19_Apunte Refractarios

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  • Industrias I 72.02

    Materiales Refractarios

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    1 MATERIALES REFRACTARIOS ................................ ................................ ................... 3

    1.1 Introduccin ................................ ................................ ................................ .................... 3 1.2 Clasificacin de los refractarios segn su caracters ticas qumicas: ........................... 3 1.3 Clasificacin de los refractarios segn su proceso de fabricacion: ............................. 4 1.4 Clasificacin de los refractarios segn su materia prima ................................ ............. 7

    1.4.1 Diagrama binario slice almina ................................ ................................ ............ 9 1.5 Propiedades qumicas y fsicas de los materiales Refractarios y breves explicaciones sobre mtodos de control ................................ ................................ ................................ ...... 11 1.6 Fabricacin 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 elctrico ................................ ................................ ................................ ..... 27 1.7.4 Horno rotativo................................ ................................ ................................ ....... 30

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    1 MATERIALES REFRACTARIOS

    1.1 Introduccin Los refractarios son materiales, que en condiciones de servicio resisten elevadas temperaturas, erosin, abrasin, impacto, ataque qumico, accin de gases corrosivos y otras experiencias no menos recias. Estos materiales se usan para el recubrimiento de hornos, hogares conductos chimeneas, etc.; eligindose alguno de los materiales existentes, segn sean las condiciones reinantes en determinadas zona. La mayor parte de los refractarios son materias cermicas fabricadas con xidos de elevado punto de fusin (SiO 2, Al2O3, Mg, y Cr2O3). No obstante, el carbn es actualmente un refractario importante. Algunos metales, como el molidbeno Mo (punto de fu sin = 2600C) y el Wolframio W (punto de fusin 3400C) son refractarios y encuentras aplicacin en aparatos de investigacin. Incluso estos se pueden fundir en envases de cobre abundantemente refrigerados por agua, los cuales si bien no estn clasificado s como refractarios, ciertamente los reemplazan. A continuacin se indican los puntos de fusin de los xidos y compuestos ms utilizados en esta industria: a) OXIDOS: Slice (SiO2) 1723C Almina (Al 2O3) 2050C Cromo (Cr2O3) 2250C Periclasa (MgO) 2800 C Zirconio (ZiO 2) 2700C b) COMPUESTOS: Espinela (Mg.Al 2O3) 2135C Foresterita (Mg.SiO 2) 1900C Mullita (3Al2O3.2SiO2) 1850C

    1.2 Clasificacin de los refractarios segn su caractersticas qumicas: 1) ACIDOS: son aquellos que no son atacados por compues tos cidos, son fabricados por materias primas slico aluminosas. 2) BSICOS: son aquellos que reaccionan con escorias cidas. Su contenido se basa en magnesita, dolomita, y magnesita -cromo.

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    3) NEUTROS: son relativamente inertes, tanto las escorias si lceas como calizas. En este grupo se incluyen los refractarios de carbn, almina (Al 2O3), Cromita (FeO.Cr 2O3) y Foresterita (2MgO.SiO 2) Existira un cuarto grupo que es el de los refractarios especiales que son materiales nuevos, o muy caros, por su pro ceso de fabricacin como los de ZiO 2 y BeO y se destinan nicamente para fines de investigacin y otros usos aislados, tales como energa atmica, o tecnologa de turbinas de gas.

    1.3 Clasificacin de los refractarios segn su proceso de fabricacion: Se clasifican en dos tipos: Ladrillos y especialidades

    A) LADRILLOS: Segn la forma de ligar las materias primas existen 2 tipos: 1) Cocido convencional: en el caso de los refractarios slico -luminosos durante la coccin se produce incipiente fusin de los comp uestos formados por lo xidos constituyentes e impurezas, formando de este manera una matriz soporte que es que le da la rigidez al ladrillo. 2) Cocido liga directa: en el caso de los refractarios de magnesia, se comprob que como un contenido muy bajo de impurezas a alta temperatura (aprox.1800C) , se unan los cristales de Periclasa (MgO) directamente, sin la matriz soporte o siendo ella muy reducida (segn el contenido de impurezas). 3) Cocido e impregnado: la impregnacin ejerce sobre el ladrillo una funcin protectora contra el ataque de las escorias. Cuanto mas poroso sea el ladrillo, posee una mayor superficie expuesta a la corrosin de la misma. De esta manera se introduce carbono, el cual frente a la accin del FeO de la escoria produce CO, depositndose el Fe que no ataca al refractario. El ladrillo es expuesto al vaco, se inyecta e alquitrn que penetra en los poros por diferencia de presin. Se impregnan los refractarios bsicos, logrndose una importante resistencia al impacto (por ejemplo carga de chatarra). 4) Qumicamente ligado: No tiene coccin previa. Lo que se hace es la calcinacin de las materias primas. En el pastn formado se agrega un elemento qumico que produce a travs de reacciones qumicas la ligazn entre los granos, l ogrndose la resistencia necesaria para ser transportado, instalado y soportar en peso propio de la instalacin. Al evitarse la coccin se obtiene una importante reduccin en el costo. 5) Ligado con alquitrn: La ligazn de las materias primas se logra c on la adicin de un alquitrn bituminoso y posterior prensado.

