Materiales refractarios: qué son, propiedades, aplicaciones, ejemplos
¿Qué son los materiales refractarios?
Los materiales refractarios son aquellos materiales capaces de soportar temperaturas muy altas y condiciones muy severas sin sufrir cambios físicos o químicos importantes. En otras palabras, se trata de materiales muy estables con alta resistencia térmica, mecánica y química.
Este tipo de materiales es de gran importancia en cualquier industria que requiera el uso de condiciones extremas de temperatura, tal como en los altos hornos usados en metalurgia. Sin los materiales refractarios, muchas industrias simplemente no podrían funcionar.
Los materiales refractarios están formados por mezclas heterogéneas de sustancias inorgánicas no metálicas, tales como sales y minerales. En muchos casos forman estructuras covalentes porosas extensas.
Propiedades de los materiales refractarios
Tienen puntos de fusión muy altos
A pesar de que no existe un rango preciso para el punto de fusión de los materiales refractarios, estos suelen ser de varios miles de grados centígrados.
Poseen alta resistencia química tanto a baja como a alta temperatura
Estos materiales soportan temperaturas altas sin descomponerse o sufrir cambios químicos. Esta estabilidad química es una de las principales propiedades de los materiales refractarios.
Tienen bajos coeficientes de expansión térmica
Esto significa que son capaces de mantener su forma y tamaño, incluso después de sufrir cambios de temperatura de varios miles de grados.
Mantienen sus propiedades mecánicas a altas temperaturas
Muchos materiales se tornan blandos o pierden propiedades mecánicas al calentarse. Ese no es el caso de los materiales refractarios, que mantienen su dureza y resistencia a la abrasión, incluso a temperaturas extremas.
Baja conductividad térmica
Muchos materiales refractarios como las cerámicas se utilizan como aislantes térmicos, ya que son muy malos conductores de calor a cualquier temperatura.
Baja conductividad eléctrica
Al igual que la propiedad anterior, la baja conductividad eléctrica de los materiales refractarios, incluso a altas temperaturas, los hace útiles como aislantes eléctricos a cualquier temperatura.
Clasificación de los materiales refractarios
Los materiales refractarios se pueden clasificar en base a distintos criterios. Los dos más comunes son:
Según sus propiedades químicas
- Refractarios ácidos: son aquellos producidos a partir de arenas, cuarcita y cuarzo. Pueden reaccionar con escorias de carácter básico, por lo que se evita su uso en estos casos.
- Refractarios neutros: son resistentes tanto a ataques ácidos como básicos, y generalmente contienen bauxita o algún mineral similar. Son los más utilizados.
- Refractarios básicos: por lo general se obtienen a partir de magnesita y otros minerales de metales alcalinotérreos. Son sensibles a ataques ácidos.
Según su presentación
- Refractarios conformados: se refiere a materiales refractarios fabricados con formas definidas tales como bloques, tejas o moldes.
- Refractarios no conformados: se refiere a presentaciones de materiales sin una forma definida, tal como en el caso de los hormigones y las fibras cerámicas aislantes.
Aplicaciones de los materiales refractarios
En la industria metalúrgica
En esta industria se utilizan materiales refractarios como revestimiento aislante en los altos hornos, en hornos eléctricos, convertidores electroquímicos, hornos de tratamiento térmico y más. También se utilizan en la fabricación de cucharas y crisoles de fundición y más.
En la industria del cemento
El cemento requiere la cocción de la materia prima en grandes hornos rotatorios. Los materiales refractarios forman una parte integral de estos hornos, así como de otros elementos tales como enfriadores e intercambiadores de calor.
En las industrias del vidrio y la cerámica
Tanto en la fabricación del revestimiento aislante de los hornos de túnel y de cámara utilizados para fabricar cerámicas y biscochos, como en los hornos de fusión y templado del vidrio se utilizan materiales refractarios.
En las chimeneas y parrilleras del hogar
La aplicación más cotidiana de los materiales refractarios se da en la construcción de hornos a leña, chimeneas y parrilleras donde se utilizan ladrillos de arcilla como revestimiento aislante.
En la industria aeroespacial
La única manera para que las naves espaciales sobrevivan el reingreso a la atmósfera es gracias a un escudo refractario que soporta todo el impacto de la fricción con el aire de la atmósfera.
En centrales azucareras
Las centrales azucareras de principios del siglo XX exhiben altas chimeneas para liberar las emisiones de la combustión del bagazo de la caña de azúcar. Estas se fabrican con ladrillos refractarios.
Ejemplos de materiales refractarios
1. Cerámica
Las ollas y demás utensilios de cocina fabricados de cerámica o incluso de “barro” cocido son ejemplos cotidianos de materiales refractarios que soportan la exposición al fuego directo sin sufrir daños.
2. Chamota
Se le dice chamota a una mezcla suelta o granular de ladrillos, cerámicas e incluso rocas refractarias trituradas y pulverizadas.
3. Yeso
Es un material de construcción de color blanco formado por sulfato de calcio. Cuando se cuece, se deshidrata obteniendo un material muy resistente a altas temperaturas.
4. Cemento refractario
Es un tipo especial de cemento que posee un bajo contenido de alúmina y que se suele utilizar en la fabricación de ladrillos refractarios para la construcción de hornos de distintos tipos.
5. Porcelana
Es un tipo particular de cerámica quemada a temperaturas muy altas.
6. Arcilla caolinífera dura
Es un tipo de arcilla compuesta principalmente por caolín casi puro. Son materiales muy refractarios.
7. Arcilla de bola
Es un tipo de arcilla compuesta principalmente por caolinita y cuarzo que se utilizaba en la fabricación de piezas de cerámica.
8. Zirconia
Es un material cristalino formado por dióxido de circonio, el cual emula las características del diamante.
9. Dolomita
Es un mineral refractario básico formado por una combinación de carbonatos de calcio y magnesio.
10. Grafito
Es el alótropo más común del elemento carbono y se conoce desde hace cientos de años como un material refractario.