Les briques réfractaires sont des briques développées pour résister à des températures élevées. Les briques réfractaires, également appelées briques réfractaires, sont fabriquées à partir de matériaux ignifuges qui ont un point de fusion élevé et résistent aux contraintes thermiques. Bien que leur objectif principal soit de résister à la chaleur, les briques réfractaires ont également une faible conductivité thermique, ce qui les rend plus économes en énergie que les autres matériaux résistants au feu. Les briques réfractaires sont le plus souvent utilisées dans des environnements à haute température, mais il existe des situations où les ingénieurs les utilisent dans des applications à basse température en raison de leurs propriétés isolantes, de leur résistance chimique et de leur intégrité structurelle.
Les briques réfractaires ne sont pas sujettes à la décomposition par la chaleur, la pression ou les produits chimiques. Ils font partie d’un groupe plus large de substances que la science des matériaux définit comme des matériaux réfractaires. Les briques réfractaires font partie du sous-ensemble « façonné » des matériaux réfractaires.
Types courants de briques réfractaires
Les briques réfractaires ont de nombreuses applications, c'est pourquoi les fabricants ont créé des types distincts de briques pour résister à des conditions spécifiques. Les matériaux les plus couramment utilisés dans la production de briques réfractaires sont l’alumine, la silice, la magnésie et l’argile réfractaire. Mélangés dans des proportions différentes, ces matériaux créent les trois principaux types de briques réfractaires : les briques réfractaires acides, les briques réfractaires basiques et les briques réfractaires neutres.
Certains des types de briques réfractaires les plus courants sont répertoriés dans ces trois grandes catégories.
Briques d'argile réfractaire
Les fabricants fabriquent des briques en argile réfractaire en utilisant une combinaison d'argile concassée, de sable, de silice et d'alumine. Les constructeurs utilisent des briques en argile réfractaire dans des applications à température modérée comme les foyers, les fours, les poêles et les cheminées. Ils peuvent résister à une chaleur allant jusqu’à 1 600 degrés Celsius. Il s’agit du type de brique réfractaire le plus couramment utilisé.
Briques à haute teneur en alumine
Les briques à haute teneur en alumine sont idéales pour les environnements à haute température comme la fabrication de l'acier et les incinérateurs, car elles ont une bonne stabilité thermique et une bonne résistance à l'érosion chimique. Comme son nom l’indique, l’alumine est le principal composant des briques à haute teneur en alumine.
Briques de silice
La silice de haute pureté, ou dioxyde de silicium, est le principal composant des briques de silice. Ce type de brique réfractaire a un point de fusion élevé et une résistance à la température allant jusqu'à 2 000 degrés Celsius. Ces briques ont également une haute résistance aux acides, elles sont donc idéales dans les fours de verrerie, les fours de fusion du cuivre et les fours sidérurgiques à foyer ouvert.
Briques de magnésie
L'argile réfractaire, constituée d'oxyde de magnésium, est le principal composant des briques de magnésie. Les fabricants utilisent cette brique principalement en raison de sa résistance aux scories, notamment aux scories riches en chaux et en fer. Ces briques ont l'application la plus large dans l'industrie sidérurgique. Ils résistent à des températures allant jusqu'à 2100 degrés Celsius.
Briques chromées
Les fabricants construisent des briques chromées en utilisant de l'argile réfractaire contenant du minerai de fer chromé, de l'oxyde de fer, de la bauxite et de la silice. Ces briques ont la plus grande application dans les environnements corrosifs. Cela peut inclure des zones spécifiques dans un four ou un four. Ils peuvent résister à des températures allant jusqu'à 2000 degrés Celsius.
Briques de carbone
Les briques de carbone sont un type de brique réfractaire neutre composée de carbones de haute qualité, notamment d'anthracite, de coke, de graphite et d'un liant. Les briques de carbone ont une excellente résistance aux chocs, une faible conductivité thermique et une résistance aux températures élevées et à l'érosion. La principale application des briques de carbone est l’industrie métallurgique.
