Коэффициент расширения шамотного кирпича
Обновлено: 03.05.2024
При нагревании огнеупорные изделия, как и все тела, изменяются в объеме вследствие термического расширения и, кроме того, под влиянием дополнительной усадки или роста.
Дополнительной линейной усадкой или ростом огнеупорных изделий называются необратимые изменения их линейных размеров в результате повторного нагревания при высоких температурах. Это является характерной особенностью только огнеупорных изделий.
Увеличение объема огнеупорных изделий (термическое расширение) при нагревании принято выражать коэффициентом линейного температурного расширения, т. е. приростом их линейных размеров по отношению к первоначальным размерам при нагревании на 1°. Коэффициент линейного температурного расширения большинства огнеупорных изделий в пределах температур до 1000° С не превышает десятых долей процента от их первоначальных линейных размеров при комнатной температуре. Наибольший коэффициент линейного температурного расширения имеют магнезитовые изделия — 0,000013—0,000014 град"1, а наименьший карборундовые — 0,0000047 град-1. У шамотных изделий коэффициент линейного температурного расширения находится в пределах 0,0000052— 0,0000058 град-1.
Дополнительный рост, или увеличение объема при нагревании, помимо термического расширения, наиболее ярко выражен у динасовых огнеупорных" изделий, у которых он происходит в период перерождения кварца из одной кристаллической формы в другую. Дополнительная усадка шамотных полукислых, доломитовых и магнезитовых изделий объясняется изменением структуры этих изделий при нагревании в тепловых агрегатах выше температуры их первичного обжига. Поэтому во избежание дополнительной усадки огнеупорные изделия рекомендуется обжигать до максимальной рабочей температуры теплового агрегата, для кладки которого они предназначены.
Для определения величины температурных швов в огнеупорной кладке в практике печестроения принимают во внимание только термическое расширение огнеупоров и дополнительный линейный рост динасовых изделий.
Смотрите также:
В таблице представлены значения коэффициента линейного расширения строительных материалов (КТЛР) и некоторых металлов при температуре до 100°С. Размерность коэффициента расширения в таблице — м/(м·°С) или 1/град (К -1 ).
В таблице рассмотрены: алюминий Al, медь Cu, сталь, гранит, базальт, кварцит, песчаник, известняк, стеновой кирпич, клинкерный кирпич, силикатный кирпич, легкобетонные камни, газобетонные блоки, бетон, железобетон, цементный раствор, известковый раствор, сложные штукатурки, дерево, параллельно волокнам, стекло.
Из указанных строительных материалов наиболее низким коэффициентом теплового линейного расширения обладает клинкерный кирпич (его КТЛР равен 3,5·10 -6 1/град), а также древесина, штукатурки, стеновой кирпич и базальт. Следует отметить, что высокий коэффициент теплового расширения свойственен металлам таким, как алюминий, медь или сталь. Например, коэффициент линейного расширения алюминия равен 24·10 -6 1/град, что в 2 раза больше, чем у стали.
Коэффициент теплового линейного расширения показывает на сколько (относительно размера тела) удлинится материал при увеличении его температуры на 1 градус.
Чтобы вычислить увеличение линейных размеров материала за счет теплового расширения, необходимо умножить значение температурного коэффициента линейного расширения на линейный размер материала и на разность температур в градусах Цельсия или Кельвина. Например, стеновой кирпич (КТЛР= 0,000006 град -1 ) длиной 240 мм при нагревании на 100 градусов удлинится на 0,144 мм.
По значениям коэффициентов теплового расширения в таблице видно, что указанные строительные материалы и металлы имеют положительный коэффициент линейного расширения, то есть увеличивают свои размеры (расширяются) при нагревании.
Плотность, теплопроводность и максимальная температура применения огнеупоров
В таблице представлены значения плотности, теплопроводности (в зависимости от температуры) и максимальная температура применения огнеупорной теплоизоляции и изделий.
Максимальная температура применения огнеупорной теплоизоляции и изделий, приведенных в таблице, находится в диапазоне от 60 до 1700°С.
Свойства указаны для следующих материалов: асбест, асбозонолит, асбозурит, асбослюда, асботермит, диатомит молотый, зонолит (вермикулит), минеральная стеклянная вата, новоасбозурит, ньювель, совелит, ферригипс (паста феррои), шлаковая вата, альфоль гофрированный (сегменты), асбоцементные сегменты, вермикулитовые плиты, вулканитовые плиты, войлок строительный, кирпич: диатомитовый, динасовый, керамический (красный), магнезитовый, пеношамотный, пенодиатомитовый, хромитовый, шамотный, минеральный войлок, пенобетонные блоки, торфяные сегменты, шлаковая и минеральная пробка.
Следует отметить, что максимальной температурой применения из рассмотренных огнеупоров обладают динасовый, магнезитовый и хромитовый кирпичи. Температура применения этих кирпичей равна 1700°С. Теплопроводность кирпича указанных типов при высоких температурах может изменяться от 0,3 до 7,5 Вт/(м·град).
