Огнеупорный кирпич: виды, характеристики, маркировка

Не все знают о том, что любые виды рядового, отделочного кирпича, используемые в строительстве зданий, неприменимы для возведения бытового печного, промышленного котельного оборудования, плавильных агрегатов в металлургии, так как они разрушаются при высокой температуре.

Поэтому в таких случаях используют различные виды огнеупорных материалов (изделий), включая формовую штучную продукцию – кирпич, фасонные изделия, а также огнеупорный (огнестойкий) бетон.

Какой кирпич является огнеупорным – ответ на этот вопрос дает ГОСТ Р 52918-2008, относя его к неметаллическим материалам, обладающим неразрушимыми огнеупорными свойствами при нагревании их не меньше 1580 ℃.

Назначением огнеупорной кирпичной продукции служит надежная защита от воздействия высокотемпературного тепла, агрессивной среды как промышленного, так и бытового оборудования, создаваемого для эксплуатации в таких жестких условиях.

Состав и свойства

Шамотный кирпич, являющийся наиболее распространенным видом такой продукции, состоит из следующих компонентов:

• Огнеупорная глина, имеющая желтый цвет, в отличие от красной, идущей на изготовление строительных видов кирпича. Основное химическое вещество в ее составе – SiO₂, поэтому шамотный кирпич относят к кремнеземистым огнестойкими материалам.
• Al₂O₃ – это основная добавка, которую получает огнеупорная смесь, до 70% состоящая из шамотной глины. Оксид алюминия как значительно увеличивает прочностные характеристики получаемого огнеупорного материала, уменьшая пористость, так и что очень важно, придает ему стойкость к щелочной, кислотной среде.

Готовый шамотный кирпич имеет ярко выраженный желтоватый оттенок, плотную мелкозернистую структуру. К его свойствам относят стойкость к резкому сильному нагреву, что важно при его использовании в качестве основного материала для возведения различного вида печей; а также быстрый равномерный прогрев, высокую теплоемкость, способность длительный период поддерживать комфортную температуру в помещениях после окончания топки.

Другие виды огнеупорного кирпича в основном также изготавливают из горных пород, о чем будет рассказано в следующей главе.

Свойства огнеупорных видов кирпичной продукции, имеющих важное значение при их выборе, в частности для проектной защиты корпусов различного бытового, промышленного оборудования:

• Огнестойкость. Как и все другие виды огнеупоров, жаростойкие кирпичи могут быть огнеупорными, с температурным диапазоном эксплуатации в диапазоне 1580-1770 ℃; высокоогнеупорными – 1770-2000 ℃; с высшей огнеупорностью – 2000-3000 ℃; сверх огнеупорными – больше 3000 ℃.
• Прочность на сжатие, ударную нагрузку.
• Плотность и пористость – эти свойства неразрывно связаны, так как чем выше пористость, тем ниже становится прочность огнеупорного кирпичного изделия. Выпускают как особо плотные – с пористостью до 3%, так и легковесные кирпичи, у которых этот показатель может превышать 30%.
• Степень спекания. Этот показатель выше у тех огнеупорных изделий, что были произведены при более высоких температурах.
• Влагостойкость тем ниже – до 25%, чем меньше температура спекания; и тем выше – от 3 до 7%, при высокой степени спекания.

Виды и характеристики

Массово производятся несколько видов огнеупорной кирпичной продукции:

• Основной, так часто называют глиноземный шамотный кирпич, так как это наиболее давно производящийся, проверенный практикой вид штучной огнеупорной продукции. Немаловажным фактором является и стоимость его приобретения, обходящаяся заказчикам ниже других разновидностей этого огнеупора. Шамотный кирпич – это основной печной материал в гражданском строительстве, коммунальной инфраструктуре населенных пунктов, включая котельные, ТЭЦ.
• Углеродистый или графитовый, создаваемый на основе свободного углерода. Огнеупорность таких штучных изделий, получаемых при обжиге до 2000℃ шихты из каменноугольной смолы с графитом, просто огромна – до 3500 ℃, поэтому не удивительно что они востребованы для футеровки плавильных печей в металлургии, на предприятиях энергетики, включая АЭС.
• Кварцевый или динасовый, работающих до предельных температур эксплуатации шамотного кирпича – 1730 ℃. Их используют для футеровки промышленных отопительных агрегатов.
• Корундовый (выдерживает температуру до 1750°C) – применяют в установках, созданных для получения серной кислоты, печах с окислительной средой.
• Магнезиальный, выдерживающий длительный нагрев до 1900℃, обладает высокой механической прочностью, в том числе к истиранию, поэтому широко используется в металлургии.
• Доломитовый получают обжигом смеси оксидов Ca, Mg. Он обладает огнеупорностью до 2300 ℃.
• Хромистый, изготавливают из горной породы – хромита. Он инертен к кислой, щелочной среде, в том числе к воздействию шлаков, образующихся при варке металлических сплавов. Предельная температура эксплуатации – 2180 ℃.
• Циркониевый – изготавливаемый из минерала бадделеита, с огнеупорностью до 2700 ℃.

