REFRATTARÎ, MATERIALI
REFRATTARÎ, MATERIALI (XXVIII, p. 977)
In questi ultimi anni si nota una netta tendenza alla specializzazione dei tipi e sottotipi, in funzione delle esigenze particolari d'impiego; ed è evidente un progressivo perfezionamento delle singole qualità.
Refrattarî silicei. - I prodotti in silice possono, a seconda delle applicazioni, suddividersi nelle seguenti principali categorie: materiali per batterie di distillazione fossile, per forni Martin, per forni elettrici, per forni da vetro, per altri impieghi.
Notevole importanza hanno i refrattarî silicei per batterie da gas, per i notevoli quantitativi in gioco e perché al prodotto si richiedono qualità speciali; in particolare, il materiale siliceo per gas deve avere una percentuale quanto più alta possibile di tridimite, contro un assai ridotto tenore di quarzo non trasformato. Si esige ancora una porosità abbastanza ridotta, per resistere convenientemente all'attacco chimico dei carboni in distillazione, e una regolarità geometrica di forma, che consenta una perfetta esecuzione delle murature.
I materiali in silice per forni Martin ed elettrici devono avere temperatura di fusione assai elevata; per la loro fabbricazione si richiede quindi l'impiego di quarziti piuttosto pure, e il tenore dei fondenti e mineralizzatori introdotto in lavorazione deve essere ridotto al minimo indispensabile. I materiali per forni Martin devono avere porosità molto ridotta, al fine di limitare la penetrazione di scorie fondenti, spesso di natura basica; ai prodotti per vòlte di forni elettrici si richiede invece una certa resistenza specifica agli sbalzi termici, il che è assai difficile ad ottenersi, essendo che il materiale in silice, data la sua costituzione cristallina e il notevole coefficiente di dilatazione tra 0° e 700°, è molto sensibile alle variazioni di temperatura in tale campo. Nei materiali destinati a forni Martin ed elettrici si preferisce una struttura eminentemente cristobalitica, in quanto detta forma cristallina è quella avente la massima temperatura di fusione; non si esige però una completa trasformazione come per i refrattarî da gas, ammettendosi piccola postvariazione di volume, che taluni ritengono anzi favorevole ad una buon "serraggio" delle murature.
Per le vòlte di forni da vetro non è necessaria una refrattarietà eccezionale, poiché le temperature non raggiungono valori troppo elevati; si richiede invece la massima impermeabilità ai vapori alcalini che si sviluppano dalla miscela in fusione e che sono fortemente aggressivi nei confronti della silice.
In qualche caso, ai prodotti silicei a legante calcareo (ted. Kalkdinas) si preferiscono quelli a legante argilloso (ted. Tondinas); quando il tenore in allumina supera un certo limite, si hanno i cosiddetti "semiacidi", che sono fondamentalmente silico-alluminosi con forte tenore di silice libera. Essi presentano qualità intermedie tra i materiali silicei e i silico-alluminosi veri e proprî ma, generalmente, hanno temperatura di cedimento sotto carico e di fusione relativamente bassa: rispetto ai silico-alluminosi presentano il vantaggio di una notevole stabilità di volume e, nei confronti della silice, maggior resistenza alle variazioni termiche.
Per la produzione dei refrattari silicei si ricorre alla lavorazione a mano o, per le forme di serie, allo stampaggio a macchina con sistemi analoghi a quelli impiegati per i silico-alluminosi a secco (v. appresso). Un procedimento che sta attualmente sviluppandosi con risultati lusinghieri è costituito dalla vibroformatura, per mezzo di tavoli vibranti.
Refrattarî silico-alluminosi. - È largamente diffusa la suddivisione in categorie a seconda del tenore in Al2O3, attribuendosi maggior pregio ai maggiori titoli di allumina (fino al massimo di circa il 46%, che corrisponde alla caolinite). A parità di sistema di lavorazione e di percentuale di impurezze (Fe2O3, CaO, MgO, alcali, ecc.) questo criterio è fondamentalmente esatto; ma, appunto per la notevolissima influenza sulla qualità da parte di altri elementi, oltre che del titolo di Al2O3, e per la incostanza di questo, deve essere assunto con la massima cautela.
Va assumendo sempre maggiore importanza la lavorazione "a secco", realizzata impiegando miscele di materiale cosiddetto "magro" (chamottes, rottami, ecc.) in appropriate composizioni granulometriche, e di piccole percentuali di "barbotine" o "paste leganti", ottenute stemperando con acqua e fluidificando con opportuni elettroliti argille plastiche.
L'impasto si presenta come una miscela granulare poco umida (5÷10%) che, per la lavorazione, abbisogna di forti pressioni in stampi per lo più metallici; si impiegano allo scopo presse idrauliche, a ginocchio, a frizione, pestelli pneumatici, ecc.
