Los refractarios de aislamiento térmico se refieren a refractarios con alta porosidad, baja densidad aparente y baja conductividad térmica, también conocidos como refractarios ligeros. Incluyen productos refractarios termoaislantes, fibras refractarias y productos de fibra refractaria. Según la temperatura de uso: materiales refractarios de aislamiento de baja temperatura, la temperatura de uso es inferior a 900 ℃, como ladrillos de aislamiento de diatomita, productos de sílice expandida, placas de sílice-calcio, productos de perlita expandida, etc.; refractarios de aislamiento de temperatura media, temperatura de uso de 900 ~ 1200 ℃, como ladrillos refractarios de aislamiento térmico de arcilla, fibra refractaria de silicato de aluminio, etc.; Materiales refractarios de aislamiento térmico de alta temperatura, cuya temperatura de uso es superior a 1200 ℃, como ladrillos refractarios de aislamiento térmico de aluminio, ladrillos refractarios de aislamiento térmico de alúmina, ladrillos refractarios de aislamiento silíceo, ladrillos de bola hueca de alúmina, ladrillos de bola hueca de circonia, fibra refractaria de alta alúmina, fibra refractaria policristalina (fibra de alúmina policristalina, fibra de circonia policristalina, fibra de mullita policristalina), etc.
La producción de productos refractarios termoaislantes se basa principalmente en métodos que permiten la formación de estructuras porosas, como el método de materia prima ligera, el método de calcinación, el método de espumado y el método químico. Las fibras refractarias amorfas, como las de silicato de aluminio y las de alta alúmina, se producen generalmente por fusión. Las fibras refractarias policristalinas, como las de mullita y las de alúmina, se producen mediante el método coloidal.
Las principales características de los refractarios aislantes son su alta porosidad, generalmente superior al 45%; su baja densidad aparente, que generalmente no supera los 1,5 g/cm³; y su baja conductividad térmica, generalmente inferior a 1,0 W/(m·K). Se utilizan principalmente como aislamiento térmico en hornos industriales, ya que no solo reducen la pérdida de calor, sino también la acumulación de calor en el horno, logrando así el mejor ahorro energético y reduciendo el peso de los equipos térmicos. En comparación con los ladrillos refractarios convencionales, los refractarios termoaislantes presentan una baja resistencia a la corrosión por escoria, así como una menor resistencia mecánica y al desgaste. Por lo tanto, no son adecuados para la estructura portante del horno ni para las partes en contacto directo con la escoria, la carga, el metal fundido, etc.
Método de clasificación de productos refractarios aislantes
Los productos refractarios de aislamiento térmico se refieren a productos refractarios con una porosidad no inferior al 45%. Sus principales características son la alta porosidad y la baja densidad volumétrica. Presentan una baja conductividad térmica, una reducida capacidad calorífica y un buen rendimiento de aislamiento térmico. Son materiales que conservan y resisten el calor. Pueden utilizarse como capa de aislamiento térmico para diversos equipos térmicos, e incluso como capa de trabajo. Constituyen un material de ahorro energético para la construcción de hornos. La sustitución de productos refractarios densos convencionales por productos refractarios de aislamiento térmico en la construcción de hornos puede reducir las pérdidas por almacenamiento y disipación de calor entre un 40% y un 50%, especialmente en equipos térmicos discontinuos.
Existen muchos tipos de productos aislantes y refractarios, que generalmente se dividen en tres categorías según la temperatura de uso, la densidad aparente y la forma del producto.
(1) Clasificados por densidad corporal. Aquellos con una densidad aparente de 0,4~1,3 g/cm3 son ladrillos ligeros; aquellos con una densidad aparente inferior a 0,4 g/cm3 son ladrillos ultraligeros.
(2) Clasificados por temperatura de funcionamiento. Temperatura de uso 600~900℃ para material aislante de baja temperatura; 900~120℃ para material aislante de temperatura media; más de 1200℃ para material aislante de alta temperatura.
