Χρήση των Πυριμάχων Υλικών Τα δομικά υλικά και τα πυρίμαχα υλικά αντιπροσωπεύουν το μεγαλύτερο μερίδιο της ευρωπαϊκής αγοράς κεραμικών. Αυτό οφείλεται στην αυξανόμενη ανάγκη πυρίμαχων υλικών για διεργασίες υψηλής θερμοκρασίας και στη συνεχή ζήτηση κεραμικών πλακιδίων για κατασκευή κτιρίων. Η υψηλή αξία και ο όγκος παραγωγής οφείλεται στο γεγονός ότι τα υλικά αυτά έχουν χρησιμοποιηθεί ως προσιτή εναλλακτική λύση για μεταλλικά δομικά υλικά. Η κατανάλωση πυρίμαχων κεραμικών είναι πολύ υψηλή ειδικά σε βιομηχανίες με διεργασίες υψηλής θερμοκρασίας και υψηλούς όγκους παραγωγής. Η βιομηχανία χάλυβα είναι ο μεγαλύτερος καταναλωτής πυρίμαχων κεραμικών. Τα πυρίμαχα υλικά χρησιμοποιούνται κυρίως από διαφορετικές βιομηχανίες. Αυτές οι βιομηχανίες καταναλώνουν πυρίμαχα υλικά για την κατασκευή προϊόντων για αγορές τελικών χρηστών. Παραδείγματα βιομηχανιών που καταναλώνουν πυρίμαχα και βιομηχανίες τελικής χρήσης παρουσιάζονται στον πίνακα 9.1: Πίνακας 1. Ταξινόμηση των πυρίμαχων υλικών από τον τελικό χρήστη (Deneen & Gross, 2010).
| Βιομηχανίες που καταναλώνουν πυρίμαχα | Tελικοί χρήστες |
| Παραγωγή τσιμέντου και ασβέστη | Οικοδομική βιομηχανία |
| Παραγωγή σιδήρου και χάλυβα | |
| Βιομηχανία γυαλιού | Αυτοκινητοβιομηχανία |
| Παραγωγή μη σιδηρούχων μετάλλων | |
| Βιομηχανίες πετρελαίου και φυσικού αερίου | |
| Αποτέφρωση αποβλήτων | Άλλοι |
| Βασικές βιομηχανίες |
Διαφορετικές βιομηχανίες ως τελικοί χρήστες χρειάζονται να παράγουν διαφορετικά υλικά, αλλά σχεδόν όλη η παραγωγή υλικών χρειάζεται πυρίμαχα υλικά για τις διαδικασίες υψηλής θερμοκρασίας. Κάποιες από τις βιομηχανίες αυτές απαιτούν μεγάλες ποσότητες πυριμάχων ανά τόνο παραγόμενου προϊόντος, όπως φαίνεται και στον πίνακα 2. Πίνακας 2. Μέση ειδική πυρίμαχη κατανάλωση από τη βιομηχανία στην Ευρώπη (Deneen & Gross, 2010).
| Βιομηχανία | kg/ton |
| Ατσάλι | 10-12 |
| Γυαλί | 4-5 |
| Τσιμέντο κλίνκερ | 0.6-0.8 |
| Μη σιδηρούχα μέταλλα | 5-10 |
| Αποτέφρωση αποβλήτων | 5.5 |
Η βιομηχανία χάλυβα καταναλώνει σημαντικά μεγαλύτερη ποσότητα πυρίμαχων υλικών σε σύγκριση με άλλες βιομηχανίες. Ωστόσο, η κατανάλωση πυρίμαχων υλικών μειώθηκε από 25-30 κιλά ανά παραγόμενο τόνο χάλυβα το 1970 σε 10 κιλά / τόνο στην Ευρώπη, την Ιαπωνία και τις ΗΠΑ [6]. Η κατανάλωση πυρίμαχων υλικών αυξάνει προφανώς το κόστος του κατασκευασμένου προϊόντος. Η κατανάλωση και οι εφαρμογές πυρίμαχων υλών από διάφορες βιομηχανίες τελικής χρήσης παρουσιάζονται στον πίνακα 3. Πίνακας 3. Κύριες εφαρμογές, κύκλοι αντικατάστασης και κόστος πυρίμαχων ουσιών για βιομηχανίες τελικής χρήσης (Deneen & Gross, 2010).
