Refractory materials are materials that break down by heat, pressure, or chemical attack and retain high strength and form at temperatures where they occur. Refractory materials are polycrystalline, multiphase, inorganic, non-metallic, porous and heterogeneous. They are usually composed of oxides or non-oxides (such as carbides, nitrides, etc.) of the following materials: silicon, aluminum, magnesium, calcium, and zirconium. Some metals with melting points >1850 stepeni, kao što su niobijum, hrom, cirkonijum, volfram, tantal, itd., takođe se smatraju vatrostalnim materijalima.
Vatrostalni materijali se koriste u pećima, pećima, spalionicama i reaktorima. Vatrostalni materijali se također koriste u proizvodnji lonaca i kalupa za livenje stakla i metala, te u oblaganju sistema osigurača za raketne lansirne strukture. Danas, industrija čelika i industrija livenja metala koristi oko 60% svih vatrostalnih materijala.
Karakteristike vatrostalnih materijala
Vatrostalni materijali moraju biti hemijski i fizički stabilni na visokim temperaturama. U zavisnosti od radnog okruženja, moraju biti otporni na toplotni udar, hemijski inertni i/ili imati specifične opsege toplotne provodljivosti i koeficijenta toplotnog širenja.
Oksidi aluminijuma (aluminijum oksid), silicijum (silicijum) i magnezijum (magnezijev oksid) su najvažniji materijali koji se koriste u proizvodnji vatrostalnih materijala. Drugi oksid koji se obično nalazi u vatrostalnim materijalima je kalcijum (vapno) oksid. Vatrostalna glina se također široko koristi u proizvodnji vatrostalnih materijala.
Vatrostalni materijali moraju biti odabrani na osnovu uslova sa kojima će se suočiti. Neke primjene zahtijevaju posebne vatrostalne materijale. Cirkonijum se koristi kada materijal mora izdržati ekstremno visoke temperature. Silicijum karbid i ugljik (grafit) su još dva vatrostalna materijala koji se koriste u nekim vrlo teškim temperaturnim uvjetima, ali ne mogu doći u kontakt s kisikom jer će oksidirati i izgorjeti.
Binarna jedinjenja kao što su volfram karbid ili bor nitrid mogu biti vrlo vatrostalna. Karbonit je najvatrostalnije binarno jedinjenje poznato, sa tačkom topljenja od 3890 stepeni. Ternarno jedinjenje tantal-hafnijum karbid ima jednu od najviših tačaka topljenja od svih poznatih jedinjenja (4215 stepeni).
Vatrostalni materijali mogu se koristiti za sljedeće funkcije:
Djeluje kao termička barijera između toplinskog medija i stijenke posude
Izdržati fizički pritisak i spriječiti da termalni medij erodira zid posude
Antikorozivni
Obezbediti toplotnu izolaciju
Vatrostalni materijali imaju niz korisnih primjena. U metalurškoj industriji, vatrostalni materijali se koriste za oblaganje peći, peći, reaktora i drugih posuda koje sadrže i transportuju vruće medije kao što su metali i šljaka. Vatrostalni materijali imaju i druge primjene na visokim temperaturama kao što su grijači sa sagorijevanjem, reformatori vodika, primarni i sekundarni reformatori amonijaka, peći za krekiranje, pomoćni kotlovi, jedinice za katalitičko krekiranje, grijači zraka i sumporne peći.