К их основным техническим характеристикам относят:

• Термостойкость/жаростойкость, так как этот важный параметр обуславливает диапазон применения того или иного вида огнеупорного кирпича. Например, для кладки бытовой отопительной печи или возведения сталеплавильного агрегата с кислородным дутьем обязательно потребуются разные виды кирпича.
• Низкий коэффициент теплопроводности, что не позволяет нагреваться до критических температур наружным поверхностям отопительного оборудования.
• Стойкость к резкому сильному нагреву, низкий коэффициент линейного, объемного расширения, что обеспечивает прочность, целостность кладки из огнеупорного кирпича.
• Стойкость к агрессивным средам – от кислот до щелочей, а также к радиационному излучению, что позволяет использовать кирпичные огнеупоры не только при строительстве печей – от бытовых до котлов ТЭЦ, но и при создании аппаратов, установок химической промышленности, реакторов АЭС.
• Средняя температура эксплуатации – это важная характеристика при выборе кирпича для аппаратов с длительным циклом эксплуатации.
• Тепловая инерция – способность к быстрому нагреву, медленному остыванию.
• Теплоемкость – способность накапливать тепловую энергию для последующей передачи.

Для сравнения стоит рассмотреть основные технические характеристики, различия между несколькими наиболее распространенными марками огнеупорной кирпичной продукции:

• ША – шамотный кирпич с плотностью до 2,1 т/м³, с предельной эксплуатационной температурой 1730 ℃.
• ШБ – также изделие из шамота, но с меньшей плотностью – до 2 т/м³, рабочей температурой – до 1670 ℃.
• ПВ и ПБ – полукислые шамотные изделия, содержащие много оксида кремния, имеющие плотность 1, 9 т/м³, а пористость до 30%. Такой огнеупорный кирпич медленно нагревается, долго остывает, поэтому востребован при возведении мангалов, барбекю, дымоходов печей.
• ШЛ – шамотный легковесный кирпич с расчетной плотностью 0,4-1,3 т/м³ в зависимости от модификации.

Существует большое количество других марок огнеупорной кирпичной продукции, форм и размеров, поэтому для серьезных, объемных отопительных, других сооружений, эксплуатирующихся при высокотемпературных технологических режимах, требуется предварительное проектирование, советы специалистов.

Размеры, маркировка, форма

Классификация по форме:

• Прямые.
• Трапецеидальные, клиновидные, арочные – применяются для выкладки арочных проемов и сводов).
• Фасонные – нашли применение в отделочных работах.
• Подвесные – также идут на внутренние своды, но уже в мощных промышленных печах.

Со всеми существующими видами шамотного кирпича по форме и размерам можно ознакомиться в ГОСТ 8691-73.

Назначение шамотного кирпича определяется по его маркировке:

• ША, ШБ, ШАК – универсальный материал, используемый, чаще всего, для кладки топок каминов и печей. Изделия этого типа характеризуются оптимальным соотношением цены и качества.
• ШКУ – кошевой кирпич, используются для футеровки чугуновозных ковшей. Наиболее известные марки ШКУ-32, 37, 39.
• ШУС, ШВ – отличается наиболее высокой теплоемкостью, благодаря чему применяется в основном для обмуровки стен конвективных шахт и газоходов парогенераторов.
• ШАВ – назначение: футеровка вагранок.
• ШПД – необходим для кладки доменных печей, горнов.
• ШК – используется преимущественно в коксохимическом производстве.
• ШЛ – легковесный материал для футеровки печей, работающих при температуре не выше 1300 °C.
• ШЦУ – торцевые двусторонние изделия, предназначенные для кладки вращающихся печей.
• ПВ и ПБ – предназначены в основном для возведения дымовых труб, барбекю и мангалов.

Следующие за буквой значения необходимы для разделения продукции по размерам. Например, прямое изделие Ш-5 имеют габариты 230 х 114 х 65, торцевое Ш-22 – 230 х 114 х 55, ребровое Ш-45 – 220 х 114 х 45 мм.

Существуют и другие виды огнеупоров, но они более востребованы в металлургической и химической промышленности.

Производство

Сырьем для изготовления огнеупорных видов кирпичной продукции служат в основном горные породы с огнеупорностью не меньше 1580 ℃, а также возвращенные в технологический процесс мелкоизмельченные бракованные изделия, неформованные материалы, отходы.