(3) Clasificados por forma del producto: uno son ladrillos refractarios ligeros moldeados, incluidos ladrillos ligeros de arcilla, alta alúmina, silicio y algunos de óxido puro; el otro son ladrillos refractarios ligeros sin moldear, como el hormigón refractario ligero.
El método de producción de productos refractarios termoaislantes difiere del de los materiales densos en general. Existen diversos métodos, entre los que destacan la incineración, la espumación, la química y el uso de materiales porosos.
1) Método de combustión y adición de materiales. También llamado método de adición de combustibles. Se añaden materiales combustibles de fácil combustión, como carbón vegetal, serrín, etc., a la mezcla para la fabricación de ladrillos, de modo que el producto adquiera ciertos poros tras la cocción.
2) Método de remojo. Se añaden agentes espumantes, como jabón de colofonia, etc., a la arcilla para la fabricación de ladrillos, y se espuma mediante un método mecánico. Tras la cocción, se obtiene un producto poroso.
3) Método químico. Mediante una reacción química que genera gas adecuadamente, se obtiene un producto poroso en el proceso de fabricación de ladrillos, generalmente dolomita o periclasa más yeso y ácido sulfúrico como agente espumante.
4) Método de materiales porosos. Utilice tierra de diatomeas natural o clinker de espuma de arcilla artificial, esferas huecas de alúmina o circonia y otras materias primas porosas para fabricar ladrillos refractarios ligeros.
El uso de productos refractarios aislantes con baja conductividad térmica y pequeña capacidad calorífica como materiales estructurales del cuerpo del horno permite ahorrar combustible, mejorar la eficiencia de producción del equipo, reducir el peso del cuerpo del horno, simplificar su estructura, mejorar la calidad del producto y disminuir la temperatura ambiente, mejorando así las condiciones de trabajo. Los productos refractarios aislantes se utilizan principalmente como capa de aislamiento térmico, revestimiento o capa aislante del horno.
1. Ladrillos refractarios aislantes de alúmina
Los ladrillos refractarios termoaislantes de alúmina utilizan corindón fundido, alúmina sinterizada y alúmina industrial como materias primas principales para fabricar productos refractarios termoaislantes con alta resistencia a atmósferas ácidas y alcalinas, resistencia a la reducción y buena resistencia al choque térmico. Pueden utilizarse durante largos periodos a temperaturas inferiores a 1700 °C. Su proceso de producción emplea dos métodos: espumado e incineración con aditivos. Los productos fabricados mediante el método de espuma presentan una estructura uniforme, baja conductividad térmica y un buen aislamiento térmico.
Los ladrillos refractarios termoaislantes de alúmina son ligeros, con alta resistencia a la compresión, baja conductividad térmica, baja contracción volumétrica tras la re-cocción y buena resistencia al choque térmico. Se pueden utilizar como capas de aislamiento térmico en equipos térmicos de alta temperatura u hornos que interactúan directamente con las llamas, así como en el revestimiento de trabajo de equipos térmicos de precisión. Sin embargo, no son adecuados para zonas corrosivas en contacto directo con el líquido del horno y la escoria fundida. Presentan mayor estabilidad en atmósferas reductoras. La temperatura de uso depende de la pureza del producto, generalmente hasta 1650-1800 °C. Consulte la Tabla 3-105 para conocer los índices físico-químicos típicos de estos productos.
2. Ladrillos refractarios termoaislantes de alto contenido en aluminio
Los ladrillos refractarios termoaislantes de alto contenido en aluminio son productos refractarios termoaislantes con un contenido no inferior al 48% de aluminio, elaborados a partir de la materia prima principal. Estos ladrillos se fabrican principalmente con bauxita, arcilla, aglutinantes y serrín. Para mejorar su rendimiento, se les añade alúmina industrial, corindón, sillimanita, cianita y sílice. El polvo fino permite obtener productos con diferentes densidades aparentes y distintas temperaturas máximas de uso. Generalmente, la temperatura de uso oscila entre 1250 y 1350 °C, aunque algunos pueden alcanzar los 1550 °C.
