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 degrés, tels que le niobium, le chrome, le zirconium, le tungstène, le tantale, etc., sont également considérés comme des matériaux réfractaires.
Les matériaux réfractaires sont utilisés dans les fours, les fours, les incinérateurs et les réacteurs. Les réfractaires sont également utilisés dans la fabrication de creusets et de moules pour couler le verre et le métal, ainsi que dans le revêtement des systèmes de fusibles pour les structures de lancement de fusées. Aujourd'hui, l'industrie sidérurgique et l'industrie de la fonderie de métaux utilisent environ 60 % de tous les matériaux réfractaires.
Caractéristiques des matériaux réfractaires
Les matériaux réfractaires doivent être chimiquement et physiquement stables à haute température. En fonction de l'environnement d'exploitation, ils doivent être résistants aux chocs thermiques, chimiquement inertes et/ou avoir des plages spécifiques de conductivité thermique et de coefficient de dilatation thermique.
Les oxydes d'aluminium (oxyde d'aluminium), de silicium (silice) et de magnésium (oxyde de magnésium) sont les matériaux les plus importants utilisés dans la fabrication des réfractaires. Un autre oxyde couramment trouvé dans les matériaux réfractaires est l’oxyde de calcium (chaux). L'argile réfractaire est également largement utilisée dans la fabrication de matériaux réfractaires.
Les matériaux réfractaires doivent être sélectionnés en fonction des conditions auxquelles ils seront confrontés. Certaines applications nécessitent des matériaux réfractaires spéciaux. La zircone est utilisée lorsque le matériau doit résister à des températures extrêmement élevées. Le carbure de silicium et le carbone (graphite) sont deux autres matériaux réfractaires utilisés dans des conditions de température très difficiles, mais ils ne peuvent pas entrer en contact avec l'oxygène car ils s'oxydent et brûlent.
Les composés binaires tels que le carbure de tungstène ou le nitrure de bore peuvent être très réfractaires. La carbonite est le composé binaire le plus réfractaire connu, avec un point de fusion de 3890 degrés. Le composé ternaire carbure de tantale-hafnium possède l'un des points de fusion les plus élevés de tous les composés connus (4215 degrés).
Les matériaux réfractaires peuvent être utilisés pour les fonctions suivantes :
Agit comme une barrière thermique entre le fluide thermique et la paroi du conteneur
Résiste à la pression physique et empêche le fluide thermique d'éroder la paroi du conteneur
Anticorrosion
Assurer une isolation thermique
Les réfractaires ont une variété d’applications utiles. Dans l'industrie métallurgique, les matériaux réfractaires sont utilisés pour garnir les fours, les fours, les réacteurs et autres cuves qui contiennent et transportent des fluides chauds tels que des métaux et des scories. Les réfractaires ont d'autres applications à haute température telles que les réchauffeurs à combustion, les reformeurs d'hydrogène, les reformeurs primaires et secondaires d'ammoniac, les fours de craquage, les chaudières de service, les unités de craquage catalytique, les réchauffeurs d'air et les fours à soufre.
