Жаростойкие и жаропрочные сплавы

Какую сталь лучше выбрать?

Для разных вариантов использования и установки печи при производстве потребуется применять разные виды стали, в том числе и жаропрочной. Разберем основные места возможной установки печи и оптимальный выбор стали для ее производства.

Для банной печи

В этом варианте каменка будет разогреваться максимум до 5000, поэтому возможна деформация конструкции при не соблюдении технологии производства работ и выборе материала. Но отдельные части нагреваются по-разному, поэтому марка стали для банной печи для разных ее частей может изменяться:

для производства топочного отделения потребуется подготовить заготовки из стали, марок AISI 430 или 08Х17Т. Но такую сталь трудно достать и затратно использовать при самостоятельном изготовлении печи. В этом случае можно использовать конструкционную сталь, но более высокой марки

Лучший вариант – Ст-10;
на тепловой экран для предотвращения прямого прохождения тепла в дымоход можно использовать простую конструкционную сталь или 08ПС, 08Ю;
для производства корпуса можно подготовить обычную Ст-3;
для дверки топочного отделения важно приготовить хороший материал из жаропрочной стали или из чугуна. В специализированных магазинах или на барахолке, можно найти отличные б/у дверки, за небольшие деньги;

Важно! Подбирая материал для самостоятельного изготовления или покупая готовую каменку, обратите внимание на толщину заготовок. Если используется жаропрочный сплав – толщина стенок подойдет 4 мм. При использовании обычной конструкционной стали, детали должны выполняться из металла, толщиной 6-8 мм.

При использовании обычной конструкционной стали, детали должны выполняться из металла, толщиной 6-8 мм.

Для дома

На конструкцию оказывается длительные тепловые нагрузки, поэтому важно, чтобы детали были сделаны из хорошего материала. Можно использовать для домашней буржуйки сталь для банной печи, но лучше подготовить заготовки из сплавов, содержание хрома в которых от 12%

Из такого листа производятся известные печи профессора Бутакова от компании «Теплодар» и компанией «Термофор». Они будут служить намного дольше, чем самодельные, сделанные из подручных материалов. Не следует забывать и толщине стенок таких печей. Сделанные из легированной стали с высоким уровнем сопротивления от деформаций при долгом нагреве печи могут выполняться из листовой стали, толщиной 4-5 мм.

Если печка устанавливается в небольшой дачный домик и планируется использовать ее только осенью или ранней весной во время редких визитах на участок, для этого можно сделать самодельную печку из трубы или газовых баллонов с системой конвекции. Такая конструкция дешевая и сможет обогревать дом долгое время.

Для гаража

Для гаража использовать дорогостоящую жаропрочную или жаростойкую сталь – это непозволительная роскошь. Такая печка используется короткое время и не очень часто. Поэтому сделав печку из колесных дисков или листового металла, толщиной 3-4 мм, вы легко решите вопрос обогрева гаражного помещения.

Виды огнестойких листов

Преобладающее большинство огнеупорных листовых материалов сделано из натуральных или преобразованных природных минералов. Это вполне понятно. Минимальная температура, которую должны выдерживать негорючие ограждения превышает 1500 ℃.

Трудно представить себе структуру полимера, способного сохраниться при такой нагрузке. Предел огнестойкости пластиков гораздо меньше.

Эффективную защиту обеспечит монтаж огнеупорного профлиста. Можно между ним и стенкой печи расположить дополнительную термоизоляцию. Во избежание выделения в комнату продуктов окисления металлов, следует остановить свой выбор на огнестойких изделиях из нержавейки.

Повысить теплозащиту стен можно полировкой металлической поверхности. Гладкий листовой металл сможет лучше отражать энергию тепловых лучей, обеспечивать защиту стен от перегрева.

Асбестовые

Все еще часто можно встретить рекомендации по использованию огнеупорных асбестовых плит, листов. Да, противопожарный эффект асбест гарантирует в большей степени, чем многие другие материалы. Не стоит, однако, забывать об опасности попадания микроскопических волокон асбеста в дыхательные пути.

Самое прочное прессование листовой продукции, полностью исключить этого не может. Производители информируют о том, что асбоцементная основа герметично закрыта с обеих сторон дополнительными слоями.

