Vatrostalni ozid

Ispust za sirovo željezo kod visokih peći izgrađen od vatrostalnih opeka.

Bessemerov konverter u radu.

Vatrostalni ozid se sastoji od vatrostalnih opeka, vatrostalnog morta i vatrostalne mase za nabijanje, a koristi se za dijelove peći (npr. visoka peć), peći za sušenje, spalionica smeća, nuklearnih reaktora, lijevačkih lonaca i drugo, koji su izloženi djelovanju vrlo visokih temperatura, obično većih od 538 °C. Vatrostalni ozid je izložen vrlo složenom agresivnom djelovanju čitavog niza čimbenika, pa su zbog toga pojedini dijelovi ozida od različitih vatrostalnih opeka.

Vatrostalni materijali

Vatrostalni materijali su prirodni ili umjetni nekovinski građevinski materijali (uobičajeno keramički materijali) čije je talište najmanje 1580 °C, a da se pri tome ne deformira. Za kakvoću vatrostalnog materijala još su odlučujući temperatura pri kojoj se materijali pod tlakom omekšavaju, propusnost za plinove, otpornost prema temperaturnim promjenama i prema kemijskim utjecajima. Vatrostalni keramički materijali se uglavnom dijele na:

• kisele (glavni sastojak je kremen),
• bazične (glavni sastojak je dolomit ili magnezit),
• neutralne (glavni sastojak je glina, kaolin, glinica, kromit ili ugljen s visokim postotkom ugljika).

Vatrostalna opeka

Vatrostalna opeka ili šamotna opeka proizvodi se od manjeg dijela vatrostalne gline i većeg dijela mljevenog praha već prije pečene vatrostalne opeke. Vatrostalna opeka može izdržati temperaturu od 1580 °C, pa se upotrebljava uglavnom za obloge ložišta i donjih dijelova dimnjaka. Slično vatrostalnoj (šamotnoj) opeci upotrebljavaju se kao bazični vatrostalni materijali magnezitna, dolomitna i boksitna opeka, a kao kiseli vatrostalni materijali silika-blokovi i dinas-blokovi. Kiselootporne opeke upotrebljavaju se u agresivnim sredinama gdje djeluju sumporna ili solna kiselina i lužine (baze).

Šamot

Šamot se najviše upotrebljava u tehnici, jer se dobiva iz lako dostupnih mineralnih nalazišta i da se odlikuje slabo kiselim ili slabo bazičnim svojstvima. Kemijski sastav šamotnih opeka je 50-60% SiO₂, do 23-34% Al₂O₃ i 6-27% ostalih sastojaka koji imaju manje ili više Fe₂O₃, CaO, MgO, K₂O, Na₂O i TiO₂. Izrađuju se od manje ili više čistog kaolina (Al₂O₃ x 2 SiO₂ x 2 H₂O) i pečene gline.Ove opeke nisu namijenjene da nose veliko opterećenje, već samo za oblaganje visokotemperaturskih ložišta. Mort za ozidavanje pravi se od samljevene vatrostalne gline i vode.

Kaolin

Kaolin (Al₂O₃ x 2 SiO₂ x 2 H₂O) je u čistom stanju bijela glina i koristi se pri izradi porculana, vatrostalnih opeka, papira, gume, pigmenata za boje i izolacionih materijala. Kaolin se u čistom stanju topi na 1760 ºC. Vatrostalni materijal (3 Al₂O₃ x 2 SiO₂) dobiva se dugotrajnim zagrijavanjem u elektrolučnoj peći, u kojoj se tope kvarcni pijesak (SiO₂) i boksit. Dobiveni materijal koristi se za oblaganje peći koji tope metal, za oblaganje kalupa za duboko vučenje (ekstrudiranje) i za izolatore svjećica benzinskih motora.

Silikatne opeke

Silikatne opeke zadržavaju jačinu i na povišenim temperaturama. Kemijski se dijele u kisele (96-98% SiO₂) i koriste se za oblaganje ložišta u slučaju kad je rastopljena materijal kisele prirode. Na radnim temperaturama nižim od 540 ºC silikatne opeke se troše ili mrve, te se i ne primenjuju ispod ove temperature.

Dolomitne opeke

Dolomit je naziv i za mineral i za sedimentnu stijenu, a oboje su izgrađeni od kalcij-magnezijeva karbonata (CaCO₃ x MgCO₃) u kristalnome stanju. Obično je bijele boje, ali može biti i crvenkast, siv ili smeđ od primjesa željeza ili mangana. Posle pečenja dolomita (pri 1700 ºC) dobiva se CaO x MgO koji se zatim melje i miješa sa smolom i najzad preša u opeke. Dolomitne opeke su namenjene za podzidjivanje Siemens-Martinovih peć i elektrolučnih peći za proizvodnju čelika.

