Refractory materials are materials that break down by heat, pressure, or chemical attack and retain high strength and form at temperatures where they occur. Refractory materials are polycrystalline, multiphase, inorganic, non-metallic, porous and heterogeneous. They are usually composed of oxides or non-oxides (such as carbides, nitrides, etc.) of the following materials: silicon, aluminum, magnesium, calcium, and zirconium. Some metals with melting points >1850 kraadi, nagu nioobium, kroom, tsirkoonium, volfram, tantaal jne, loetakse samuti tulekindlateks materjalideks.
Tulekindlaid materjale kasutatakse ahjudes, põletusahjudes, põletusahjudes ja reaktorites. Tulekindlaid aineid kasutatakse ka klaasi- ja metallivalu tiiglite ja valuvormide valmistamisel ning rakettide stardikonstruktsioonide kaitsmesüsteemide vooderdamisel. Tänapäeval kasutatakse terasetööstuses ja metallivalutööstuses ligikaudu 60% kõigist tulekindlatest materjalidest.
Tulekindlate materjalide omadused
Tulekindlad materjalid peavad olema kõrgel temperatuuril keemiliselt ja füüsikaliselt stabiilsed. Olenevalt töökeskkonnast peavad need olema vastupidavad termilisele šokile, keemiliselt inertsed ja/või omama kindlat soojusjuhtivuse ja soojuspaisumisteguri vahemikku.
Alumiiniumi (alumiiniumoksiid), räni (ränidioksiid) ja magneesiumi (magneesiumoksiid) oksiidid on kõige olulisemad materjalid, mida kasutatakse tulekindlate materjalide valmistamisel. Teine oksiid, mida tavaliselt leidub tulekindlates materjalides, on kaltsium(lubi)oksiid. Tulekindlat savi kasutatakse laialdaselt ka tulekindlate materjalide valmistamisel.
Tulekindlad materjalid tuleb valida nende tingimuste alusel. Mõned rakendused nõuavad spetsiaalseid tulekindlaid materjale. Tsirkooniumoksiidi kasutatakse siis, kui materjal peab taluma ülikõrgeid temperatuure. Ränikarbiid ja süsinik (grafiit) on veel kaks tulekindlat materjali, mida kasutatakse väga karmides temperatuuritingimustes, kuid need ei saa hapnikuga kokku puutuda, kuna need oksüdeeruvad ja põlevad.
Binaarsed ühendid, nagu volframkarbiid või boornitriid, võivad olla väga tulekindlad. Karboniit on kõige tulekindlam kahekomponentne ühend, mille sulamistemperatuur on 3890 kraadi. Kolmekomponendilisel tantaal-hafniumkarbiidil on teadaolevatest ühenditest üks kõrgemaid sulamistemperatuure (4215 kraadi).
Tulekindlaid materjale saab kasutada järgmiste funktsioonide jaoks:
Toimib soojusbarjäärina soojuskandja ja konteineri seina vahel
Talub füüsilist survet ja väldib termilise keskkonna erodeerimist mahuti seina
Korrosioonivastane
Pakkuda soojusisolatsiooni
Tulekindlatel materjalidel on palju kasulikke rakendusi. Metallurgiatööstuses kasutatakse tulekindlaid materjale ahjude, ahjude, reaktorite ja muude anumate vooderdamiseks, mis sisaldavad ja transpordivad kuuma keskkonda, näiteks metalle ja räbu. Tulekindlatel materjalidel on ka muid kõrge temperatuuriga rakendusi, nagu põlemiskütteseadmed, vesiniku reformijad, ammoniaagi primaarsed ja sekundaarsed reformijad, krakkimisahjud, kommunaalkatlad, katalüütilise krakkimise seadmed, õhusoojendid ja väävliahjud.