Los ladrillos aislantes de alto contenido de aluminio se fabrican principalmente mediante el método de espumado, con una densidad volumétrica de entre 0,4 y 1,0 g/cm³. También pueden fabricarse mediante el método de adición de aditivos por incineración. Los índices físico-químicos de los ladrillos refractarios termoaislantes de alto contenido de aluminio se muestran en la Tabla 3-106.
Los ladrillos refractarios termoaislantes de alto contenido de aluminio se pueden utilizar para construir capas y piezas termoaislantes que no se corroen ni se desgastan por materiales fundidos a alta temperatura. Cuando están en contacto directo con la llama, la temperatura de contacto superficial de los ladrillos refractarios termoaislantes de alto contenido de aluminio no debe superar los 1350 °C. Los ladrillos refractarios termoaislantes de mullita pueden estar en contacto directo con la llama y poseen características de alta resistencia a la temperatura, alta resistencia y un importante efecto de ahorro de energía. Son adecuados para el revestimiento de hornos de pirólisis, hornos de aire caliente, hornos de rodillos cerámicos, hornos de cajón eléctricos para porcelana y diversos hornos de resistencia. El ladrillo refractario termoaislante de corindón-mullita con un contenido de Al₂O₃ del 82,4 % se puede utilizar como revestimiento de horno a 1550 °C.
3. Ladrillos refractarios aislantes a base de arcilla
Los ladrillos refractarios termoaislantes a base de arcilla son productos refractarios termoaislantes con un contenido de Al2O3 del 30 % al 48 %, elaborados con arcilla refractaria como materia prima principal, utilizando arcilla refractaria, perlas flotantes y clinker de arcilla refractaria como materias primas, a las que se añaden aglutinantes y serrín. Mediante mezcla, conformado, secado y cocción, se obtienen productos con una densidad aparente de 0,3 a 1,5 g/cm³, y su volumen de producción representa más de la mitad de los ladrillos refractarios termoaislantes.
El proceso de producción más común para ladrillos refractarios termoaislantes de arcilla es el método de adición por incineración con perlas flotantes; también se puede utilizar el método de espuma. Consulte la Tabla 3-107 para conocer los índices físicos de los ladrillos refractarios termoaislantes a base de arcilla.
Los ladrillos refractarios termoaislantes a base de arcilla tienen una amplia gama de aplicaciones. Se utilizan principalmente en equipos térmicos y hornos industriales. Son aptos para piezas que no se corroen ni se lavan con materiales fundidos a alta temperatura. Algunas superficies en contacto directo con la llama están recubiertas con una capa refractaria que reduce la erosión por escoria y polvo de gases de horno, minimizando así los daños. La temperatura de trabajo del producto no supera la temperatura de prueba de la línea de retorno. El ladrillo aislante de arcilla pertenece a un tipo de material aislante ligero con múltiples poros. Este material tiene una porosidad del 30% al 50%, y su aislamiento térmico es bajo, pero su resistencia mecánica y a la corrosión son buenas.
4. Ladrillos refractarios con aislamiento de silicona
El ladrillo refractario termoaislante silíceo se fabrica principalmente con sílice como materia prima, y el producto refractario termoaislante tiene un contenido de SiO2 inferior al 91%. Además de sus propiedades de aislamiento térmico, los ladrillos refractarios de silicio conservan en gran medida las características de los ladrillos de silicio. La temperatura inicial de reblandecimiento por carga es alta y el volumen se expande ligeramente durante el proceso de calentamiento, lo que mejora la integridad del horno.
El rendimiento de los ladrillos refractarios termoaislantes silíceos de grado GGR-1.20 para hornos industriales especificados en la norma china de la industria metalúrgica YB386-1994, la densidad aparente no es superior a 1,2 g/cm³, la resistencia a la compresión a temperatura ambiente no es inferior a 5 MPa y la temperatura de inicio de reblandecimiento bajo carga inferior a 0,1 MPa no es inferior a 1520 ℃, y el contenido de SiO₂ no es inferior al 91 %.
