Erano gli eroi non celebrati del boom industriale. I materiali refrattari mantengono la linea anche quando le temperature superano i limiti del normale acciaio o cemento. Queste ceramiche ad alto punto di fusione non resistono solo alle fiamme; mantengono la loro integrità strutturale fungendo da scudo per i macchinari interni mantenendo l’integrità strutturale.
Senza di essi l’industria metallurgica, vetraria e ceramica si fermerebbe. Non è possibile fondere l’acciaio o il vetro senza un rivestimento che si rifiuti di sciogliersi da solo.
Questi materiali sono costituiti principalmente da ceramica. Sono utilizzati per realizzare mattoni, rivestimenti e forme monolitiche per il rivestimento interno di forni, forni e altre apparecchiature per la lavorazione ad alta temperatura. Il termine stesso deriva dalla parola francese réfractaire, che significa letteralmente “alto punto di fusione”. Questa è una semplice spiegazione di un lavoro complesso.
Perché non si sciolgono né si rompono
陶瓷具有很强的legami chimici primari. 这使它们罕见地兼具高熔点和化学惰性. brutale.
但热量并不是唯一的敌人。 磨损是恒定的。 而且热冲击是突然的。
当物体从高温快速冷却时就会发生热冲击. 这会产生拉应力。 裂纹形成。 裂纹扩展。 il materiale fallisce。
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.
Considera la trama. Sono ruvidi. 材料中含有大量的空气空间.
Perché invitare l’aria in una struttura solida?
大颗粒和孔隙会钝化裂纹。 当应力波撞击pore时，它就会停止。 Non viaggia。 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. 腐蚀性材料会渗入并从内部破坏结构. La resistenza agli shock termici è molto elevata.
哪个更好？ 这取决于工作.
La chimica della resistenza al calore
Non tutti i refrattari sono uguali. La loro composizione e lavorazione variano notevolmente a seconda dell’applicazione. Generalmente li classifichiamo in due grandi categorie: a base di argilla e non a base di argilla.
Consideriamo anche la loro natura chimica. Sono acidi o basici?
I refrattari acidi contengono biossido di silicio ($SiO_2$) o ossido di zirconio ($ZrO_2$). I refrattari di base includono l’ossido di alluminio ($Al_2O_3$) e gli ossidi alcalino-terrosi come la calce ($CaO$) e l’ossido di magnesio ($MgO$). Questa differenza è importante perché le sostanze acide reagiscono male con le scorie basiche e viceversa. Il disallineamento qui può portare a un rapido fallimento.
I refrattari a base di argilla includono argilla refrattaria, ceramica ad alto contenuto di allumina e mullite. Questi prodotti vengono lavorati allo stesso modo dei tradizionali prodotti in argilla strutturale. I prodotti sono formati mediante la lavorazione del fango rigido, come lo stampaggio a compressione e lo stampaggio per estrusione. Viene poi essiccato e cotto in un lungo forno a tunnel. Alla cottura la vetrificazione avviene parzialmente. Questo è un processo di sinterizzazione liquida che lega insieme le particelle. Crea una massa solida.
I materiali refrattari non a base di argilla richiedono tecniche avanzate. Le ceramiche ad altissimo contenuto di allumina e zirconio vengono sinterizzate utilizzando lo stato liquido o solido transitorio. I mattoni di base si legano tra loro attraverso reazioni chimiche tra i componenti. Il carburo di silicio si forma nella reazione tra sabbia silicea e coke. Questi non sono i mattoni di tua nonna. Sono materiali ingegnerizzati.
Il cavallo di battaglia: l’argilla refrattaria
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。
氧化铝含量范围为 25% 至 45%。 这个比例决定了等级。 耐火粘土分为servizio basso, medio, elevato o super. 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. 这使得它们具有一定的耐热冲击能力. Reggono bene.
从化学角度来说,它们在酸性环境中相当惰性. 他们在quelli base上挣扎. 他们在那里有反应. 因此, 您会发现它们衬在高炉、stufe d’altoforno e cokerie上。 Essi allineano酸性环境占主导地位的内部。
大多数是作为预制砖生产的。 但剩下的呢？ 这些都是monlytics。 这些材料可以现场成型和固化。 此类别包括用于cementing bricks的砂浆。 它包括用于ramming的混合物。 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。 毯子。 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.
Ci sono tagli più profondi nella chimica. 更高的氧化铝含量. 不同的粘合机制. 选择是巨大的. 而且需求正在上升.
Lo standard ad alto contenuto di allumina
I refrattari ad alto contenuto di allumina iniziano con la bauxite. Lo conosci come il minerale dell’alluminio, ma in questo contesto è un mix di idrossido di alluminio e argille caolinitiche. Arrostisci quella materia prima e otterrai una miscela di allumina sintetica e mullite. Il risultato? Un materiale definito come contenente tra il 50 e l’87,5% di allumina.
Perché quella percentuale è importante? Perché questi mattoni sono più resistenti della normale argilla refrattaria. Reggono meglio negli ambienti basici. Resistono all’abrasione. Il loro volume rimane stabile quando il calore aumenta. Li vedi rivestire gli altiforni, le sezioni delle stufe e le siviere che trasportano l’acciaio liquido. Non falliscono quando la pressione è alta.