La lavorazione "a secco" permette di realizzare notevoli vantaggi, e cioè diminuzione del tempo di essiccazione del materiale crudo, basso ritiro in essiccazione e in cottura e quindi perfezione di forma del prodotto, miglioramento generale delle caratteristiche (bassa porosità, elevata resistenza alla compressione a caldo e a freddo, ecc.).
La "trafilatura" o "estrusione" s'impiega per lo più nella fabbricazione di tubi e, in genere, di pezzi forati; il processo di "colaggio", del tutto simile a quello per ceramiche e apparecchi sanitarî, utilizza paste refrattarie assai fluide e stampi di gesso; in tal modo vengono prodotti, con soddisfacenti risultati, i crogioli da vetro.
Anche per i silico-alluminosi è chiara la tendenza alla specializzazione dei sottotipi; si ricordano, tra gli impieghi che richiedono qualità speciali, alti forni, siviere, cubilotti, forni da cemento rotanti e verticali, forni da calce, forni a bacino per vetro, ecc. Particolarmente importante e interessante è la produzione di blocchi per forni da vetro, trattandosi di pezzi che possono anche raggiungere i 500 kg. di peso.
Refrattarî alluminosi. - Oltre che i materiali ottenuti con impiego di bauxite calcinata, rientrano in questa classe i materiali in sillimanite ed in corindone. I primi sono ottenuti mercé l'impiego di minerali del gruppo della sillimanite (sillimanite, cianite e andalusite, la cui formula comune è Al2O3.SiO2) e che, ad elevata temperatura, si decompongono tutti in mullite (3 Al2O3 2 SiO2) e silice; la denominazione di sillimanite è dunque effettivamente impropria, ma è ormai invalsa nella pratica. Questi prodotti hanno caratteristiche assai pregevoli, quali temperatura di fusione elevata (oltre 1800° C), costanza di volume, basso coefficiente di dilatazione, buona resistenza agli sbalzi termici e all'attacco di scorie acide e basiche; hanno vasti campi di applicazione tra cui importante l'impiego nei forni a bacino per vetro. Prodotti analoghi sono quelli fabbricati con diasporo, minerale costituito essenzialmente da idrato di alluminio, cui si associano sempre silice, titanio, ferro, ecc.
I prodotti in corindone non sono che miscele appropriate di argille cotte e crude e di elettrocorindone opportunamente granulato; il loro titolo in Al2O3 e le caratteristiche sono variabili in funzione della composizione delle miscele; l'elevato costo ne limita l'impiego ai casi nei quali i silico-alluminosi non offrono sufficiente garanzia di resistenza, specie per la stabilità di volume, con o senza carico, a temperatura elevata.
Refrattarî magnesiaci. - Nella fabbricazione dei mattoni con l'impiego di magnesite "cotta a morte" o "sinterizzata" si è abbandonato l'impiego di magnesia caustica (aggiunta, un tempo, in piccola percentuale, con funzione di agglomerante); si preferisce ora ricorrere, oltre che ad una appropriata granulazione, a pressioni di formatura assai elevate (fino a 1500 kg/cmq) e ad alte temperature di cottura, che sopperiscono alla mancanza del legante. Si impiegano ancor oggi modeste aggiunte di colloidi organici e, talvolta, di fondenti, per favorire l'agglomerazione a crudo e in cottura e per correggere eventuali manchevolezze della materia prima. Una magnesite adatta a prodotti refrattarî deve avere una composizione del tipo seguente: MgO min. 85%, Fe2O3 min. 3% fino a 8%, Al2O3 max. 3%, SiO2 max. 5%, CaO max. 3%.
Oltre ai materiali in magnesite sinterizzata, vengono impiegati varî prodotti a base di silicati ed alluminati di magnesio, naturali o artificiali (foersterite, ecc.) ottenuti con impiego di olivina, serpentino, ecc. sono interessanti i prodotti speciali, tra i quali un particolare tipo che, a differenza del materiale magnesiaco normale, cosiddetto metallurgico, ha una discreta resistenza alle variazioni di temperatura e che s'usa principalmente per il rivestimento della zona di cottura dei forni rotanti da cemento.
La magnesite sinterizzata viene largamente impiegata in miscela con minerale di cromo; a seconda delle percentuali presenti nella composizione, si ha tutta una serie di "cromo-magnesiaci", che per talune peculiari caratteristiche vengono preferiti ai magnesiaci in molte applicazioni metallurgiche e siderurgiche.
In America vengono correntemente impiegati mattoni in magnesite sinterizzata, crudi, il che consente una notevole economia di costo.