| Τελικός Χρήστης | Εφαρμογές | Κύκλος Αντικατάστασης | Κόστη |
| Ατσάλι | Βασικός φούρνος οξυγόνου, ηλεκτρικός φούρνος τόξου, κουτάλες χύτευσης | 20 λεπτά έως 2 μήνες | 3.0 % |
| Τσιμέντο & ασβέστης | Περιστροφικός κλίβανος | Ετησίως | 0.5 % |
| Μη σιδηρούχα μέταλλα | Μετατροπέας χαλκού | 1-10 χρόνια | 0.2 % |
| Γυαλί | Φούρνος Γυαλιού | Έως 10 χρόνια | 1.0 % |
| Περιβάλλον – Ενέργεια – Χημικά | Δευτερεύων μεταρρυθμιστής | 5-10 χρόνια | 1.5 % |
Τα πυρίμαχα υλικά ταξινομούνται σε όξινα, ουδέτερα και βασικά λόγω της αλληλεπίδρασης τους με το νερό. Αυτές οι τρεις ομάδες και οι περιγραφές τους παρουσιάζονται στον πίνακα 4. Πίνακας 4. Ταξινόμηση των πυρίμαχων υλικών, κατά χημική σύνθεση (Deneen & Gross, 2010)
| Τύπος πυρίμαχου υλικού | Χρήση | Υλικά |
| Όξινα πυρίμαχα | Χρησιμοποιείται σε περιοχές όπου η σκωρία και η ατμόσφαιρα είναι όξινα. Είναι σταθερά στα οξέα αλλά προσβάλλονται από βασικά υλικά. | Silica, Aluminium silicates, Zirconia |
| Βασικά πυρίμαχα | Χρησιμοποιείται σε περιοχές όπου οι σκωρίες και η ατμόσφαιρα είναι βασικές. Είναι σταθερά στα αλκαλικά υλικά αλλά αντιδρούν με οξέα. | Magnesia, Chrome-Magne-sia, Doloma |
| Ουδέτερα πυρίμαχα | Χρησιμοποιείται σε περιοχές όπου οι σκωρίες και η ατμόσφαιρα είναι όξινες ή βασικές και είναι χημικά σταθερές τόσο στα οξέα όσο και στις βάσεις. | Graphite, Chro-mia, Alumina |
Οι χημικές ιδιότητες των πυρίμαχων υλικών πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά το σχεδιασμό βιομηχανικών διεργασιών. Η λιωμένη σκωρία μπορεί να είναι όξινη ή βασική. Η όξινη σκωρία χρειάζεται μια όξινη πυρίμαχη επένδυση. Για παράδειγμα, τούβλα φτιαγμένα από διοξείδιο του πυριτίου λειτουργούν καλά σε όξινα περιβάλλοντα, αλλά σε αλληλεπίδραση με αλκαλική σκωρία, τα τούβλα πυριτίας θα διαβρωθούν γρήγορα. Τα όξινα πυρίμαχα προϊόντα είναι φθηνότερα στην παραγωγή από άλλα πυρίμαχα και χρησιμοποιούνται γενικά σε συνθήκες με χαμηλότερες θερμοκρασίες λειτουργίας. Τα βασικά πυρίμαχα υλικά μπορούν να αντέξουν σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, αλλά πρέπει να αντιμετωπίζονται κατάλληλα επειδή είναι επιρρεπείς σε ενυδάτωση. Τα ουδέτερα πυρίμαχα υλικά χρησιμοποιούνται ευρέως σε όλη τη βιομηχανία μετάλλων λόγω της ικανότητάς τους να αντέχουν τόσο βασικά όσο και όξινα περιβάλλοντα, υψηλή θερμοκρασία τήξης και λογικές τιμές (Deneen & Gross, 2010).
