Industrias I72.02 Materiales Refractarios 1 MATERIALES REFRACTARIOS ................................ ................................ ................... 3 1.1 Introducción ................................................................ ................................ .................... 3 1.2 Clasificación de los refractarios según su caracterís ticas químicas: ........................... 3 1.3 Clasificación de los refractarios según su proceso de fabricacion: ............................. 4 1.4 Clasificación de los refractarios según su materia prima ................................ ............. 7 1.4.1 Diagrama binario sílice alúmina ................................ ............................................ 9 1.5 Propiedades químicas y físicas de los materiales Refractarios y breves explicaciones sobre métodos de control ................................................................................................ ...... 11 1.6 Fabricación de materiales refractarios ................................ ................................ ......... 19 1.7 Uso de los materiales refractarios en los distintos hornos ................................ ......... 22 1.7.1 Alto Horno ................................................................ ................................ ............ 22 1.7.2 Convertidor LD ................................ ................................ .................................... 24 1.7.3 Horno eléctrico ................................ ................................ ................................ ..... 27 1.7.4 Horno rotativo ................................ ................................ ....................................... 30 2 1 MATERIALES REFRACTARIOS 1.1 Introducción Los refractarios son materiales, que en condiciones de servicio resisten elevadas temperaturas, erosión, abrasión, impacto, ataque químico, acción de gases corrosivos y otras experiencias no menos recias. Estos materiales se usan para el recubrimiento de hornos, hogares conductos chimeneas, etc.; eligiéndose alguno de los materiales existentes, según sean las condiciones reinantes en determinadas zo na. La mayor parte de los refractarios son materias cerámicas fabricadas con óxidos de elevado punto de fusión (SiO 2, Al 2O3, Mg, y Cr 2O3). No obstante, el carbón es actualmente un refractario importante. Algunos metales, como el molidbeno Mo (punto de fu sión = 2600°C) y el Wolframio W (punto de fusión 3400°C) son refractarios y encuentras aplicación en aparatos de investigación. Incluso estos se pueden fundir en envases de cobre abundantemente refrigerados por agua, los cuales si bien no están clasificado s como refractarios, ciertamente los reemplazan. A continuación se indican los puntos de fusión de los óxidos y compuestos más utilizados en esta industria: a) OXIDOS: Sílice (SiO 2) 1723°C Alúmina (Al 2O3) 2050°C Cromo (Cr 2O3) 2250°C Periclasa (MgO) 2800° C Zirconio (ZiO 2) 2700°C b) COMPUESTOS: Espinela (Mg.Al 2O3) 2135°C Foresterita (Mg.SiO 2) 1900°C Mullita (3Al 2O3.2SiO 2) 1850°C 1.2 Clasificación de los refractarios según su características químicas: 1°) ACIDOS : son aquellos que no son atacados por compues tos ácidos, son fabricados por materias primas sílico –aluminosas. 2°) BÁSICOS: son aquellos que reaccionan con escorias ácidas. Su contenido se basa en magnesita, dolomita, y magnesita -cromo. 3 por su pro ceso de fabricación como los de ZiO 2 y BeO y se destinan únicamente para fines de investigación y otros usos aislados.3 Clasificación de los refractarios según su proceso de fabricacion: Se clasifican en dos tipos: Ladrillos y especialidades A) LADRILLOS : Según la forma de ligar las materias primas existen 2 tipos: 1°) Cocido convencional: en el caso de los refractarios sílico -luminosos durante la cocción se produce incipiente fusión de los comp uestos formados por lo óxidos constituyentes e impurezas. o muy caros. 5º) Ligado con alquitrán: La ligazón de las materias primas se logra c on la adición de un alquitrán bituminoso y posterior prensado. se inyecta e alquitrán que penetra en los poros por diferencia de presión.3°) NEUTROS: son relativamente inertes. En este grupo se incluyen los refractarios de carbón. tanto las escorias si líceas como calizas. posee una mayor superficie expuesta a la corrosión de la misma. l ográndose la resistencia necesaria para ser transportado. d epositándose el Fe que no ataca al refractario. 3°) Cocido e impregnado: la impregnación ejerce sobre el ladrillo una función protectora contra el ataque de las escorias. alúmina (Al 2O3). se comprobó que como un contenido muy bajo de impurezas a alta temperatura (aprox. Cuanto mas poroso sea el ladrillo. 4º) Químicamente ligado: No tiene cocción previa.1800°C) . tales como energía atómica. El ladrillo es expuesto al vacío. En el pastón formado se agrega un elemento químico que produce a través de reacciones químicas la ligazón entre los granos. Lo que se hace es la calcinación de las materias primas. De esta manera se introduce carbono.SiO 2) Existiría un cuarto grupo que es el de los refractarios especiales que son materiales nuevos. Se impregnan los refractarios básicos. 2°) Cocido liga directa: en el caso de los refractarios de magnesia. lográndose una importante resistencia al impacto (por ejemp lo carga de chatarra).Cr 2O3) y Foresterita (2MgO. 4 . o tecnología de turbinas de gas. el cual frente a la acción del FeO de la escoria produce CO. instalado y soportar en peso propio de la instalación. formando de este manera una matriz soporte que es que le da la rigidez al ladrillo. Cromita (FeO. sin la matriz soporte o siendo ella muy reducida (según el contenido de impurezas). se unían los cristales de Periclasa (MgO) directamente. Al evitarse la cocción se obtiene una importante reducción en el costo. 