Ladrillo refractario

Un ladrillo refractario , ladrillo de arcilla refractaria o ladrillo de cerámica es un bloque de material cerámico que se utiliza para revestir hornos , estufas , hogares y chimeneas . Fabricados principalmente con materiales de óxido como sílice y alúmina en proporciones variables, ^{[ 1 ]} estos materiales aislantes pueden soportar temperaturas extremadamente altas y tienen una baja conductividad térmica para una mayor eficiencia energética . Los ladrillos refractarios generalmente contienen entre un 25 y un 45 % de alúmina y aproximadamente un 60 % de sílice, con óxidos adicionales de magnesio, calcio y potasio. ^{[ 1 ]}

Generalmente, los ladrillos refractarios densos se utilizan en aplicaciones con esfuerzos mecánicos, químicos o térmicos extremos, como el interior de un horno de leña o un horno convencional, que está sujeto a la abrasión de la madera , la formación de fundentes por cenizas o escoria y altas temperaturas. En otras situaciones menos exigentes, como en un horno eléctrico o de gas natural , los ladrillos más porosos, comúnmente conocidos como "ladrillos para horno", son una mejor opción. ^{[ 2 ]} Son menos resistentes, pero son mucho más ligeros y fáciles de moldear, y aíslan mucho mejor que los ladrillos densos. En cualquier caso, los ladrillos refractarios no deben desmoronarse y su resistencia debe mantenerse durante los cambios rápidos de temperatura.

Existen tres métodos principales de fabricación de ladrillos refractarios: cocción, cementación y geopolimerización. ^{[ 3 ]} En el primer método, la arcilla se cuece en el horno hasta que se vitrifica parcialmente . Para fines especiales, el ladrillo también puede ser esmaltado. La cocción es el proceso más convencional, de fácil ejecución con equipos tradicionales. Sin embargo, es un proceso que consume mucha energía, aproximadamente 2,0 kWh por ladrillo. La cocción también libera alrededor de 0,41  kg de CO₂ _[ ^{3 ] debido} a la descomposición de los materiales carbonatados y la combustión del combustible.

Para cementar, el ladrillo refractario se combina con cemento refractario . El cemento Portland no soporta altas temperaturas y, por lo tanto, no se recomienda. ^{[ 4 ]} Los cementos refractarios de alta temperatura incluyen cementos de horno o mortero de alta temperatura. Estas mezclas se aplican a las superficies de los ladrillos, se presionan y se dejan curar con el tiempo, que puede variar de días a semanas.

Una técnica con potencial para reemplazar la cocción y la cementación es la geopolimerización . Tanto la cocción como la cementación requieren grandes cantidades de energía y liberan grandes cantidades de gases de efecto invernadero, lo que motiva la investigación de métodos de producción adicionales. Se han mostrado esfuerzos para incorporar hasta un 30 % en peso de materiales de desecho en cerámicas de arcilla. Las cerámicas de arcilla con un 17 % en peso de aditivos mostraron la mayor resistencia a la flexión de 30 MPa. ^{[ 3 ]} Si bien estos materiales de desecho son inertes, podrían ser responsables de defectos estructurales que alteren las propiedades del material y, por lo tanto, las aplicaciones de estos ladrillos.

Hay dos tamaños estándar de ladrillo refractario: 229 mm × 114 mm × 76 mm (9 pulg × 4 + 1/2 pulg × 3 pulg ) y 229 mm × 114 mm × 64 mm (9 pulg × 4 + 1/2 pulg × 2 + 1/2 pulg ) . ^{[ 5 ]} También están disponibles los ladrillos refractarios "partidos" , que tienen la mitad del grosor y se utilizan a menudo para revestir estufas de leña e insertos de chimenea. Las dimensiones de un partido suelen ser 229 mm × 114 mm × 32 mm (9 pulg × 4 + 1/2 pulg × 1 + 1/4 pulg ) . ^{[ 5 ]} El ladrillo refractario fue inventado por primera vez en 1822 por William Weston Young en el valle de Neath de Gales .                              

