Искусственные теплоизоляционные материалы - раздел Образование, МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
К Искусственным Теплоизоляционным Материалам Относятся Порист...
К искусственным теплоизоляционным материалам относятся пористые легковесные огнеупоры и различные волокнистые материалы. Для средне- и высокотемпературных огнетехнических установок используют различные легковесные огнеупоры: алюмосиликатные, магнезиальные, цирконовые и др.
Легковесные огнеупоры изготавливают различными способами. Наибольшее распространение получили метод выгорающих добавок, пенометод и метод вспучивания.
Механическая прочность легковесных огнеупоров меньше чем плотных, а газопроницаемость в 2,5…4 раза выше. Но повышенная газопроницаемость самого огнеупора не оказывает заметного влияния на потерю тепла. Установлено, что в кладке печей основной причиной фильтрации газов через футеровку является газопроницаемость швов кладки [9].
В качестве теплоизоляционных материалов широко используют минеральную вату и стекловату. Минеральная вата – волокнистый материал, получаемый из силикатных расплавов горных пород и металлургических шлаков или их смесей. Её химический состав колеблется в широких пределах. Главными компонентами, входящими в состав минеральной ваты, являются SiO2, Al2O3, СаO, MgO. Кроме того, в зависимости от состава исходного сырья в вате могут присутствовать окислы железа, марганца, щелочных металлов и некоторых других химических элементов.
Стекловолокно – разновидность минерального волокна. Сырьем для изготовления стекловолокна служит шихта, состоящая из кварцевого песка, известняка (доломита) и соды (сульфата натрия), смешанных в определённой пропорции. Шихта расплавляется в стекловаренной печи и затем перерабатывается в стекловолокно.
В настоящее время широкое применение получили различные виды волокнистых материалов, изготовленных из керамических волокон алюмосиликатного состава. Эти волокна изготавливаются на основе природных и искусственных материалов, содержащих Al2O3 и SiO2 (95…99 %). Диаметр волокон 2…3 мкм, длина 100…250 мм. В процессе получения волокна переплетаются между собой и образуют лёгкую массу, похожую на вату. Она легко прессуется, а после пропитки связующим раствором служит сырьём для изготовления войлока, ткани, матов, плит, кирпича, фасонных изделий и т.д.
Изделия из керамических волокон обладают целым рядом свойств, выгодно отличающих их от обычных огнеупоров:
1) низкая плотность;
2) малая теплопроводность;
3) хорошая эластичность и устойчивость против вибрации;
4) высокая температура службы;
5) химическая стойкость;
6) пониженная теплоёмкость.
Керамическое волокно алюмосиликатного состава получают плавлением в электропечи при температуре 1900…2000 °С из природного каолина, шамота или смеси глинозема и песка.
Тонкая струя расплава через течку попадает в поток перегретого пара под давлением 6…7 бар, в котором и происходит образование волокон. Вместе с паром волокна попадают в осадительную камеру на сетчатый конвейер, работающий под разрежением. В процессе осаждения волокна переплетаются и получается лёгкий рыхлый материал – вата.
Если волокна имеют длину 100…120 мм, то пропуская вату через валки, можно сразу получить рулонный материал.
Охлаждаясь от температуры плавления до 200…300 °С, окислы не успевают кристаллизоваться, поэтому волокна имеют аморфную структуру. При нагреве волокон до 1270…1280 °С происходит расстеклование окислов и начинается процесс образования кристаллов. Волокна теряют свою эластичность, становятся хрупкими и не выдерживают даже самой минимальной нагрузки. Поэтому температура длительного применения этих материалов не превышает 1200 °С.
Одним из таких волокнистых материалов является каолиновая вата. Основное качество каолиновой ваты – высокая термостойкость и низкая теплопроводность.
К недостаткам изделий на основе алюмосиликатных волокон можно отнести: сравнительно низкую стойкость в высокоскоростных газовых потоках; хрупкость ограничивающую их применение при наличии динамических нагрузок; достаточно сложный технологический процесс изготовления.
Но преимущества этих материалов полностью компенсируют недостатки и они применяются во многих отраслях промышленности.
В последнее время находят применение теплоизоляционные материалы, изготовленные на основе базальтовой ваты. Они имеют низкий коэффициент теплопроводности 0,038…0,046 Вт/(м·К) и выдерживают температуру до 900 °С. Изделия на основе базальтовой ваты обладают существенной вибростойкостью, экологически безопасны, огнестойки, практически не взаимодействуют с агрессивными средами.
Применение для теплоизоляции и футеровки волокнистых материалов и легковесных огнеупоров позволяет уменьшить вес огнеупорного слоя в несколько раз, а, следовательно, сократить расход металлоконструкций, уменьшить расход топлива, получить значительную экономию времени и рабочей силы при монтаже и ремонтах огнетехнических установок, увеличить срок службы футеровки и т.д.
Все темы данного раздела:
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Конспект лекций
Челябинск
Издательство ЮУрГУ
УДК 620.22(075.8)
Г82
Одобрено
Общая характеристика и структурные методы исследования металлов
Существуют две разновидности твёрдых тел, отличающиеся своими свойствами, кристаллические и аморфные.