1. molienda y clasificación de tamaños (dosificación). se corta con sierras ab rasivas. Los ladrillos correspondientes a los tipos 4). 5) y 6). Existen distintos tipos: 1º) Tierra refractaria: Mezcla de dos o mas materias primas al estado natural sin haber sufrido proceso de calcinación. 8º) Aislantes: Con los materiales se trata de reducir el flujo calórico por convección.6º) Templado: Al ladrillo ligado con alquitrán se lo somete a un calentamiento a baja temperatura ( 400 a 500 º C) a fin de lograr la deposición del carbono y obtener la resistencia necesari a. Una vez colado el lingote. Durante la cocción del aislante las sustancias combustib les se queman. Solo han sido sometidas a trituración. conducción y radiación. de celdas diminutas y paredes muy delgadas llenas de aire y construido c on un material de baja conductividad térmica. El horno no tiene paredes. 5 . como aserrín o viruta de madera. Para lograr ello. Por lo tanto se produce la cocción en aquellos puntos donde T > T cocción del refractario. El espesor cocido avanza en la medida que se desgasta el refractario. son cocidos en servicio u operación. en la elaboración del refractario aislante se mezclan las materias primas con elementos combustibles. la misma materia prima sirve de contención y se funde en zonas aledañas al electrodo. En la pared refractaria se produce un gradiente de temperatura. Sin embargo la otra parte ya ha comenzado su proceso de cocción. es decir que cada punto tiene distinta temperatura. El aislante ideal debería tener una estructura tipo colmena. dejando los agujeros que confieren al ladrillo la debida porosidad y ligereza. B) ESPECIALIDADES : Aglutina a todos los materiales refractarios que no tienen forma definida. 7º) Electrofundidos: Mediante un electrodo se funden las materias primas llevándolas al estado liquido y luego se las vierte en un molde. Al minimizar el volumen de espacios vacíos entre granos el contenido de cemento es bajo. 3º) Mortero: Produc to construido por la mezcla de argamasa con un elemento ligante. 6º) Masa para proyectar: Es una masa refractaria húmeda que se aplica mediante una maquina de proyección y queda adherida por impacto. que refleja el material no adherido y que no debe ser superior al 5% del total. lo que permite ser elaborado con una menor cantidad de agua (aproximadamente 4 a 6 %) para promover su total hidratación. el aire contenido es expulsado de la mezcla.Materias primas precalcinadas e inertes que conforman un espectro de mezcla de diferentes tamaños. 8º) Hormigón tixotrópico: También llamado hormigón denso o de bajo cemento. Se la utiliza para sellar imperfecciones de ladrillos. Es un producto constituido fundamentalmente por: . de manera tal de disminuir al máximo los espacios vacíos entre granos. que puede ser un cemento alumino –cálcico. 5º) Plástico: Es una mezcla de materias primas calcinadas. crudas (arcillas muy plásticas) y agua. la que siendo muy compacta adopta un comportamiento tixotrópico. En servicio adquiere una menor resistencia mecánica que el hormigón.Aditivos especiales que le confieren caract erísticas lubricantes y fluidificantes. 7º) Masa para apisonar: Material refractario que se aplica en seco. Otro factor a determinar es el índice de rebote. mediante repetido s golpes de una herramienta mecánica. .Un aglomerante de fragüe hidráulico. Esto es que durante y después de la vibración aumenta mucho su fluidez. Durante la vibración. que en presencia de agua le confiere a la mezcla una resistencia mecánica a temperatura ambiente. 4º) Hormigón: Por medio de una granulometría más grande y un aglomerante de propiedades hidráulicas adecuado. 6 . pero es más poroso lo que lo hac e un mejor aislante. se pueden colar piezas monolíticas o premoldeadas de forma tal que reemplacen a un número importante de ladri llos. Pueden ser de endurecimiento al aire o al fuego. Una vez colocada en el molde. . pues si es poca la proyección resulta pulverulenta. Es importante tener en cuenta el contenido de humedad. la mezcla es vibrada de modo tal de alcanzar su máxima densidad y resistencia. si es mucha chorrea el material.Al ser aplicada no desarrolla ningún tipo de resistencia mecánica. es que parte de las materias primas que la constituyen son previamente calcinadas. 2º) Argamasa: La única diferencia que tiene con la tierra refractaria. De esta manera se logra una elevada densidad lo que implica una mayor resistencia a la abrasión. Se lo utiliza como elemento ligante entre piezas c onformadas de material refractario. es muy pequeña. influenciadas principalmente por el grosor de los cristales y la distribución de las impurezas presentes.4 Clasificación de los refractarios según su materia prima A) REFRACTARIOS ACIDOS : A. se los utiliza en las paredes de los hornos de coque y en las cúpulas de las estufas Cowper de los Altos Hornos. TRIDIMITA a los 1.410º C CRISTO - A. Cuarcita: Roca constituida por granos de cuarzo cristalino unidos por el aporte de sustancias siliciosas. .1.1. Entre los distintos tipos de arcilla utilizadas tenemos: 7 . La dilatación térmica de la sílice.8 gr/cm3.723º C El pasaje entre ambos cambios de estructura cristalina se produce con un considerable aumento de volumen.2.) SILICICOS: Las materias primas mas utilizadas para la producción de refractarios de sílice son: Cuarzo: Roca cristalina que contiene hasta 96 a 97% SiO 2. Dichas transformaciones se producen en este orden: CUARZO a los 870º C BALITA a los 1. Los primeros son fabricados integramente con arcillas naturales. De lo contrario podrían producirse fisuras o roturas. La refractariedad de estos ladrillos es de aproximadamente 1723º C. es decir que las transformaciones