Футеровка печі опалення — що це таке і як зробити своїми руками

Одним з важливих етапів робіт при зведенні цегельних печей є правильне облаштування топки, так як матеріал її кладки буде піддаватися постійному впливу відкритого вогню. Звичайний пічної цегла використовується при кладці печі під впливом високих температур, які виникають при спалюванні твердого палива, буде обгорати, і може почати кришитися з-за втрати природної вологи матеріалу. Щоб уникнути цього і для продовження тривалості безаварійної експлуатації опалювальної споруди, для забезпечення безпеки людей при постійному користуванні печами, звичайний керамічна цегла відокремлюють від відкритого вогню. Саме такий захист і називається футеровкою.

Необхідно, крім того, відзначити, що стінки топок металевих печей і твердопаливних котлів дуже часто також потребують захисту. Все пояснюється тим, що металеві (сталеві) перегородки навіть більшою мірою, ніж цегла, схильні до поступового прогорання. Тому деякі виробники постачають топки сталевих опалювальних приладів каолиновыми або шамотною панелями.

Отже, футеровка печі опалення — що це таке і як зробити своїми руками? Це питання нерідко виникає у тих власників печей, хто вже зіткнувся з згубним впливом вогню на матеріал, з якого виготовлена топкова камера. Тому далі буде представлена інформація про те, що представляє цей процес і як він виробляється.

Загальні поняття про футеровці

Що ж криється під терміном «футеровка»?

Футеровка — це облицювання внутрішніх поверхонь камер печі, які постійно контактують з відкритим вогнем. Завдання цього облицювального шару — здійснювати захисні функції, котрі захищають зовнішні стінки від всіляких термічних, механічних, хімічних і фізичних ушкоджень. Футеровку роблять для захисту не тільки побутових опалювальних приладів — у гірничо-металургійної промисловості така технологія широко використовується в потужних плавильних печах різної конструкції.

Крім захисної функції, жаростійкі матеріали, якими облицьовано внутрішні поверхні топки, значно знижують теплові втрати. Однак, тут є і «зворотна сторона медалі» — дуже важливо правильно розрахувати товщину футеровки, інакше стінки печі будуть погано прогріватися. А тепло буде просто йти в димову трубу, а не в кімнати будинку. Коефіцієнт корисної дії печі може суттєво зменшитися, що призведе до відчутного зростання витрат на паливо, так як його буде потрібно занадто багато, щоб прогріти товсті стінки камери згоряння.

Способи футеровки і матеріали для її виконання

Футеровка топок може проводитися різними способами. Найбільш вподобаний з них вибирається залежно від матеріалу, з якого побудована піч, і від того, коли вирішено провести операцію укладання захисного матеріалу.

Отже, методи створення захисного облицювання полягають у наступному:

• Облицювання внутрішніх поверхонь цеглою або панелями з жароміцного матеріалу, мають низьку теплопровідність. Цим способом процес футеровки може бути проведений як при будівництві печі, так і вже в готовому опалювальному споруді.
• Нанесення на внутрішні поверхні стінок топки різних жаростійких розчинів. Цей спосіб застосовують також у вже готових приладах опалення або ж у цегляних — при їх будівництві.
• Установка тепловідбівних екранів — цей спосіб футеровки ефективний для банних металевих печей-кам’янок. Якщо ж використовувати екрани в інших моделях печей, то це може призвести до зниження їх ефективності, так як вироблене тепло не буде прогрівати стінки, а, відбиваючись всередину топки, піде в димохідну трубу.

Захисні матеріали для футеровки печей, камінів і котлів виготовляються з глини або подрібнених або перероблених гірських порід. Вони поділяються на класи, залежно від їх основи.

— «А» — це матеріали, виготовлені на основі кремнезему.

— «В» — для основи цих футерувальних складів, цегли або панелей використовується спеціально підібрана глина.

— «З» — комбінована футеровка, що виготовляється з декількох компонентів, не придатних під клас «А» або «В».

• Найпопулярнішими для футеровки опалювальних приладів є шамотні матеріали. Це може бути цегла, панелі або сухі суміші, з яких виготовляється розчин. Подібні матеріали відносяться до класу «В», так як, власне, шамот — це обпалена при дуже високих температурах, що доходять до 1500 градусів, спеціальна глина. Доведений до спікання природний матеріал подрібнюється, потім з нього виробляється цегла, панелі, або ж він надходить у продаж у вигляді дрібнодисперсного порошку.

