые проникают в поры огнеупорных материалов и рас-творяют огнеупорные окислы и прежде всего SiO2. В результате этого снижается температура плавления окислов огнеупоров и уменьшается их вязкость. Выгорание швов кладки ускоряет процесс шлакоразъедания. По-вышение рабочей температуры в топке на 50 – 600С снижает долговечность кладки на 2-3 месяца.
Небольшие повреждения футеровки (обгорание, трещины, поверхностное выкрашивание кирпичей) заделывают. Дефектные места зачищают щеткой, смачивают водой и покрывают обмазкой, состоящей из шамотного порошка и песка (по 35%), огнеупорной глины и порошкового графита (по 15%). Раствор замешивают на чистой пресной воде. Толщина слоя допускается до 15 мм.
При частичной замене кладки дефектные кирпичи удаляют. Для кладки топок судовых котлов применяют шамотный, шамотный легковесный, высокоглинистый и карборундовый кирпич. Карборундовый кирпич используют для футеровки наиболее ответственных узлов и высоконапряженных котлов.
Кирпичи выполняют фасонными, разной формы и с отверстиями для их крепления в тавровых балках. Способы крепления кирпичей различной фор-мы к каркасу котла показаны на рис. 6.
До полной замены кирпичной кладки должны быть проведены необходимый ремонт металлических частей котла и испытания.
Замена кладки начинается с выстилки поддона листовым асбестом слоем до 10 мм. После выравнивания слоя шамотом укладываются кирпичи на связующем растворе, состоящем из 30-40 % огнеупорной глины и 60-70% шамотной крупы.

Рис. 6 Способы крепления кирпичей различной формы к каркасу котла.
Для кладки вертикальных стенок к стальной обшивке прикрепляют листы асбеста толщиной до 10 мм, которые обмазывают огнеупорной глиной. В кладке с боковыми вырезами кирпичи удерживаются таврами, предварительно приваренными к обшивке, а концевые кирпичи засверливают по месту и крепят дополнительно болтами (рис. 6 а). Кирпичи облегченного типа закрепляют болтами (рис. 6 б). Фурмы для форсунок выкладывают фасонными кирпичами (рис. 6 в).
При укладке кирпичей выдерживаются следующие требования: толщина швов раствора должна составлять 2-3 мм, оставляются температурные швы на тепловое расширение, которые заполняются асбестовым шнуром. При подгонке кирпичей отверстия в некоторых из них сверлятся по месту. Кладку рядов вертикальных стенок обычно начинают с угловых переходов.
Вся кирпичная кладка покрывается слоем жидкого стекла толщиной до 3 мм, на который наносится огнеупорная обмазка. Время естественной сушки кладки составляет 2-3 суток.
Защита барабанов коллектора огнеупорной обмазкой производится специальной торкрет – установкой, которая подает раствор под давлением. Наносится один слой огнеупорной обмазки толщиной 40- 50 мм и сушится 10- 12 часов. Затем устанавливаются проволочный каркас в виде сетки, который покрывают вторым слоем огнеупора. Для обмуровки котлов применяются также специальные бетоны.
Изоляция на котлах крепится различными способами: с помощью банда-жей, прутков, проволоки, сеток, скоб и т.д. Теплоизоляционными материалами служат совелитовые плиты и матрацы, асбестовые ткань и картон, асбомагнезиальный шнур, совелитовая и ньювелитовая обмазки и др.
Перед изоляцией металлические поверхности зачищают от ржавчины и окрашивают. Изоляционные материалы размягчают в горячей воде и наносят на горячие поверхности котлов слоями 10-30 мм. Последующий слой наносится после высыхания предыдущего. Общая толщина слоя теплоизоляции составляет 60-100мм. Слои закрепляются на поверхности определенным способом. Снаружи изоляцию закрывают оцинкованным железом или алюминиевыми листами.
Стенки газоходов, топочной камеры водотрубных котлов защищают объемными стальными щитами с теплоизоляционными материалами.

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:

1. Футеровка больших промышленных печей различного назначения;
2. Футеровка топок и др. жаровых частей бытовых кирпичных отопительно-варочных печей;
3. Футеровка малых металлических печей, бытовых и технологических, применимых вне производственных условий;
4. 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.