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    6) Templado: Al ladrillo ligado con alquitrn se lo somete a un calentamiento a baja temperatura ( 400 a 500 C) a fin de lograr la deposicin del carbono y obtener la resistencia necesari a. Los ladrillos correspondientes a los tipos 4), 5) y 6), son cocidos en servicio u operacin.

    En la pared refractaria se produce un gradiente de temperatura, es decir que cada punto tiene distinta temperatura. Por lo tanto se produce la coccin en aquellos puntos donde T > T coccin del refractario. Sin embargo la otra parte ya ha comenzado su proceso de coccin. El espesor cocido avanza en la medida que se desgasta el refractario. 7) Electrofundidos: Mediante un electrodo se funden las materias primas llevndolas al estado liquido y luego se las vierte en un molde. El horno no tiene paredes, la misma materia prima sirve de contencin y se funde en zonas aledaas al electrodo. Una vez colado el lingote, se corta con sierras ab rasivas. 8) Aislantes: Con los materiales se trata de reducir el flujo calrico por conveccin, conduccin y radiacin. El aislante ideal debera tener una estructura tipo colmena, de celdas diminutas y paredes muy delgadas llenas de aire y construido c on un material de baja conductividad trmica. Para lograr ello, en la elaboracin del refractario aislante se mezclan las materias primas con elementos combustibles, como aserrn o viruta de madera. Durante la coccin del aislante las sustancias combustib les se queman, 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. Existen distintos tipos: 1) Tierra refractaria: Mezcla de dos o mas materias primas al estado natural sin haber sufrido proceso de calcinacin. Solo han sido sometidas a trituracin, molienda y clasificacin de tamaos (dosificacin).

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    Al ser aplicada no desarrolla ningn tipo de resistencia mecnica. Se la utiliza para sellar imperfecciones de ladrillos. 2) Argamasa: La nica diferencia que tiene con la tierra refractaria, es que parte de las materias primas que la constituyen son previamente calcinadas. 3) Mortero: Produc to construido por la mezcla de argamasa con un elemento ligante, que puede ser un cemento alumino clcico, que en presencia de agua le confiere a la mezcla una resistencia mecnica a temperatura ambiente. Se lo utiliza como elemento ligante entre piezas c onformadas de material refractario. 4) Hormign: Por medio de una granulometra ms grande y un aglomerante de propiedades hidrulicas adecuado, se pueden colar piezas monolticas o premoldeadas de forma tal que reemplacen a un nmero importante de ladri llos. 5) Plstico: Es una mezcla de materias primas calcinadas, crudas (arcillas muy plsticas) y agua. Pueden ser de endurecimiento al aire o al fuego. En servicio adquiere una menor resistencia mecnica que el hormign, pero es ms poroso lo que lo hac e un mejor aislante. 6) Masa para proyectar: Es una masa refractaria hmeda que se aplica mediante una maquina de proyeccin y queda adherida por impacto. Es importante tener en cuenta el contenido de humedad, pues si es poca la proyeccin resulta pulverulenta, si es mucha chorrea el material. Otro factor a determinar es el ndice de rebote, que refleja el material no adherido y que no debe ser superior al 5% del total. 7) Masa para apisonar: Material refractario que se aplica en seco, mediante repetido s golpes de una herramienta mecnica. De esta manera se logra una elevada densidad lo que implica una mayor resistencia a la abrasin. 8) Hormign tixotrpico: Tambin llamado hormign denso o de bajo cemento. Es un producto constituido fundamentalmente por: - Materias primas precalcinadas e inertes que conforman un espectro de mezcla de

    diferentes tamaos, de manera tal de disminuir al mximo los espacios vacos entre granos.

    - Un aglomerante de frage hidrulico. - Aditivos especiales que le confieren caract ersticas lubricantes y fluidificantes.