Однако при работе листовой материал нужно разрезать. В разрезах торцевые части оказываются оголенными. Целесообразно не рисковать, выбрать для жилых помещений другую огнеупорную продукцию, в которой нет недостатков.

Базальтовые

Хорошие термо- и звукоизолирующие свойства демонстрируют на практике базальтовые листовые материалы. Треск поленьев иногда создает романтическое настроение, но постоянные звуки из печи могут раздражать. Базальт поглощает как тепловые, так и звуковые волны. Отсутствие шума и риска возгорания жильцам обеспечено.

Вермикулит и минерит

В большой мере огнеупорные качества свойственны листовым материалам из вермикулита. Это сложная композиция магматического происхождения имеет эволюционно сложившуюся стойкость к высоким температурам.

Кстати, огнеупорные свойства присущи всем материалам вулканического происхождения по вполне понятным причинам. Помимо листового материала, популярностью пользуется вермикулитовая крошка.

Интересен относительно новый огнеупорный продукт минерит, который, по сути, является композитом из давно известного цемента, волокон целлюлозы и минеральных добавок. Минерит часто называют фиброцементом. Он абсолютно безвреден. Доказана надежность, долговечность листового материала из минерита.

Стеклянные волокна

Хорошо выдерживают высокие значения температуры листы из особых видов закаленного стекла. Волокнами стеклянной массы укрепляют гипсокартоны. Добавляя к волокнистым стекловидным компонентам оксиды магния, изготавливают огнеупорные плиты.

Стекловолоконные листовые материалы завоевали популярность среди потребителей за многолетний период эксплуатации.

Светоотражательная обшивка

Эффективно использование обшивки, состоящей из огнеупорных листов в комбинации с негорючими теплоизоляционными композитами.

Огнестойкие листовые материалы крепятся поверх термоизоляции, предпочтительнее для такой обшивки брать листы нержавеющей стали, поскольку оцинкованные при нагревании могут выделять в воздух токсичные вещества. Чтобы защита была более эффективной, стальной лист полируется до зеркальной степени: так тепловые лучи лучше отсвечиваются от металла, и стена нагревается еще меньше.

Обшивка стены плитами минерита

Существует целый ряд ОЛМ для обшивки:

• базальтовый картон, выполненный из базальтового волокна, обеспечивает хорошую тепло- и звукоизоляцию;
• асбестовый картон отличается долговечностью и прочностью;
• минерит, из его листов изготавливают также защитные экраны для печей и каминов.

Вермикулитовые плиты

Самыми эффективными материалами являются панели из вермикулита. Такие материалы отличаются особой надежностью, их применяют даже на предприятия атомной промышленности, это говорит о высокой эффективности огнеупорных свойств. Плиты из вермикулита являются экологически чистыми материалами, имеют высокие огнеупорные, теплоизоляционные, и звукоизоляционные свойства. При этом материал имеет эстетичность, что позволяет сделать облицовку красивого вида. Огнеупорные плиты из вермикулита позволяют сделать помещение безопасным от пожара, и придать красивый внешний вид поверхности, поэтому его свободно можно применять на самых заметных участках.

Все положительные качества материала дают возможность применять огнеупорный материал для каминов, и печей в домашнем хозяйстве, защиты различных конструкций от огня, обеспечения пожарной безопасности различных объектов.

Требования ГОСТ

Госстандарт 52541-2006 был введен в обращение в России с 2007 года. Преимущественно он направлен на методику испытаний, выполнение расчетов и составление отчетов. ГОСТ базируется на нескольких нормативах. Единственный термин, который определяет стандарт – консистенция. Для проведения испытаний рекомендуется такой инструментарий и оборудование:

• весы с гирями;
• цилиндр мерный;
• полиэтиленовая пленка;
• термометр;
• газовая или электрическая печь;
• смеситель механического типа;
• штангенциркуль;
• чашка сферической формы;
• резиновые перчатки;
• шпатель или кельма;
• вода;
• пластина из стального листа;
• шкаф для сушки;
• вибрационная площадка;
• камера для увлажнения;
• форма с покрытием, защищающим от коррозии;
• секундомер.

