Los materiales cerámicos refractarios desempeñan un papel fundamental en la mayoría (si no en todas) las industrias de procesamiento de alta temperatura. Demuestran una increíble resistencia térmica y longevidad. Muchos sectores ahora aprovechan su capacidad para soportar altas temperaturas sin deformarse ni ablandarse. Por lo tanto, las industrias tienen un vínculo entre las técnicas de procesamiento avanzadas y los nuevos materiales, lo cual es crucial para crear soluciones de fabricación escalables.
Este artículo cubre todo acerca de estos materiales futuristas, incluido su papel fundamental en diferentes sectores económicos.
¡Empecemos con lo básico!
¿Qué es un material cerámico refractario?
«Cerámica» deriva del antiguo término griego «keramos», que significa «cosas quemadas». «keramos» se refería a artículos fabricados con materiales naturales que habían sobrevivido a temperaturas extremas. De uso generalizado en la actualidad, el término «cerámica» describe materiales inorgánicos y no metálicos utilizados o procesados a altas temperaturas.
En esencia, un material refractario es un material que demuestra alta rigidez, resiliencia y pureza en condiciones de temperatura extremadamente alta. Se utiliza para contener o transferir calor. También puede utilizarse como protección contra procesos y reacciones químicas de alta temperatura.
La capacidad de los materiales refractarios de permanecer químicamente inertes en dichos procesos y mecánicamente estables se aprovecha en la fabricación de metales líquidos y aleaciones.
En el procesamiento del vidrio, los refractarios retienen el calor y protegen el producto de la contaminación química. Las cementeras los utilizan para proteger sus acerías del calor y las reacciones químicas. Además, los productos refractarios pueden utilizarse para transferir calor en altos hornos.
Los materiales refractarios suelen resistir entornos con alta concentración de gases y altas temperaturas para facilitar la fabricación de otros productos. Pueden ser porosos o no porosos. Según su nivel de cristalinidad, las cerámicas refractarias se clasifican en compuestas, amorfas, cristalinas o policristalinas.
Los químicos y físicos manipulan elementos como el circonio, el silicio, el magnesio, el boro y el calcio para satisfacer diversas necesidades industriales. Estos elementos se combinan con carburos, óxidos o nitruros para formar materiales altamente resistentes, anticorrosivos y termorresistentes.
Por ejemplo, óxido de circonio (circonita) y carburo de silicio Son dos materiales refractarios de alta gama que se mantienen rígidos a temperaturas extremadamente altas. Los compuestos binarios como el nitruro de boro, el carburo de tungsteno y el carburo de hafnio son muy refractarios, y este último alcanza un punto de fusión de 3890 °C.
Algunos de estos compuestos pueden soportar temperaturas extremas, pero pueden arder al exponerse a atmósferas de oxígeno. Otros, como el disiliciuro de molibdeno, son aptos para elementos calefactores, mientras que otros se emplean como materiales de revestimiento refractario.
El proceso de fabricación de cerámica refractaria
En general, un material refractario debe soportar altas temperaturas no inferiores a 538 °C (1000 °F). Deben demostrar alta resistencia mecánica Con alta resistencia a la abrasión. Para resistir atmósferas extremadamente corrosivas, deben ser resistentes a los agentes químicos incluso a temperaturas extremas. De esta manera, ofrecerán protección eficiente a los equipos de fabricación y un revestimiento superficial.
Estos materiales se fabrican en condiciones extremas. La arcilla refractaria, compuesta por hasta 87,51 TP₃T de alúmina y silicatos hidratados de aluminio, se utiliza para fabricar materiales refractarios arcillosos. Debido a las diversas necesidades de la industria, se pueden utilizar diferentes minerales arcillosos, como arcilla plástica, arcilla común, bentonita y caolín.
Hasta 87% de alúmina, la cromita, la magnesita, el carburo de silicio, la sílice y otras arcillas no arcillosas, incluido el circón, se utilizan para producir materiales refractarios no arcillosos.
Los productos refractarios cerámicos abarcan desde ladrillos refractarios tradicionales de alta cocción hasta refractarios monolíticos ensacados, pasando por productos avanzados, complejos y modernos de cocción final. Los componentes modernos de cocción final incluyen hornos de varillas de resistencia, hornos de inducción de canal, hornos sin núcleo, hornos de reverbero, moldes de impacto, etc.
Los componentes preformados, llamados ladrillos y perfiles, forman excelentes baldosas para pisos, paredes y arcos de diversos equipos de alta temperatura. Los componentes sin forma forman estructuras internas monolíticas. Entre ellos se incluyen morteros de ladrillo refractario, hormigones, plásticos, mezclas para gunitado, etc.
Procesos de fabricación de refractarios
Como mencionamos anteriormente, la cerámica industrial se utiliza en todos los procesos de alta temperatura. Por ejemplo, un vehículo utiliza diferentes tipos de materiales como plásticos, vidrio y acero, todos fabricados a temperaturas extremas. El acero se fabrica a partir de hierro mediante procesos específicos, fundiéndose en un crisol a temperaturas superiores a 2000 °C.
Los revestimientos interiores del crisol de calentamiento están revestidos con materiales cerámicos para evitar que se derrita o se desgaste rápidamente. Así es como se fabrican estos maravillosos productos:
1Procesamiento de materias primas
Este paso implica la preparación de las materias primas para garantizar que tengan el tamaño, la forma y la cantidad deseados. Las materias primas se trituran y muelen antes de calcinarlas y secarlas. Según las preferencias del cliente, las materias primas pueden mezclarse en seco con compuestos químicos y minerales antes del empaquetado y envío. Esto facilita los pasos posteriores.
