I mattoni refrattari sono mattoni sviluppati per resistere alle alte temperature. I mattoni refrattari, detti anche mattoni refrattari, sono realizzati con materiali ignifughi ad alto punto di fusione e resistenti agli stress termici. Sebbene la capacità di resistere al calore sia il loro scopo principale, i mattoni refrattari hanno anche una bassa conduttività termica che li rende più efficienti dal punto di vista energetico rispetto ad altri materiali resistenti al fuoco. I mattoni refrattari sono più comunemente utilizzati in ambienti ad alta temperatura, ma ci sono situazioni in cui gli ingegneri li utilizzano in applicazioni a bassa temperatura a causa delle loro proprietà isolanti, resistenza chimica e integrità strutturale.
I mattoni refrattari non sono soggetti a decomposizione causata dal calore, dalla pressione o da sostanze chimiche. Fanno parte di un gruppo più ampio di sostanze che la scienza dei materiali definisce materiale refrattario. I mattoni refrattari fanno parte del sottoinsieme “sagomato” dei materiali refrattari.
Tipi comuni di mattoni refrattari
I mattoni refrattari hanno numerose applicazioni, quindi i produttori hanno creato tipi distinti di mattoni per resistere a condizioni specifiche. I materiali più comuni utilizzati nella produzione di mattoni refrattari sono l'allumina, la silice, la magnesia e l'argilla refrattaria. Miscelati in proporzioni diverse, questi materiali creano i tre principali tipi di mattoni refrattari: mattoni refrattari acidi, mattoni refrattari basici e mattoni refrattari neutri.
Sono elencati alcuni dei tipi più comuni di mattoni refrattari in queste tre grandi categorie.
Mattoni di argilla refrattaria
I fabbricanti producono mattoni di argilla refrattaria utilizzando una combinazione di argilla frantumata, sabbia, silice e allumina. I costruttori utilizzano mattoni di argilla refrattaria in applicazioni a temperatura moderata come caminetti, forni, stufe e camini. Possono resistere al calore fino a 1600 gradi Celsius. Questo è il tipo più comune di mattone refrattario utilizzato dalle persone.
Mattoni ad alto contenuto di allumina
I mattoni ad alto contenuto di allumina sono ideali per ambienti ad alta temperatura come la produzione dell'acciaio e gli inceneritori perché hanno una buona stabilità termica e resistenza all'erosione chimica. Come suggerisce il nome, l'allumina è il componente principale dei mattoni ad alto contenuto di allumina.
Mattoni di silice
La silice di elevata purezza, o biossido di silicio, è il componente principale dei mattoni di silice. Questo tipo di mattone refrattario ha un alto punto di fusione con una resistenza alla temperatura fino a 2000 gradi Celsius. Questi mattoni hanno anche un'elevata resistenza agli acidi, quindi sono ideali nei forni per la produzione del vetro, nei forni per la fusione del rame e nei forni per l'acciaio a focolare aperto.
Mattoni di magnesia
L'argilla refrattaria, costituita da ossido di magnesio, è il componente principale dei mattoni di magnesia. I produttori utilizzano questo mattone principalmente per la sua resistenza alle scorie, comprese le scorie ricche di calce e ferro. Questi mattoni hanno la più ampia applicazione nell'industria siderurgica. Resistono a temperature fino a 2100 gradi Celsius.
Mattoni cromati
I fabbricanti costruiscono mattoni cromati utilizzando argilla refrattaria contenente minerale di ferro cromato, ossido di ferro, bauxite e silice. Questi mattoni hanno la massima applicazione in ambienti corrosivi. Ciò può includere aree specifiche in un forno o in una fornace. Possono resistere a temperature fino a 2000 gradi Celsius.
Mattoni di carbonio
I mattoni di carbonio sono un tipo di mattone refrattario neutro composto da carboni di alta qualità tra cui antracite, coke, grafite e un agente legante. I mattoni di carbonio hanno un'eccellente resistenza agli urti, bassa conduttività termica e resistenza alle alte temperature e all'erosione. L'applicazione principale dei mattoni di carbonio è per l'industria metallurgica.