Кристаллические тела при нагреве остаются твёрдыми до вп
Атомно-кристаллическая структура металлов
Металлы обладают рядом характерных свойств:
– высокой теплопроводностью и электропроводностью;
– термоэлектронной эмиссией, то есть способностью испускать электроны при нагреве;
Точечные дефекты
Размеры точечного дефекта близки к межатомному расстоянию. К точечным дефектам относятся вакансии и межузельные атомы. Вакансиями называют узлы кристаллической решётки, в которых отсу
Линейные дефекты
Основным видом линейных ДКС являются дислокации. Они бывают краевые и винтовые.
Мысленно надрежем идеальный кристалл и в образовавшуюся щель вставим дополнительную атомную по
Поверхностные дефекты
К поверхностным ДКС относятся: 1) границы зёрен; 2) границы субзёрен.
Поликристалл содержит огромное число мелких зёрен. Границы зёрен представляют собой переходную область, в которой крис
Строение сплавов
Сплавы – материалы, содержащие не менее двух элементов. Сплавы получают в результате сплавления, спекания, плазменного напыления, электролиза и т.п. Они имеют более сложное строение. В слава
Химические соединения
Химические соединения, встречающиеся в металлических сплавах, очень разнообразны. Они отличаются от твёрдых растворов следующими признаками: 1) имеют строго определённый состав и химическую формулу
КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ МЕТАЛЛОВ
Переход металла из жидкого состояния в твердое называется кристаллизацией. При кристаллизации система переходит к термодинамически более устойчивому состоянию с меньшей свобо
Упругая и пластическая деформация
Деформацией называется изменение формы и размеров тела под действием внешних сил. Различают упругую и пластическую деформации.
Упругой называют деформа
Механизм пластической деформации
В монокристаллах пластическая деформация может осуществляться двумя способами: 1) скольжением; 2) двойникованием. Скольжение – это сдвиг одной части кристалла относительно другой. С
Влияние пластической деформации на структуру и свойства металла
Пластическая деформация вызывает в металле структурные изменения трёх видов:
1) изменяются форма и размеры зёрен. До деформации металл имеет равноосную структуру. В процессе деформации зёр
Разрушение металлов
Разрушение – это процесс зарождения и развития в металле трещин, приводящий к разделению его на части.
Разрушение может быть хрупким или вязким. Механизм зарождения
Возврат и полигонизация
Деформированный металл обладает повышенной энергией и поэтому термодинамически неустойчив. В таком металле протекают диффузионные превращения, приводящие его в более устойчивое состояние. При комна
Рекристаллизация
Рекристаллизацией называют зарождение и рост новых зёрен с меньшим количеством дефектов кристаллического строения. В результате рекристаллизации вместо деформированных зёрен образуются новые
Факторы, влияющие на размер зерна рекристаллизованного металла
Размер зерна рекристаллизованного металла существенно влияет на его свойства. Металлы и сплавы, имеющие мелкое зерно, обладают большей прочностью и вязкостью. В ряде случаев необходимо, чтобы метал
Холодная и горячая деформации
В зависимости от соотношения температуры, при которой происходит деформация, и температуры рекристаллизации данного металла различают холодную и горячую деформации.
Холодн
Компоненты и фазы в системе железо-углерод
Сплавы железа широко распространены в промышленности. Основными из них являются стали и чугуны. Это сплавы железа с углеродом.
Строение любых сплавов отражается диаграммой состояния. Чтобы
Углерод
Углерод – неметаллический элемент с атомным номером 6. Плотность углерода 2,5 г/см3. Температура плавления ~3500 °С. Углерод имеет две модификации: графит и алмаз. Графит имеет слоистую
Цементит
Цементит – химическое соединение железа с углеродом. Содержит 6,67 % С. Цементит имеет сложную ромбическую решётку. Температура плавления цементита точно не определена из-за его распада при нагреве
При медленном охлаждении
Диаграмма состояния показывает, как указывалось ранее, изменение равновесного состояния сплавов в зависимости от температуры и концентрации. Равновесным является такое состояние, при котором наблюд
Формирование структуры белых чугунов
Белыми называют чугуны, в которых углерод полностью находится в химически связанном состоянии, то есть в виде цементита. Поэтому они кристаллизуются в соответствии с диаграммой состояния Fe–
Белые чугуны
Белыми называют чугуны, в которых углерод находится в связанном состоянии в виде цементита. Цементит придаёт излому чугуна специфический светлый блеск. Поэтому чугун называют белым. Фазовые
Серые чугуны
В серых чугунах углерод полностью или большей частью находится в химически свободном состоянии, то есть в виде графита. Графит в сером чугуне имеет форму пластинок либо розеток (рис.6.1, а).
Высокопрочные чугуны
Высокопрочными называют чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму (рис. 6.1, б).
Шаровидная форма графита не является активным концентратором напряжений и поэтому меньше ослаб
Ковкие чугуны
Ковкими называют чугуны, в которых графит имеет хлопьевидную форму (рис. 6.1, в).
