Ils étaient les héros méconnus du boom industriel. Les matériaux réfractaires tiennent le coup même lorsque les températures dépassent les limites de l’acier ou du béton normal. Ces céramiques à point de fusion élevé ne résistent pas seulement au feu ; ils maintiennent leur intégrité structurelle tout en agissant comme un bouclier pour les machines internes tout en préservant l’intégrité structurelle.
Sans eux, les industries métallurgiques, verrières et céramiques seraient paralysées. Vous ne pouvez pas faire fondre l’acier ou le verre sans un revêtement qui refuse de fondre tout seul.
Ces matériaux sont principalement constitués de céramiques. Ils sont utilisés pour fabriquer des briques, des revêtements et des formes monolithiques pour le revêtement intérieur des fours, des fours et autres équipements de traitement à haute température. Le terme lui-même vient du mot français réfractaire, qui signifie littéralement « point de fusion élevé ». Ceci est une explication simple d’un travail complexe.
Pourquoi ils ne fondent pas et ne se fissurent pas
L’environnement est une liaison chimique primaire. brutal.
但热量并不是唯一的敌人。 磨损是恒定的。 且热冲击是突然的。
表面层收缩，而内层保持高温。 Le matériel échoue.
陶瓷很脆，是的。 但工程师们找到了一种方法，让它们能够抵抗这种冲击。 他们通过在加工过程中操纵微观结构来做到这一点。
Considérez la texture. Ils sont durs. 材料中含有大量的空气空间。
Pourquoi inviter l’air dans une structure solide ?
Il ne voyage pas. 这降低了对热冲击的敏感性。 当温度下降时，孔隙率可以防止砖碎裂。
然而，孔隙率是一种权衡。 如果耐火材料接触腐蚀性物质（例如在玻璃熔炉中），空气空间就会很危险。 在这些情况下，制造商会增加密度。 它们可以缩小pore。 La résistance aux chocs thermiques est importante.
哪个更好？ 这取决于工作。
La chimie de la résistance thermique
Tous les réfractaires ne sont pas égaux. Leur composition et leur traitement varient considérablement selon l’application. On les classe généralement en deux grandes catégories : à base d’argile et sans argile.
Nous examinons également leur nature chimique. Sont-ils acides ou basiques ?
Les réfractaires acides contiennent du dioxyde de silicium ($SiO_2$) ou de l’oxyde de zirconium ($ZrO_2$). Les réfractaires de base comprennent l’oxyde d’aluminium ($Al_2O_3$) et les oxydes alcalino-terreux tels que la chaux ($CaO$) et l’oxyde de magnésium ($MgO$). Cette différence est importante car les substances acides réagissent mal avec les scories basiques et vice versa. Un mauvais alignement peut conduire à une défaillance rapide.
Les réfractaires à base d’argile comprennent l’argile réfractaire, les céramiques à haute teneur en alumine et en mullite. Ces produits sont traités de la même manière que les produits traditionnels en argile structurelle. Les produits sont formés par traitement de boue rigide, tel que le moulage par compression et le moulage par extrusion. Il est ensuite séché et cuit dans un long four tunnel. A la cuisson, la vitrification a lieu partiellement. Il s’agit d’un processus de frittage liquide qui lie les particules entre elles. Cela crée une masse solide.
Les matériaux réfractaires sans argile nécessitent des techniques avancées. Les céramiques à très haute teneur en alumine et en zircone sont frittées à l’aide d’un liquide transitoire ou d’un solide. Les briques de base se lient les unes aux autres grâce à des réactions chimiques entre les composants. Le carbure de silicium se forme lors de la réaction du sable de silice et du coke. Ce ne sont pas les briques de ta grand-mère. Ce sont des matériaux techniques.
Le cheval de bataille : l’argile réfractaire
在粘土家族中，耐火粘土是主力。 它由含有铝硅酸盐矿物高岭石 ($Al_2[Si_2O_5][OH]_4$) 的粘土制成。 还存在碱金属和氧化铁等杂质。
Il s’agit de 25 % à 45 %. 氧化铝含量越高，使用温度越高。
耐火粘土砖，通常称为耐火砖，在加热时表现出相对较低的膨胀。 Ils résistent bien.
Les plus basiques sont les plus basiques. Ils s’alignent sur les poêles à haut fourneau et les fours à coke.
大多数是作为预制砖生产的。 这些都是monolithics。 Il s’agit de briques à cimenter. 它包括用于喷射的混合物——从压力枪喷射到位。
您还可以制作轻质耐火绝缘材料。 它以纤维板形式出现。 真空铸造形状。
这个行业需要的不仅仅是砖头。 它需要灵活性。 它需要可以喷入窑中并就地硬化的解决方案。
Il y a des coupures plus profondes dans la chimie. 而且需求正在上升。
La norme à haute teneur en alumine
Les réfractaires à haute teneur en alumine commencent par la bauxite. Vous le connaissez sous le nom de minerai d’aluminium, mais dans ce contexte, il s’agit d’un mélange d’hydroxyde d’aluminium et d’argiles kaolinitiques. Torréfiez cette matière première et vous obtenez un mélange d’alumine synthétique et de mullite. Le résultat ? Un matériau défini comme ayant entre 50 et 87,5 pour cent d’alumine.
Pourquoi ce pourcentage est-il important ? Parce que ces briques sont plus résistantes que la chamotte standard. Ils résistent mieux aux environnements basiques. Ils résistent à l’abrasion. Leur volume reste stable lorsque la chaleur augmente. Vous les voyez recouvrir les hauts fourneaux, les sections de poêles et les poches qui transportent l’acier liquide. Ils n’échouent pas lorsque la pression est forte.