По результатам испытаний в обязательном порядке составляется протокол, в котором должны быть отражены такая информация:

• обозначается Госстандарт, по которому проводились исследования;
• указывается организация, выполнявшая работы;
• указывается дата, когда проведены исследования;
• определяется марка материала, согласно нормативу;
• кажущие показатели плотности отобранных образцов;
• размеры и конфигурации образцов;
• время хранения от выемки из печи для обжига до начала испытаний;
• параметры испытаний: скорость нагрева, предельная температура, продолжительность воздействия;
• объемы использованной воды;
• время размешивания, промежуток от размешивания до завершения исследований;
• высота формы;
• для плотных материалов указывается индекс растекаемости;
• для теплоизоляционных бетонных огнеупоров – полное время исследований.

Посмотреть испытания огнеупорного бетона можно на этом видео:

Выбор облицовочной плитки для печей и каминов

Декоративная плитка, которой выполняют отделку камина, должна выдерживать очень высокие температуры. При ее выборе необходимо ориентироваться на следующие критерии:

• экологически чистый состав — если есть вредные компоненты, то при горении будут выделяться токсичные испарения, которые навредят здоровью жильцов;
• устойчивость к сильному нагреву – иначе с каждым перепадом температур (от розжига камина и его тушения) на декоративном покрытии будет появляться все больше трещин;
• стойкость к воздействию влаги – влагопоглощение должно составлять не более 3%;
• оптимальная толщина — 10 мм, бывают отклонения до 5 мм;
• хорошая теплопроводность, чтобы комната обогревалась;
• устойчивость к ударам и иным механическим воздействиям — маркировка PEI, идеальный выбор — PEI II-IV;
• устойчивость к оседанию пыли на поверхности;
• цвет и узор, чтобы облицовка дополнила интерьер.

Облицовка стен листовым огнеупорным материалом

Чтобы обеспечить пожаробезопасное состояние помещения, нужно грамотно подбирать материал для обшивки стен, возле которых располагается отопительная конструкция.

И вермикулитовые панели причислены к наиболее эффективным ОЛМ. При этом такие плиты применяются для обеспеченности пожаробезопасности в различных помещениях, включая  предприятия атомной и нефтеперерабатывающей промышленности.

Среди достоинств огнеупорных вермикулитовых плит отмечены их:

Вермикулитовые плиты

• экологичность;
• огнестойкость;
• термоизоляция;
• шумоизоляция;
• эстетичный облик, что позволяет их использовать на видных местах.

Где применяются

Вермикулитовые панели, благодаря своим отличным эксплуатационным  качествам, могут использоваться на многих направлениях.

Схема термозащиты стены и облицовки камина вермикулитовой плитой

• Для теплоизоляции каминов и печей.
• Для защиты от действия огня конструкций из разных материалов.
• Для обеспеченности противостояния пожароопасности многообразных объектов.
• Для гарантированной огнеупорности различных предметов в  помещениях, включая печи и камины.

Вермикулитовые плиты, как представители ОЛМ, монтируются просто и быстро и не требуют для этого профессиональной подготовки. Обработка ими со всех сторон печи или камина обеспечивает защиту помещения от воздействия огня и высоких температур, и потому такие огнеупорные листовые материалы являются оптимальными в решении проблемы, связанной с пожаробезопасностью помещения.

Все образцы огнеупорных листовых материалов для печей и каминов – современная, высокосортная продукция. Кроме огнезащиты, они снабжают отопительные устройства стойкостью к различного рода повреждениям, в том числе механическим и химическим.

Области применения по маркам

Марка огнеупора и форма поставки	Сфера использования
Сухая смесь АСБС. В марку включены несколько подвидов, такие как: П, АСБС30, Л, 70 и 80.	Тепловая энергетика и металлургические предприятия
Бетонная смесь с высоким содержанием глинозема ВГБС.	Ей покрывают внутренние поверхности ковшей для разлива горячих материалов и выполняют футеровку пода и стенок топок. Выдерживает температуры до +1800 градусов С.
Смесь с корундовым заполнителем СБК.	Применение аналогично ВГБС.
Бетон с высокими теплоизоляционными параметрами ТИБ.	С помощью ТИБ осуществляется футеровка тепловых установок.
Смесь саморастекающаяся СБС.	Для конструкций, используемых при температурах до +1500 градусов С: печи, тепловые установки.
Смесь с шамотным наполнителем ШБ-Б.	Для покрытия частей горелок, используемых при температурах до +1300 градусов С.
Сухая сметь ССБА арматурная.	Применение аналогично ВГБС и СБК.

