Capitolo 8: i refrattari
Per conoscere il motivo della nascita dei prodotti refrattari (alta resistenza al calore) occorre capire la nascita della metallurgia come scienza moderna. La scoperta dei metalli prevalentemente a scopo bellico che ha segnato il passaggio dall’età della pietra a quella del rame si perde nel tempo e si pensa sia avvenuta casualmente trovando nei fuochi piastre più o meno grandi di metallo. Lo spirito di osservazione dell’uomo ha portato al pensiero di poterlo utilizzare per la fabbricazione di oggetti ed armi. Da qui al passaggio verso l’età del bronzo e poi del ferro il percorso fu relativamente breve. Tracce di questa metallurgia risalgono al 2000 a.C.
I primi forni erano semplici costruzioni in pietra e terra che svolgevano la loro funzione in quanto si trattava di metalli basso-fondenti e i primi stampi ritrovati erano in pietra.
Con il progredire della metallurgia ad alta temperatura è iniziata la ricerca di materiali refrattari più consoni per produrre grandi quantità di armamenti con il suo culmine nell’età Romana che iniziò l’estrazione dei minerali con la costruzione di forni ad aria soffiata e l’utilizzo di carbone con l’apparizione dei primi refrattari.
Nasce allora la ricerca di prodotti idonei a tale metallurgia col grande sviluppo industriale e la produzione di acciaio con forni tipo Bessemer, Heroult, alti forni, Martin Siemens. Nasce così il grande utilizzo di nuovi prodotti refrattari a base di bauxite, magnesite che sono tuttora alla base dei rivestimenti refrattari di tutti i forni.
La nascita della metallurgia dell’alluminio avviene successivamente a causa della laboriosità dell’estrazione del metallo dal minerale ed ha incrementato di molto la ricerca dei materiali refrattari a causa delle innumerevoli leghe e dalla forte aggressività verso i rivestimenti refrattari.
Sono nate diverse tipologie di forni (monocamera, a doppia camera, ad induzione, rotativi) che utilizzano diverse tipologie di refrattari ed hanno spinto i progettisti a studi approfonditi sulla tipologia dei refrattari da impiegare. Anche il contenimento dei consumi energetici ha spinto a calcoli sempre più precisi degli strati di isolamento. Sono nati così nuovi materiali isolanti come getti leggeri, fibre ceramiche, pannelli di microporoso che contengono in modo molto efficiente le dispersioni termiche degli impianti, anche con strati inferiori rispetto al passato.
L’utilizzo di stirrer elettromagnetici ha contribuiti ad uniformare la temperatura del metallo liquido e di conseguenza la temperatura di esercizio dei rivestimenti refrattari. Di conseguenza si ha una temperatura superficiale del metallo inferiore riducendo l’aggressione degli ossidi e la necessità di pulire meccanicamente i bacini danneggiando i rivestimenti refrattari.
È sempre più importante mantenere in esercizio i forni e gli impianti il più a lungo possibile senza interruzioni dovute alle manutenzioni. Di conseguenza le prescrizioni relative ai materiali refrattari sono diventate sempre più stringenti. A questo ha contribuito anche l’incremento nella potenzialità dei forni.
L’industria dei refrattari ha raggiunto un elevato livello tecnologico. Si constata la preferenza per i prodotti refrattari di alta qualità, che pur essendo più costosi consentono campagne più lunghe in esercizio. Dato che l’impiego dei mattoni è connesso al lavoro di personale bene addestrato, l’adozione di prodotti informi (masse, plastici, preformati) ha portato a grandi vantaggi. A causa del gradiente di temperatura attraverso le pareti, le masse richiedono in esercizio un passaggio graduale dallo stato di essiccazione a quello di lavoro.
Nella fabbricazione dei mattoni con tenore elevato di allumina si parte, oltre che dalla bauxite cotta alle alte temperature, anche dalla mullite sintetica.