Чтоб составить общее представление о технологическом процессе изготовления огнеупорного кирпича, стоит перечислить основные этапы его производства:

• Дробление, измельчение, просеивание исходного сырья.
• При необходимости предварительная термическая обработка.
• Приготовление шихтовой массы.
• Формование штучных изделий способами промышленного литья в готовые формы, прессования, экструзии с окончательной прессовкой.
• Обжиг/закалка сырых кирпичных изделий в газокамерных, туннельных печах.
• Складирование, упаковка готовой продукции.

Это наиболее распространенный алгоритм технологического производства, которым изготавливается основная масса такой кирпичной продукции, но часть штучных изделий – это результат распиливания, шлифовки крупных блоков огнеупоров, или горных пород, обладающих высокой огнеупорностью.

Связано это как с отличными техническими характеристиками получаемой огнеупорной продукции, так и с эстетическими соображениями, например, для кладки наружной поверхности каминов.

Особенности укладки

Если в промышленном строительстве, например, при возведении плавильных агрегатов для выпуска цветных, черных металлов, этот вопрос не имеет особого значения, так как кладку огнеупорной продукции всегда ведут высококвалифицированные специалисты; то для тех, кто решил самостоятельно уложить данный материал, строя стационарный мангал, барбекю, печь, камин в жилом доме или бане – это крайне важно.

После того как заказчиком выбрано место возведения печи – дом, баня; закуплен печной огнеупорный материал, чаще всего исходя из стоимости, приятного желтого цвета, мелкозернистой структуры – это шамотный кирпич, необходимо:

• Изучить готовые решения/примеры стандартных печей, исходя как из их внешнего вида, так и от размеров, прямо зависящих от площади отапливаемых помещений.
• Произвести выбор, привязку места размещения стационарного мангала, барбекю – по отношению к соседним строениям, с учетом наличия противопожарных разрывов; отопительной печи, камина – по близости к сгораемым конструкциям стен, потолка строительного объекта, учитывая необходимость создания противопожарных разделок и отступок.
• Первый этап работ – это подготовка кирпича, состоящая из отбраковки, раскладки, резки, которую выполняют карборундовыми дисками. При кладке правильно располагать кирпичи отесанной стороной внутрь печи, мангала, а наружу – с неповрежденной поверхностью.

Важнейшим компонентом для грамотной укладки огнеупорного кирпича является кладочный раствор. Фатальной ошибкой может послужить выбор обычных строительных смесей, содержащих цемент, так как они не выдерживают высокотемпературных воздействий, разрушаясь, что называется, на молекулы. Естественно, что печной агрегат, созданный с их применением, долго не простоит, обязательно появятся трещины, разрушения.

Для возведения отопительных агрегатов используют специальный кладочный раствор, являющийся огнеупорным неформованным материалом, затворяемым водой. Он называется мертелем.

В его составе огнеупорная глина, мелкоизмельченный шамотный бой, ряд других компонентов, которые компании производители перед покупателями обычно не раскрывают. Поставка осуществляется как в сухом виде, так в двухкомпонентном состоянии – жидкая смесь на основе глины и сухой порошок.

Можно приобрести готовый мертель, и после тщательного перемешивания, приступить к укладке огнеупорного кирпича, или попробовать сделать его своими руками, для чего понадобится:

• Огнеупорная глина, которую будет необходимо замочить в воде на 1-2 суток.
• После этого ее нужно тщательно перемешать, протереть через металлическое сито.
• Добавить в раствор мелкоизмельченный шамотный песок в пропорции – 1:2 (глина/песок).
• Затем при интенсивном равномерном размешивании добавляется вода до приобретения огнеупорным раствором сметанообразного состояния.

На огнеупорный кирпич самостоятельно полученный мертель наносят шпателем, сначала грунтуя, а затем тонким слоем – до 3 мм, убирая подтеки, тщательно расшивая швы.

Класс кирпича, его марка, толщина стен и шва определяются по технической документации, а при ее отсутствии – на основании универсальных таблиц: «Соотношение толщины стен и необходимого количества материалов»:

Для печей и массивных каминов предлагаются следующие критерии по толщине шва:

• 1 категория – 0,5-1 мм;
• 2 категория – до 2-х мм;
• 3 категория – стандарт 3 мм;
• простая – более 3-х мм.

Критерии выбора

Правила здесь просты – необходимо найти, выбрать качественный материал:

• Без трещин, сколов.
• При ударе качественный огнестойкий кирпич не раскалывается, слышен характерный металлический звук.
• Использование шамотного кирпича, уже бывшего в употреблении, возможно только специалистами, способными оценить его пригодность.

Нельзя также использовать сырой огнеупорный кирпич, так как при сильном нагреве он будет разрушаться.