Металлургическая печь из огнеупорного бетона

Основные характеристики

Жаропрочные стали и сплавы могут использоваться для изготовления изделий, которые могут эксплуатироваться при воздействии высоких температур. Обычные стали при воздействии агрессивной среды могут медленно деформироваться, так как воздействие повышенной температуры становится причиной повышения пластичности.

Для того чтобы определить характеристики жаропрочной стали проводятся специальные испытания, особенностями которых можно назвать нижеприведенные моменты:

1. Жаропрочные стали размещают в печи, после чего нагревают до определенной температуры.
2. На помещенный сплав оказывается растягивающая нагрузка.

Среди других особенностей отметим следующие моменты:

1. Высокую жаростойкость. Даже при длительном воздействии высокой температуры основные эксплуатационные качества сплава остаются неизменными.
2. Прочность к механическому воздействию. При этом металл может сохранять длительную прочность при температурах, которые в иных случаях становятся причиной перестроения кристаллической сетки и изменения основных качеств.
3. Химический состав сплава также остается неизменным несмотря на воздействие агрессивной среды. Некоторые жаропрочные стали способны выдерживать воздействие агрессивной среды, представленной газами, кислотами и другими веществами.
4. Низкий показатель прокаливаемости и свариваемости создает довольно много проблем при изготовлении деталей путем сварки.
5. При добавлении хрома и некоторых других легирующих элементов материал становится коррозионностойким.

Жаропрочная сталь

По тому, сколько жаропрочная сталь может выдерживать воздействие рабочей среды выделяют две категории:

1. Стали жаропрочные длительного нагрева. Подобный материал может выдерживать длительное воздействие, но при этом температура зачастую не достигает критических значений. Примером можно назвать трубы, которые применяются для транспортировки различной среды
2. Стали жаропрочные кратковременного нагрева применяются в случае стремительного скачка температуры, значение которой может составлять несколько тысяч градусов Цельсия.

Жаростойкая сталь не подвержены деформации и разрушению по причине необычного химического состава. Именно поэтому основная классификация проводится по концентрации определенных легированных элементов.

Огнеупорные материалы и способы их использования

Асбест — распространенный огнеупорный материал, который выдерживает продолжительное нагревание до 450-500 °С. При этом он почти не теряет свою прочность. Асбест является материалом, слабо проводящим тепло.

Производится он в разных формах, в том числе и в виде листов. Широко применяется там, где используются печи, для теплоизоляции предметов, склонных к возгоранию, для устройства огнеупорных стен и перекрытий и т. д.

В печном производстве очень широко используется сталь. Ее применяют в разных видах (уголок, швеллер, проволока и т. д.). Без листовой стали тоже не обойтись. Так, из нее изготавливают элементы печей, листы металла укладывают перед печными дверцами, применяют ее и для духовых камер. В последнем случае сталь должна быть чистой, абсолютно не поврежденной ржавчиной.

Предтопочный лист бережет пол от попадания на него искр и продуктов сгорания.

• предтопочный лист (бережет пол от попадания на него искр и продуктов сгорания; располагается перед дверцей для загрузки топлива);
• дверка с жаропрочным стеклом (может быть установлена на любую печь «Теплодар»);
• потолочная разделка (изделие, опоясывающее дымоходы диаметром 11,5-20 см);
• сэндвич-сетка (сетчатое ограждение дымохода, защищающее последний от контакта с горячей поверхностью);
• экономайзер (ставится на первый одностенный модуль трубы, выполняет защитную и декоративную функции).

Металлическая теплоизоляция — достойная альтернатива габаритному и тяжелому кирпичу.

Огнеупорные материалы и способы их использования

Асбестовый лист

Асбест — распространенный огнеупорный материал, который выдерживает продолжительное нагревание до 450-500 °С. При этом он почти не теряет свою прочность. Асбест является материалом, слабо проводящим тепло.