До складу шамотних матеріалів також можуть бути включені добавки з кварцу або піщанику, а також інших гірських порід, стійких до високих температур. Шамотні матеріали є найбільш популярними, так як їх якість та ефективність перевірені часом. Крім того, вони мають відносно доступну ціну.

• На додаток до шамотною і іншим твердим матеріалів, призначених для футеровки, використовуються рулонні, плитні або листові, які встановлюються у вигляді прокладки між жароміцних і зовнішнім цегельним шаром кладки.

До таких матеріалів відносяться каолінові, базальтові, вермикулітові, муллито-кремнеземисті та інші вироби, сполучною для яких, найчастіше вибирається склад на основі білої глини. Всі перераховані матеріали здатні витримувати температуру 1200 до 1400 градусів.

• Можна зробити футеровку і розчинами з жаростійких матеріалів, які наносяться на поверхню стінок топки готових печей, а також використовуються для кладки вогнетривких цегли при зведенні опалювального споруди (зрозуміло, що звичайний розчин тут не завжди буде доречний). Крім того, цими порошками засипаються вільні шви, а також — деякі з тих технологічних зазорів і просвітів, що призначені для теплового розширення металевих елементів конструкції.

Сухі суміші для процесу футеровки виготовляються з шамоту або цементу, збагаченого спеціальними добавками. Прикладом може служити вогнетривкий саморасшіряющійся цемент РПЦ М500.

• Ще один матеріал, який може бути застосований для процесу футеровки — це високотемпературний алюмосилікатний вогнетривкий клей, який призначений для наклеювання рулонних і панельних матеріалів, кладки жаростійких цегли, а також нанесення на стінки, складені із звичайної цегли. Жароміцні склади різних виробників розраховані на максимальну температуру нагріву в 1400÷1600 градусів, що цілком достатньо, щоб захистити цегляні стінки від впливу відкритого вогню. Зручність таких складів полягає в їх швидке просихання. Так, наприклад, після футеровки топки цим матеріалом, піч можна експлуатувати вже через добу.

Крім вогнетривкої клею, сьогодні в будівельних магазинах можна знайти і інші одно— і двокомпонентні склади, вироблені, найчастіше, в пастоподібної консистенції — це жаростійкі мастики і обмазки, які можуть наноситися як в процесі облаштування топки, так і у вже готовому опалювальному агрегаті. Подібні футеровочні матеріали можуть містити у своєму складі шамотний порошок, мікроскопічні армуючі волокна і інші добавки, що зміцнюють захисний жароміцний шар.

Наведена нижче таблиця являє порівняльні дані найбільш часто застосовуваних футерувальних матеріалів:

Назва матеріалу	Щільність матеріалу, кг/м3	Максимальна робоча температура
Шамот (готовий цеглу або розчин)	1800-2000	1300
Щільний каолін	2400-2500	1400
Вермикуліт	150-250	1090
Муліт (мати/чистий)	3030	1600/1800
Базальтова вата	100	750
Звичайний пічної цегла червоний	1600	700
Алюмосилікатний вогнетривкий клей	—	1600

Особливості використання деяких матеріалів для футерування печей

У початківців пічників виникають питання не тільки про те, які матеріали використовуються для футеровки, але і як їх правильно застосувати. Про це і потрібно сказати кілька слів.

Розчин для футеровки

В досягненні міцності, довговічності і ефективності футеровки найважливішу роль відіграє розчин, на який буде проводитися кладка. Проводити експерименти з розчином для шамотної цегли — категорично не рекомендується. Самим оптимальним варіантом стане використання готових сумішей, які в спеціалізованих магазинах представлені на будь-який смак і гаманець».

У готових матеріалах передбачені всі необхідні складові, підібрані один до одного в правильних пропорціях. Безумовно, всі вони запущені у виробництво після проведення численних лабораторних випробувань.

Вибираючи суху суміш для футеровки, необхідно вивчити її характеристики, інформація про яких, як правило, розташована на упаковці. Для облицювання топкової камери необхідно купувати вогнетривку суміш. Жаростійкі склади більше призначені для зведення інших відділів печі. Можливо, необхідний для футеровки матеріал буде коштувати дорожче жаростійких варіантів, однак, економити на ньому не варто. Тим більше що для проведення процесу облицювання топки потрібно дуже невелика кількість розчину.

Так, для проведення кладки із шамотної цегли буде потрібно 65±10 кг сухої суміші для приготування розчину з розрахунку на 100 цеглин.

