1 Leccion 3.- Fabricación de materiales refractarios conformados

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    Leccion 3.- Fabricacin de materiales refractarios conformados.

    3.1.- Introduccin.

    Se han estudiado anteriormante, de forma general, las distintas funciones que estn llamados a desempear los

    materiales refractarios, y las propiedades que deben reunir para cumplir eficientemente dichas funciones.

    La variedad y complejidad de funciones y propiedades, en algunos casos contradictorias, nos lleva a establecer

    dos conclusiones:

    La primera de ellas es la prctica imposibilidad de utilizar directamente como refractarios materias primas en

    estado natural, por lo que es necesario elaborarlos de acuerdo con tcnicas de fabricacin orientadas a obtener

    o mejorar las propiedades deseadas.

    La segunda conclusin radica en el hecho de que, an contando con materiales refractarios elaborados, slo es

    posible compatibilizar entre s las diversas funciones prcticas mediante una multiplicidad de materiales,

    debidamente organizados, constituyendo lo que en la tecnologa metalrgica se denomina el revestimiento

    refractario del horno o instalacin trmica

    En base a lo anterior se van a estudiar los fundamentos de los procesos de fabricacin y conformacin de los

    materiales refractarios. Al estudiar las diversas clases de refractarios industriales, y sus aplicaciones especficas

    a los diversos procesos y hornos metalrgicos, se analizarn, de modo particular, los conceptos generales que

    se describirn a continuacin.

    3.2.- Fabricacin de ladrillos refractarios.

    En la industria de los materiales refractarios se utilizan diversos mtodos para su fabricacin. El sistema ms

    sencillo es el de cortar piezas, de la forma deseada, a partir de las materias primas naturales o producidas

    artificialmente, como son por ejemplo los esquistos de cuarzo o el silicio fundido (Figura 3.2.1).

    Figura 3.2.1.- Procedimiento de corte para dar forma a los bloques de material de cuarzo

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    Otro mtodo diferente es el de fundir una composicin determinada en moldes para obtener ladrillos o

    bloques. Los materiales fabricados por este principio se denominan productos electrofundidos.

    En los ltimos aos se han implantado principios y tcnicas de trabajo de la cermica fina para fabricar

    productos altamente refractarios, en los que las materias refractarias una vez molidas con la mxima finura y

    despus de una preparacin en hmedo, se moldean bien por medio de aglomerado qumico, extrusin o

    tambin por prensado isosttico.

    Para la fabricacin de ladrillos refractarios se sigue utilizando no obstante, todava hoy en da preferentemente

    el denominado mtodo de cermica bruta (Figuras 3.2.2, 3.2.3, 3.2.4 y 3.2.5).

    Figura 3.2.2.- Proceso de fabricacin de ladrillos refractarios de chamota moldeados en seco.

    1.- Almacn de materia prima, 2.- triturador de arcilla, 3.- molino de arcilla, 4.- torre de secado, 5.- silo,

    6.- dispositivo para disolucin de componentes lquidos, 7.- triturador basto, 8.- triturador fino,

    9.- transportador, 10.- criba, 11.- silo de carga, 12.- molino de bolas, 13.- aireador, 14.- pesaje,

    15.- silo de carga, 16.- dosificador de componentes lquidos, 17.- mezclador, 18.- prensas de friccin,

    19.- prensas hidrulicas, 20.- moldeador a mano/apisonador, 21.- vagoneta de coccin, 22.- secador de tnel,

    23.- horno tnel, 24.- almacn/cargue de ladrillos.

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    Figura 3.2.3.- Diagrama de flujo del proceso de fabricacin de ladrillos refractarios.

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    Figura 3.2.4.- Diagrama de bloques del proceso de fabricacin de materiales refractarios.

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    Figura 3.2.5.- Diagrama de flujo del proceso de fabricacin de ladrillos refractarios.

    Como puede observarse el esquema de fabricacin abarca los siguientes pasos fundamentales:

    Molienda

    Clasificacin Preparacin

    Mezcla

    Moldeo o conformado

    Secado

    Coccin

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    3.3.- Preparacin de las materias primas.

    En general las materias primas de que parte el proceso de fabricacin de materiales refractarios

    son de origen natural y proceden directamente de mina.

    En la fabricacin de refractarios especiales, y en el caso de la magnesia, cuyas reservas naturales

    son actualmente insuficientes, la materia prima procede en algunos pases (USA entre ellos) de

    sntesis qumica (magnesia obtenida a partir del agua de mar y almina a partir de la bauxita).