Este producto es adecuado para el revestimiento de hornos industriales o capas de aislamiento térmico que no estén en contacto directo con materiales fundidos a alta temperatura ni expuestos directamente a gases corrosivos. La temperatura de trabajo de la mampostería no supera los 1550 °C.
Los ladrillos refractarios termoaislantes a base de sílice son más perjudiciales para el cuerpo humano debido al polvo de sílice, y su proceso de fabricación es más complicado que el de los ladrillos refractarios termoaislantes de arcilla y con alto contenido de aluminio, y representan una pequeña proporción de la producción total de materiales refractarios termoaislantes.
5. Ladrillos refractarios aislantes de diatomita
El ladrillo aislante térmico de diatomita es un producto refractario de aislamiento térmico fabricado con diatomita como materia prima principal. Este ladrillo posee poros finos y cerrados, alta porosidad y un buen rendimiento de aislamiento térmico, pero baja resistencia mecánica, especialmente tras la humedad, cuando su resistencia disminuye significativamente. Su composición química principal es SiO2, seguido de Al2O3, además de hierro, potasio, sodio, calcio, óxidos de magnesio y otras impurezas.
Las propiedades físicas de los ladrillos aislantes de diatomita se muestran en la Tabla 3-108. Estos ladrillos presentan una baja resistencia al calor y una refractariedad de tan solo 1280 °C, por lo que su temperatura de uso es limitada. Solo pueden utilizarse en capas aislantes a temperaturas inferiores a 900 °C.
6. Productos de perlita expandida
Los productos de perlita expandida son refractarios termoaislantes, compuestos principalmente de perlita. Estos productos aislantes se fabrican con perlita expandida como árido, junto con cemento, silicato de sodio, fosfato, etc., tras un proceso de agitación, mezcla, moldeo, secado, cocción o curado. La densidad de la perlita expandida es relativamente baja, generalmente de 40 a 120 g/cm³; su refractariedad no es elevada, generalmente entre 1280 y 1360 °C. La temperatura máxima de uso varía según el aglutinante, siendo generalmente inferior a 1000 °C.
Los productos de perlita expandida se clasifican en categorías de 200, 250, 300 y 350 kg/m³ de acuerdo con la densidad aparente de los productos según la norma nacional. Según el tipo de cemento utilizado, se dividen en productos de perlita expandida ligados con cemento, productos de perlita expandida ligados con silicato de sodio, productos de perlita expandida ligados con fosfato y productos de perlita expandida ligados con asfalto.
7. Productos de vermiculita expandida
Los productos de vermiculita expandida son productos refractarios termoaislantes que utilizan vermiculita expandida como materia prima principal. Su producción se basa en el uso de vermiculita expandida de un tamaño determinado como agregado, la adición de aditivos y aglutinantes, la mezcla con agua en una proporción específica y el posterior conformado, secado, tostado o curado para obtener productos de aislamiento térmico. Los productos con diferentes densidades aparentes, aditivos y aglutinantes presentan distintas temperaturas máximas de uso, y generalmente se utilizan capas de aislamiento térmico por debajo de 1000 °C. Existen diversos tipos de productos de vermiculita expandida, que suelen clasificarse según el tipo de aglutinante y el tipo de agregado. Según el agente aglutinante, se pueden dividir en productos con aglutinante orgánico, inorgánico o compuesto orgánico e inorgánico. Según el tipo de agregado, se pueden clasificar en productos con un solo agregado, con múltiples agregados o con aditivos.
