Refractaire keramische materialen spelen een essentiële rol in de meeste (zo niet alle) hogetemperatuurverwerkingsindustrieën. Ze vertonen een ongelooflijke thermische weerstand en duurzaamheid. Veel sectoren maken nu gebruik van hun vermogen om hoge temperaturen te weerstaan zonder te vervormen of te verweken. Industrieën hebben daarom een link tussen geavanceerde verwerkingstechnieken en nieuwe materialen, wat cruciaal is voor het creëren van schaalbare productieoplossingen.
In dit artikel leest u alles over deze futuristische materialen, inclusief hun fundamentele rol in verschillende economische sectoren.
Laten we beginnen met de basis!
Wat is een refractair keramisch materiaal?
"Keramisch" is afgeleid van het Oudgriekse woord "Keramos", wat verbrande dingen betekent. "Keramos" verwees naar voorwerpen gemaakt van natuurlijke materialen die extreme temperaturen hadden overleefd. Tegenwoordig wordt keramiek algemeen gebruikt voor anorganische, niet-metalen materialen die worden gebruikt bij of verwerkt onder hoge temperaturen.
In essentie is een vuurvast materiaal een materiaal dat een hoge stijfheid, veerkracht en zuiverheid vertoont bij extreem hoge temperaturen. Het wordt gebruikt om warmte vast te houden of over te dragen. Het kan ook worden gebruikt als bescherming tegen chemische processen en reacties bij hoge temperaturen.
Het vermogen van vuurvaste materialen om tijdens dergelijke processen chemisch inert en mechanisch stabiel te blijven, wordt benut bij de productie van vloeibare metalen en legeringen.
In de glasverwerking houden vuurvaste materialen warmte vast en beschermen ze het glasproduct tegen chemische verontreiniging. Cementproducenten gebruiken ze om hun staalfabrieken te beschermen tegen hitte en chemische reacties. Daarnaast kunnen vuurvaste producten worden gebruikt voor warmteoverdracht in hoogovens.
Refractaire materialen zijn doorgaans bestand tegen zeer gasvormige omgevingen met hoge temperaturen, wat de productie van andere producten vergemakkelijkt. Ze kunnen poreus of niet-poreus zijn. Afhankelijk van de kristalliniteit worden vuurvaste keramische materialen geclassificeerd als composiet, amorf, kristallijn of polykristallijn.
Chemici en natuurkundigen bewerken elementen zoals zirkonium, silicium, magnesium, boor en calcium om aan verschillende industriële behoeften te voldoen. De elementen worden gecombineerd met carbiden, oxiden of nitriden om zeer resistente, corrosiebestendige en thermisch bestendige materialen te vormen.
Bijvoorbeeld, zirkoonoxide (zirkonia) en siliciumcarbide Zijn twee hoogwaardige vuurvaste materialen die stijf blijven bij extreem hoge temperaturen. Binaire verbindingen zoals boornitride, wolfraamcarbide en hafniumcarbide zijn zeer vuurvast, met een smeltpunt van 3890 °C.
Sommige van deze verbindingen zijn bestand tegen extreme temperaturen, maar kunnen verbranden bij blootstelling aan zuurstof. Andere, zoals molybdeendisilicide, zijn geschikt voor gebruik als verwarmingselementen, terwijl andere worden gebruikt als vuurvaste bekleding.
Het productieproces van vuurvaste keramiek
Over het algemeen moet een vuurvast materiaal bestand zijn tegen hoge temperaturen van niet lager dan 538 °C (1.000 °F). hoge mechanische sterkte Met een hoge slijtvastheid. Om extreem corrosieve atmosferen te kunnen weerstaan, moeten ze bestand zijn tegen chemische stoffen, zelfs bij extreme temperaturen. Zo bieden ze efficiënte bescherming en oppervlaktebekleding voor productieapparatuur.
Dergelijke materialen worden onder extreme omstandigheden geproduceerd. Vuurvaste klei, bestaande uit maximaal 87,51 TP3T aluminiumoxide en gehydrateerde aluminiumsilicaten, wordt gebruikt om vuurvaste kleimaterialen te maken. Vanwege de uiteenlopende behoeften van de industrie kunnen verschillende kleimineralen worden gebruikt, zoals ball clay, gewone klei, bentoniet en kaolien.