son irreversibles. ambas temperaturas de transformación deben se r atravesadas lentamente. La densidad aparente es de 1. Las arcillas con las que se elaboran estos refractarios se las puede considerar como silicatos de aluminio hidratados. entre los puntos de cambios alotrópicos. si se considera la naturaleza altamente ácida d e la misma.) SILICO -ALUMINOSOS: Estos refractarios se clasifican a su vez en dos tipos: . En la industria siderúrgica. El cuarzo sufre transformaciones alotrópicas.Los que cuentan con un 55% a un 100% de Al 2O3. La resistencia al ataque de escorias es considerablemente buena. Resiste cargas a altas temperaturas. Durante el enfriamiento la tridimita y cristobalita se mantienen hasta alcanzar la temperatura ambiente. Se aplican principalmente en la industria del vidrio.Los que tienen un tenor de alúmina (Al 2O3) que oscila entre un 20% y un 45%. Por esta razón en la cocción de los ladrillos preparados con cuarzo. La conductividad térmica es similar a la de los silícicos. 2H 2O) que es la arcilla mas común. También se elaboran con alúmina pura. 8 . cucharas de arrabio. A medida que aumenta el porcentaje de alúmina. GIBSITA. cucharas de acero y vagones termo. Se utilizan en la fabricación de los revestimientos de Altos Hornos. BALL. Ya que pueden resistir gases oxidantes y reductores. (Fe. Mg y el álcalis son elementos que bajan considerablemente el punto de fusión. De igual forma mejora la resistencia a los gases de combustión. Esto permite una mayor disponibilidad de los hornos y elementos de transporte (cuchar as de acero y vagones termo). Los refractarios sílico aluminosos que contienen entre un 55% y un 100% de Al 2O3 se denominan de Alta Alúmina.CAOLINITA: (2SiO 2 . (Mg. MONTMORILLONITA: ( 3SiO 2 . dado el menor consumo de los mismos. Estas se utilizan como inertes previamente calcinadas. Ca. ETC. Entre las materias primas que aportan Al 2O3 tenemos: ANDALUCITA. Mg. Al 2O3 . mientras que las sustancias orgánicas influyen en la plasticidad. SILIMANITA. K. Ca. H 2O + nH 2O) es poco refractaria pero buen aglomerante. CIANITA. Se fabrican agregándole alúmina a las arcillas naturales. Hoy en día se utilizan cada vez mas los refractarios de alta alúmina.785º C aproximadamente. Al 2O3 . estos materiales resisten temperaturas de 2. Ra) O . ya que por ejemplo el Fe. El punto de fusión de estos materiales oscila entre los 1. Cuando el porcentaje de Al 2O3 es del 100%. Al 2O3 . mejora la resistencia del material a la tempe ratura y se vuelve inerte a escorias básicas o ácidas. Na. FLINT-CLAY: Es poco plástica. nH 2O) es poco refractaria.600º C y 1. desplazando cada vez mas a los refractarios elaborados con arcillas naturales.050º C. Las propiedades ligantes son aportadas por las arcillas. ILLITA: ( 4SiO 2 . CORINDON. Con el incremento del contenido de Al 2O3 aumenta la c onductividad térmica. H 2O . Estos refractari os no resisten bien el choque térmico.CLAY: Tiene buena plasticidad y buena refractariedad. ya que la alúmina es anfótera. DIASPORO. pero rica en alúmina. aumentando en relación directa con el contenido de alúmina. pero inferior a la de los básicos. BAUXITA. K) O . Es importante determinar las impurezas que tienen las arcillas. 1. Se usan también en las en las buzas de descarga de los repartidores de colada continua. son débiles ácidos y bajo ciertas condiciones se comportan como neutros. B) REFRACTARIOS NEUTROS : B. que se produce a 2. También en cohetería.000º C.1 Diagrama binario sílice alúmina A. Los zircón están compuestos por Zr2SiO2 (zircón). con un 67% de ZrO 2 (zircona).700º C. de uso poco común.4. La zircona pura tiene un punto de fusión de 2. Estos materiales se utilizan en procesos especiales. para la producción de ladrillos de alúmina pura por electrofusión.1) CARBURO DE SILICIO: 9 .3) ZIRCON: Estos materiales. por ejemplo. 4) ACEROS REFRACTARIOS: Son aceros inoxid ables al níquel (8 a 20%) o el cromo (18 a 24%) y tienen un unto de fusión de 1. Se los usa en rangos de temperaturas del orden de los 1. baja expansión térmica y buena dureza. son de características neutras. o sea como carbono o grafito.3) CARBONO Y GRAFITO: La temperatura de disociación del carbono es superio r a 3. C) REFRACTARIOS BÁSICOS : C. este material se uso como refractario. Se usan en la fundición de plomo. en estado amorfo o cristalino.100º C. B.1) DOLOMITA: Este mineral es un carbonato doble de calcio y magnesio.Se obtienen por electrofusión de carbono y silicio y por sus características. Este material es muy bueno como refractario y como abrasivo. Son resistentes a las escorias y poco mojados por los metales fundidos. pero tienen una tendencia básica para ciertas aplicaciones.2) CROMITA: Se presenta como Cr 2O3FeO y contiene un porcentaje de Cr 2O3 del orden del 50%. por ello. se pueden considerar neutros. La disociación completa del CSi se produce a 2. Se los usa en retortas. muy buenos para resistir temperaturas mas elevadas y capas a alta temperatura. y tubos de recuperadores d e calor. también en zonas de hornos que requieran buena resistencia mecánica. Su aplicación mas importante es en el crisol de los Altos Hornos. etc.700º C. aún cuando algunos lo consi deran débilmente ácidos. Estos refractarios tienen una temperatura de ablandamiento del orden de los 2. que calc inado. pero raramente se lo utiliza por encima de los 1. aluminio. se trata de cajas de acero por las que circula agua de refrigeración (cajas frías).700º C. para ser usados en crisoles. Mezclando estos refractarios con magnesita se obtienen los tipos: “Cromo-magnesita” y “magnesita -cromo”.000º C. Suelen utilizarse en los hornos para separar refractarios ácidos de los básicos. en zonas de tratamientos térmicos. muflas. cobre. contiene 58% de CaO y 42% de MgO. en las puertas de carga de hornos eléctricos. B.650º C. También se los utiliza. Suelen mezclarse el grafito natural con arcillas plásticas. B. al choque térmico y a la abrasión. etc. También se lo utiliza como electrodos en hornos eléctricos. 