Per la fabbricazione di materiale altamente basico, si impiega altresì la dolomite calcinata, che, peraltro, pochissimo resiste all'umidità atmosferica, a causa del forte tenore di calce; ciò impedisce la conservazione dei prodotti ed obbliga all'immediato impiego.
Ancora in America si è riusciti a fabbricare mattoni in dolomite stabilizzati, che possono quindi essere conservati ed impiegati in sostituzione dei prodotti magnesiaci; analogamente ai materiali in cromo-magnesia, si fabbricano e si impiegano i materiali in cromo-dolomia.
Elettro-refrattarî. - Pur non rientrando nella normale terminologia, si ritiene opportuno comprendere in questa categoria un'importante classe di prodotti, la cui lavorazione viene effettuata con l'ausilio di forni elettrici, e precisamente: a) prodotti ottenuti per elettrofusione diretta; b) prodotti ottenuti con impiego di materie prime, sintetiche o meno, elettrofuse o, comunque, elettroprodotte; c) prodotti cotti in forno elettrico.
I materiali elettrofusi hanno in genere porosità pressoché nulla e una straordinaria resistenza a tutte le sollecitazioni termiche, meccaniche e chimiche; la loro durata, p. es., nei forni a bacino è assai superiore a quella realizzata con i tipi normali, e ciò può compensare il maggior costo del prodotto. La fabbricazione di materiali per "colata", mediante elettrofusione, è per ora limitata ai blocchi per forni a bacino da vetro.
Formati dei refrattari. - La grande massa dei materiali impiegati nell'esecuzione delle strutture refrattarie è rappresentata da mattoni e forme derivate (doppî mattoni, mezzi mattoni, tavelle, ecc.) e da pezzi rastremati (cunei, coltelli, ecc.), questi ultimi per archi e vòlte. La complessità delle opere richiede però anche l'impiego di notevoli quantitativi di pezzi speciali, delle più svariate forme e dimensioni.
Malte refrattarie e masse da pigiata. - Le malte refrattarie vengono preparate stemperando con acqua, fino ad ottenere la plasticità desiderata, i cementi refrattarî costituiti da miscele finemente polverizzate, di composizione generalmente simile, o almeno della stessa natura, a quella del materiale da murarsi.
Anche per le malte si richiedono particolari caratteristiche di refrattarietà, resistenza meccanica, ecc.; in più devono presentare una certa attitudine a far presa, che si manifesta per lo più a temperatura elevata, ma che è preferibile si sviluppi anche a temperatura ordinaria; a tale scopo si introducono talvolta nella composizione sostanze atte a provocare tale presa a freddo (p. es., silicato sodico, cemento alluminoso, ecc.), in proporzioni tali da non compromettere la refrattarietà della malta.
Oltre che per l'esecuzione della muratura, le malte vengono spesso impiegate per stuccare fenditure e per realizzare intonaci protettivi su murature esistenti, operazione quest'ultima che può essere eseguita anche a caldo, proiettando la malta sulla superficie da rivestirsi mediante aria compressa; particolarmente pregiato, per tali impieghi speciali, e per la normale messa in opera del materiale, è un cemento a base di cromo.
Le masse da pigiata sono miscele di sostanze granulate aventi appropriata composizione granulometrica, con le quali si realizzano direttamente vere e proprie parti di forni (per es. suole di forni da fusione, rivestimenti di forni cilindrici rotanti od oscillanti, di forni a induzione, di cubilotti, ecc.). La miscela umidificata è posta in opera, talvolta, mediante apposite casseforme, a strati successivi fortemente battuti con mazzuole o, meglio, con pestelli pneumatici; dopodiché si provvede all'essiccazione e alla cottura in opera. Anziché acqua s'usa spesso, per conferire alla massa greggia la necessaria lavorabilità, catrame, olio di lino, ecc.
Come i cementi, le miscele delle masse da pigiata contengono spesso, in proporzioni appropriate, opportune sostanze leganti, fondenti e plastificanti per favorire la lavorabilità e l'agglomerazione a freddo e a caldo, in modo che l'opera preparata risulti monolitica e resistente. Si hanno pigiate in silice, in magnesite, in dolomite, ecc. a seconda dell'impiego.
L'unificazione dei materiali refrattarî. - In Italia è ancora allo studio un'unificazione completa in materia; le sole norme in vigore sono quelle che disciplinano le prove di laboratorio su prodotti refrattari, a cura del Comitato termotecnico italiano.
La produzione dei materiali refrattarî in Italia. - Negli ultimi anni la produzione di refrattarî si è largamente sviluppata, specie per quanto concerne i tipi speciali e pregiati, un tempo importati per la quasi totalità. Le fabbriche di refrattarî attualmente esistenti sono 78 con una produzione che supera i 2 milioni di q. annui, che soddisfano quasi del tutto il fabbisogno nazionale.