Примечание: температура в формулы для расчета теплопроводности огнеупоров подставляется в градусах Цельсия.
Теплофизические свойства огнеупорных материалов
В таблице представлены теплофизические свойства огнеупорных материалов в зависимости от температуры.
Также приведена максимальная рабочая температура огнеупоров.
Даны следующие теплофизические свойства огнеупоров:
- плотность при 20°С, кг/м 3 ;
- коэффициент теплопроводности, Вт/(м·град);
- массовая удельная теплоемкость, кДж/(кг·град);
- максимальная рабочая температура,°С.
Теплофизические свойства представлены для следующих огнеупорных материалов: шамотный кирпич, пеношамот, кирпич: динасовый, магнезитовый, хромомагнезитовый, изделия: силлиманитовые (муллатовые), корундовые (алундовые), цирконовые, карборундовые, плавленный шлак, песок кварцевый.
Примечание: температура в формулы для расчета теплопроводности и удельной теплоемкости огнеупоров подставляется в градусах Цельсия.
Теплофизические свойства огнеупорных изделий и керамики
В таблице даны теплофизические свойства огнеупорных изделий и материалов в зависимости от температуры.
Также приведено удельное электрическое сопротивление огнеупорных материалов при температуре 800, 1200 и 1600°С.
В таблице указаны следующие свойства огнеупоров:
- плотность огнеупоров при 20°С с порами и без пор, т/м 3 ;
- удельная теплоемкость, кДж/(кг·град);
- теплопроводность, Вт/(м·град);
- удельное электрическое сопротивление, Ом·см.
Свойства представлены для следующих огнеупорных изделий и керамики: графитовые изделия, динасовый кирпич, карборундовые изделия (карбофракс), корундовые (алундовые) изделия, рекристаллизованный корунд, магнезитовый кирпич, изделия из плавленного муллита, плавленный магнезитовый кирпич, окись бериллия, тория, полукислый огнеупорный кирпич, строительный (красный) кирпич, силлиманитовые и муллитовые изделия, угольные изделия, хромитовый кирпич, хромомагнезитовый кирпич, термостойкий хромомагнезитовый кирпич, циркониевые и цирконовые изделия, шамотный кирпич.
Примечание: температура в формулы для расчета теплопроводности и удельной теплоемкости керамики и огнеупоров подставляется в градусах Цельсия.
Рассмотрена теплопроводность кирпича различных видов (силикатного, керамического, облицовочного, огнеупорного). Выполнено сравнение кирпича по теплопроводности, представлены коэффициенты теплопроводности огнеупорного кирпича при различной температуре — от 20 до 1700°С.
Теплопроводность кирпича существенно зависит от его плотности и конфигурации пустот. Кирпичи с меньшей плотностью имеют теплопроводность ниже, чем с высокой. Например, пеношамотный, диатомитовый и изоляционный кирпичи с плотностью 500…600 кг/м 3 обладают низким значением коэффициента теплопроводности, который находится в диапазоне 0,1…0,14 Вт/(м·град).
Кирпич в зависимости от состава можно разделить на два основных типа: керамический (или красный) и силикатный (или белый). Значение коэффициента теплопроводности кирпича указанных типов может существенно отличатся.
Керамический кирпич. Производится из высококачественной красной глины, составляющей около 85-95% его состава, а также других компонентов. Такой кирпич изготавливают путем формовки, сушки и обжига, при температуре около 1000 градусов Цельсия. Теплопроводность керамического кирпича различной плотности составляет величину 0,4…0,9 Вт/(м·град).
По сфере применения керамический кирпич подразделяется на рядовой строительный, огнеупорный и лицевой облицовочный. Лицевой декоративный (облицовочный) кирпич имеет ровную поверхность и однородный цвет и применяется для облицовки зданий снаружи. Теплопроводность облицовочного кирпича равна 0,37…0,93 Вт/(м·град).
Силикатный кирпич. Изготавливается из очищенного песка и отличается от керамического составом, цветом и теплопроводностью. Теплопроводность силикатного кирпича немного выше и находится в интервале от 0,4 до 1,3 Вт/(м·град).
| Кирпич | Плотность, кг/м 3 | Теплопроводность, Вт/(м·град) |
|---|---|---|
| Пеношамотный | 600 | 0,1 |
| Диатомитовый | 550 | 0,12 |
| Изоляционный | 500 | 0,14 |
| Кремнеземный | — | 0,15 |
| Трепельный | 700…1300 | 0,27 |
| Облицовочный | 1200…1800 | 0,37…0,93 |
| Силикатный щелевой | — | 0,4 |
| Керамический красный пористый | 1500 | 0,44 |
| Керамический пустотелый | — | 0,44…0,47 |
| Силикатный | 1000…2200 | 0,5…1,3 |
| Шлаковый | 1100…1400 | 0,6 |
| Керамический красный плотный | 1400…2600 | 0,67…0,8 |
| Силикатный с тех. пустотами | — | 0,7 |
| Клинкерный полнотелый | 1800…2200 | 0,8…1,6 |
| Шамотный | 1850 | 0,85 |
| Динасовый | 1900…2200 | 0,9…0,94 |
| Хромитовый | 3000…4200 | 1,21…1,29 |
| Хромомагнезитовый | 2750…2850 | 1,95 |
| Термостойкий хромомагнезитовый | 2700…3800 | 4,1 |
| Магнезитовый | 2600…3200 | 4,7…5,1 |
| Карборундовый | 1000…1300 | 11…18 |
Теплопроводность кирпича также зависит от его структуры и формы:
- Пустотелый кирпич — выполнен с пустотами, сквозными или глухими и имеет меньшую теплопроводность в сравнении с полнотелым изделием. Теплопроводность пустотелого кирпича составляет от 0,4 до 0,7 Вт/(м·град).