Mullite : Le noyau stable
La mullite est spécifique. Sa formule est 3Al2O3 · 2SiO2, ce qui correspond à environ 70 pour cent d’alumine. Elle fond à 1 850°C. Pour y parvenir, les industriels mélangent diverses argiles avec de la bauxite, puis frittent le mélange dans des fours électriques à haute température.
C’est le plus stable des réfractaires aluminosilicates. Cette stabilité lui permet de supporter des charges à haute température sans se déformer. Vous trouverez des briques de mullite dans les fourneaux des hauts fourneaux et sous les toits des avant-foyers de verrerie. Cela ne combat pas la chaleur. Il y résiste.
Les alternatives sans argile
Tous les réfractaires ne commencent pas avec de l’argile. Ces produits non argileux sont généralement pressés en briques, bien que certaines variétés de magnésite-chrome et d’alumine soient coulées dans des moules. Les intrants bruts sont également différents. Nous parlons de carbonates ou d’oxydes de métaux comme le magnésium, l’aluminium et le zirconium.
Réfractaires de base et résistance aux scories
Les réfractaires de base comprennent la magnésie, la dolomite, le chrome et leurs mélanges. Les briques de magnésie proviennent de la périclase, la forme minérale de l’oxyde de magnésium. La périclase est obtenue à partir de magnésite (carbonate de magnésium) ou d’hydroxyde de magnésium extrait de l’eau de mer et de la saumure. Les méthodes de liaison varient : chimique, liée au brai, brûlée ou une combinaison où le brai est imprégné après combustion.
Les réfractaires dolomite utilisent du minerai de dolomite, un mélange de carbonates de calcium et de magnésium. Ici, l’étape post-brûlage est critique. Vous devez les imprégner de goudron ou de brai. Pourquoi? Pour empêcher la chaux de se réhydrater. Si elle se réhydrate, la brique échoue.
Les briques de chrome dépendent des minerais de chrome. Il s’agit de solutions solides complexes de type spinelle – pensez à la chromite et à la magnétite – mélangées à des impuretés silicatées.
Tous les réfractaires basiques partagent un super pouvoir : ils résistent aux oxydes de fer et aux scories basiques. Ceci est vital dans la fabrication de l’acier. Ajoutez du carbone, sous forme de flocons ou de carbone résiduel provenant du brai/goudron, et la résistance monte en flèche. C’est pourquoi ils équipent les fours à oxygène de base, les fours électriques et les fours à sole ouverte. Ils alignent même des convertisseurs en cuivre.
Densité d’alumine très élevée
Lorsque vous avez besoin de plus de 87,5 pour cent d’alumine, vous entrez dans la catégorie de l’alumine à très haute teneur. Jusqu’à 100 pour cent. Les grains sont fondus ou densément frittés. L’objectif est la densité. La haute densité apporte une stabilité de volume qui tient fermement même au-dessus de 1 800°C.
Silice et environnements acides
Les réfractaires à base de silice proviennent de gisements de quartzites et de graviers siliceux. Ils ont une faible teneur en alumine et en alcalis. Ils reposent sur une liaison chimique contenant 3 à 3,5 pour cent de chaux.
Ils résistent aux charges à haute température. Ils gèrent l’abrasion. Surtout, ils contiennent des scories acides. Parmi les qualités (qualité four à coke, conventionnelle et super-duty), la version super-duty l’emporte pour les superstructures de fusion du verre. Sa faible teneur en impuretés est le différenciateur.
La défense contre la corrosion du Zircon
Le zircon, un silicate de zirconium, joue un rôle spécifique dans les réservoirs en verre. Le verre fondu est corrosif. Le Zircon y résiste. Il maintient la stabilité du volume sur de longues périodes à haute température. Il présente également une bonne résistance au fluage, ce qui signifie qu’il se déforme moins sous des charges chaudes.
Résistance aux chocs thermiques du carbure de silicium
Les céramiques au carbure de silicium utilisent le procédé Acheson. Edward G. Acheson l’a inventé en 1891. La méthode fait réagir du sable de silice pur avec du carbone finement divisé (coke) dans un four électrique. La plage de température est abrupte : 2 200° à 2 480° C.
Le matériau obtenu présente une résistance exceptionnelle à des températures élevées. Il est dimensionnellement stable. Mais la véritable clé est la résistance aux chocs thermiques. Le carbure de silicium conduit bien la chaleur. Cette conductivité élevée évite les différences extrêmes de température entre les couches. Sans ces différences, vous n’obtiendrez pas de contraintes de dilatation thermique. Cela rend le SiC idéal pour les meubles de four, soutenant d’autres céramiques pendant la cuisson.
Mélanges spécialisés sans argile
De plus petites quantités d’autres réfractaires répondent à des besoins particuliers. Graphite. Zircone. Forstérite. Mélanges comme magnésie-alumine, magnésite-chrome, chrome-alumine et alumine-zircone-silice.
L’alumine-zircone-silice, ou AZS, est distincte. Il est fondu et coulé dans des moules ou directement dans les cuves des fours à verre. Il résiste à la corrosion sans libérer d’impuretés dans le verre fondu. Il est également coulé pour créer des blocs de chars, appelés blocs de soldat ou blocs de flanc. Ceux-ci sont indispensables à la construction et à la réparation des fours à verre.