10 .400º C. refrigerados con agua . tubos de calderas. 300º C (al estado puro) y prácticamente se encuentran valores siempre superiores a 2. La relación entre cargas de servicio en hornos industriales y los aspectos fundamentales de utilización de los ladrillos refractarios viene indicada en la siguiente tabla: 11 . La magnesita tiene alta refractariedad y es muy resistente al ataque de escorias básicas. se tiene que ajustar el material refractario a los conceptos de mayor importancia para su utilización y escogerlo con arreglo a los mismos.65 gr/cm3. Tiene alta resistencia a las escorias básicas y excelente resistencia al choque térmic o. La materia prima de pred ominante importancia es el carbonato de magnesio (MgCO 3). Cerca de los 1. Cuando los cristales han alcanzado los 20 a 25 micrones se dice que la magnesita esta calcinada a muerte. Se aplican en las bodegas y paredes de los Hornos Siemens Martí n.400º C comienzan a formarse los primeros cristales de Periclasa. C. Durante este procedimiento ocurre primero la perdida de CO 2. El OMg se obtiene calcinando el mineral. Como contrapartida es poco resistente al choque térmico. También se agrega alquitrán para proteger la dolomita contra la hidratación. paredes y soleras de los hornos eléctricos y en los revestimientos de trabajo de los convertidores LD y OBM. El OMg puro funde a 2. Su peso específico es de 2.000º C. aumentan de volumen con el aumento de la temperatura.5 Propiedades químicas y físicas de los materiales Refractarios y breves explicaciones sobre métodos de control Para poder escoger el revestimie nto refractario adecuado para los hornos. obteniéndose así una parcial sinterización. En estas condiciones el OMg muy difícilmente se hidrata.Tiene un elevado punto de fusión. la magnesita utilizada funde a no menos de 2.2) MAGNESITA: Es el producto refractario cuyo constituyente principal es el óxido de magnesio (forma cristalina denominada PERICLASA) y la suma de impurezas que lo acompañan es del orden del 15%. Este fenómeno es reducido llevando la calcinación hasta los 1. por lo cual es fácilmente hidratable.800º C y aunque las impurezas siempre presentes bajan sensiblemente dicha temperatura. y apta para ser utilizada. formándose la magnesita cáustica a los 1.000º C. Como desventaja tiene una alta sensibilidad a la hidratación después de su calcinación. Como es imposible llegar al valor ideal de todas la s características. es preciso conocer con la mayor exactitud posible las características de los materiales refractarios por una parte y por otra las cargas del material en servicio. 2. Para determinar las características de los ladrillos y especialidades se hace uso de diversos métodos de control que en la mayoría de los casos están normalizados.700º C y mas. 1.000º C con características análogas a la cal viva. RESISTENCIA AL DESGAST E 4. 12 . junto a conos de materiales que tienen punto de fusión conocidos (conos pirométricos equivalentes) los que se colocan sobre una placa. CONDUCTIVIDAD TERMICA 1. REFRACTARIEDAD 2. TERMICA Y MECANICA 1. Es allí cuando la fase vítrea comienza a trans formarse en una masa viscosa y se inicia el proceso de ablandamiento. POROSIDAD Y DENSIDAD 2. RESISTENCIA A LA FLEXION 3. Con el aumento de la temperatura se incrementa el porcentaje de vidrio y disminuye el de la fase cristalina. QUIMICA 1. RESISTENCIA A LOS CAMBIOS BRUSCOS DE TEMPERATURA 5. RESISTENCIA A LA FLEXION EN CALIENTE 4. RESISTENCIA A ESCORIAS 1) SOLICITACIÓN TERMICA : 1. DILATACIÓN 3. MECANICA 3. cuando ya tiene estabilizada su estructura. TERMICA ASPECTOS DE UTILIZACION 1. VARIACION LINEAL PERMANENTE 4. probetas del material de forma piramidal (conos). PERMEABILIDAD AL GAS 2.1) REFRACTARIEDAD: Un material refractario está c onstituido por cristales circundados de una fase vítrea. Se trata de determinar la temperatura a la que el material se desmorona y aparece líquido o pastoso. REFRACTARIEDAD BAJO CARGA EN CALIENTE 2. El ensayo se realiza calentando en el horno. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN 2.TIPO DE CARGA 1. por lo que la refractariedad se da en grados ce ntígrados y en el numero de cono correspondiente.El punto de fusión del material será igual al del cono pirométrico equivalente que se comba al mismo tiempo. 13 .2) DILATACIÓN TERMICA: Todos los cuerpos experimentan una modificación reversible del volumen por influencia de la te mperatura. con conos pirométricos de distinto punto de fusión. Existe una escala. 1. toquen la placa sobre la que apoyan. ello estará dado cuando la punta de la pirámide de la muestra y el cono. En la figura se observa como quedan los conos luego de la cocción. De lo contrario son de esperar presiones en los bordes y roturas anticipadas de las cabezas de ladrillos. que se cumplan con frecuencia inciertamente de resistencia insuficiente a los cambios bruscos de temperatura.3) VARIACION LINEAL PERMANENTE: Después del calentamiento a alta temperatura y enfriamiento final. se tienen que calcular las compensaciones por dilatación. Cromo – Magnesita 4. Si un ladrillo experimenta una contracción posterior excesiva. Las curvas de dilatación de la mayor parte de los ladrillos son rectilíneas. aún cuando se diferencian mucho de los valores totales entre sí. La dilatación térmica tiene mucha importancia en la practica. ya que para los revestimientos de grandes instalaciones. denominándose como dilataciones o contracciones. Para los ladrillos de sílice hasta los 700º C la dilatación es fuerte e irregular. Estas deben diferenciarse de la dilatación reversible. Sílice 2. En cambio los ladrillos de magnesita presentan altos valores de dilatación para altas t emperaturas. En caso contrario. 