Tot 87% van aluminiumoxide, chromiet, magnesiet, siliciumcarbide, silica en andere niet-kleisoorten, waaronder zirkoon, worden gebruikt om niet-klei vuurvaste materialen te produceren.
Keramische vuurvaste producten variëren van traditionele hooggebakken vuurvaste stenen tot monolithische vuurvaste materialen in zakken, en van geavanceerde, complexe tot moderne producten met een finishbak. Moderne componenten met een finishbak zijn onder andere ovens met weerstandsstaven, kanaalinductieovens, ovens zonder kern, galmovens, slagvormen, enz.
De voorgevormde componenten, stenen en vormen genaamd, vormen uitstekende vloertegels, muren en bogen voor diverse hogetemperatuurapparatuur. Ongevormde componenten vormen interne, monolithische structuren. Deze omvatten vuurvaste baksteenmortels, gietstukken, kunststoffen, spuitgietmengsels, enz.
Refractaire productieprocessen
Zoals we eerder al zeiden, wordt industriële keramiek gebruikt in alle processen met hoge temperaturen. Een voertuig bijvoorbeeld bestaat uit verschillende materialen, zoals kunststoffen, glas en staal, die allemaal onder extreme temperaturen worden geproduceerd. Staal wordt met behulp van specifieke processen van ijzer gemaakt, waarbij het in een smeltkroes wordt gesmolten bij temperaturen boven de 2000 °C.
De binnenkant van de verhittingskroes is bekleed met keramisch materiaal om te voorkomen dat de smeltkroes snel smelt of slijt. Zo worden deze fantastische producten gemaakt:
1Grondstofverwerking
Deze stap omvat het voorbereiden van de grondstoffen om ervoor te zorgen dat ze de gewenste grootte, vorm en hoeveelheid hebben. De grondstoffen worden gebroken en gemalen voordat ze worden gecalcineerd en gedroogd. Afhankelijk van de voorkeur van de klant kunnen de grondstoffen droog worden gemengd met chemische verbindingen en mineralen voordat ze worden verpakt en verzonden. Dit vergemakkelijkt de volgende stappen.
2Vormen
Soms worden grondstoffen geleverd als aparte producten in plaats van voorgemengd. Dit gebeurt wanneer de fabrikant ze mengt, hetzij droog, hetzij vochtig.
3Vuren
Deze stap omvat het blootstellen van het materiaal aan extreme temperaturen in de tunneloven om sterke keramische verbindingen te vormen die kenmerkend zijn voor vuurvaste materialen. Het losse materiaal wordt vervolgens overgebracht naar een bindmiddel voordat het wordt gevormd.
4Eindverwerking
Het materiaal ondergaat thermische uitzetting, waarna het wordt gefreesd, geslepen en gezandstraald voor de perfecte maat en vorm. Afhankelijk van de behoeften van de industrie kan het eindproduct vóór verpakking worden geïmpregneerd met teer en pek.
Soorten vuurvaste materialen
De meest voorkomende soorten keramische vuurvaste materialen zijn monolithisch, vuurklei, hoog aluminiumoxide, zirkonia, chromiet, magnesieten silica. Hun categorisering hangt echter af van hun chemische samenstelling, productiemethode en smelttemperatuur:
1Chemische samenstelling
Refractaire keramische materialen in deze categorie zijn enkelvoudige of meervoudige verbindingen met anorganische en niet-metalen elementen.
-
Zuurbestendige vuurvaste materialen: Wordt gebruikt in slakken- en zure atmosferen. Silica, zirkonia en aluminiumoxide zijn de basismaterialen. De belangrijkste vuurvaste materialen zijn vuurvaste klei, kwarts, en siliciumdioxide.
-
Basis vuurvaste materialen: Wordt gebruikt in basische, niet-zure omstandigheden. MgO, CaO, chroommagnesiet en dolomiet zijn de grondstoffen. Typische materialen combineren elementen van doodgebrand magnesiet, chroomerts en dolomiet.
-
Neutrale vuurvaste materialen: Wordt gebruikt in niet-basische, niet-zure omstandigheden. Grondstoffen zijn onder andere aluminium- en chroomoxiden (Al2O3 en Cr2O3).
-
Vuurvaste materialen van zirkoniumoxide: Zirkoniumoxide (ZrO2) is de belangrijkste grondstof. Het wordt gekenmerkt door hoge temperatuurbestendigheid, hoge volumestabiliteit en hoge vuurvastheid.