Производится он в разных формах, в том числе и в виде листов. Широко применяется там, где используются печи, для теплоизоляции предметов, склонных к возгоранию, для устройства огнеупорных стен и перекрытий и т. д.

Листовая сталь

В печном производстве очень широко используется сталь. Ее применяют в разных видах (уголок, швеллер, проволока и т. д.). Без листовой стали тоже не обойтись. Так, из нее изготавливают элементы печей, листы металла укладывают перед печными дверцами, применяют ее и для духовых камер. В последнем случае сталь должна быть чистой, абсолютно не поврежденной ржавчиной.

Виды, классификация и назначение

Огнеупорные материалы производят на минеральной основе, отличительной особенностью которых является способность сохранять свою нормальную функциональность при воздействии высоких температур (более 1580 градусов).

Существует несколько классификаций огнеупоров.

По размеру и форме

• Фасонные огнеупорные материалы, выполняемые в виде крупных блоков, а также простых, сложных и особо сложных элементов;
• Огнеупоры клиновидного и прямого профиля разнообразного размера;
• Специальные огнеупорные материалы, созданные для использования в лабораторных и промышленных условиях.

По рабочему температурному режиму

Основные диапазоны подразделяются на:

• 1580-1800 градусов;
• 1800-2000 градусов;
• 2000-3000 градусов;
• Свыше 3000 градусов.

По методу формовки

• Литые огнеупоры, создаваемые из жидкой шликерной основы;
• Выполненные из пластичных масс. Изготавливаются способом первоначальной машинной формовки, с последующим прессованием;
• В виде спилов природных горных материалов;
• Огнеупоры, создаваемые методом электрического плавления;
• Горячего прессования;
• Термопластичного прессования;
• Создаваемые из порошковой основы.

По структуре

• Особой плотности (открытая пористость составляет менее 3%);
• Высокой плотности (открытая пористость 3-10%);
• Плотные (открытая пористость 10-16%);
• Уплотненные (16-20%);
• Средней плотности (20-30%);
• Низкой плотности (общая пористость 30-45%);
• Огнеупоры высокой пористости (45-75%);
• Ультрапористые огнеупорные материалы (>75%).

По составу

По химическому составу огнеупорные материалы принято подразделять на 3 группы:

Нейтральные, изготавливаемые на основе оксидов алюминия и хрома. К ним относятся:

• Углеродистые, применяемые для изготовления штучных печных элементов;
• Графитовые. На их основе изготавливают тигели для плавления металлических изделий;
• Хромитовые. Используются в качестве изолирующего слоя в огнеупорном пироге из кислых и основных изделий.

Кислые (на основе диоксида кремния). Материалы, которые относятся к этой группе:

• Кварцевый песок, используемый при ремонте и наварке печных элементов;
• Динасовый кирпич, который может применяться для печной кладки;
• Кварцеглинистые материалы, применяемые для футеровки печных конструкций, работающих в сравнительно низком температурном режиме.

Основные (на оксиде магния и кальция):

• Хромомагнезит, используется для кладки печных конструкций, работающих в режиме резкой смены температур;
• Доломит (порошковый материал);
• Магнезит (в форме кладочного кирпича или футеровочного порошка).

В отдельную классификационную категорию относят огнеупорные теплоизоляционные материалы.

Они позволяют значительно повысить эффективность работы печей, так как, благодаря высокой пористости, уменьшают потери тепла через стеновые элементы.

Огнеупорные теплоизоляционные плиты производятся 3-мя методами:

• Химическим способом, при котором в огнеупорную основу вводится доломитовый порошок или известняк, растворяемые в серной кислоте. В ходе химической реакции образуется пена, которая застывая приобретает вид пористого материала.
• Внедрением в огнеупорную основу углеродистых элементов (в основном мелких древесных материалов), которые при обжиге сгорают, тем самым образуя пустоты в исходном материале.
• При помощи мыльных пенообразующих добавок.

Немного подробнее о видах огнестойких материалов, представленных на рынке:

СКЛ панели

Прочные и легкие СКЛ панели производят с использованием силикатно-кальциевого наполнителя. Материал панели не имеет в своем составе асбеста,поэтому они не токсичны, экологически безопасны. Листы обладают влагостойкостью, так как в их составе нет гипса или гигроскопичных материалов.

