Футеровка печи: суть и назначение, как проводится для различных печей

Автор: Колесников Юрий Фёдорович, инженер-теплоэнергетик

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.

Примеры футеровки печей различного назначения

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.

Что такое «футеровка»?

Футеровка печи — это устройство облицовочного слоя на внутренних плоскостях топочного отдела, находящихся в постоянном контакте с открытым огнём. В его функцию входит защита внешних стен от повреждений термического, механического, химического или физического характера. Футерование выполняют не только для отопительных устройств бытового назначения, такую технологию применяют при изготовлении металлургических плавильных печей, паровых котлов, ковшей и т. п.

Кроме огнезащиты, жаростойкий материал выполняет теплоизоляционную функцию — снижение потерь тепла. Однако, здесь существует некоторая опасность: слишком толстый слой футеровки приведёт к снижению КПД прибора, так как потоки тепловой энергии будут «улетать» через дымоотвод на улицу, а не распространяться внутрь помещения.

Заказывайте футеровочные работы у профессионалов

За время существования нашей компании мы неоднократно выполняли футеровочные работы для черной и цветной металлургии, машиностроительных компаний, нефтехимических производств, сталелитейной и трубопрокатной промышленности. Делали обмуровку печей для плавления цветных металлов, обмуровывали туннельные печи обжига кирпича, работали с печами для обжига керамики, паровыми котлами и другим оборудованием. Мы самостоятельно выбираем сырье и технологию проведения футеровочных работ, отталкиваясь от типа оборудования, рабочих температур и других параметров. Воспользовавшись нашими услугами, вы повысите эксплуатационные характеристики конструкции.

Обратите внимание! Все наши футеровочные мероприятия сопровождаются гарантиями. Если произойдет деформация, растрескивание или отслоение, мы быстро проведем техническое обслуживание. Клиент может не беспокоиться об этом.

Появились вопросы? — Свяжитесь с менеджером по контактному телефону: вы получите бесплатную консультацию по футеровочным работам и сможете заказать услуги. Мы даем гарантию на все футеровочные работы и сотрудничаем по договору.

Способы выполнения

Футеруют топочные бункеры, в зависимости от стройматериала изготовления основной конструкции, несколькими способами:

• устройство облицовочного слоя из материалов с низким коэффициентом теплопроводности: шамотного кирпича или специальных панелей. Выполнить эту работу можно как в процессе сооружения печки, так и после завершения её строительства;

  
  Шамотный кирпич

• монтаж защитных экранов, отражающих тепловое излучение. Применяется для футеровки металлических печей — каменка, которыми оборудуют парные в банях. Применение теплоотражающих экранов для других конструкций отопительных агрегатов малоэффективно;
• покрытие изнутри стен топочного отдела жаростойкой смесью различного типа. Нанести состав на стены топки можно в любой момент — при постройке или в уже готовом агрегате.

Защита наружная, внутренняя

Защиту внутренних стенок топливника можно осуществить несколькими способами:

• Во-первых, можно использовать защитные экраны, способные поглощать большую часть лучистых потоков. Установленные внутри топливника экраны влияют на нагрев дымовых газов, поэтому большая часть тепла будет удаляться через дымоход.
• Во-вторых, внутреннюю часть топливника можно обмуровать огнестойким низкотеплопроводным материалом.

Теплозащита и теплоизоляция – разница есть

Существует огромная разница между теплозащитными и теплоизоляционными принципами. При теплоизоляции тепло, выработанное в рабочей зоне, никуда не удаляется. Для этого и служит теплоизоляция.

В отличие от нее, теплозащита предназначена защищать определенный участок от теплового излучения рабочей зоны. Из всего сказанного становится понятным, что теплозащита совершенно не предназначена для сохранения тепла.

Используемые материалы

Огнеупорные материалы для футеровки печей в зависимости от входящих в сырьевой состав ингредиентов подразделяются на следующие классы:

1. А — изделия, основу которых составляют материалы природного происхождения или синтетическая композиция с добавлением кремнеорганического связующего;
2. В — в качестве основного ингредиента используется специальный вид глины (шамот);
3. С — другие компоненты огнеупорных веществ.

Изделия и составы для футеровки печи класса В (кирпич, блоки, мастики и т.п.), основу которых составляет обожжённая шамотная глина доступны, стоят недорого, и поэтому пользуются наибольшей популярностью. Для повышения жаростойкости в сырьё при их производстве могут вводиться порции кварцевого песка, песчаника и других видов горных пород, прочность которых остаётся неизменной при любых значениях температур нагрева.