1. quedan frecuentemente modificaciones de longitud.1. la dilatación posterior 14 . crecen las juntas de en proporción. Alúmina 3. la mamposte ría se afloja y se producen fugas. Magnesita En la figura se indican las dilataciones lineales reversibles de algunos ladrillos refractarios. Las oscilaciones de temperatura pueden reducir notablemente la resistencia de la textura del ladrillo.5) 15 . El calor perdido desde el disco por convección y radiación se calcula por formulas empíricas y la conductividad térmica se calcula utilizando el calor que atraviesa el bloque y el gradiente de temperaturas después de que se han establecido la s condiciones de equilibrio. se ensaya calentando y enfriando una probeta y se verifica como se produce la desintegración y cuantos ciclos térmicos soporta. La temperatura de la cara caliente y la del disco se miden con termocuplas. produciéndose el desmoronamiento o desprendimiento de capas. CONDUCTIVIDAD TERMICA DE LADRILLOS COCIDOS 1. sobre el que se coloca el ladrillo sobre su cara más grande . con un aislamiento alrededor a fin de asegurar un flujo de calor paralelo a través del ladrillo. 1.4) RESISTENCIA A LOS CAMBIOS DE TEMPERATURA (SPALLING): Es una de las propiedades más importantes. porque pueden producirse asimismo roturas de la mampostería por cargas de presión. En la parte superior se encuentra otro disco frío. Para determinar la resistencia del material al spalling o choque térmico.es también peligrosa. CONDUCTIVIDAD TERMICA: Para medirla se utiliza un equipo que comprende un plato caliente. la radiación a través de los intersticios. Por lo tanto. existe una relación entre la conductividad medida de la forma antedicha y la estructura o textura del ladri llo.Grafito El valor de la conductividad térmica obtenido es un valor efectivo. Magnesita 7. También sirve para determinar si el ladrillo ha sido 16 . Se utiliza para asegurar que el ladrillo no romperá en hornos . en cuanto que el modo de transmisión de calor a través de un refractario típico de 25% de porosidad. Aislantes 2. donde el mismo está sometido a grandes presiones. Cromita 4. Cuando se quiere conseguir baja conductividad se fabrican ladrillos muy porosos. Carburo de silicio 8. Arcilla 3.1. 2) SOLICITACIÓN MECANICA : 2. A temperaturas elevadas tiene importancia la convección en los poros y especialmente. Magnesia – Cromo 5. solamente se hace por conducción parcialmente a través de los granos de mineral y de las uniones entre un grano y el siguien te. Alta Alúmina 6.1) RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN EN FRIO: Se mide a través de un ensayo de compresión. 2. La escasa porosidad influye también positivamente en otros aspectos de los ladrillos refractarios. ya que con una buena solidificación de la masa del ladrillo se consigue elevar l a resistencia mecánica.3) 2. aún por influencias químicas. es la relación entre el espacio total de los poros (ya sean poros abiertos o cerrados) de un cuerpo y su volumen. la capacidad del mismo a ser transportado sin dañar esquinas y aristas. se realizan en frío no obteniéndose valores representativos ya que en servicio. a una carga concentrada central. Se determina a través de la densidad ( ϕ). Por lo tanto no existe todavía ningún método reconocido que lo tenga en cuenta. excluyendo el espacio de los poros ( se desm enuza muy finamente el material para medirla). Indica además. La porosidad total de un ladrillo refractario. La densidad aparente ( ϕA) es el cociente entre la masa y el volumen que aparenta la pieza (no excluye los poros). 2. Así se determina la resistencia a la flexión y el modulo de deformación. RESISTENCIA AL DESGASTE: Existe en los hornos un ataque abrasivo producido por el material que se desliza dentro del mismo y por el efecto de choque de los gases. la porosidad cerrada no. Porosidad total = ( ϕ . expresando en porcentajes de volumen. La porosidad abierta abarca únicamente los poros infiltrables en el agua. POROSIDAD Y DENSIDAD: En la fabricación de refractarios (a excepción del material aislante) se cuenta normalmente con la porosidad pequeña.2) RESISTENCIA A LA FLEXION: El ensayo consiste en someter a una probeta apoyada sobre dos filos. el refractario se ve sometido a temperaturas elevadas modificándose su resistencia superficial. Los ensayos para medir la abrasión hoy utilizados (por ejemplo chorro de arena).ϕA ) / ϕ La densidad (ϕ) es conciente entre la masa y el volumen. Mide en general la calidad del refractario. que en su paso rápido llevan finas partículas sólidas.4) SOLICITACIÓN TERMICA Y MECANICA: 17 .bien cocido o no. 3. 3. Es impo rtante determinar la presencia de compuestos de bajo punto de fusión. Para determinar su resistencia a la flexión se utilizan barras refractarias de prueba colocadas en el horno de calentamiento eléctrico. Otros dejan transcurrir un tiempo mayor entre el ablandamiento y posterior fusión.1) Para determinar el efecto de la carga en el refractario a temperatura.2) RESISTENCIA A LA FLEXION EN CALIENTE: Con el horno en servicio. surgen tensio nes en la mampostería refractaria. La atmósfera del horno debe ser oxidante y una vez terminado se determina la contracción media porcentual referida a la longitud inicial. en el centro de la barra hasta su rotura. Arcilla 2. Las barras se colocan sobre los filos dentro del horno. REFRACTARIEDAD BAJO CA RGA EN CALIENTE 1. que pueden conducir a rotura o formación de fisuras en los ladrillos. se realiza el siguiente ensayo: Sobre una probeta se aplica una carga constante. Sílice 3. que al formar liquido actúa como actúa como lubricante entre las partículas inertes mas refractarias.1) REFRACTARIEDAD BAJO CARGA EN CALIENTE: Existen refractarios que debido a su estructura cristalina se aplastan bruscamente. El material se deforma por peso y temperatura. cargando a temperatura de controlen línea ascendente. Magnesia – Cromo 3. 