СКЛ панели имеют широкую популярность. Эти листы используют для отделки стен, потолков и пола. Огнеупорные качества делают их незаменимыми в защите экранов в высокотемпературном производстве, а также для облицовки стен бань, отделки каминов и печей.

Несмотря на особую прочность, они и эластичны, на изгиб могут выдержать до 13,2 МРа. Благодаря отличным шумоизоляционным свойствам порядка до 44 Дб, панелями можно облицевать ночные клубы, бары, стены звукозаписывающих студий.

Панели СКЛ имеют в своем составе антибактериальные добавки, так что они не подвергаются действию грибковых заболеваний и плесени.

Огнестойкая отбойная доска

Универсальным решением для защиты стен любых зданий можно считать использование огнестойкой отбойной доски, обладающей высокими эксплуатационными преимуществами. Она основана на негорючей панели, покрытой  HPL-пластиком, который трудно поддается горению. Края панели обработаны специальной кромкой. Кроме защитной функции, она характеризуется и отличными декоративными свойствами, поэтому могут стать украшением любых помещений. высоким эксплуатационным показателям, Отбойную доску используют в местах большой проходимости народа: в детских садах и школах, в больницах и поликлиниках, вокзалах и кинотеатрах, супермаркетах. Данный материал отличается экологичностью и влагостойкостью, гигиеничностью и безопасностью, атакже эстетичностью.  Отбойная доска выпускается разных цветов и размеров.

6 Особенности сталей на основе никеля и системы железо-никель

Указанные сплавы, жаростойкость и жаропрочность которых очень высока, имеют в своем составе свыше 55 % никеля и более 65 % комплекса никель + железо. Базовым элементом в обоих видах композиций при этом является хром (его содержится от 14 до 23 %).

Более высокие показатели стойкости и прочности при повышенных температурах демонстрируют стали на основе никеля: ХН60В, ХН75МБТЮ, ХН60Ю, ХН78Т (жаропрочные) и ХН77ТЮ, ХН70МВТЮБ, ХН70ВМЮ, ХН70, ХН67ВМТЮ (жаростойкие). Обусловлен сей факт процессом формирования на их поверхности при высоких температурах оксидной алюминиевой и хромовой пленки, а также (в твердых растворах) – соединений алюминия и никеля, титана и никеля.

В никелевых сплавах из-за несущественного содержания в них углерода никогда не появляются карбиды. А их упрочнение – это последствие твердения, характеризуемого дисперсной природой, после выполнения термообработки. Под такой обработкой понимают:

• создание твердой однородной композиции никеля и легирующих добавок;
• следующее за этим старение металла (температура процесса – около 750 градусов, иногда — 800).

В процессе распада твердого пересыщенного состава формируются металлические упрочняющие компоненты, которые существенно увеличивают показатель жаропрочности стали и ее сопротивляемость деформациям.

Назначение и марки сталей с никелем, с никелем и железом:

Когда вообще необходима защита?

Необходимость в установке защитных обшивок и экранов возникает не всегда. Если между печкой и ближайшей возгораемой поверхностью соблюдается пожаробезопасное расстояние, дополнительная защита не нужна. На этом расстоянии ИК-лучи рассеиваются, ослабевают и то их количество, которое получает деревянная стена, уже не может привести к ее повреждению.

Считается, что безопасное расстояние от стены до кирпичной печи (кладка в четверть кирпича) составляет не менее 0,32 м, от стены до металлической печи (не футерованной) – не менее 1 м. Для металлической печи, футерованной изнутри кирпичом или шамотом, расстояние уменьшается до 0,7 м.

Клей для плитки термостойкий: где используется огнеупорный клей для плитки?

Для облицовки камина или печи, конечно, необходим специальный клеящий материал. Огнеупорный, или, как его ещё называют, жаростойкий клей для плитки представляет собой вещество на основе неорганических компонентов с водорастворимыми силикатами щелочных металлов. Сфера его применения достаточно широка. При помощи такого клея крепят плиточные материалы к кирпичным и металлическим основам. Он используется и при организации теплоизоляции в нагревательных печах, для соединения огнеупорных материалов между собой, при изготовлении и ремонте футеровки промышленных печей и во многих других областях.