La vermiculita expandida tiene baja conductividad térmica, baja resistencia y no es impermeable, por lo que su aplicación está muy restringida. Cuando se utiliza un material cementante de alta resistencia para unir la vermiculita expandida en un producto terminado, este tendrá mayor resistencia que la vermiculita expandida y podrá soportar mayor carga; cuando se utiliza un material cementante impermeable para unir la vermiculita expandida, el producto resultante es impermeable y puede utilizarse en presencia de agua. La conductividad térmica del aglutinante suele ser mayor que la de la vermiculita expandida, por lo que la adición del aglutinante le confiere a la piedra de ostra expandida nuevos usos, pero también reduce el efecto de aislamiento térmico de la vermiculita expandida.
8. Placa de silicio de calcio
El tablero de silicato de calcio se fabrica con tierra de diatomeas y cal como materias primas principales, y los productos refractarios termoaislantes fabricados mediante la adición de fibra de refuerzo también se denominan tablero de silicato de calcio y tablero de silicato de calcio microporoso. El tablero de silicato de calcio se divide en dos categorías según su composición: una es el tablero de silicato de calcio ordinario, cuya composición química de CaO/SiO2 es de aproximadamente 0,8 y cuya composición mineral es tobermorita (tobermorita, 5CaO·6SiO2·5H2O); la otra es el silicato duro de calcio, cuya composición química de CaO/SiO2 es de aproximadamente 1,0 y cuya composición mineral es silicato duro de calcio.
El silicato de calcio tiene excelentes propiedades como capacidad pequeña, fuerte separación, baja conductividad térmica, construcción conveniente y baja tasa de pérdida. La densidad del tablero de silicato de calcio se especifica en la mayoría del mundo como no mayor de 220 kg/m3, y algunos se dividen más en 33 tipos no mayor de 220 kg/m3, no mayor de 170 kg/m3 y no mayor de 130 kg/m; China se clasifica como no mayor de 240 kg/cm3, no mayor de 220 kg/cm3, no mayor de 170 kg/cm 33 tipos. La resistencia a la compresión es mayor de 0,4 MPa, la resistencia a la flexión es mayor de 0,2 MPa; La conductividad térmica (70℃±5℃) es de 0,049～0,064W/(m·K) la temperatura de funcionamiento más alta, y la mullita torbe es de 650℃, el tipo de silicato de calcio es de 1000℃.
El tablero de silicato de calcio se puede serrar o clavar, y se puede fabricar en forma de tableros, bloques o revestimientos. Se puede utilizar como material de aislamiento térmico para tuberías térmicas y hornos industriales en la industria eléctrica, química, metalúrgica, naval, etc.; aislamiento térmico y contra incendios de edificios, instrumentos y equipos. También se puede utilizar como capa de aislamiento térmico para plataformas de hornos de secado de alta temperatura y hornos túnel. Ambas caras del tablero de silicato de calcio se pueden recubrir con chapa plástica, madera contrachapada, tablero de fibrocemento, etc. Se puede utilizar como material de aislamiento térmico. La mayoría de los materiales de ingeniería de aislamiento térmico en el mundo utilizan tablero de silicato de calcio, y en algunos países, entre el 70 % y el 80 % del uso industrial de este material representa el aislamiento térmico.
9. Ladrillo de partículas flotantes (Ladrillo de cenosfera)
Los ladrillos de cenósfera son productos refractarios termoaislantes elaborados con cenósferas como materia prima principal. A principios de la década de 1970, mi país comenzó a utilizar cenósferas de cenizas volantes para producir ladrillos refractarios termoaislantes a base de arcilla. Gracias a la sencillez del proceso y la abundancia de recursos, la calidad del producto es buena. Desde la década de 1980, se ha utilizado el método de clínker poroso o la adición de cenósferas de cenizas volantes durante la combustión para producir ladrillos de cenósfera.
Los ladrillos de cenoesfera son esferas huecas de vidrio de silicato de aluminio obtenidas a partir de cenizas volantes de centrales termoeléctricas. Poseen ligereza, paredes delgadas, estructura hueca, superficie lisa, baja conductividad térmica, buen aislamiento térmico, alta refractariedad y alta resistencia a la compresión. Gracias a estas características, se pueden fabricar materiales refractarios termoaislantes con excelente capacidad de conservación del calor. La producción de ladrillos de cenoesfera se realiza mediante un método semiseco, un proceso sencillo que no requiere acabado.
