Construcción de Hornos:Métodos y materiales

AUTOR: Junior Villa Q.jivilla37@gmail.com

Universidad Técnica Particular de Loja

Hornos para cochura de cerámicas

• El secado de las piezas cerámicas puede hacerse al aire libre y con el empleo de estructuras cerradas aplicando calor se logra acelerar el proceso.

• La cochura de los materiales debe hacerse siempre en estructuras cerradas con aplicación de calor.

Horno de hormiguero

• Se emplea todavía en ocasiones para la fabricación de ladrillos hechos a mano.

• Los ladrillos se apilan alternados con el combustible formando un montón y se cubren después con tierra.

• Se enciende el fondo y se deja que el fuego avance a través del “hormiguero”.

Horno periódico o intermitente• Estructura permanente (a veces el techo es temporal).• Redondos, pero pueden también ser rectangulares• Poseen un revestimiento interior de un refractario adecuado y otro

exterior de ladrillo de construcción protector.• Tiro ascendente, tiro horizontal o tiro descendente• Se colocan las piezas en el horno y a continuación se calienta éste

gradualmente.Ineficiencias:• Pérdidas de calor a través de las paredes y hacia la chimenea• Debe consumir una gran cantidad de combustible para calentar la

estructura con cada carga de material.• Por otra parte el calentamiento y enfriamiento continuado de la

estructura la debilita mucho más rápidamente que lo haría una temperatura elevada constante.

Horno continuo (Hornos de Hoffmann)

• Aprovechan el calor residual desprendido durante el enfriamiento.

• Serie de hornos intermitentes conectados en circuito• La circulación de aire pasa primero a través de las piezas que ya

se han cocido y se están enfriando, una vez caliente, pasa al horno que se encuentra en fase de cochura.

• Los gases residuales calientes pasan sobre las piezas que se encuentran próximas a la cochura.

• El fuego se mantiene siempre encendido y en movimiento alrededor del circuito de hornos.

• Se aprovecha el calor residual, pero todavía ha de calentarse la estructura del horno y dejarse enfriar para cada carga.

Hornos de túnel• Proceso inverso.• Tiene zonas a temperaturas constantes diferentes que se

corresponden un programa de cochura. • En teoría éste es el método ideal de cochura, con el que

puede conseguirse la máxima eficiencia en combustible.• En la práctica el horno de túnel está siendo rápidamente

reconocido como el método óptimo de cochura para la producción en serie.

• Aunque probablemente continuarán siendo utilizados hornos intermitentes mejorados en el caso de cargas pequeñas o individuales.

Colocación o disposición de las piezas en los hornos• Los factores que deben tenerse en consideración son:Primer factor:• Contacto directo con las llamas y los gases de combustión producidos al quemar el

combustible.• Cuando no es permisible el contacto existen dos métodos alternativos para proteger las

piezas. – El primero estriba en el empleo de un horno de mufla, que consiste en una cámara

más o menos cerrada en el interior del horno, alrededor de la cual pasan las llamas y los gases calientes

– el segundo consiste en colocar las piezas en recipientes refractarios, cajas, antes de introducirlas en el horno.

Segundo factor:• Si pueden apilarse unas sobre otras hasta alcanzar la altura total del horno.• Los ladrillos, pueden por lo general apilarse de dicho modo. Las que no requieren ciertos

soportes intermedios. Las piezas vidriadas que está recibiendo la cochura de vidriado no pueden tocarse en absoluto, o de lo contrario se pegarían unas con otras.