Los ladrillos refractarios de sílice que recubren los hornos de fabricación de acero se utilizan a temperaturas de hasta 1649 °C (3000 °F) , que fundirían muchos otros tipos de cerámica, y de hecho parte del ladrillo refractario de sílice se licúa. ^{[ 6 ]} El Aislamiento Superficial Reutilizable de Alta Temperatura (HRSI, por sus siglas en inglés) , un material con la misma composición, se utilizó en las baldosas aislantes del Transbordador Espacial .  

Los procesos metalúrgicos de metales no ferrosos utilizan ladrillos refractarios básicos porque las escorias empleadas en estos procesos disuelven fácilmente los ladrillos de sílice "ácidos". ^{[ 7 ]} Los ladrillos refractarios básicos más comunes utilizados en la fundición de concentrados de metales no ferrosos son los ladrillos de "cromo-magnesita" o "magnesita-cromo" (según las proporciones relativas de los minerales de magnesita y cromita utilizados en su fabricación). ^{[ 8 ]}

Una variedad de otros materiales se utilizan como ladrillos refractarios para aplicaciones de baja temperatura . ^{[ 9 ]} El óxido de magnesio se usa a menudo como revestimiento para hornos . Los ladrillos de sílice son el tipo más común de ladrillos utilizados para el revestimiento interior de hornos e incineradores . Como el revestimiento interior suele ser de naturaleza sacrificial, se pueden emplear ladrillos refractarios con mayor contenido de alúmina para prolongar la duración entre revestimientos. Muy a menudo se pueden ver grietas en este revestimiento interior sacrificial poco después de su puesta en funcionamiento. Revelaron que se deberían haber colocado más juntas de expansión en un principio, pero estas ahora se convierten en juntas de expansión por sí mismas y no son motivo de preocupación siempre que no se vea afectada la integridad estructural. ^{[ 10 ]} El carburo de silicio, con alta resistencia a la abrasión, es un material popular para hogares de incineradores y crematorios . El ladrillo común de arcilla roja se puede utilizar para chimeneas y hornos de leña.

Se encontró que la contracción lineal del ladrillo refractario bajo compresión era de alrededor del 12,8 %. ^{[ 11 ]} Este valor puede disminuirse a menos del 8 % con la adición de un 25 % en peso de ceniza de carbón . Esto se debe a la alta porosidad de los ladrillos refractarios puros, alrededor del 31 %, que compromete parte de su integridad estructural. Cuando se agrega incluso un 5 % en peso de ceniza de carbón, la porosidad disminuye al 24 %, ^{[ 11 ]} y puede soportar una mayor carga de compresión. La densidad aparente del ladrillo refractario está entre 1,88 y 2,05 g/cm³, que es la recomendación estándar aproximada para aplicaciones de alta temperatura. Esta alta densidad es preferible para ofrecer resistencia en entornos operativos exigentes. El estándar para la resistencia a la compresión en frío es un mínimo de 12 000  kN/m² para materiales refractarios. ^{[ 11 ]}

Los ladrillos refractarios, gracias a su capacidad para soportar altas temperaturas y almacenar calor, ofrecen una solución prometedora para el almacenamiento de energía. Estos ladrillos refractarios pueden utilizarse para almacenar el calor de procesos industriales, aprovechando el excedente de electricidad renovable para crear una fuente de calor continua y de bajo costo para la industria. Debido a su construcción con materiales comunes, los sistemas de almacenamiento con ladrillos refractarios son mucho más rentables que los sistemas de baterías para el almacenamiento de energía térmica. Investigaciones realizadas en 149 países indican que el uso de ladrillos refractarios para el almacenamiento de calor puede reducir significativamente la necesidad de generación de electricidad, almacenamiento en baterías, producción de hidrógeno y almacenamiento de calor a baja temperatura. Este enfoque podría reducir los costos energéticos generales en aproximadamente un 1,8 %, lo que convierte a los ladrillos refractarios en una herramienta valiosa para reducir los costos de la transición a una energía 100 % limpia y renovable. ^{[ 12 ]}

• Compañía de Refractarios Harbison-Walker
• Equivalente VIII
• Ladrillo refractario Niles

• Burton, Joseph; Burton, William (1911). "Ladrillo refractario"  . En Chisholm, Hugh (ed.). Encyclopædia Britannica . Vol.  10 (11.ª  ed.). Cambridge University Press. pp. 418–419 .