Briques de zircone
Les briques de zircone sont un type de brique réfractaire aux acides et sont composées de dioxyde de zirconium. Ces briques présentent une excellente résistance aux chocs et une faible conductivité thermique. Les concepteurs utilisent ces briques là où les changements rapides de température nécessitent leur stabilité. Ces applications incluent les fours métallurgiques, les fours à verre et les fours à céramique.
Briques isolantes
Les briques isolantes sont fabriquées à partir de matériaux poreux, ce sont donc des briques réfractaires légères. Ils ont également une faible conductivité thermique et sont donc idéaux pour minimiser les pertes de chaleur. Par rapport aux briques en terre cuite, celles-ci ont une densité plus faible et une résistance thermique plus élevée. Il existe une grande variété de briques réfractaires isolantes. Les briques isolantes sont souvent une option rentable par rapport aux autres briques réfractaires.
Qualités et caractéristiques des briques réfractaires
La qualité et les caractéristiques du matériau qui forme les briques réfractaires leur permettent de prospérer dans des environnements à haute température.
Point de fusion élevé – Les matériaux qui constituent la base des briques réfractaires comme la silice, le carbone, l'alumine, la zircone, la magnésie et l'oxyde de chrome ont tous un point de fusion élevé. La composition de ce matériau de base permet aux briques de conserver leur intégrité structurelle à des températures extrêmement élevées. Stabilité thermique – Les briques réfractaires peuvent résister à des changements rapides de température sans se fissurer ni se casser. Il s'agit d'une qualité précieuse dans des applications telles que les industries du verre, de l'acier et de la céramique, où le chauffage et le refroidissement font partie intégrante du processus de production. Résistance chimique – Certaines briques réfractaires conservent leur intégrité structurelle lorsqu’elles sont exposées à des substances chimiques. Cela les rend précieux dans les applications exposées à la présence d’agents corrosifs et de scories. Isolation thermique – Certaines briques réfractaires ont une faible conductivité thermique. Cela leur permet de minimiser le transfert de chaleur, de réduire les pertes d’énergie et de maintenir la stabilité de la température. Les briques réfractaires telles que les briques isolantes assurent une isolation efficace dans les environnements à haute température. Résistance mécanique – Les briques réfractaires sont structurellement solides, ce qui leur permet de résister aux fissures et aux contraintes lors d’une utilisation et d’une usure constantes. Résistance à l'abrasion – De nombreuses applications de briques réfractaires les soumettent à des matériaux fluides ou à des actions mécaniques. Ces briques peuvent résister à cette abrasion constante et dureront donc plus longtemps avec une plus grande intégrité structurelle. Porosité/Densité – Des types spécifiques de briques réfractaires ont différents niveaux de porosité qui déterminent leur capacité à résister à la pénétration de gaz ou de liquides. Les briques denses ont un niveau plus élevé de résistance aux gaz et aux produits chimiques, mais les briques poreuses ont de plus grandes capacités isolantes. Intégrité structurelle – Les briques réfractaires conservent leur forme dans les environnements chimiques les plus difficiles et aux températures les plus élevées. Cette qualité assure la longévité du revêtement réfractaire.
Applications pour les briques réfractaires
Les qualités des briques réfractaires signifient qu’elles conviennent à une large gamme d’applications impliquant des températures élevées et des conditions difficiles.
Industrie sidérurgique
L'industrie sidérurgique est l'un des principaux utilisateurs de briques réfractaires dans des applications telles que les hauts fourneaux, les poches d'acier et les convertisseurs d'acier. Des briques réfractaires tapissent les murs, les toits et les sols de ces équipements pour leur donner la capacité de résister aux températures élevées et aux réactions chimiques impliquées dans la production d'acier.
Industrie du verre
Les briques réfractaires sont utilisées dans les fours de verrerie et les cuves de fusion du verre. Ils assurent l'isolation et la résistance aux propriétés corrosives du verre en fusion. Les briques réfractaires conservent également leur intégrité structurelle lors des changements de température présents lors du chauffage et du refroidissement du verre.