    Cuando se utilizan, en todo o en parte, materias de origen primario (naturales), es necesario realizar una serie

    de operaciones previas con el objeto de obtener una materia de calidad adecuada, que nos permita obtener un

    producto refractario cocido con las propiedades deseadas. Por ello y una vez extrada la materia prima natural

    de la mina o cantera, se procede a su lavado, con objeto de eliminar materias solubles que puedan actuar como

    posibles fundentes y que por tanto disminuirn las propiedades refractarias del producto a fabricar.

    En algunos casos es necesario realizar un proceso de concentracin y posterior o paralelamente, una

    calcinacin del producto, con el objeto de eliminar el CO2 de los carbonatos o H2O de los hidratos presentes

    en la materia prima. Si no se realizara esta operacin, dichas sustancias voltiles se evacuaran en el proceso

    de coccin de las piezas refractarias y provocaran la rotura de las mismas, con las consiguiera es prdidas

    econmicas. En ese sentido, se tiene la chamota que es el producto resultante de calcinar materiales

    arcillosos.

    La preparacin abarca tres procesos individuales, a saber:

    1.- Desmenuzamiento de la materia prima, por trituracin o molienda (Figura 3.3.1).

    2.- Fraccionamiento por criba del material triturado o molido (Clasificacin).

    3.- Mezcla de fracciones para la formacin de masa (Dosificacin).

    Por regla general y debido a circunstancias de tipo econmico, el proceso de trituracin se realiza

    escalonadamente:

    Trituracin basta - trituracin fina - molienda.

    Para ejecutar este tipo de trituracin existen un gran nmero de mquinas de diferentes tipos, de las que

    slo se citarn las ms importantes:

    - Trituracin basta: triturador de mandbulas, triturador de impacto, triturador de cono, triturador de rodillos.

    - Trituracin fina: triturador de impacto, triturador de cono, triturador de rodillos.

    - Equipos de molinos: Molino de rodillos anulares, molino de bolas, molino oscilante.

    Los aspectos fundamentales para la eleccin apropiada del equipo de trituracin son la dureza y la

    maleabilidad del material a moler, el grado de fragmentacin prevista, la forma de grano y otros de carcter

    similar. El grado de rendimiento tcnico para la trituracin en todas estas mquinas es extraordinariamente

    bajo y est situado por debajo del 1 %. siendo todava inferior para los equipos de molienda fina.

    La mayor parte de la energa utilizada se transforma durante el proceso de trituracin en calor. Un factor

    importante de costos en la trituracin es el desgaste de los elementos moledores. En lneas generales, se ha

    valorado el principio de que para materiales duros debern utilizarse herramientas resistentes y para el

    material blando la herramienta dura.

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    Figura 3.3.1.- Instalacin trituradora de magnesia sinterizada.

    La intensidad de la molienda y la forma de llevarla a efecto dependen de la forma y tamao de grano deseados.

    En general interesan granos angulosos e irregulares con preferencia a formas redondeadas o planas a fin de

    conseguir una buena compacidad y cohesin de las piezas. Los granos irregulares, en cuanto a forma,

    presentan una mayor superficie por unidad de peso y dan lugar a una mayor isotropa de caractersticas

    trmicas y mecnicas. Por esta causa deben utilizarse procedimientos de molienda con molinos de impactos o

    de percusin.

    Los tamaos de molienda dependen de la textura cristalina de la materia prima y de su homogeneidad

    cristalogrfica.

    Debe destacarse que para evitar contaminaciones no deseadas en las etapas de molienda, en las fabricas

    de refractarios, se dispone de circuitos de molienda separados para las distintas materias primas

    refractarias.

    El cribado de la materia prima triturada se hace en la mayora de los casos con cribas oscilantes, con una sola

    criba o con un paquete de cribas, segn el nmero de fracciones que se quieran obtener. La condicin

    imprescindible para conseguir el fraccionamiento correcto es que se conserve el material a cribar libre de toda

    humedad, teniendo especial incidencia para el cribado fino. Para evitar la obstruccin de la criba,

    frecuentemente se procede a calentarla. Se suelen utilizar tambien con la misma finalidad cribas de tejidos

    especiales, como cribas de mallas paralelas, cribas de agujero alargado o similares.

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    Para la preparacin de la masa a moldear, se mezclan los componentes en un mezclador segn la materia

    prima indicada y la frmula de la granulometra, se aade un aglomerante y despus se procede a la

    homogeneizacin que suele ser normalmente en mezcladores discontinuos. En la industria del refractario han

    ido tomando base los mezcladores de contracorriente, mezcladores de rotor muy pesado (aproximadamente 3

    toneladas) y mezcladores de eje doble. Son las caractersticas fsicas del ladrillo las que determinan si es ms

    conveniente la instalacin de un mezclador de rulos. El mezclador de rulos suministra normalmente masas para

    fabricar ladrillos de textura ms densa.

    Para poder co