Los ladrillos Cenosphere son superiores a los materiales de aislamiento térmico de bloque medio existentes en términos de resistencia mecánica, resistencia a altas temperaturas, conductividad térmica y rendimiento de uso, y son comparables a las fibras de silicato. Este material se utiliza ampliamente en varios hornos industriales de alta temperatura a 1200 °C para lograr el objetivo de mejorar la eficiencia térmica y reducir el consumo de energía. Los ladrillos Cenosphere se utilizan en hornos industriales y equipos de alta temperatura en los sectores de metalurgia, maquinaria, química, petróleo, materiales de construcción, industria ligera, energía eléctrica y otros. Generalmente, pueden ahorrar energía entre un 15 % y un 40 %. Es un buen nuevo tipo de partición ligera. Material térmico.
10. Ladrillo de esfera hueca
Un ladrillo de esfera hueca de alúmina
El ladrillo de esfera hueca de alúmina es un producto refractario termoaislante que tiene como materia prima principal la esfera hueca de alúmina. Los indicadores técnicos típicos de los ladrillos de esfera hueca de alúmina son: contenido de Al2O3 no inferior al 98%, contenido de SiO2 no superior al 0,5%, contenido de Fe2O3 no superior al 0,2%, densidad aparente de 1,3~1,4 g/cm3, porosidad aparente del 60%~80%, resistencia a la compresión no inferior a 9,8 MPa, temperatura de reblandecimiento de la carga (0,2 MPa) no inferior a 1700 ℃ y conductividad térmica de 0,7~0,8 W/(m·K).
En comparación con los productos refractarios y de aislamiento térmico convencionales, el ladrillo de esfera hueca de alúmina se caracteriza por una gran cantidad de poros cerrados. Por lo tanto, posee una alta resistencia y una estructura porosa estable, baja densidad y baja conductividad térmica. Se utiliza principalmente para revestimientos de hornos industriales a altas temperaturas (inferiores a 1800 °C), como ladrillos de revestimiento para hornos de alta temperatura en las industrias refractaria, electrónica y cerámica; capas de aislamiento térmico para equipos térmicos de alta temperatura, como hornos de gasificación en la industria petroquímica, hornos de gas, reactores industriales de carbón; y ladrillos aislantes para hornos de inducción en la industria metalúrgica.
B Ladrillo de esfera hueca de zirconia
El ladrillo de esferas huecas de circonia es un producto refractario termoaislante fabricado con esferas huecas de circonia como materia prima principal. La fase cristalina principal de este ladrillo es la circonia cúbica (aproximadamente del 70 % al 80 % de la composición mineral), y su rendimiento típico es: la refractariedad es superior a 2400 ℃, la porosidad aparente es del 55 % al 60 %, la densidad volumétrica es de 2,5 a 3,0 g/cm³, la resistencia a la compresión no es inferior a 4,9 MPa y la conductividad térmica es de 0,23 a 0,35 W/(m·K).
Las esferas huecas de circonia son productos refractarios termoaislantes de excelente rendimiento. La temperatura máxima de uso seguro es de 2200 °C. Los ladrillos de esferas huecas de circonia poseen una resistencia relativamente alta a altas temperaturas y una estructura porosa estable, por lo que pueden utilizarse de forma segura a 2200 °C. Estos ladrillos tienen baja densidad y baja conductividad térmica, lo que reduce tanto la pérdida de calor como su acumulación. Por lo tanto, como material de revestimiento de alta temperatura en contacto directo con la llama en equipos térmicos de industrias como la metalurgia, el petróleo, la química y la electrónica, reduce el consumo de energía y el peso del horno, con un buen rendimiento.
Fecha de publicación: 26 de noviembre de 2021