Fucine - Materiali refrattari e isolanti per forgiatura e trattamento termico

Il rivestimento di una forgia è un sistema termico multistrato

L’involucro in acciaio, l’isolamento secondario, il materiale della faccia calda, i giunti, le aperture dei bruciatori, il piano della forgia, la porta o l’apertura di accesso e il percorso dei fumi funzionano come un unico sistema. Le rispettive funzioni devono essere definite prima di ordinare i materiali. I refrattari densi offrono resistenza meccanica e all’usura localizzata, ma assorbono e accumulano più calore. Mattoni leggeri, pannelli e materassini riducono il flusso termico e la massa termica, ma devono essere protetti nei punti in cui utensili, combustibile, calamina, fondente o fiamme ad alta velocità potrebbero danneggiarli.

Registrare il tipo di forgia, il combustibile, la potenza dei bruciatori, la geometria della camera, le temperature di esercizio normali e massime, il ciclo operativo e lo spessore previsto del rivestimento. Per una forgia esistente, individuare la causa del cedimento del rivestimento precedente prima di procedere alla riparazione. Le crepe accanto a un’apertura del bruciatore, il materiale del piano vetrificato o danneggiato dal fondente, la fibra erosa, i giunti allentati tra i mattoni e il surriscaldamento dell’involucro hanno cause diverse e richiedono interventi differenti.

Funzioni dei diversi strati del rivestimento

Materiali densi per la faccia calda e prodotti per riparazioni

I calcestruzzi refrattari colabili densi e i mattoni refrattari resistono al calore, ma non costituiscono un isolamento secondario. La loro massa può prolungare i tempi di riscaldamento e raffreddamento, mentre la resistenza meccanica li rende utili nelle aree esposte a combustibile, calamina, pezzi da lavorare e utensili. Un rivestimento colabile richiede uno spessore minimo definito, un sistema di rinforzo o ancoraggio ove necessario, spazi di dilatazione e una via di fuga per l’umidità. Non effettuare mai una colata sopra un involucro corroso o deformato, un componente del bruciatore danneggiato o un rivestimento deteriorato di cui non sia stata individuata la causa del cedimento.

La malta deve formare il giunto specificato e non compensare mattoni tagliati male o ampi scostamenti dimensionali. Mantenere i giunti uniformi ed evitare di inserire forzatamente una malta a presa all’aria in un giunto di dilatazione. Un rivestimento sottile non può ripristinare lo spessore refrattario mancante né il supporto strutturale; inoltre, la temperatura dichiarata di 1750 °C non aumenta la temperatura di esercizio del rivestimento sottostante.

Mattoni refrattari isolanti

Grazie alla struttura porosa, i mattoni refrattari isolanti si riscaldano rapidamente e riducono l’energia accumulata. La stessa porosità li rende più vulnerabili dei mattoni densi agli urti, all’abrasione e alla penetrazione dei fondenti. Non collocare un mattone leggero sul piano di una forgia, nel letto di combustibile solido o in una zona a contatto con utensili solo perché la sua temperatura dichiarata è sufficiente. Quando le condizioni di esercizio lo richiedono, utilizzare uno strato sacrificale o di faccia calda, denso e chimicamente compatibile.

Scegliere il grado in base alla temperatura verificata della faccia calda e a un adeguato margine di progetto, non soltanto in base al tipo di combustibile. La temperatura massima o di classificazione dichiarata non deve essere considerata automaticamente equivalente alla temperatura consigliata per l’uso continuo in qualsiasi atmosfera. Per calcolare lo spessore del rivestimento o la temperatura dell’involucro, acquisire i dati relativi a conducibilità termica, variazione lineare permanente e uso continuo.

Materassini e pannelli in fibra

Il materassino deve essere trattenuto meccanicamente o incollato con un metodo progettato appositamente e protetto dal contatto diretto con utensili, combustibile sfuso, calamina e gas a velocità dannosa. Prestare particolare attenzione ai bordi tagliati, alle giunzioni, alle aperture dei bruciatori e al piano della forgia. Una superficie rigidizzata può offrire una resistenza limitata all’erosione, ma non trasforma il materassino in un refrattario denso né rende un piano in fibra esposta idoneo al contatto con i pezzi da lavorare.