Materiales y métodos de construcción de Horno

• La exigencia de construcción de hornos cerámicos implica generalmente el conocimiento de las siguientes propiedades:

– Refractariedad en servicio– La resistencia térmica al resquebrajamiento o

resistencia al choque térmico– Resistencia a la abrasión y al impacto– resistencia a escorias, humos– Propiedades de construcción

Materiales Utilizados con mayor frecuencia en forma de ladrillo para construcción de hornos

Refractarios para temperatura muy elevada (superior a 1800 °C)

• Solamente materiales muy puros resisten estas temperaturas por ejemplo óxidos, aluminatos, zirconatos, así como también el carbono, carburos y nitruros

Morteros refractarios, mezclas para apisonado y revoques refractarios

Consideraciones Generales: El término refractario tal como se aplica a los morteros tiene el mismo

significado que cuando se aplica a ladrillos, bloques, etc -> son materiales que no presentan fusión a temperaturas inferiores de 1580ᵒC

Ciertos morteros que dependen de su fusión parcial y de la formación de una fase vítrea que constituye el aglutinante, no son refractarios, son termoadhesivos

Los morteros refractarios se endurecen por mecanismos cerámicos totalmente independientes del fraguado hidráulico de los morteros de cemento y cal

Los morteros refractarios son de hecho pastas cerámicas crudas, compuestas de materiales aglutinantes plásticos moldeables con agua, y de chamota no plástica. Se endurecen y establecen uniones por el proceso normal de cochura en su posición final.

• Los morteros refractarios se utilizan en construcción de hornos para establecer unión y cierre entre ladrillos y bloques refractarios, tienen que absorber las irregularidades que pueden existir en las superficies que deben unir, e impedir por completo el paso de gas a través de las juntas, todo ello con un espesor total mínimo.

• ≤ 1 mm el tamaño de grano• La calidad, composición y refractabilidad del mortero

deberán asemejarse a las de los ladrillos que ha de unir.

• Los termoadhesivos son materiales que pueden aplicarse como los morteros pero contienen fundentes, tal forma que funden durante el servicio; se utilizan para reparar grietas y poros, obturar cubiertas, puertas, etc.

• Las mezclas para apisonar se emplean para revestimientos de hornos y hogares monolíticos y para reparar daños de cualquier tamaño o forma sin necesidad de desmontar todos los ladrillos dañados; las mezclas para apisonado pueden ser totalmente cerámicas – por chamota y arcilla – o bien pueden estar aglutinadas por un cemento aluminoso

• Para lograr la máxima refractariedad deberá emplearse el mínimo de arcilla aglutinante, y deberá excluirse rigurosamente los fundentes, pese a que muchos de ellos pueden contribuir a la aglutinación.

• Los revestimientos y revoques refractarios pueden aplicarse a brocha o a pistola sobre superficies de mampostería calientes o frías a fin de protegerlas contra las escorias o el ataque abrasivo, y en particular para mantener intactas las juntas

Materias primas para morteros, mezclas para apisonado, refractarios

A) Aglutinante1. Aglutinantes cerámicos endurecidos durante el servicio

a) arcillas: arcillas refractariasb) coloides: vidrio solublec) fritas, vidriados, etc. : silicatos de bajo punto de fusión

2. Fraguado hidráulico en frío seguido por vitrificación durante el servicio3. Aglutinantes orgánicos que se endurecen en frío y se queman después

B) Chamota Arcilla refractaria quemada, bauxita calcinada, mullita, talco, óxido de zirconio, carburo de silicio, sílice, pizarra, …

Selección de Refractarios

Un horno acabado es una estructura complicada constituida por diversos materiales elegidos fundamentalmente por sus cualidades positivas y en segundo lugar teniendo en cuenta la economía máxima para las distintas partes del horno.

Así solamente se emplea ladrillos altamente refractarios donde se usan temperaturas muy elevadas, sus paredes exteriores son de ladrillo.

Swain sugiere tener presente algunos puntos como:

• Una correcta división de zonas esto es el empleo de materiales de alta calidad.

• La abrasión detectada por una superficie seca y rugosa puede contrarrestarse mediante el uso de ladrillos cocidos más intensamente de una naturaleza menos refractaria o si es posible se puede emplearse carburo de silicio o alúmina fundida.

• La escorificación que da al refractario una superficie vítrea suave debida al ataque por escorias o fundentes.

• Los ataques moderados pueden combatirse utilizando ladrillos mas compactos pero en casos severos requieren el uso de ladrillos de composición química diferente.