Mattoni di zirconio
I mattoni in zirconio sono un tipo di mattoni refrattari agli acidi e sono composti da biossido di zirconio. Questi mattoni hanno un'eccellente resistenza agli urti e una bassa conduttività termica. I progettisti utilizzano questi mattoni laddove i rapidi cambiamenti di temperatura richiedono la loro stabilità. Queste applicazioni includono forni metallurgici, forni per vetro e forni per ceramica.
Mattoni isolanti
I mattoni isolanti sono realizzati con materiali porosi, quindi sono mattoni refrattari leggeri. Hanno anche una bassa conduttività termica, quindi sono ideali per ridurre al minimo la perdita di calore. Rispetto ai mattoni in argilla refrattaria, questi hanno una densità inferiore e una maggiore resistenza termica. Esiste un'ampia varietà di mattoni refrattari isolanti. I mattoni isolanti sono spesso un'opzione economicamente vantaggiosa rispetto ad altri mattoni refrattari.
Qualità e caratteristiche dei mattoni refrattari
La qualità e le caratteristiche del materiale che forma i mattoni refrattari consentono loro di prosperare in ambienti ad alta temperatura.
Alto punto di fusione – I materiali che costituiscono la base dei mattoni refrattari come silice, carbonio, allumina, zirconia, magnesia e ossido di cromo hanno tutti un alto punto di fusione. La composizione di questo materiale di base consente ai mattoni di mantenere la loro integrità strutturale a temperature estremamente elevate. Stabilità termica: i mattoni refrattari possono resistere a rapidi cambiamenti di temperatura senza incrinarsi o rompersi. Si tratta di una qualità preziosa in applicazioni come le industrie del vetro, dell'acciaio e della ceramica, dove il riscaldamento e il raffreddamento sono parte integrante del processo di produzione. Resistenza chimica – Alcuni mattoni refrattari mantengono l’integrità strutturale se esposti a sostanze chimiche. Ciò li rende preziosi nelle applicazioni esposte alla presenza di agenti corrosivi e scorie. Isolamento termico – Alcuni mattoni refrattari hanno una bassa conduttività termica. Ciò consente loro di ridurre al minimo il trasferimento di calore, ridurre la perdita di energia e mantenere la stabilità della temperatura. I mattoni refrattari come i mattoni isolanti forniscono un isolamento efficace in ambienti ad alta temperatura. Resistenza meccanica – I mattoni refrattari sono strutturalmente sani e ciò consente loro di resistere alle fessurazioni e alle sollecitazioni durante l'uso e l'usura costanti. Resistenza all'abrasione – Molte delle applicazioni dei mattoni refrattari li sottopongono a materiali scorrevoli o ad azioni meccaniche. Questi mattoni possono resistere a questa costante abrasione, quindi dureranno più a lungo con una maggiore integrità strutturale. Porosità/Densità – Tipi specifici di mattoni refrattari hanno diversi livelli di porosità che determinano la loro capacità di resistere alla penetrazione di gas o liquidi. I mattoni densi hanno un livello più elevato di resistenza ai gas e agli agenti chimici, ma i mattoni porosi hanno maggiori capacità di isolamento. Integrità strutturale – I mattoni refrattari mantengono la loro forma negli ambienti chimici più difficili e alle temperature più elevate. Questa qualità garantisce la longevità del rivestimento refrattario.
Applicazioni per mattoni refrattari
Le qualità dei mattoni refrattari fanno sì che funzionino per un'ampia gamma di applicazioni che coinvolgono temperature elevate e condizioni difficili.
Industria siderurgica
L'industria siderurgica è un utilizzatore primario di mattoni refrattari in applicazioni quali altiforni, siviere di acciaio e convertitori di acciaio. I mattoni refrattari rivestono le pareti, i tetti e i pavimenti di queste apparecchiature per conferire loro la capacità di resistere alle alte temperature e alle reazioni chimiche coinvolte nella produzione dell'acciaio.
Industria del vetro
I mattoni refrattari vengono utilizzati nei forni per la lavorazione del vetro e nelle vasche di fusione del vetro. Forniscono isolamento e resistenza alle proprietà corrosive del vetro fuso. I mattoni refrattari mantengono la loro integrità strutturale anche durante le variazioni di temperatura presenti nel riscaldamento e nel raffreddamento del vetro.