Consultare la scheda di dati di sicurezza aggiornata prima di tagliare o rimuovere qualsiasi prodotto in fibra. Prevenire o controllare adeguatamente l’esposizione alla polvere, utilizzare sistemi idonei di aspirazione e pulizia e scegliere i dispositivi di protezione individuale in base alla valutazione dei rischi specifica dell’attività. Non descrivere la fibra biosolubile come priva di rischi e non presumere che tutti i prodotti in fibra ceramica abbiano la stessa classificazione normativa.

Adesivi per fibre e indurimento superficiale

L’adesivo integra il sistema di fissaggio meccanico specificato; non si deve presumere che possa sostenere un rivestimento sospeso durante ripetuti cicli di riscaldamento senza un sistema di fissaggio verificato. Preparare il supporto, applicare l’adesivo sulla superficie corretta, rispettare il tempo di asciugatura indicato e aumentare gradualmente la temperatura. Il rigidizzante è un trattamento superficiale poco profondo, non un legante strutturale né un sostituto della faccia calda e non autorizza a superare 1000 °C sulla superficie trattata.

Considerazioni per forge a gas, carbone e coke

• Forgia a gas: definire il percorso della fiamma ed evitare che il getto del bruciatore colpisca direttamente un bordo vulnerabile o un materassino non protetto. Le aperture dei bruciatori devono rimanere stabili, correttamente sagomate e prive di fibre libere.
• Forgia a combustibile solido: prevedere un piano e un letto di combustibile robusti, in grado di resistere al movimento del coke o del carbone, alle scorie agglomerate, alla calamina, agli attrezzi di movimentazione e ai gradienti termici localizzati.
• Camera per trattamenti termici: dare priorità all’uniformità della temperatura, alla circolazione controllata, alla bassa massa termica quando sono richiesti cicli rapidi e alla protezione del carico dai detriti liberi del rivestimento.
• Esposizione ai fondenti: identificare la composizione chimica del fondente e della calamina metallica. I fondenti a base di borati e i contaminanti fusi possono penetrare o aggredire alcuni refrattari alluminosilicati; prevedere un piano compatibile e sostituibile.
• Aperture: dimensionare l’apertura di lavoro e il percorso dei fumi in funzione del sistema di combustione. Ridurre un’apertura per trattenere il calore può modificare la pressione dei bruciatori, la qualità della combustione e la produzione di monossido di carbonio.

Costruzione, essiccazione e messa in servizio

Prima di installare il rivestimento, controllare che l’involucro non presenti corrosione, deformazioni, saldature deteriorate o supporti inadeguati. Definire la posizione delle aperture dei bruciatori, delle porte, delle uscite dei fumi e delle termocoppie, nonché la disposizione dei mattoni, i giunti di dilatazione e i passaggi tra gli strati. Mantenere gli elementi costruttivi combustibili, i tubi flessibili, i regolatori, le bombole, i cavi elettrici e i materiali immagazzinati al di fuori delle distanze di sicurezza prescritte e delle aree esposte al calore radiante.

Dosare l’acqua per il calcestruzzo refrattario colabile in massa o mediante un volume calibrato e non aggiungere mai acqua in eccesso soltanto per migliorarne la lavorabilità. Miscelare esclusivamente la quantità che può essere applicata entro il tempo di lavorabilità, compattarla evitando la segregazione e seguire la procedura di maturazione specifica del prodotto. Il calcestruzzo colabile, la malta e le riparazioni con materiali modellabili nuovi trattengono umidità anche quando la superficie appare asciutta. Prima dell’accensione a piena potenza, eseguire un riscaldamento controllato con adeguate fasi di mantenimento; un riscaldamento rapido può generare pressione interna del vapore, crepe e distacchi esplosivi.

Una forgia a gas o GPL richiede un sistema di combustione e alimentazione progettato, installato e sottoposto a manutenzione da personale competente per l’ambito applicabile. Garantire un adeguato apporto di aria comburente e l’estrazione dei prodotti della combustione. Definire procedure sicure di spurgo, accensione, gestione della mancata fiamma e spegnimento. Il monossido di carbonio è incolore e inodore, pertanto il solo aspetto visibile della fiamma non costituisce un metodo di controllo dell’esposizione; valutare la ventilazione e utilizzare strumenti di monitoraggio adeguati.

