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 astetta, kuten niobiumia, kromia, zirkoniumia, volframia, tantaalia jne., pidetään myös tulenkestävinä materiaaleina.
Tulenkestäviä materiaaleja käytetään uuneissa, polttouuneissa, polttolaitoksissa ja reaktoreissa. Tulenkestäviä aineita käytetään myös upokkaiden ja muottien valmistuksessa lasin ja metallin valuun sekä raketin laukaisurakenteiden sulakejärjestelmien päällystykseen. Nykyään terästeollisuus ja metallivaluteollisuus käyttävät noin 60 % kaikista tulenkestävistä materiaaleista.
Tulenkestävien materiaalien ominaisuudet
Tulenkestävien materiaalien on oltava kemiallisesti ja fysikaalisesti stabiileja korkeissa lämpötiloissa. Käyttöympäristöstä riippuen niiden on kestettävä lämpöshokkia, kemiallisesti inerttejä ja/tai niillä on oltava tietyt lämmönjohtavuusalueet ja lämpölaajenemiskerroin.
Alumiinioksidit (alumiinioksidi), piin (piidioksidi) ja magnesiumin (magnesiumoksidi) oksidit ovat tärkeimmät tulenkestävien materiaalien valmistuksessa käytetyt materiaalit. Toinen tulenkestävissä materiaaleissa yleisesti esiintyvä oksidi on kalsium (kalkki)oksidi. Tulenkestävää savea käytetään laajalti myös tulenkestävien materiaalien valmistuksessa.
Tulenkestävät materiaalit on valittava niiden kohtaamien olosuhteiden mukaan. Jotkut sovellukset vaativat erityisiä tulenkestäviä materiaaleja. Zirkoniumoksidia käytetään, kun materiaalin on kestettävä erittäin korkeita lämpötiloja. Piikarbidi ja hiili (grafiitti) ovat kaksi muuta tulenkestävää materiaalia, joita käytetään joissakin erittäin ankarissa lämpötiloissa, mutta ne eivät voi joutua kosketuksiin hapen kanssa, koska ne hapettavat ja palavat.
Binääriyhdisteet, kuten volframikarbidi tai boorinitridi, voivat olla erittäin tulenkestäviä. Karboniitti on tulenkestävin binäärinen yhdiste, jonka sulamispiste on 3890 astetta. Kolmikomponenttisella tantaali-hafniumkarbidilla on yksi kaikkien tunnettujen yhdisteiden korkeimmista sulamispisteistä (4215 astetta).
Tulenkestäviä materiaaleja voidaan käyttää seuraaviin toimintoihin:
Toimii lämpöesteenä lämpöväliaineen ja säiliön seinämän välillä
Kestää fyysistä painetta ja estä lämpöväliainetta syöpymästä säiliön seinämää
Korroosionesto
Tarjoa lämpöeristys
Tulenkestävällä materiaalilla on useita hyödyllisiä sovelluksia. Metallurgisessa teollisuudessa tulenkestäviä materiaaleja käytetään uuneissa, uuneissa, reaktoreissa ja muissa astioissa, jotka sisältävät ja kuljettavat kuumia aineita, kuten metalleja ja kuonaa. Tulenkestävällä aineella on muita korkean lämpötilan sovelluksia, kuten polttolämmittimet, vetyreformerit, ammoniakin primääri- ja sekundaarireformerit, krakkausuunit, hyötykattilat, katalyyttiset krakkausyksiköt, ilmanlämmittimet ja rikkiuunit.