Mullite: il nucleo stabile
La mullite è specifica. La sua formula è 3Al2O3 · 2SiO2, che corrisponde a circa il 70% di allumina. Si scioglie a 1.850° C. Per arrivarci, i produttori mescolano varie argille con bauxite, quindi sinteriscono la miscela in forni elettrici ad alta temperatura.
È il più stabile tra i refrattari all’alluminosilicato. Questa stabilità gli consente di gestire carichi ad alta temperatura senza deformarsi. Troverai i mattoni di mullite nelle stufe degli altiforni e sotto i tetti dei focolari per la fusione del vetro. Non combatte il caldo. Lo resiste.
Le alternative non in argilla
Non tutti i refrattari iniziano con l’argilla. Questi prodotti non argillosi vengono solitamente pressati in mattoni, sebbene alcune varietà di magnesite-cromo e allumina vengano colate in stampi. Anche gli input grezzi sono diversi. Stiamo parlando di carbonati o ossidi di metalli come magnesio, alluminio e zirconio.
Refrattari di base e resistenza alle scorie
I refrattari di base comprendono magnesia, dolomite, cromo e miscele di questi. I mattoni di magnesia provengono dal periclasio, la forma minerale dell’ossido di magnesio. La periclasi si ottiene dalla magnesite (carbonato di magnesio) oppure dall’idrossido di magnesio estratto dall’acqua di mare e dalla salamoia. I metodi di incollaggio variano: chimico, legato con pece, bruciato o una combinazione in cui la pece viene impregnata dopo la combustione.
I refrattari della dolomite utilizzano il minerale di dolomite, una miscela di carbonati di calcio e magnesio. In questo caso, la fase successiva alla masterizzazione è fondamentale. Devi impregnarli di catrame o pece. Perché? Per impedire alla calce di reidratarsi. Se si reidrata, il mattone cede.
I mattoni cromati fanno affidamento sui minerali di cromo. Si tratta di soluzioni solide complesse del tipo spinello (si pensi alla cromite e alla magnetite) mescolate con impurità di silicati.
Tutti i refrattari di base condividono un superpotere: resistono agli ossidi di ferro e alle scorie di base. Questo è vitale nella produzione dell’acciaio. Aggiungi carbonio, sotto forma di scaglie o carbonio residuo da pece/catrame, e la resistenza aumenta alle stelle. Questo è il motivo per cui rivestono forni a ossigeno di base, forni elettrici e forni a focolare aperto. Essi allineano anche i convertitori in rame.
Densità di allumina estremamente elevata
Quando è necessaria una percentuale di allumina superiore all’87,5%, si entra nella categoria dell’allumina extra-alta. Fino al 100%. I grani sono fusi o densamente sinterizzati. L’obiettivo è la densità. L’alta densità garantisce stabilità al volume che rimane stabile anche a temperature superiori a 1.800° C.
Ambienti silicei e acidi
I refrattari di silice provengono da quarziti e depositi di ghiaia di silice. Hanno un basso contenuto di allumina e un basso contenuto di alcali. Si basano su un legame chimico con il 3–3,5% di calce.
Resistono ai carichi ad alta temperatura. Gestiscono l’abrasione. Soprattutto, contengono scorie acide. Tra i gradi – qualità da cokeria, convenzionale e super-duty – la versione super-duty vince per le sovrastrutture per la fusione del vetro. Il suo basso contenuto di impurità è l’elemento di differenziazione.
Difesa dalla corrosione dello zircone
Lo zirconio, un silicato di zirconio, ha un ruolo specifico nelle vasche di vetro. Il vetro fuso è corrosivo. Lo zircone resiste. Mantiene la stabilità del volume per lunghi periodi a calore elevato. Mostra anche una buona resistenza al creep, il che significa che si deforma meno sotto carichi caldi.
Resistenza agli shock termici del carburo di silicio
Le ceramiche al carburo di silicio utilizzano il processo Acheson. Edward G. Acheson lo inventò nel 1891. Il metodo fa reagire la sabbia silicea pura con carbonio finemente suddiviso (coke) in un forno elettrico. L’escursione termica è ripida: da 2.200° a 2.480° C.
Il materiale risultante ha un’eccezionale resistenza ai carichi alle alte temperature. È dimensionalmente stabile. Ma la vera chiave è la resistenza agli shock termici. Il carburo di silicio conduce bene il calore. Questa elevata conduttività impedisce differenze estreme di temperatura tra gli strati. Senza queste differenze, non si verificano stress da dilatazione termica. Ciò rende il SiC ideale per i mobili dei forni, supportando altre ceramiche durante la cottura.
Miscele specializzate non argillose
Quantità minori di altri materiali refrattari soddisfano esigenze speciali. Grafite. Zirconia. Forsterite. Miscele come magnesia-allumina, magnesite-cromo, cromo-allumina e allumina-zirconio-silice.
Allumina-zirconia-silice, o AZS, è distinto. Viene fuso e colato in stampi o direttamente nelle vasche del forno per vetro. Resiste alla corrosione senza rilasciare impurità nel vetro fuso. Viene anche versato per creare blocchi di carri armati, noti come blocchi di soldati o blocchi di pareti laterali. Questi sono essenziali per costruire e riparare forni per vetro.
