Z jakich surowców są wykonane materiały ogniotrwałe?

Materiały wysokotemperaturowe są szeroko stosowane w przemyśle. Do ich wytwarzania wykorzystuje się szereg różnych surowców, dzięki którym nabierają specjalnych właściwości. Jak się je pozyskuje i obrabia?

Surowce klasyfikowane są przede wszystkim ze względu na strukturę – wyróżnia się te o budowie włóknistej lub ziarnistej.

1. Surowce włókniste

Wełna szklana

 Wytwarzana jest przez stapianie piasku kwarcowego i stłuczki szklanej – dodatkowo stosuje się domieszkę skał, jak na przykład dolomit, wapień czy gabro w temperaturze 1000°C. Następnie otrzymany w ten sposób surowiec przechodzi proces rozwłókniania, a do gotowych włókien dodaje się specjalne lepiszcze. Gęstość tego typu materiałów waha się od 20 kg/m3 do 150 kg/m3.

Z uzyskanego materiału wytwarza się szereg produktów, które mogą pracować w temperaturach dochodzących do 550°C – są to m.in. sznury (miękkie, twarde, kwadratowe, izolacyjne), taśmy (plecione, drabinkowe, uszczelniające), koszulki, filc, nici i tkaniny.

Materiały na bazie włókien szklanych wykorzystuje się między innymi do izolacji termicznej i akustycznej.

Włókna ceramiczne

 To bezpostaciowe lub krystaliczne syntetyczne włókna mineralne, które charakteryzują odpornością na wysokie temperatury, odpornością chemiczną, niską przewodnością cieplną, akustyczną oraz elektryczną. Wytwarzane są z nich m.in. włókna wysokotemperaturowe o długości od 40 do 250 mm i średnicy od 2,2 do 5 μm. Zależnie od zawartych w nich tlenków metali: glinu, krzemu, chromu oraz cyrkonu temperatura stosowania sięga nawet do 1600°C.

Produktami wytwarzanymi z włókien ceramicznych są maty, płyty, moduły i papier. Papier ceramiczny jest bardzo lekki i wyjątkowo elastyczny, dzięki czemu można go łatwo ciąć, zawijać oraz formować – mówi ekspert z działu technicznego firmy VITCAS POLSKA, producenta materiałów wysokotemperaturowych.

2. Surowce ziarniste

Perlit ekspandowany

 Zwany jest również szkłem wulkanicznym. Dodawany jest do betonów ogniotrwałych, tynków, zapraw oraz wylewek. Surowiec wydobywany jest głównie w okolicach Morza Śródziemnego i poddawany jest obróbce przez zastosowanie wysokiej temperatury – od 850 do 1000°C. Wówczas skała mięknie i uchodzi z niej woda (w materiale znajdują się jej niewielkie ilości) – powoduje to rozszerzenie się tworzywa i zmniejszenie jego gęstości (z 1000-1200 kg/m3 do 30-180 kg/m3).

Gotowy materiał cechuje się porowatością, sztywnością oraz niskim współczynnikiem ciepła zależnym od temperatury, średnicy włókien i gęstości (od 0,050,032 W/mK).

Wermikulit eksfoliowany

 Surowiec wydobywany jest w Ameryce Północnej, Południowej, w RPA, Kenii, w Zimbabwe i w Rosji. To minerał trójwarstwowy, który powstaje w wyniku wietrzenia flogopitu oraz biotytu – zawiera związki żelaza, glinu, wodoru, tlenu, magnezu oraz glinu. Poddawany jest działaniu wysokiej temperatury, dzięki czemu oddaje zgromadzoną wewnątrz wilgoć i zwiększa swoją objętość nawet trzydziestokrotnie. Cechy powstałego w ten sposób materiału to:

lekkość, czystość, przewodność cieplna, niepalność oraz zdolność do magazynowania wilgoci (higroskopijność).

Wytwarzane są z niego płyty stosowane przy tworzeniu izolacji, barier ogniowych lub do ochrony elementów stalowych dużych pieców przemysłowych.

Diatomit

 To odmiana ziemi okrzemkowej. Produkty z tego surowca wykonane są metodą wytłaczania, a podstawą dla nich są bardzo małe muszelki pozyskiwane z diatomitów (tworzą je pancerzyki glonów jednokomórkowych). Skała posiada wysokie właściwości izolacyjne, dzięki mikroskopijnym porom w jej strukturze.

Tworzywa ceramiczne

 To jedna większych grup surowców ziarnistych. Najpopularniejszym z nich jest szamot, otrzymywany przez zmielenie uprzednio wypalonych łupków lub gliny. Materiały z tego proszku – cegły, kręgi i płyty – charakteryzuje wysoka odporność na szybkie zmiany temperatury.

Inny materiał to cyrkon – pierwiastek z grupy metali przejściowych, występujący w dwóch różnych stanach skupienia: amorficznym oraz krystalicznym. Produkty z jego domieszką cechuje ponadprzeciętna wytrzymałość korozyjna, odporność na temperaturę sięgającą 1750°C oraz alkalia. Tworzywa zawierające cyrkon pomagają również w tworzeniu się korundu.

Opracowanie, redakcja: K.C.

Na podstawie materiałów firmy VITCAS

Materiał objęty prawem autorskim. Publikacja w części lub w całości wyłącznie za zgodą redakcji.