• La fusión puede diferenciarse de las escorificaciones por análisis de porción fundida que en este caso es igual al del ladrillo original.

• El resquebrajamiento mecánico es la perdida de porciones de ladrillo por tensiones mecánicas.

• La fractura es plana y con frecuencia las astillas son gruesas en el borde del ladrillo, reduciéndose su espesor hasta convertirse en una capa fina en el centro del mismo.

• El resquebrajamiento estructural se debe a una vitrificación de la superficie por acción de fundentes o escorias o por fusión con lo cual se contrae aquella y se originan tensiones hasta que llega un momento en que la pieza salta.

• El resquebrajamiento térmico debido a variaciones de temperatura demasiado rápidas aparece en forma de grietas curvadas desordenadas.

• La rigidez los materiales muy refractarios comienzan a reblandecerse a temperaturas mucho más bajas cuando son sometidos a cargas pesadas y cuando pasa esto la mejor solución es utilizar mejores métodos para transferir la carga a partes mas frías de la estructura.

• La desintegración debida a la acción química que reduce el ladrillo a una masa pulverulenta desprovista en absoluto de resistencia.

Aislamiento de Hornos

La necesidad de aprovechar al máximo el combustible consumido en cualquier proceso está siempre patente.

Se pierde una gran cantidad de calor a través de las paredes de los hornos, construidos tradicionalmente a base de ladrillo refractario y ladrillo de construcción

Un adecuado aislamiento de la estructura puede reducir estas pérdidas a una cantidad despreciable.

La temperatura de la estructura propiamente dicha permanece constante, por lo que el aumento de su masa mediante la adición de aislamiento no hace aumentar por sí mismo el consumo de combustible. Por consiguiente constituye una parte esencial de la construcción de un horno de túnel la incorporación de materiales aislantes refractarios.

Un adecuado aislamiento no sólo reduce el consumo de combustible sino que además contribuye a mantener el horno a una temperatura más uniforme y hace mucho más agradable las condiciones de trabajo en la proximidad de los hornos.

No debe descuidarse el correcto aislamiento del suelo de un horno.

Materiales AislantesEl principio del aislamiento está basado en la baja conductividad del aire, y la totalidad de los materiales aislantes procuran incorporar tanto aire como lo permitan otras consideraciones. La transmisión de calor a través de los sólidos tiene lugar por conducción, pero tan pronto como se introducen grandes espacios de aire entran en juego la convección y la radiación

La importancia relativa de los tres factores varía con la temperatura

Una cuestión de mucha importancia en el aislamiento de hornos es la temperatura que puede soportar un material poroso sin que los poros se aplasten y se produzca una fuerte contracción. El material poroso que se dispone con mayor abundancia entre los de elevado poder aislante es la tierra de diatomeas.Actualmente se fabrican ladrillos aislantes refractarios de cerámica que soportan temperaturas hasta de 1540 ˚C (2804 ˚F).La mayor porosidad de la superficie de los ladrillos aislantes los hace más propensos al desmoronamiento y producción de polvo. A fin de evitar esto se lavan frecuentemente con una preparación de zircón para obturar la capa superficial mejorar así su resistencia.

Métodos de construcción de hornos

• Para la construcción de hornos se utiliza mampostería con juntas de dilatación. La mayor parte del tiempo se construye con diferentes materiales en capas o revestimientos.

•Existen numerosos diseños para bóvedas planas suspendidas en cuales los ladrillos de formas especiales se suspenden individualmente de barras de acero, bien sea mediante tirantes enganchados en los ladrillos, pinzas que aprisionan salientes de los mismos, o tubos refrigerados que atraviesan los ladrillos.

• Pueden construirse hornos de cualquier anchura deseada con ladrillos suspendidos sin que las paredes deban soportar carga alguna, por lo que estas puedan construirse más económicamente.

• Los techos suspendidos son adecuados para utilización con ladrillos aislantes de superficie caliente.

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