Mattoni refrattari: cosa sono? Caratteristiche tecniche, uso, posa in opera e prezzo.

Mattoni refrattari: cosa sono? Caratteristiche tecniche, uso, posa in opera e prezzo

Mattoni refrattari: caratteristiche tecniche.

I mattoni refrattari sono prodotti per l’edilizia a forma di parallelepipedo con dimensioni definite, costanti e multiple di un modulo fisso (ad esempio 2x4x9 cm) realizzati con materiale in grado di sopportare temperature elevate (secondo la normativa americana almeno superiore ai 538°C) conservando le loro caratteristiche meccaniche e non reagendo con le specie chimiche con cui, durante detto processo, vengono a contatto.

La tipologia più comune di mattoni refrattari è realizzata partendo da un impasto di argilla refrattaria, ossia ossido di Alluminio in percentuale compresa tra il 50% e l’80% e ossido di Silicio in percentuale compresa tra il 50% ed il 20%, a cui si possono essere aggiunte piccole percentuali di altri ossidi metallici.

Detto impasto viene formato in appositi stampi e fatto asciugare.

I mattoni così ottenuti sono poi cotti in forno a temperatura elevata fino al raggiungimento della parziale vetrificazione per aumentarne la resistenza meccanica.

Variando opportunamente le percentuali e le specie chimiche dell’impasto di base si otterranno molte tipologie di mattoni refrattari le cui caratteristiche peculiari varieranno, ovviamente, con le specie chimiche componenti e con i rapporti delle miscele. Così, ad esempio:

  • un impasto con elevate percentuali di ossido di silicio darà luogo a mattoni che non solo resistono a temperature elevate ma che hanno anche un basso coefficiente di dilatazione termica e quindi resistono, senza disgregarsi, agli shock termici (rapidi passaggi tra valori di temperatura elevate e basse).

  • I mattoni con elevate percentuali di ossido di alluminio resistono bene alle alte temperature ma non agli shock termici. Vengono pertanto utilizzati in quei processi in cui la temperatura deve rimanere costantemente alta.

Funzioni ed utilizzo dei mattoni resistenti al calore.

I mattoni refrattari in virtù delle caratteristiche fin qui descritte vengono utilizzati:

In ambito domestico per la realizzazione di:

  • rivestimento del braciere di camini,

  • decorazione dei caminetti,

  • forni a legna per pane o pizza,

  • realizzazione di barbecue,

  • costruzione di canne fumarie.

Nell’industria, invece, vengono utilizzati per la realizzazione di:

  • rivestimenti interni di forni di calcinazione per la produzione di calce e cemento,

  • rivestimenti degli altoforni per produzione di leghe ferrose,

  • rivestimenti interni di forni per l’industria cementifera,

  • rivestimenti interni di fornaci ed inceneritori,

  • ciminiere industriali,

  • rivestimento interno di convertitori Bessemer per produzione di ghisa ed acciaio (particolare forno a forma di pera),

  • rivestimenti di forni a manica (forni verticali utilizzati nel processo produttivo della ghisa).

Tipologie di mattoni refrattari.

I criteri secondo cui i mattoni refrattari possono essere diversificati sono più di uno. Di seguito riportiamo due dei quelli più significativi.

In funzione della loro composizione chimica potremo avere:

  • Mattoni refrattari di argilla. Sono i più comuni e perciò i più diffusi. La loro composizione teorica è Allumina (ossido di alluminio) 53% e Silice (ossido di silicio) 47%. In realtà tali percentuali sono leggermente diverse per la presenza di piccole quantità di altri ossidi come quello di ferro e di calcio. I mattoni refrattari di argilla hanno ottima resistenza alle temperature elevate ma sono sensibili all’attacco chimico delle scorie del combustibile bruciato che possono essere acide o basiche.

  • Mattoni refrattari di cromite. La cromite è un minerale roccioso con una percentuale di Cromo molto elevata (superiore al 50%). Per ottenere i mattoni di cromite si parte da un impasto costituito da minerale di cromite e caolino (minerale contenente silicati argillosi) macinati con latte di calce e catrame. I mattoni seccati che da esso si ottengono vengono poi cotti in forno a temperature molto elevate. Le caratteristiche salienti dei mattoni in cromite sono: buone doti di refrattarietà (iniziano a rammollire ben oltre i 1800°C), elevata resistenza alla compressione (tra 2 e 3 kN/cm2), resistenza all’azione acida o basica delle scorie, bassi valori di trasmittanza termica e quindi buone doti di isolamento. Per queste loro caratteristiche i mattoni di cromite sono particolarmente adatti a rivestire i forni dei processi per produzione di cemento e leghe ferrose.

  • Mattoni refrattari di magnesite. La magnesite è un minerale costituito essenzialmente da carbonato di magnesio MgCO3 e carbonato di ferro FeCO3. I mattoni che si ottengono dalla magnesite hanno ottime proprietà refrattarie, ottima resistenza meccanica ma si ritirano vistosamente (circa ¼ del loro volume iniziale) e sono sensibili all’attacco acido delle scorie.

  • Mattoni refrattari di bauxite. La bauxite è un minerale roccioso i cui componenti principali sono idrossidi ed ossidi di alluminio e di ferro. La composizione standard di un buon mattone di bauxite è di circa il 56% di ossido di alluminio, circa il 40% di ossido di silicio e circa un 4% tra ossido di ferro e ossido di magnesio. I mattoni così ottenuti hanno resistenza a temperature elevate, iniziano, infatti, a fondere oltre i 2000°C., e sono resistenti alle scorie acide. Sono utilizzati nell’industria come rivestimento dei forni per la produzione di vetro perché inattaccabili da parte dei silicati (composti di silicio ed ossigeno con formula SiO4).

  • Mattoni DINAS o di silice. La composizione chimica di un buon mattone Dinas prevede ossido di silicio in percentuale tra 95 e 98%, ossido di alluminio in percentuale tra 0,5 e 2,5%, ossido di ferro tra 0,3 e 1,2%, ossido di calcio tra lo 0,2 ed il 2%. Le sua proprietà principale è la refrattarietà il punto di fusione è superiore ai 1750°C, ma per contro sono igroscopici ed alle alte temperature tendono a disgregarsi per la comparsa di piccole fessurazioni. Vengono usati per costruire le volte dei forni per la produzione di leghe ferrose.

Altro criterio notevole con cui vengono diversificati i mattoni refrattari è in funzione della loro forma e dimensione ma dato il vastissimo campo di utilizzo, sia in ambito domestico che industriale, in commercio sono disponibili mattoni refrattari delle forme (parallelepipedo, cuneo, listello, cilindro, forma ad hoc, etc.) e dimensioni più disparate rinunciamo perciò a fornirne un lunghissimo,noioso e poco significativo elenco.

Posa in opera di questi mattoni.

In ambito delle applicazioni domestiche (realizzazione di caminetti, forni o barbecue) i mattoni refrattari si troveranno a lavorare in condizioni di temperature elevate e pertanto la loro posa in opera va effettuata con  l’uso di malte dedicate.

Le malte che si utilizzano in questo tipo di lavorazioni sono appunto quelle refrattarie, particolare tipo di malte premiscelate (i componenti sono scelti e dosati in fabbrica) e pronte all’uso con la sola aggiunta di acqua. I componenti chimici delle malte refrattarie sono solitamente gli stessi dell’impasto di base del mattone che si vuole porre in opera e quindi per lo più una miscela di ossidi di alluminio e silicio.

Approfondisci le caratteristiche della malta refrattaria.

Particolare attenzione va posta ai preliminari e quindi alla preparazione dei mattoni. Essi, infatti, devono essere preventivamente bagnati per il giusto tempo. Se, infatti, si utilizzano mattoni non adeguatamente bagnati, questi, una volta posti in opera, sottraggono acqua alla malta facendola seccare troppo rapidamente con la conseguenza di determinare pericolose tensioni che potrebbero minare la stabilita del manufatto.

Per gli scopi industriali il discorso diviene ancora più complesso perché oltre all’azione della temperatura elevata, vi è anche l’esposizione dei mattoni a materiali fusi di varia natura (ghisa, acciaio, vetro, etc.) ed a materiali chimicamente aggressivi come scorie acide o basiche, etc. Pertanto la posa in opera deve essere realizzata da personale altamente qualificato che sceglierà i prodotti più opportuni in funzione del ciclo di lavorazione che dovrà essere svolto.

Prezzo.

I costi dei mattoni refrattari sono molto variabili in funzione delle caratteristiche del mattone.

Un mattone refrattario in argilla standard ha il costo di 1 € circa.

Supervisore: Giuseppe Travaglione
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