Durante la messa in servizio, registrare le temperature della camera, della faccia calda e dell’involucro in punti rappresentativi. Verificare l’eventuale presenza di fughe di fiamma, punti caldi anomali, parti allentate del rivestimento, crepe, erosione delle fibre e movimenti attorno alle aperture dei bruciatori. Arrestare l’impianto e individuare la causa se la temperatura dell’involucro continua ad aumentare oltre i valori previsti dal progetto. Dopo il raffreddamento, ispezionare il rivestimento al termine del primo ciclo termico e riparare eventuali difetti prima dell’uso ordinario.

Domande frequenti

Qual è la differenza tra un refrattario denso e l’isolamento di una forgia?

I mattoni densi e i calcestruzzi refrattari colabili offrono resistenza meccanica e all’usura e formano una faccia calda durevole, ma accumulano più calore. Mattoni isolanti, pannelli e materassini riducono il flusso termico e l’energia necessaria per il riscaldamento, ma generalmente resistono meno a utensili, combustibile, calamina e fondenti. Molte forge richiedono entrambe le funzioni in strati separati.

Come si sceglie la temperatura nominale di un rivestimento per forgia?

Utilizzare la massima temperatura realistica del materiale, non soltanto la lettura media della camera, quindi applicare le indicazioni del produttore per l’uso continuo e un adeguato margine di progetto. Considerare il contatto diretto con la fiamma, l’atmosfera, il ritiro, i fondenti e il componente con la temperatura nominale più bassa tra adesivo, rigidizzante e rivestimento superficiale.

Quali materiali di rivestimento sono adatti a una forgia a gas?

Il progetto può combinare fibre fissate saldamente o mattoni isolanti con una faccia calda compatibile e protetta, oltre a refrattari densi sul piano e attorno alle aperture dei bruciatori. La configurazione corretta dipende dalla velocità dei bruciatori, dal percorso della fiamma, dalla temperatura della camera, dalla movimentazione dei pezzi e dalla temperatura richiesta dell’involucro.

Quale refrattario è adatto a una forgia a carbone o coke?

Il piano e il letto di combustibile richiedono normalmente un materiale denso scelto in funzione di abrasione, scorie agglomerate, calamina, esposizione chimica e calore localizzato. Mattoni leggeri o materassini possono essere utilizzati come isolamento secondario protetto, ma non devono essere esposti nei punti in cui combustibile e utensili potrebbero danneggiarli.

Il materassino in fibra ceramica può rimanere esposto all’interno di una forgia?

Non presumere che un materassino esposto sia accettabile. La fiamma diretta, l’elevata velocità dei gas, gli utensili e i pezzi da lavorare possono eroderlo. Utilizzare un sistema progettato di fissaggio e protezione superficiale, impedire che fibre libere entrino nella zona di lavoro e attenersi alla scheda di dati di sicurezza aggiornata.

Il rigidizzante trasforma il materassino in fibra in un rivestimento refrattario duro?

No. Indurisce soltanto la superficie trattata e presenta un limite dichiarato di 1000 °C. Non conferisce al materassino la resistenza meccanica o all’usura di un refrattario denso e non sostituisce il fissaggio meccanico né uno strato di faccia calda compatibile.

Il rivestimento refrattario allo zircone può aumentare la temperatura nominale di un rivestimento?

No. I mattoni, il calcestruzzo colabile, la fibra, l’adesivo e l’involucro sottostanti restano limitati dalle rispettive proprietà. Utilizzare il rivestimento soltanto su un supporto compatibile e per una funzione verificata di protezione chimica o superficiale.

Quale grado di mattone refrattario isolante devo utilizzare?

I gradi 23, 26, 28 e 30 presentano temperature dichiarate rispettivamente di 1260 °C, 1430 °C, 1530 °C e 1650 °C. Scegliere in base all’esposizione calcolata, ai dati di uso continuo, alla conducibilità termica, all’atmosfera e alle sollecitazioni meccaniche, anziché selezionare automaticamente il grado più elevato.

Per i mattoni isolanti è preferibile utilizzare Vitset 45 o Silcas M?