Використання вогнетривкої клею при футеруванні

Високотемпературний алюмосилікатний вогнетривкий клей застосовується для з’єднання (склеювання) різних матеріалів, використовуваних для футеровки. Такий клей створює відмінне зчеплення для вогнестійкої цегли, плит з базальтових волокон, керамоволокнистих виробів та інших матеріалів. Причому цей склад застосовується не тільки для футеровки побутових опалювальних приладів в якості розчину або обмазувального розчину, але і в металургійної, нафтопереробної та хімічної промисловості, а також в машинобудуванні.

Процес використання клею в футеровці печі включає кілька послідовних етапів:

• Вогнетривкий клей надходить у продаж в пластикових відрах об’ємом від 2 до 50 кілограмів. Перед початком робіт герметично закрита ємність розкривається, і маса ретельно перемішується.

• Перед тим як нанести клей з допомогою шпателя на будь-яку поверхню, її рекомендовано зволожити — це можна зробити за допомогою пульверизатора.
• Вогнетривкий клей наноситься на поверхні топки або окремі елементи футеровки товщиною до 3 мм. Якщо планується захистити стінки лише з допомогою клею, то на них наноситься декілька шарів з інтервалом часу в 15 хвилин.
• Якщо на клей планується закріпити базальтовий картон на горизонтальній поверхні, то допускається розведення маси водою. Її може бути додане з розрахунку 15% води на 100% клею — цей процес проводиться не раніше, ніж за 12 годин до використання клею.
• Витрата клею на 1 м2 становить від одного до чотирьох кілограмів. Це залежить від товщини наносного шару, а також від якості оброблюваної поверхні.
• Висихання клею, при нанесенні його товщиною 3 мм і при температурі вище 25 градусів, відбувається через 24 години. А якщо температура перевищує 90 градусів, то повна готовність досягається вже через 6 годин.

Потрібно замочувати шамотна цегла перед кладкою?

Багато починаючі пічники або господарі опалювальних печей, вирішили провести футеровку власними силами, задаються питанням про те, чи потрібно замочувати шамотна цегла перед його кладкою.

Думки досвідчених пічників з цього питання розходяться. Це зрозуміло – кожен з них за довгі роки роботи виробив свою «стратегію» зведення печей. Однак, якщо підійти до цієї проблеми, враховуючи фізичні характеристики шамотної цегли, то можна прийти до певних висновків про те, коли кладочний матеріал варто трохи зволожити.

• Так, якщо для кладки використовується не новий, а вже раніше колишній у вживанні цегла, капіляри якого за період минулого експлуатації забиті пилом і залишками розчину, то його варто замочити. Це робиться для відкриття в структурі матеріалу пір, і більш легкого проникнення в них вологи разом з розчином. Але обов’язково необхідно простежити, щоб перед кладкою з цегли повністю стекла вода.
• Якщо досвід у проведенні кладки відсутній чи невеликий, то цегла теж можна зволожити. Додаткова волога зберігає пластичність розчину на більш довгий термін. Це дає додатковий час, який можна буде використовувати для виправлення допущених помилок кладки. Якщо ж цегла буде сухим, то він швидко вбере вологу з розчину, тому останній швидко втратить свою пластичність і схопиться. При такому розкладі виправити помилки буде значно складніше.
• Якщо зведення печі відбувається в літній період, при високих температурах повітря на вулиці, то замочити цегла на деякий час буде навіть корисно. А ось в холодну і сиру осінню чи весняну пору цього робити не рекомендується. Сушити кладку з перезволоженого цегли доведеться дуже довго і тільки методом топки, чого небажано робити до тих пір, поки розчин не остаточно просохне. В іншому випадку може статися деформація швів, що значно знизить міцність кладки.

Якщо все ж сталося так, що піч зведена з замоченого цегли, і погода раптом зіпсувалася, то здійснити її сушку можна, помістивши всередину топки звичайну потужну лампочку розжарювання (скажімо, на 200 Вт), яку доведеться тримати включеною досить тривалий час. При цьому всі дверцята печі повинні бути повністю відкриті.

З усього сказаного вище можна прийти до висновку, що робити кладку з сухої шамотної цегли все-таки надійніше. Якщо немає впевненості в тому, що кладка відразу вийде рівною, і її, можливо, доведеться виправляти, то краще буде зробити розчин для неї не дуже густим.