Industria dei metalli non ferrosi
L'industria dei metalli non ferrosi si riferisce ai metalli che non contengono ferro o hanno un basso contenuto di ferro. I mattoni refrattari sono comuni nell'industria dei metalli non ferrosi perché questi metalli hanno un punto di fusione elevato, rifiuti chimici corrosivi e un'ampia gamma di proprietà distinte che richiedono mattoni versatili.
Industria petrolchimica
I produttori utilizzano mattoni refrattari in applicazioni per unità di cracking catalitico e forni per etilene comuni nell'industria petrolchimica. I mattoni refrattari hanno una forte resistenza alla corrosione e all'abrasione e la stabilità chimica necessaria per garantire la longevità dei forni. Dispongono inoltre dell'isolamento termico necessario per controllare le temperature, ottimizzare l'efficienza del processo e ridurre il consumo di carburante.
Industria della produzione di energia
Gli impianti di produzione di energia utilizzano mattoni refrattari per rivestire caldaie, inceneritori e altre apparecchiature ad alta temperatura. Ciò fornisce isolamento a questa apparecchiatura e protegge macchine e strutture sensibili dalle alte temperature.
Industria della ceramica e del cemento
Gli stabilimenti di ceramica e cemento utilizzano mattoni refrattari per rivestire i forni per la cottura di ceramica, ceramica, mattoni e blocchi di cemento.
Fonderie
Le fonderie utilizzano mattoni refrattari nei forni e nei crogioli utilizzati per fondere e versare i metalli fusi.
Proprietà fisiche dei mattoni refrattari
Forma – I mattoni refrattari hanno solitamente una forma quadrata o rettangolare. Ciò consente un facile impilamento, allineamento e stabilità. Esistono anche forme di mattoni speciali come circolari, ad arco o a cunei per applicazioni particolari. Dimensioni: i mattoni refrattari sono disponibili in dimensioni variabili ma standardizzate per garantire facilità di installazione. Una dimensione tipica del mattone refrattario è 9 x 4,5 x 2,5 pollici (LxWxH) o 230 mm x 115 mm x 75 mm. Peso – Il peso dei mattoni refrattari varia ampiamente a seconda del materiale esatto utilizzato per il mattone. In genere, i mattoni isolanti sono i mattoni refrattari più leggeri e variano tra 2,2 libbre e 6,6 libbre (1 kg-3 kg) per mattone. I mattoni cromati sono pesanti a causa della loro composizione densa. Si va da 8,8 libbre a 17,6 libbre (4 kg-8 kg) per mattone. Colore – Il colore dei mattoni refrattari varia a seconda del materiale. I colori comuni includono giallo chiaro, beige, grigio chiaro, bianco sporco e nero. Struttura della superficie – I mattoni refrattari sono solidi e compatti. Possono avere una superficie liscia, leggermente ruvida o strutturata a seconda del metodo di fabbricazione o del tipo di mattone. Motivo superficiale: alcuni mattoni refrattari presentano motivi o segni sulla superficie dovuti al processo di produzione. Questi contrassegni possono aiutare con l'allineamento durante la fase di installazione. Resistenza alla compressione – La resistenza alla compressione dei mattoni refrattari varia a seconda del materiale. In generale, i mattoni refrattari hanno una resistenza alla compressione che va da poche centinaia di libbre per pollice quadrato (psi) a diverse migliaia (psi). I mattoni isolanti hanno la resistenza alla compressione più bassa tra 300 psi e 2.000 psi. I mattoni cromati hanno la massima resistenza alla compressione da 10.000 psi a 30.000 psi. Assorbimento di umidità – Gli ingegneri progettano mattoni refrattari per avere un basso assorbimento di umidità per ridurre al minimo gli effetti negativi sulle loro prestazioni. Come tutte le proprietà fisiche, l'assorbimento dipende dal materiale esatto del mattone refrattario, ma tutti hanno un tasso di assorbimento dell'umidità compreso tra l'1% e il 6%. I mattoni isolanti, a causa della loro natura porosa, hanno il range di assorbimento più elevato, compreso tra il 2% e il 6%.
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