Industrie des métaux non ferreux
L'industrie des métaux non ferreux fait référence aux métaux qui ne contiennent pas de fer ou qui en contiennent peu. Les briques réfractaires sont courantes dans l'industrie des métaux non ferreux car ces métaux ont un point de fusion élevé, des déchets chimiques corrosifs et un large éventail de propriétés distinctes qui nécessitent des briques polyvalentes.
Industrie pétrochimique
Les fabricants utilisent des briques réfractaires dans les applications pour les unités de craquage catalytique et les fours à éthylène courants dans l'industrie pétrochimique. Les briques réfractaires ont une forte résistance à la corrosion et à l’abrasion ainsi que la stabilité chimique requise pour assurer la longévité des fours. Ils disposent également de l’isolation thermique nécessaire pour contrôler les températures, optimiser l’efficacité des processus et réduire la consommation de carburant.
Industrie de production d’électricité
Les centrales électriques utilisent des briques réfractaires pour habiller les chaudières, les incinérateurs et autres équipements à haute température. Cela assure l’isolation de ces équipements et protège les machines et structures sensibles des températures élevées.
Industrie de la céramique et du ciment
Les usines de céramique et de ciment utilisent des briques réfractaires pour garnir les fours destinés à la cuisson de la céramique, de la poterie, des briques et des blocs de ciment.
Fonderies
Les fonderies utilisent des briques réfractaires dans les fours et creusets utilisés pour fondre et couler les métaux en fusion.
Propriétés physiques des briques réfractaires
Forme – Les briques réfractaires ont généralement une forme carrée ou rectangulaire. Cela permet un empilage, un alignement et une stabilité faciles. Il existe également des formes de briques spéciales telles que circulaires, en arc ou en coin pour des applications particulières. Taille – Les briques réfractaires sont disponibles en tailles variables mais standardisées pour garantir une installation facile. Une dimension typique de brique réfractaire est de 9 po x 4,5 po x 2,5 po (LxlxH) ou 230 mm x 115 mm x 75 mm. Poids – Le poids des briques réfractaires varie considérablement en fonction du matériau exact utilisé pour la brique. En règle générale, les briques isolantes sont les briques réfractaires les plus légères et pèsent entre 2,2 et 6,6 lb (1 kg et 3 kg) par brique. Les briques chromées sont lourdes en raison de leur composition dense. Ils vont de 8,8 à 17,6 lb (4 à 8 kg) par brique. Couleur – La couleur des briques réfractaires varie en fonction du matériau. Les couleurs courantes incluent le jaune clair, le beige, le gris clair, le blanc cassé et le noir. Texture de surface – Les briques réfractaires sont solides et compactes. Ils peuvent avoir une surface lisse, légèrement rugueuse ou texturée selon la méthode de fabrication ou le type de brique. Motif de surface – Certaines briques réfractaires présentent des motifs ou des marques sur leur surface en raison du processus de fabrication. Ces marquages peuvent faciliter l'alignement pendant la phase d'installation. Résistance à la compression – La résistance à la compression des briques réfractaires varie en fonction de leur matériau. En général, les briques réfractaires ont une résistance à la compression allant de quelques centaines de livres par pouce carré (psi) à plusieurs milliers (psi). Les briques isolantes ont la résistance à la compression la plus faible, entre 300 psi et 2 000 psi. Les briques chromées ont la résistance à la compression la plus élevée, de 10 000 psi à 30 000 psi. Absorption d'humidité – Les ingénieurs conçoivent les briques réfractaires pour avoir une faible absorption d'humidité afin de minimiser ses effets négatifs sur leurs performances. Comme toutes les propriétés physiques, l'absorption dépend du matériau exact de la brique réfractaire mais elles ont toutes un taux d'absorption d'humidité compris entre 1 % et 6 %. Les briques isolantes, en raison de leur nature poreuse, ont la plage d'absorption la plus élevée, comprise entre 2 % et 6 %.
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