Самостійна футеровка опалювальних споруд і агрегатів

Особливості облицювання цегляних топок

Футеровка стінок камери згоряння здійснюється з обов’язковим урахуванням термічного розширення матеріалів під впливом високих температур, що виникають у процесі експлуатації печі, каміна або котла. У зв’язку з цим, між внутрішнім захисним (шамотною) і зовнішнім (звичайним керамічним) шаром кладки залишається порожній зазор в 7÷10 мм, або ж робиться прокладка з базальтового, каолінового або азбестового картону.

Перед початком робіт необхідно провести розрахунок матеріалу. Якщо планується провести футеровку, використовуючи шамотна цегла, то відразу враховуються його лінійні розміри. Найчастіше застосовується стандартний цегла з розмірами 250×150×65 мм.

Разом з тим, сучасний асортимент вогнетривких цеглин – досить широкий. Виробники поставляють в торговельні мережі шамотна цегла, має конфігурацію, необхідну для створення похилих поверхонь, які обрамляють колосникові ґрати або формуються на задній стінці.

Футеровка топки може мати різну товщину, яку визначають наступні параметри опалювального приладу:

• Товщина зовнішнього шару кладки печі.
• Товщина облицювання корпусу печі.
• Максимальна температура всередині камери згоряння.

Ці ж параметри потрібно враховувати і при виборі матеріалу для захисного шару, спираючись на подану вище таблицю. У ній спеціально зазначено робочі температури найпопулярніших для футеровки матеріалів.

Професійні пічники рекомендують зміцнити шамотну кладку армуванням. Для цього в шви між рядами, в розчин, укладається сталевий дріт діаметром в 3÷4 мм. Армування проводиться через два ряди.

Якщо футеровка виробляється у процесі зведення печі, її послідовність докладно описана в самій схемі-порядовке, від першого до останнього ряду облицювання. При обробці готової топки вогнетривкою цеглою, роботи здійснюються в наступному порядку:

• Спочатку цегла укладається навколо колосникових грат. Для цього краще всього використовувати цеглу, що має ухил у бік колосника.
• Потім піднімаються бічні і задня стінки. У зв’язку з тим, що під ухилом викласти задню стінку готової топці практично неможливо, її зазвичай роблять рівною.

• Однак, тут потрібно уточнити, що якщо топка зовсім невелика, а футеровку зробити необхідно, то краще замість цегли використовувати панелі з одного з жароміцних матеріалів або пастоподібні суміші. Використовуючи останній варіант, обмазку потрібно проводити дуже ретельно, не залишаючи необроблених ділянок. Для того щоб поліпшити огляд внутрішнього простору топки, по можливості рекомендується зняти з конфорки варильної плити чавунні кільця, і підвісити над цим отвором лампу для підсвічування камери.
• Виробляючи футеровку, потрібно пам’ятати, що в ній не можна заважати червоний жаростійкий і шамотна вогнетривка цегла. Справа в тому, що ці матеріали мають різну щільність, відповідно — і лінійне розширення, а також відрізняються коефіцієнтом теплопровідності. Тому між зовнішньою стіною з червоної цегли і футеровкою рекомендовано зробити прокладку з азбестового або базальтового картону завтовшки хоча б у 5 мм. При тепловому розширенні цегли, виготовлених з різного матеріалу і дотичних між собою, по червоному цеглі запросто з часом можуть піти тріщини.

Відео: Наочний приклад правильної футеровки топкової камери цегляної печі

Футеровка металевих топок

Якщо належить зробити футеровку металевої топки, то слід пам’ятати, що метал і цегла взагалі кардинально розрізняються коефіцієнтом лінійного розширення при нагріванні до високих температур. Тому між металом і цеглою завжди повинен лишатися тепловий зазор, який заповнюється базальтової або каолінової ватою або азбестом.

Крім цього, необхідно врахувати, що якщо всередині топки робиться футеровка, то обкладати металеву піч зовні цеглою вже не слід. Керамічна цегла відрізняється високою теплоємністю і низькою теплопровідністю, тобто тепло, отримане від спалювання палива не буде прогрівати повноцінно прогрівати стінки, а «піде в трубу». При цьому ефективність печі досить відчутно знизиться.

Процес облицювання топкових камер металевих печей проводиться в тому ж порядку, що і цегляних. Тобто спочатку викладається дно топки, між металом дна і цеглою настилається базальтовий картон товщиною не менш 10 мм. Для закріплення картону на металі, а потім і цегли зверху цього жароміцного матеріалу, може бути використаний вогнетривкий клей, про який говорилося вище.