18 . c alentándose a una velocidad constante. lo que provoca el reblandecimiento de su estructura. que pueden conducir a reblandecer la estructura del ladrillo. Los gases influyen considerablemente en la duración del refractario. se produce la descomposición del gas CO y acumulación del carbono en el interior del ladrillo. . Bajo la influencia catalítica del oxido de hierro.1) PERMEABILIDAD AL GAS: Determina la particularidad de un cuerpo sólido poroso al pa so de gas en un sentido. RESISTENCIA A ESCORIAS: Determina la resistencia al refractario a todo tipo de ataques químicos.Efecto del metano (CH 4) por encima de los 900º C.6 Fabricación de materiales refractarios Los ciclos que se completan en el proceso de elaboración son: Materia prima Trituración y molienda Clasificación Mezcla u homogeneización Preparación del pastón Moldeado Secado Cocción Selección Expedición 1) Materia prima: 19 . mayor será el ataque de la escoria a altas temperaturas. Cuanto mas poroso sea el ladrillo.2) 1. El ensayo mas difundido consiste en hacer un hueco en el ladrillo y colocar en el inferior escoria finamente molida. 4. También aquí se produce una acumulación del carbono en partículas de oxido de hierro. por efecto de una pendiente de presión.3) SOLICITACIONES QUÍMICAS : 4. incluyendo gases y vapores. Luego se corta el materi al y se determina la superficie que fue disuelta por la escoria. .Efecto de la atmósfera reductora y oxidante variable a los productos que contienen mineral de cromo. Los ejemplos mas conocidos son: . Se producen reblandecimientos lentos y destrucciones de la estructura. a unos 1.000 o mas grados centígrados. Posteriormente se calienta hasta llevarlo a la temperatura adecuada durante un cierto tiempo.Efecto del monóxido de carbono de 400 -500º C en los ladrillos sílico-aluminosos conteniendo oxido de hierro. 3) Clasificación: Una vez efectuada la reducción del tamaño de la partícula. 6) Moldeado: Una vez obtenida la mezcla ya homogeneizada. los componentes son mezclados y se le agrega el agua necesaria para efectuar el prensado. es importante la dureza de la materia prima para elegir el equipo conveniente. Esta parte del producto. presentando adherencias entre partículas o con elementos de la máquina.Una vez recibida se le efectúa todos los ensayos de rigor a los efectos de verificar su calidad. con aberturas de distintas medidas. La dosificación se realiza según peso o volumen. 5) Preparación del pastón: Después del dosaje. El material retenido en el primer zaranda o tamiz. Además del tamaño final del grano.2 y 2%. 2) Trituración y molienda: En esta etapa no solo se busca la reducción del tamaño de los granos de las materias primas. 4) Mezcla y homogeneiza ción: Posteriormente se procede al dosaje de los componentes. Si es menor del 4% se producen perdidas de polvos. Esta operación se realiza haciendo pasar el material a través de zarandas o tamices. cubierto o no. se la somete al moldeado. es devuelta al molino para su posterior trituración o molienda. Otra característica importante es la hu medad de la materia prima. Si es mayor del 4% el material se empasta. Luego se la almacena en lugar adecuado. de orificios mayores.a) Prensado mecánico: 20 . Cada uno de estos tamaños obtenidos. es el que tiene medidas que superan a las máximas necesarias en el proceso. según las características de la misma. formaran al pastón destinado al prensado. según alguno de los tres procedimientos siguientes: a) Prensado mecánico b) Extrusión c) Moldeado a mano 6. se procede a separarlas en función de los distintos diámetros obtenidos. El primero es mucho mas preciso. siempre y cuando la humedad es te perfectamente controlada. oscilan entre 0. es almacenado en un silo determinado. reteniéndose en cada una los granos que tienen mayor tamaño que los orificios de este tamiz y que han pasado por la zaranda anterior. que después de su oportuno mezclado. sino obtener un con junto de partículas que posean la distribución granulométrica necesaria para su posterior tratamiento. El rendimiento de los equipos utilizados en trituración son b ajos. a. Es una prensa dinámica. Esta diferencia hace que con la prensa mecánica se tenga un mejor control dimensional y no uniformidad de las propiedades del material. La prensa mecánica transmite una fuerza constante. mientras que la presión es variable en las distintas repeticiones. Se hace pasar la pasta a través de una sección determinada y luego se corta. También cuando las cantidades requeridas no justifican la fabricación de la matri z metálica. 7) Secado: Luego se debe eliminar el agua no combinada (intersticial). Otra forma es la uti lización de un túnel sometido a la circulación de aire.c) Moldeado a mano: Se utiliza este procedimiento si la pieza es muy grande (mas de 100 mm. 21 . 6. a los efectos de lograr que se produzcan ciertas reacciones químicas y que se formen los compuestos necesarios para el consolidamiento de las partículas y el posterior uso de la pie za. Con ello se logran los movimientos de ascenso y descenso del pistón. que en su otro extremo tiene una rueda horizontal.a. Una forma es mediante secado al aire.b) Extrusión: Permite una mayor densificación del producto fina l. En cambio en la prensa hidráulica es al revés. La prensa hidráulica aplica presión constante y permite regular la fuerza.3) Fricción: El pistón esta vinculado a un tornillo sin fin.2) Hidráulica: Realiza el movimiento de prensado mediante la . utilizándose principalmente para piezas de considerable espesor. presión de agua o aceite. Mediante la prensa a fricción el operador puede reprensar las veces que quiera. corresponde mínima temperatura y viceversa). lo cual requiere fundamentalmente un espacio resguardado de cambios climáticos. Hay que tener en cuenta que durante el mismo existe una reducción de porosidad.1) Mecánicas: R ealiza el movimiento de prensado desde arriba con un sistema a biela. Se expulsa generalmente a través de un tornillo sin fin. Posteriormen te se prensa la pieza obtenida.a. la cual generalmente es muy costosa. produciéndose una reducción dimensional del ladrillo. 6. o si la pieza es muy complicada. la cual se puede vincular a una o dos ruedas que giran soli darias a un eje normal al sentido de prensado. 6. 6. De lado).Existen tres tipos de prensas: 6. 8) Cocción: Proceso por el cual se tratan las materias primas precalcinadas. con humedad controlada de modo que los valores de humedad y temperatura o lo largo del mismo sean inversamente proporcionales (es decir a máxima humedad. También se debe tener un riguroso respeto de la curva de cocción tanto que en la zona de calentamiento como enfriamiento para que no se verifiquen tensiones y roturas. Se debe cuidar de no superar la temperatura de ablandamiento del mismo . ya que se obtendrían piezas deformadas y hasta pegadas entre sí. Es importante controlar la uniformidad de temperatura en el horno y evitar los golpes de llama sobre el producto.7 Uso de los materiales refractarios en los distintos hornos 1.1 Alto Horno Perfil del alto horno : 22 .7.La temperatura de cocción depende del material. 1. con una porosidad de 18 a 20%. Para esta zona se utilizan ladrillos sílico aluminosos de 45% Al 2O3. se va acumulando y provoca tensiones que agrietan el mismo. se produce la siguiente reacción (a temperaturas de 500º C): 2CO CO 2 + C El carbono se deposita en los poros del ladrillo. La silimanita es lo mas conveniente para ello. En el tragante y la parte superior de la cuba.En la zona del tragante. la principal solicitación es la abrasión mecánica. 23 . En el crisol las solicitaciones son: . ya que poseen baja humectabilidad frente a los líquidos. pues ataca al refractario formando compues tos diversos. Los bloques de carbono son los mas adecuados para esta zona. La zona de toberas esta sometida a choque térmico. a efectos de obtener un desgaste homogéneo del mismo. se ve somet ido primero al impacto y luego a la erosión por deslizamiento tanto de la chatarra como del arrabio. . hace que el mismo eleve su temperatura por encima de los 800º C. Penetran en los poros de los ladrillos como vapores. baja permeabilidad. . El ataque del álcalis es uno de los efectos mas perjudiciales. el refractario debe tener un bajo módulo de elasticidad (E) para absorber los impactos y elevada resistencia mecánica a temperaturas superiores a los 800º C. es de magnesita cocida impregnada en alquitrán.En la zona de impacto. en función de las solicitaciones en cada una de las regiones del LD. para resi stir la abrasión provocada por el deslizamiento de la chatarra. El refractario requiere alta resistencia mecánica por encima de los 800º C. La tendencia actual es utilizar ladrillos de carburo de silicio.2 Convertidor LD El revestimiento de seguridad (para contrarrestar eventuales perforaciones). que se condensan dentro de los mismos provocando la corrosión del ladrillo. Se debe tener en cuenta. sumado al hecho de tener mu y buena conductividad térmica.7. En estas condiciones. muy resistentes a los vapores alcalinos. Hoy en día el balanceamiento del revestimiento LD se hace exclusivamente por calidad. que este ultimo al tomar contacto con el revestimiento. De esta manera varía la calidad o el espesor de los materiales refractarios utilizados.Corrosión por álcalis (Na 2O y K 2O) . está formado por ladrillos de magnesita cocida.Erosión por los gases. 1. con muy baja porosidad (11 a 15%).En la parte inferior de la cuba. gran estabilidad volumétrica y alta conductividad térmica.Variación dimensional generada por tensiones térmicas y mecánicas. en la ganga del mineral y en las cenizas del coque. vientre y etalaje las soli citaciones principales son: . El refractario más conveniente para ello. Por lo tanto el refractario. El problema es que se degrada frente a los vapores de H 2O. . El revestimiento de trabajo debe ser cuidadosamente balanceado. Para ello lo mas conveniente son ladrillos de silim anita. se vuelca el arrabio liquido y la carga sólida constituida básicamente por chatarra. Entran en el Alto Horno como silicatos complejos. 24 .Corrosión por escoria. teniendo en cuenta que se utilizan en la zona de refrigeración. En esta zona se utilizan ladrillos de alta alúmina (90% Al 2O3).Abrasión y corrosión por parte de la escoria y arrabio liquido. en general de baja refractariedad. .Erosión por escoria y arrabio liquido. Normalmente en esta zona. el esfuerzo mecánico transmitido al refractario cuando el convertidor bascula. pero su resistencia es inferior al de los magnesianos cocidos. esfuerzo éste que es transmitido fundamentalmente por el muñón traccionado .- Debido al basculamiento del convertidor entre colada y colada. las zonas de los muñones son las que se encuentran continuamente expuestas a la atmósfera oxidante. Hoy en día la tendencia es utilizar ladillos de magnesio –carbono (15% de C) que son muy resistentes al ataque químico. Se suma a ello. se utilizan ladrillos de magnesita cocida impregnada en alquitrán. Ello indica que el refractario debe tener baja porosidad. Esta oxidación destruye la matriz del ladrillo. baja permeabilidad y bajo modulo de elasticidad. PERFIL DEL CONVERTIDOR LD : 25 . causando su desintegración. ya que permanece en contacto con el metal liquido (no reactivo). Además esta sometida a una atmósfera oxidante durante el soplado. 