В качестве дополнительной защиты к шамотным изделиям применяются материалы в форме рулона, плиты или листа. Они укладываются между слоями кладки из жаропрочных и керамических изделий. В перечень таких материалов для футеровки печи, основу которых составляет белая глина, входят:

• базальтовая вата;
  Читайте также:  Старый дедушка-печник научил нас обращаться с печкой и топить правильно
• плотный каолин;

• муллито — кремнеземистые маты;

• вермикулит и ряд других изделий.

Сухие смеси используются для изготовления огнестойкого раствора, которым обмазывают плоскости топочного бункера и другие элементы кладки. Ими заполняют полости технологических просветов и зазоров, компенсирующих линейное расширение конструктивных деталей печи из металла.

К огнеупорным материалам для футеровки печей можно отнести и термостойкую алюмосиликатную клеевую массу, с помощью которой приклеивают огнеупоры в листовой или рулонной форме. Такой клей также применяют для кладки из шамота, для обмазки тонким слоем стен из кирпича с низкой термостойкостью.

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

О клее и растворе

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

Раствор

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

Для изготовления футеровки по такой технологии существует несколько правил:

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

   
   Консистенция раствора для футеровки

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

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

Огнеупорный клей

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

Далее:

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

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

ИНЖИНИРИНГ

Специалистами ООО «Веллонс.РУ», в рамках данного проекта, в кратчайшие сроки были разработаны различные варианты огнеупорной футеровки с применением однослойной и двухслойной конструкции с учетом конструктивных особенностей оборудования, в том числе возможностью технического/технологического применения различных видов огнеупорного и теплоизоляционного материалов (кирпича, плит, рулонного материала), а также монолитных огнеупорных материалов (бетонов). Применение сочетания различных видов огнеупоров (кирпича, бетона) позволило предоставить готовое решение этого сложного проекта, которое полностью соответствует требованиям заказчика по техническим характеристикам применяемых огнеупоров, а также уложиться в рамки выделенного бюджета.

Сложность данного проекта обусловлена конструктивными особенностями оборудования, небольшими размерами его различных частей (например, диаметр газоходов и коллектора составляет от 800 до 1000 мм, а длина данных участков более 8 метров), плоским сводом, что в свою очередь обуславливает необходимость применения подвесного кирпича, различными диаметрами обечаек технологического оборудования – потребовалось изготовление индивидуальных чертежных изделий под заказ.

По требованию заказчика нашей компанией был подготовлен ПОР – проект организации работ на объекте и проект укладки футеровки с пояснительной запиской. Весь пакет технической документации передан в формате *.dwg специалистам заказчика для дальнейшего пользования. Часть рабочих чертежей по данному проекту представлена в разделе ИНЖИНИРИНГ на сайте нашей компании.

Нужно ли замачивать шамотный кирпич перед кладкой?

Даже у опытных печников нет однозначного ответа на этот вопрос. Однако, изучив физические свойства шамота, можно убедиться, что в некоторых случаях, перед тем, как сделать футеровку печи, увлажнять кладочный материал просто необходимо:

1. когда кладка ведётся бывшим в употреблении кирпичом. Во время предыдущего использования поры материала забились частицами пыли и кладочной смеси, и чтобы открыть капилляры в его структуре, кирпич замачивают. После того, как кирпич вынимают из ёмкости с водой, следует дождаться пока с него стечёт вся жидкость, а уже затем использовать для кладочных работ;
2. при возведении отопительного прибора в летний зной, а вот при повышенной влажности осенью или весной уже лучше кирпич не замачивать.

Отражение света

Если хочется наслаждаться видом живого огня в темноте, с выключенным светом, то нужно иметь ввиду, что светлая футеровка будет отражать в помещение больше света от пламени, чем темная. Это хорошо для романтических вечеров.

На темной же футеровке языки пламени смотрятся более четко и контрастно, чем на светлой. Этот вариант подойдет лучше для медитаций, сосредоточенного наблюдения за игрой огня, когда ни что не должно отвлекать внимание.

Вид огня со светлой и темной футеровкой на фоне при растопке дровяного камина
Надеемся, учет этих нюансов поможет Вам. Желаем удачного выбора!

Инструкции по футеровке

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

Кирпичной печи

Футерование топки кирпичной печи с использованием шамота выполняется следующим образом:

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

  
  Пример футеровки шамотным кирпичом

  
  Пример 2

  
  Пример 3

  
  Пример 4

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

Металлических печей

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

Футеровка металлической печи

Еще один пример

Твердотопливного котла

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

Выполняют её одним из трёх способов:

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

Глиняных печей

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

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.).

Схемы футеровки доменной и сталеплавильной печи

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