- Полнотелый — используется, как правило, при основном строительстве несущих стен и конструкций и имеет большую плотность. Полнотелый силикатный и керамический кирпич в 1,5-2 раза лучше проводит тепло, чем пустотелый.
Печной или огнеупорный кирпич. Изготавливается для эксплуатации в агрессивной среде, применяется для кладки печей, каминов или теплоизоляции помещений, которые находятся под воздействием высоких температур. Огнеупорный кирпич обладает хорошей жаростойкостью и может применяться при температуре до 1700°С.
Теплопроводность огнеупорного кирпича при высоких температурах увеличивается и может достигать значения 6,5…7,5 Вт/(м·град). Более низкой теплопроводностью в сравнении с другими огнеупорами отличается пеношамотный и диатомитовый кирпич. Теплопроводность такого кирпича при максимальной температуре применения (850…1300°С) составляет всего 0,25…0,3 Вт/(м·град). Следует отметить, что теплопроводность шамотного кирпича, который традиционно применяется для кладки печей, — выше и равна 1,44 Вт/(м·град) при 1000°С.
Температурные деформации и коэффициенты линейного расширения различных видов заполнителей в интервале температур от 20 до 800° сильно отличаются друг от друга. Наибольшими температурными деформациями характеризуется песчаник, а наименьшими до температуры 525°— известняк, а при более высоких температурах — базальт. Рассматривая характер изменения свойств цементного камня при нагревании, необходимо остановиться на температурных деформациях и коэффициенте линейного расширения различных видов заполнителей. При температуре 300° деформация кристалличеокого известняка превышает деформацию мелкозернистого базальта в 5,5 раза.
Коэффициент линейного расширения шамотного кирпича в температурном интервале от 20 до 1300° равен 6 х 10 -б — 8 х 10 -6 .
Рис. 44. Линейная температурная деформация различных видов заполнителя: а: 1—песчаник; 2—шлак доменный; 3—диабаз; 4—известняк; 5—обыкновенный глиняный кирпич; 6—базальт; б: 1—гранит крупнозернистый; 2—известняк кристаллический; 3—галька кварцевая; 4—диабаз; 5—известняк-ракушечник; 6—песчаник; 7—шлак доменный; 8 — базальт мелкозернистый.
Ввиду того, что большинство минералов при нагревании деформируется неодинаково по различным осям кристалла (например, кварц, кальцит, полевой шпат), то это вызывает появление значительных внутренних напряжений в заполнителе, содержащем такие минералы. При температуре 573° происходит превращение кварца из β в а -модификацию, сопровождаемое значительным увеличением объема минерала. В результате горные породы, содержащие кристаллический кварц, при нагревании значительно снижают свою прочность и термическую стойкость. Введением в цемент соответствующих микронаполнителей можно добиться получения затвердевшего цемента со специальными свойствами. Так, например, известно, что различные тонкомолотые добавки не одинаково влияют на усадочные явления, происходящие в цементном камне в процессе его нагревания.
При нагревании в определенном температурном интервале происходит расширение цементного камня, но при большем нагревании начинается сокращение объема, превышающее по своим размерам первоначальное расширение.
Рис. 45. Коэффициент линейного (температурного) расширения различных видов заполнителя: с: ,1—песчаник; 2—шлак доменный; 3—диабаз обыкновенный глиняный кирпич; 5—базальт; 6—известняк; б: 1 - гранит крупнозернистый; 2—известняк кристаллический; 3—галька кварцевая; 4—диабаз; 5—известняк-ракушечник; 6—песчаник; ,7—шлак доменный; 8—базальт мелкозернистый.
Расширение изделий при нагревании прекращается в температурном интервале 200—355°. Возвращение изделия к нормальным размерам происходит в интервале 370—560°. Обожженная глина, доменный шлак и пемза уменьшают сокращение цементного камня, а трасс, трепел и сиштоф значительно его увеличивают. Из приведенных кривых (рис. 47) следует, что во всех случаях при повышении температуры от 100 до 200° изделия сначала расширяются, а затем сокращаются. Изделия из затвердевшего портландцемента расширяются при повышении температуры до 175°, а при дальнейшем повышении ее начинается сокращение объема.
Читайте также: