Refrattari. Catalogo SEPR

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1 Refrattari Il forno è costruito su una struttura in carpenteria metallica sovrapponendo a secco i mattoni refrattari. La tenuta è garantita da cornici metalliche che tengono premuti assieme i mattoni. Molta attenzione va posta nella fase di accensione del forno (che poi resta sempre acceso per circa cinque-dieci anni ad una temperatura compresa fra i 1300 e 1500 C) a causa delle relative dilatazioni tra refrattari e struttura metallica. 1

2 Refrattari più comuni Ossidi refrattari Ceramics and Glasses, Engineered Materials Handbook, vol. 4, ASM international, USA, 2000 I refrattari sono prodotti a partire da miscele di ossidi (con piccole frazioni di impurezze) per pressatura e successiva sinterizzazione o mediante elettrofusione (fusione in forno elettrico). Gli ossidi refrattari sono prodotti con materie prime più pure solo mediante pressatura e sinterizzazione. Il loro costo è circa dieci volte superiore a quello dei refrattari comuni. Note: 1) temperatura massima alla quale riescono a sopportare il proprio peso; 2) la conducibilità termica deve essere in genere bassa per non dover ricorrere a pareti troppo spesse (T int 1300 C, T est C); 4) refrattarietà sotto carico = temperatura massima alla quale il materiale sopporta il carico indicato. 2

3 tipo A: refrattario AZS I refrattari AZS (allumina-zirconia-silice) sono i più comuni nei forni per vetro. Sono prodotti per elettrofusione. Sono usati per la suola, le pareti e i rigeneratori. Note: 1) blocco di parete; 2) terminale della canaletta; 3) piastra della suola. 3

4 tipo B: refrattario AZS tipo C: refrattario AZS con Cr2O3 (maggior resistenza meccanica e chimica) I refrattari AZS più ricchi in zirconia (tipo B) sono in genere più resistenti meccanicamente. I refrattari contenenti ossido di cromo (tipo C) sono usati nella zona dei bruciatori vista la loro maggior resistenza all aggressione chimica e alle alte temperature. 4

5 tipo D: refrattario cromo-magnesiaco (per vetri basici - ricchi in alcali) tipo E: refrattario alluminoso (maggior resistenza meccanica) I refrattari cromo-magnesiaci (tipo D) vengono impiegati al posto degli AZS per produrre vetri basici (ricchi in alcali, quali le fibre di vetro). I refrattari alluminosi (tipo E) sono spesso usati per le canalette vista la loro maggior resistenza all usura. 5

6 Problematiche nella fusione - corrosione dei refrattari (solubilizzazione, fusione) - corrosione degli elettrodi (ossidazione) - volatilizzazione di materie prime basso-fondenti - reazioni di ossido-riduzione - devetrificazione difetti nel fuso - inclusioni (pietre di refrattario o di infusi) - bolle - disomogeneità chimiche - colore Vetri, G. Scarinci, T. Toninato e B. Locardi, Casa Editrice Ambrosiana, 1977 Nonostante la loro elevata resistenza, i refrattari vanno incontro a fenomeni di degrado causati dalla solubilizzazione di loro frazioni nel vetro o dal rammollimento o fusione di loro componenti. Gravoso è il degrado in corrispondenza dei giunti e del pelo libero. Per questo si preferisce la configurazione a palizzata rispetto a quella a blocchi per la realizzazione delle pareti del forno. Fenomeni ossidativi riguardano anche gli elettrodi (in grafite o molibdeno). Alcune materie prime possono sublimare o evaporare, facendo variare la composizione del vetro. Altro problema riguarda la devetrificazione (=cristallizzazione); tale fenomeno può avvenire nelle fasi di affinaggio o di trasporto nelle canalette a causa di locali riscaldamenti del fuso. 6

7 Reazioni di ossido-riduzione Pressione parziale dell ossigeno Fe 2+ + q/4 O 2 = Fe 3+ + q/2 O 2- J. Am. Ceram. Soc., vol. 81[5], , 1998 Molti metalli possono essere presenti nella fase liquida in diversi stati di ossidazione a seconda soprattutto della pressione parziale dell ossigeno nell atmosfera del forno. Altro fattore importante (spesso legato più alla pratica industriale che a specifiche teorie) è anche la presenza nel bagno di agenti ossidanti o riducenti o di altri metalli con diverso stato di ossidazione. Uno degli effetti fondamentali delle reazioni di ossidoriduzione nel bagno è il colore finale del vetro. 7