Футеровка твердопаливного опалювального котла

Котел, на відміну від печі, повинен віддавати вироблену енергію теплоносія, що проходить через теплообмінний контур, і по мінімуму розсіювати її через зовнішні стінки. Це і зумовлює особливості його футеровки.

При проведенні футеровки парових котлів використовується три способи її облаштування:

• Важка футеровка. Цей спосіб використовується для котлів, які мають слабке екранування. Під час їх експлуатації, деякі області і деталі можуть нагріватися до температури, що перевищує 1250 градусів. Це, зрозуміло, створює ризик не тільки швидкого прогоряння стінок приладу, але і робить обслуговування агрегату вкрай небезпечним, і навіть здатне призвести до займання. Важка футеровка полягає в тому, що кладка шамотної цегли на ложок проводиться в два-три шари, що знижує температуру зовнішніх стінок до 60÷75 градусів. Як правило, на побутовому рівні з такою важкою футеровкою стикатися не доводиться.

• Полегшена футеровка складається з одного шару цегляної кладки. Додатково до внутрішньої облицювання, для збільшення ККД і зниження температури зовнішніх стінок, зовнішня поверхня котла нерідко облицьовується одним з негорючих матеріалів, здатних витримувати підвищені температури, характерні для певного агрегату. Ну а потім іноді додатково обшивається металевим листом.
• Натрубная футеровка призначається для своєрідною термоізоляції труб котла, там, де з-за підвищених температур неможливо застосувати інші утеплювальні матеріали. Вона проводиться безпосередньо із зовнішніх поверхонь труб. Цей варіант можна назвати самим простим у виконанні. Він виконується з використанням вогнетривкої клею або іншого розчину, виготовленого у вигляді в’язкої маси.

Пластична речовина наноситься на труби за допомогою пензля у два, а іноді і в три — чотири шари. Після застигання така обробка утворює товстий шар, що запобігає непотрібні втрати тепла. Щоб уникнути наскрізних механічних пошкоджень захисного шару, його часто армують стекловолоконной сіткою. Металеву сітку не використовують із-за високих показників її термічного лінійного розширення.

Футеровка топок ліпних глиняних печей

Незважаючи на наявність у продажу великої кількості цегли різного сорту та якості, а також готових металевих опалювальних агрегатів, останнім часом стають все більш популярними глинобитні печі різних конфігурацій.

Топки цих печей настійно рекомендується зміцнити шамотною цеглою. Якщо ж стінки печі створювалися з розчину, змішаного з каменем, що виконують функції «арматури», то для футеровки печі цілком можна скористатися і одним з вогнетривких пастоподібних розчинів. Наприклад, відмінно підійде клей, про який вже йшла мова вище, або ж спеціальний цемент, шамот, корундова або муллитовая суміш.

Пастоподібні матеріали значно спрощують роботу – таку футеровку зможе провести будь-який домашній майстер, що навіть не має досвіду в подібних процесах. Після застигання вогнетривких матеріалів, вони утворюють монолітний шар, який запобігає розтріскування основних глиняних стінок камери згоряння при впливі на них високих температур.

Проведення ремонтно-відновлювальних робіт в топковій камері печі

Будь-яка піч перед початком експлуатаційного сезону вимагає проведення ретельної ревізії на предмет виявлення різних пошкоджень. Тріщини і відколи, які можуть з’явитися за час простою опалювального споруди, здатні призвести не тільки до зниження до зниження ефективності роботи печі. Вони різко знижують безпеку її експлуатації — це може стати передумовою для проникнення чадного газу в житлові приміщення, що представляє дуже серйозну загрозу не тільки для здоров’я, але і для життя власників будинку.

Ревізія проводиться як на внутрішніх поверхнях футеровки, так і на зовнішньому цегляному шарі печі. Якщо при проведенні огляду виявляться неглибокі тріщини або незначні пошкодження, то їх слід закласти.

Зовні ремонт проводиться жаростійкими сумішами, а футеровку слід ремонтувати вогнетривкими складами — клеями, мастиками або розчинами. Експлуатувати піч після проведеного ремонту можна лише дочекавшись повного природнього висихання розчину або клею, інакше матеріал, яким забиті ушкодження, може деформуватися.

Якщо досвіду в пічних роботах недостатньо, або немає бажання возитися з футеровкою вже побудованої печі самостійно, краще всього звернутися до фахівців, які займаються опалювальними приладами та спорудами професійно. Такий кваліфікований майстер грамотно зробить вибір і розрахунок футеровки, що забезпечить надійну і безпечну роботу печі з збереженням або навіть збільшенням її ефективності.