Silcas M è destinata ai mattoni isolanti leggeri, in particolare al grado 23, e presenta una temperatura nominale di 1430 °C. Vitset 45 è classificata fino a 1700 °C ed è indicata per prodotti refrattari densi e isolanti compatibili. Prima dell’installazione, verificare la compatibilità con i mattoni, lo spessore del giunto e la temperatura massima di esercizio.

Quando si deve utilizzare un calcestruzzo refrattario colabile anziché i mattoni refrattari?

Il calcestruzzo colabile è utile per forme monolitiche, blocchi bruciatore e riparazioni in cui la geometria dei mattoni risulta poco pratica. I mattoni refrattari offrono elementi sostituibili e giunti prevedibili. La scelta dipende anche dagli ancoraggi, dalla geometria dell’involucro, dallo spessore di posa, dalla maturazione, dall’essiccazione e dall’accessibilità per la manutenzione futura.

A cosa serve un refrattario plastico modellabile?

VITPLAST 45AB viene compattato mediante costipazione manuale o martellatura pneumatica nelle riparazioni localizzate compatibili. Non è un calcestruzzo refrattario colabile e non deve essere steso senza compattazione né utilizzato per nascondere un involucro deteriorato, un sistema di ancoraggio guasto o un rivestimento ampiamente distaccato.

Perché un nuovo refrattario per forge deve essere asciugato gradualmente?

I calcestruzzi colabili, le malte e i materiali modellabili trattengono l’acqua impiegata durante l’installazione. Se il calore viene applicato troppo rapidamente, la pressione del vapore può superare la resistenza iniziale o la permeabilità del rivestimento e causare crepe o distacchi. Seguire il programma di maturazione e riscaldamento specifico del materiale.

Il calcestruzzo refrattario colabile è un materiale isolante?

Non in questo contesto. I calcestruzzi colabili grado 1600 e grado 1700 elencati sono materiali densi per la faccia calda. Se è necessario raggiungere una determinata temperatura dell’involucro, calcolare uno strato separato di isolamento secondario e considerare ogni ponte termico e apertura.

Perché i fondenti danneggiano il piano della forgia?

Alcuni fondenti utilizzati nella saldatura in forgia fondono e penetrano nei refrattari porosi, per poi reagire con il rivestimento durante i ripetuti cicli termici. Identificare la composizione chimica del fondente e utilizzare un piano o uno strato sacrificale compatibile e manutenibile, anziché affidarsi esclusivamente alla resistenza termica.

Come si può controllare la temperatura esterna di una forgia?

Calcolare il rivestimento considerando la temperatura della faccia calda, la conducibilità termica alla temperatura media pertinente, lo spessore degli strati, la resistenza termica di contatto, l’involucro in acciaio e le condizioni ambientali. Convalidare il risultato mediante misurazioni della temperatura durante la messa in servizio; la sola temperatura nominale dei materiali non consente di prevedere la temperatura dell’involucro.

Qual è la differenza tra isolamento in fibra biosolubile e in fibra ceramica?

Questi materiali differiscono per composizione chimica delle fibre, biopersistenza, resistenza alla temperatura e classificazione normativa. Consultare la scheda di dati di sicurezza e la scheda tecnica aggiornate per il grado specifico. Applicare misure di controllo della polvere durante il taglio, l’installazione e la rimozione, indipendentemente dalla terminologia commerciale utilizzata.

Gli adesivi CFA in cartuccia e in secchio sono intercambiabili?

Non presumere che lo siano. La pagina della cartuccia non riporta una temperatura negli attributi del prodotto, mentre la pagina della confezione CFA più grande indica 1260 °C negli attributi e 1400 °C nel testo descrittivo. Prima di specificare il prodotto, verificare confezione, metodo di applicazione, resa e limite di esercizio documentato.

Quali informazioni servono per definire il rivestimento di una forgia?

Fornire il tipo di forgia, il combustibile, i dati dei bruciatori, le dimensioni della camera, l’apertura di lavoro e lo scarico dei fumi, le temperature normali e massime, il ciclo operativo, il pezzo da lavorare e il fondente, il materiale dell’involucro, la temperatura esterna richiesta, lo spessore disponibile del rivestimento, l’esposizione meccanica, i danni esistenti, i sistemi di controllo dell’energia o del combustibile e il metodo di installazione.