26 . apenas durante .algunos minutos en cada colad a. Sin embargo se encuentra someti da al ataque por oxidación y choque térmico. baja permeabilidad y resistencia al choque térmico.La región del cono superior trabaja a temperaturas relativamente inferiores.Desarrollo plano del revestimiento de trabajo balanceado. Este contacto intermitente genera choques térmicos. Se utilizan ladrillos de magnesita ligada con alquitrán. La región de la piquera es agredida por los factores ambientales. Por lo tanto el refractario deberá tener baja porosidad. No es una región critica en términos de desgaste. . Se utilizan ladrillos de m agnesita ligadas con resinas o de magnesita-carbón. si se las compara con las de región del baño. 7. erosión del acero liquido y ataque de la escoria durante el basculamiento del horno. para que sirva de amortiguante de las cargas posteriores. por las cuales se introduce la escoria y los humos ocasionando su degradación. La perdida de mat erial refractario se debe a rajaduras originadas por el spalling. La solera se encuentra sometida a las siguientes solicitaciones: Impa cto de chatarra.- En la región del fondo la principal solicitación es el ataque de la escoria.Evitar la chatarra pesada en la primer carga. .3 El revestimiento de seguridad de la solera. El revestimiento de trabajo de la solera. También es atacado por los humos provenientes de la aceración. esta constituido por varias filas de ladrillos de magnesita cocida (95% de OMg). enérgicamente compactada en varias capas con un vibrador.Cubrir toda la extensión de la solera con chapas finas. Horno eléctrico 1. Durante las cargas subsiguientes siempre se deja un resto liquido. Se utili zan ladrillos de magnesita ligada con alquitrán y actualmente la tendencia es magnesita -carbón. ésta formado por una masa apisonada de oxido de magnesio (mas de 95% de OMg). En las paredes laterales el ataque de la escoria si gue siendo el responsable del desgaste de los refractarios. 27 . Para que la solera recién constituida no sea dañada durante el primer cargamento. es necesario tomar los siguientes recaudos: . cuyo principal agente de corrosión es el FeO que transportan. aunque en menor medida que la pared lateral inferior. ya que la escoria se encuentra en emulsión dentro del baño metálico. El refractario entonces deberá tener baja porosidad y resistencia al choque térmico. Su resistencia a corrosión y erosión es muy buena. mediante un enfriamie nto intenso desde el exterior con paneles refrigerados por agua. Debido a que su conductividad térmica es alta. para la carga continua de materias primas. Una nueva tendencia es la de utilizar ladrillos de magnesia -carbón. que ocurre cuando se desplaza la bóveda para la carga. Por eso las paredes se co nforman con ladrillos de magnesita ligada en alquitrán. seguida de un calentamiento rápido. su vida se puede incrementar. La bóveda de un horno eléctrico tiene forma de cúpula y contiene electrodos. ataques químicos por parte de la escoria y por los humos y por las tensiones termomecánicas que ocasiona en enfriamiento repentino. 28 . La bóveda esta sometida a: Temperaturas elevadas causada por la radiación del arco. sumada a su gran resistencia al shock eléctrico. Las bóvedas de los hornos generalmente están conformadas con ladrillos de 70 -85% de Al 2O3 y en el centro de la bóveda se utiliza un hormigón de 90% de Al 2O3 con liga fosfórica. para reducir la temperatura de la superficie en servicio. En los esquemas siguientes se detallan tanto los paneles como las bóvedas refrigeradas. La existencia de estas aberturas deb ilita la bóveda. para la salida de humos y en algunos casos. 29 . sobre una capa de ladrillo aislante (alta porosidad). Estas reacciones van unidas a un aumento de volumen y producen un desmoronamiento de las superficies de los ladrillos. En esta zona se forma una costra. formando así los compuestos de feldespato. Se utilizan ladrillos de 45% de Al 2O3 de baja porosidad. Dentro del precalcinador. Generalmente se utilizan ladrillos de magnesita-cromo (60% de OMg). El revestimiento debe ser con vistas a un balance térmico favorable. El esfuerzo a que se somete el revestimiento refractario en la zona de ca lcinación. es de importancia secundaria en lo que respecta al concepto químico y térmico. los álcalis son normalmente el origen de formaciones de costras y corrosiones. Los álcalis reaccionan con los silicatos de alúmina.1. principalmente aislante.4 Horno rotativo En la zona de sinterización se utilizan ladrillos de magnesita cocida en liga directa. En ambos se utilizan ladrillos de 38% de 30 . Entre la zona de seguridad y la sinterización. con ladrillos de 70% de Al 2O3. lo cual es ventajoso para un funcionamiento libre de costras. con las acumulaciones proceden tes de los crudos adheridos al revestimiento y que lo protege de los efectos directos de la llama. El revestimiento clásico para la reducción de las perdidas de calor en e sta zona del horno . se encuentra el limite de la c ostra protectora y en el caso de una dirección irregular de la llama el extremo de la misma somete al revestimiento a grandes esfuerzos.7. cambios bruscos de temperatura e infiltraciones. está sometido a abrasión y el del enfriador a cambios bruscos de temperatura. es la colocación de dos capas a base de revestimiento de trabajo con ladrillos de 38% Al 2O3. pues tienen baja conductividad térmica y una mejor flexibilidad. ya que tienen alta resistencia al fuego y al ataque químico. La experiencia indica que es recomendable establecer una zona de seguridad. El refractario de los ciclones. 31 .Al 2O3.