2. Fabricagemethode
-
Gebakken vuurvaste materialen: Dit zijn industriële keramische materialen die gebruikmaken van poedervormige of korrelige grondstoffen die worden gevormd, gekneed en gedroogd. Ze worden vervolgens gebakken op zeer hoge temperaturen. Voorbeelden hiervan zijn bakstenen met een hoog aluminiumoxidegehalte, silica en vuurvaste klei.
-
Niet-gebakken vuurvaste materialen: Gebruik korrelige en poedervormige vuurvaste materialen direct zonder te bakken.
-
Functionele vuurvaste materialen: Dit zijn keramische materialen die gebruikmaken van poeder- of korrelvormige grondstoffen om te voldoen aan specifieke vorm- en smeltvereisten. Ze kunnen gebakken of niet-gebakken zijn.
-
Monolithische vuurvaste materialen: De grondstoffen kunnen korrelig of poedervormig zijn en worden niet op zeer hoge temperaturen gebakken. De grondstoffen worden ook direct na het mengen en grillen gebruikt.
3Fusietemperatuur
-
Normale vuurvaste materialen: De smelttemperatuur ligt tussen 1580 en 1780 °C. Bijvoorbeeld: vuurklei
-
Hoogvuurvaste materialen: De smelttemperatuur ligt tussen 1780 en 2000 °C. Bijvoorbeeld: chromiet
-
Supervuurvaste materialen: Een smelttemperatuur hebben boven 2000°C. Bijvoorbeeld: zirkonia
Veelgestelde vragen over keramische vuurvaste materialen
1Wat zijn de meest gewenste eigenschappen van een vuurvast materiaal?
Een vuurvast materiaal moet een hoge thermische weerstand hebben om extreme temperaturen te kunnen weerstaan, een hoge oxidatiebestendigheid en chemische aantasting.
2Zijn vuurvaste keramische materialen goede elektrische geleiders?
Een typisch vuurvast materiaal biedt weerstand tegen of remt de doorstroming van elektrische stroom. Daarom worden ze gebruikt als goede thermische en elektrische isolatoren. Sommige materialen, zoals siliciumcarbide, boorcarbide en titaniumsuboxide, geleiden echter wel elektriciteit.
3Kan klei vervormen bij hoge baktemperaturen?
Ja. Klei vereist een niet al te hoge en niet al te lage temperatuur tijdens het bakken in de oven. Anders kan het vervormen of smelten, waardoor het glazuur eraf loopt. Als het op een lagere temperatuur wordt gebakken dan vereist, kunnen de producten droog en te zacht worden om te gebruiken.
4Hoe lang gaan vuurvaste materialen mee?
Dit is afhankelijk van de industrie waarin het materiaal wordt gebruikt. Zo kunnen glasverwerkende industrieën een keramisch materiaal tot wel 10 jaar gebruiken. Staalbedrijven moeten hun oppervlaktebekleding daarentegen mogelijk om de paar weken vervangen.
5Wat is de samenstelling van hittebestendige klei?
De belangrijkste grondstoffen van vuurvaste klei zijn aluminiumoxide en silica. De verbindingen worden gemengd met additieven en andere ingrediënten die de vuurvastheid van het materiaal ondersteunen.
6Kunnen de vuurvaste materialen die in een smeltkroes worden gebruikt, gerecycled worden?
Ja. Refractaire keramische materialen die al aan extreme hitte zijn blootgesteld, kunnen worden hergebruikt voor oppervlaktebekleding of andere industriële doeleinden.
7Wat zijn de industriële toepassingen van keramische materialen?
Refractaire keramische materialen worden gebruikt in de glas-, kunststof- en staalverwerkende industrie, de metaalindustrie, hoogovens en andere hogetemperatuurproductiebedrijven.
8Waar kan ik bij mij in de buurt een vuurvaste kleizak krijgen?
GGKERAMISCH.com is een toonaangevend keramisch bedrijf dat al bijna twintig jaar bestaat. Dankzij hun ultramoderne productieprocessen bent u verzekerd van hoogwaardige vuurvaste kleizakken, gietbaar vuurvast cement en vuurvast beton. GGSCERAMIC.com is een ideaal startpunt als u op zoek bent naar een keramiekbedrijf dat alles in één keer levert en zijn producten gratis naar u overal naartoe verzendt.