Magnezitne opeke

Magnezitne opeke su u kemijskom pogledu bazni materijal. Služe za oblaganje Linz-Donawitz konvertera i Besemerovih konvertera. Kao vezivno sredstvo između opeka (mort) koriste se tanki čelični limovi koji oksidiraju na povišenim temperaturama. Željezov oksid hematit (Fe₂O₃) kemijski reagira s oksidom magnezija i tako učvršćuje opeke.

Kromne cigle

Kromne cigle su vatrostalni materijali koji sadrže oko 50% kromovih oksida, s promenljivim sadržajem oksida aluminija, magnezija, silicija i željezovih oksida. Koriste se kao kemijski neutralne opeke. Kombinacije kromovih i magnezijevih oksida daju opeke pogodne za visoke temperature i otporne na trošenje (habanje).

Karborund ili silicijev karbid

Silicijev karbid ili karborund je kovalentni karbid, koji je zbog različitih nečistoća obojen zeleno, žuto, plavo ili crno, ovisno o vrsti nečistoća. Dobiva se reakcijom kremenog pijeska (SiO₂) i koksa u elektrolučnim pećima pri temperaturama 1900-2000 °C. Odlikuje se velikom tvrdoćom (gotovo kao dijamant), koristi se za izradu bruseva i materijala za brušenje, poliranje i čišćenje površina čvrstih materijala. Vatrostalan je materijal, velike toplinske vodljivosti i velike otpornosti na temperaturne promjene, pa se upotrebljava za izradu okna visokih peći, posuda za taljenje metala, nosača u pećima za pečenje keramičkih posuda i slično. Iz njega se izrađuju sapnice raketa, lopatice turbina, električna grijača tijela za rad pri visokim temperaturama (1100 – 1500 °C).

Šupljikave vatrostalne opeke

Šupljikave vatrostalne opeke ili toplinsko – izolacione šupljikave vatrostalne opeke koriste se za peći kod kojih se traži održavanje stalne temperature. To su lake i porozne opeke dobivene posipanjem miješane gline s ugljenom prašinom. U toku pečenja opeke, dodate čestice ugljika izgaraju i ostaju plinski mjehurići. Na taj način dobivaju se porozne opeke lakše za trećinu od punih, ali s približno toliko boljom toplinskom izolacijom. Uglavnom se šupljikave opeke upotrebljavaju za peći srednjih temperatura namijenjenih za lemljenje i toplinsku obradu. Koriste se i za vanjski ozid visokih peći, da bi se smanjili toplotni gubici kroz njihove zidove.

Naziv	Sastav (%)	Talište (° C)	Otpornost prema tlaku (° C)	Uporaba
silika I	> 94,5 SiO2 ˂ 2 Al2O3 ˂ 3.5 CaO	1720	1630	teško opterećeni dijelovi pri visokim temperaturama, ali velika osjetljivost prema bazičnoj troski
silika II	>92 SiO2	1670	1560	teško opterećeni dijelovi pri visokim temperaturama, ali velika osjetljivost prema bazičnoj troski
kremeni šamot (polukiseli)	≈ 90 SiO2 + Al2O3 + CaO + Fe2O3	1650	1470	srednje opterećeni dijelovi
šamot (bazični)	> 55 - 60 SiO2 ˂ 36 - 41 Al2O3 0.2 - 0.6 CaO 0.08 - 0.2 Fe2O3	> 1580	1300	manje opterećeni dijelovi (npr. dimni kanali)
silimanit	55 - 60 Al2O3 ostalo SiO2	≈ 1875	1620	otporan prema troski i temperaturnim promjenama
magnezit	85 - 88 MgO 4 - 6 SiO2 1 - 2 CaO 1 - 2 Al2O3 4 - 5 Fe2O3	> 2000	1400	za peći s bazičnom oblogom, ali velika osjetljivost prema temperaturnim promjenama
kromni magnezit	> 42 MgO >15 Cr2O3	≈ 1960	1560	otporan prema visokim temperaturama, brzim temperaturnim promjenama i utjecaju troske
karborund (silicijev karbid)	45 - 80 SiC 10 - 25 SiO2 9 - 20 Al2O3 + Fe2O3	> 2000	1700	neosjetljiv prema temperaturnim promjenama; iznad 1600 °C raspada se zbog oksidirajućih plinova
ugljen	85-90 C	> 2000	1750	za lonce, peći, elektrode