2Formación
A veces, las materias primas se presentan como productos separados en lugar de premezcladas. Esto ocurre cuando el fabricante las mezcla, ya sea en seco o en húmedo.
3Disparo
Este paso implica someter el material a temperaturas extremas en el horno túnel para formar las fuertes uniones cerámicas características de los materiales refractarios. El material suelto se transfiere a un aglutinante antes de moldearlo.
4. Procesamiento final
El material se someterá a expansión térmica, tras lo cual se fresará, rectificará y arenará para obtener el tamaño y la forma perfectos. Según las necesidades de la industria, el producto final puede impregnarse con alquitrán y brea antes de su envasado.
Tipos de materiales refractarios
Los tipos más comunes de materiales refractarios cerámicos son los monolíticos, arcilla refractaria, alto contenido de alúmina, zirconia, cromita, magnesitay sílice. Sin embargo, su clasificación depende de su composición química, método de fabricación y temperatura de fusión:
1Composición química
Las cerámicas refractarias de esta categoría son compuestos de uno o varios componentes con elementos inorgánicos y no metálicos.
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Materiales refractarios ácidos: Se utiliza en atmósferas ácidas y de escoria. La sílice, la zirconia y la sílice alúmina son los materiales básicos. Los principales refractarios incluyen arcilla refractaria. cuarzoy sílice.
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Materiales refractarios básicos: Se utiliza en condiciones básicas, no ácidas. Las materias primas son MgO, CaO, cromo-magnesita y dolomita. Los materiales típicos combinan elementos de magnesita calcinada a muerte, minerales de cromo y dolomita.
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Materiales refractarios neutros: Se utiliza en condiciones no básicas ni ácidas. Las materias primas incluyen óxidos de aluminio y cromo (Al₂O₃ y Cr₂O₃).
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Materiales refractarios de zirconio: El óxido de zirconio (ZrO₂) es la principal materia prima. Se caracteriza por su resistencia a altas temperaturas, estabilidad a gran volumen y alta refractariedad.
2Método de fabricación
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Refractarios cocidos: Se trata de cerámicas industriales que utilizan materias primas en polvo o granuladas que se moldean, amasan y secan. Posteriormente, se cuecen a temperaturas muy altas. Algunos ejemplos son los ladrillos con alto contenido de alúmina, sílice y arcilla refractaria.
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Refractarios no cocidos: Utilizar materiales refractarios granulares y en polvo directamente sin cocer.
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Refractarios funcionales: Se trata de materiales cerámicos que utilizan materias primas en polvo o granuladas para cumplir con requisitos específicos de forma y fundición. Pueden ser cocidos o no.
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Refractarios monolíticos: Las materias primas pueden ser granuladas o pulverulentas y no se cuecen a temperaturas muy altas. Además, se utilizan inmediatamente después de mezclarlas y tostarlas.
3Temperatura de fusión
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Materiales refractarios normales: La temperatura de fusión oscila entre 1580 y 1780 °C. Por ejemplo: arcilla refractaria.
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Materiales altamente refractarios: La temperatura de fusión oscila entre 1780 y 2000 °C. Por ejemplo: cromita.
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Materiales superrefractarios: Tienen una temperatura de fusión superior a 2000 °C. Por ejemplo: zirconia.
Preguntas frecuentes sobre materiales refractarios cerámicos
1¿Cuáles son las propiedades más deseadas de un material refractario?
Un material refractario debe tener una alta resistencia térmica para soportar temperaturas severas, alta resistencia a la oxidación y ataques químicos.
2¿Son los materiales cerámicos refractarios buenos conductores eléctricos?
Un material refractario típico resiste o inhibe el flujo de corrientes eléctricas. Por lo tanto, se utilizan como buenos aislantes térmicos y eléctricos. Sin embargo, algunos materiales, como el carburo de silicio, el carburo de boro y el subóxido de titanio, conducen la electricidad.
3¿Puede la arcilla deformarse a altas temperaturas de cocción?
Sí. La arcilla requiere temperaturas mínimas, ni muy altas ni muy bajas, durante la cocción en horno. De lo contrario, podría deformarse o fundirse, provocando el escurrimiento del esmalte. Si se cuece a temperaturas inferiores a las requeridas, los productos pueden quedar secos y demasiado blandos para su uso.
4¿Cuánto tiempo duran en uso los materiales refractarios?
Esto depende del tipo de industria en la que se utiliza el material. Por ejemplo, las industrias de fabricación de vidrio pueden usar un material cerámico hasta por 10 años. En cambio, las empresas siderúrgicas podrían necesitar reemplazar sus revestimientos superficiales cada pocas semanas.
5¿Cuál es la composición de la arcilla resistente al calor?
Las principales materias primas de la arcilla ignífuga son la alúmina y la sílice. Los compuestos se mezclan con aditivos y otros ingredientes que refuerzan la refractariedad del material.
6¿Se pueden reciclar los materiales refractarios utilizados en un crisol?
Sí. Los materiales cerámicos refractarios que ya han sido sometidos a calor extremo pueden reutilizarse para revestimiento de superficies u otras necesidades industriales.
7¿Cuáles son las aplicaciones industriales de los materiales cerámicos?
Las cerámicas refractarias se utilizan en las industrias de fabricación de vidrio, plástico y acero, metalurgia, altos hornos y otras empresas de fabricación de alta temperatura.
8¿Dónde puedo conseguir una bolsa de arcilla refractaria cerca de mí?
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