Ковкий чугун получают из белого чугуна в результате длительного нагрева при высоких температ
Примеси в сталях
Промышленные стали, помимо основных элементов (железа и углерода), всегда содержат и другие элементы. Эти элементы можно разделить на 4 группы: 1) постоянные примеси – Mn (до 0,8 %), Si (до 0,4
Влияние углерода на свойства стали
Углерод оказывает определяющее влияние на свойства стали. После медленного охлаждения структура стали состоит из двух фаз: феррита и цементита.
Феррит – мягкий и пластичный, а цементит – т
Влияние постоянных примесей на свойства стали
Постоянными примесями в стали являются марганец, кремний, сера и фосфор.
Марганец является полезной примесью. Он вводится в сталь для раскисления. Раскисление – это процесс удале
Влияние легирующих элементов на критические точки железа
Легирующие элементы вводятся в сталь для получения необходимой структуры и свойств. Большинство их образуют с железом твердые растворы замещения. Они влияют на положение точек А3 (911 °С
Маркировка сталей
Углеродистые конструкционные стали делят на стали обыкновенного качества и качественные.
Углеродистые стали обыкновенного качества маркируют: Ст 0, Ст 1, Ст 2, Ст 3, Ст 4,
Коррозионно-стойкие и жаростойкие стали и сплавы
Коррозия – это разрушение металла под действием окружающей среды. При коррозии металлы покрываются ржавчиной. Коррозия ухудшает механические свойства металла.
Различают химическую и
Жаропрочные стали и сплавы
Жаропрочными называют такие стали и сплавы, которые могут определенное время работать под нагрузкой при высоких температурах и при этом обладать жаростойкостью.
В теплоэнергетике жа
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛЕЙ
Термическая обработка заключается в нагреве стали до определенной температуры, выдержке при этой температуре и последующего охлаждения до комнатной температуры или ниже с определенн
Отжиг стали
Отжигом называют вид термической обработки, при которой неравновесная структура стали, возникшая в результате литья, ковки, прокатки, сварки и т.п., превращается в структуру близкую к равнов
Нормализация стали
Нормализация является частным видом отжига II рода. При нормализации сталь нагревают на 50…70 °С выше точки АС3, выдерживают при этой температуре для прогрева садки и завершения ф
Закалка стали
Цель закалки – повышение твердости и прочности стали. Она заключается в нагреве до температуры выше критических точек, выдержке при этой температуре и быстрого охлаждения. Таким охлаждением предотв
Отпуск стали
Отпуск стали является заключительной технологической операцией, определяющей ее конечные свойства. Отпуск смягчает действие закалки, уменьшает или снимает остаточные напряжения, повышает вязкость и
ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ
Химико-термической обработкой называют технологические процессы, при которых происходит диффузионное насыщение поверхностного слоя деталей различными элементами. Целью химико-термической обр
Цементация стали
Цементацией (науглероживанием) называют такой вид химико-термической обработки, при котором происходит насыщение поверхностного слоя стали углеродом при нагреве в специальной среде – карбюри
Азотирование стали
Азотирование – это насыщение поверхностного слоя детали азотом. В результате этот слой приобретает высокую твердость, повышенную износостойкость и сопротивление некоторым агрессивным средам.
Нитроцементация и цианирование сталей
Нитроцементация и цианирование – насыщение поверхностного слоя изделий одновременно углеродом и азотом. Если оно проводится в жидких цианистых солях, что процесс называют цианирова
Диффузионная металлизация
Диффузионная металлизация – это процесс поверхностного насыщения стали металлами. Насыщение алюминием называется алитированием, хромом – хромированием, кремнием – силицированием, титаном – т
Свойства огнеупоров
При сооружении различных нагревательных устройств применяют огнеупорные материалы, которые должны защищать конструкцию от длительного воздействия высоких температ
Огнеупорные изделия
Кремнеземистые огнеупоры
К кремнеземистым огнеупорам относятся динасовые (SiO2 ≥ 93 %) и кварцевые (SiO2 > 85 %). С
Огнеупорные бетоны, торкрет-массы, мертели
Огнеупорные бетонные массы (бетоны), состоят из огнеупорного заполнителя, вяжущего вещества, добавок и пор, затвердевающих при нормальной или повышенной те
Свойства теплоизоляционных материалов
Теплоизоляционные материалы служат для уменьшения теплопотерь в окружающую среду в различных теплотехнических устройствах. Эти материалы должны обладать малой теплопроводно
Естественные теплоизоляционные материалы
Диатомиты и трепелы – пористые осадочные горные породы, состоящие в основном из аморфного кремнезема (SiO2). В диатомитах содержится 90…95 % SiO2, трепе
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Материаловедение: учебное пособие/ М.А. Смирнов, К.Ю. Окишев, Х.М. Ибрагимов, Ю.Д. Корягин. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2005. – Ч. I. – 139 с.
2. Лахтин, Ю.М. Материалове
Новости и инфо для студентов