BOL.SOC.ESP.CERAM.VIDR. 28 (1989) 5, 385-393

Refractarios de magnesia-carbono para cucharas

J. I. LASQUIBAR, C. RIBERA Aristegui Material Refractario, S. A. - Hernani (Guipzcoa)

RESUMEN.Refractarios de magnesia-carbono para cucharas. Se repasa en este artculo la situacin de los revestimien-

tos de cuchara de acero originada por la extensin de la metalurgia secundaria. Se examina el mecanismo de des-gaste de los refractarios que contiene carbono y las di-versas lneas de mejora que pueden abordarse tras el estudio del proceso de ataque. As se llega a la justifca-cin de la utilizacin de refractarios de alto contenido de carbono, conteniendo grafitos y con aglomeracin por re-sinas. Se estudia cada uno de los componentes bsicos: magnesitas, graftos y resinas, as como la problemtica particular de estos refractarios, principalmente el pro-blema de la oxidacin interna. De estos estudios pueden deducirse las mejoras a introducir dentro del diseo del material refractario, de la seleccin de sus componentes y sus cuantas respectivas con vistas a poder hacer frente especficamente a cada uno de los problemas refractarios que van a encontrarse en la utilizacin.

Es asimismo importante la seleccin de los formatos adecuados para cada forma de montaje y manera de tra-tamiento y utilizacin de la cuchara. Se indican tambin unos datos prcticos reales de consumos y costes que esen-cialmente demuestran que este tipo de refractarios pue-den dar en las cucharas, y lo estn dando, resultados econmicos convenientes.

ABSTRACT, les.

-Magnesite-carbone refractories for lad-

The general aspects of the magnesia-carbon refractories used in steel pouring are reviewed. The refractories lin-ings on difi^ erent areas of the steelmaking ladles are show-ed by discussing the different materials which can be used.

Wearing mechanisms are also discussed as well as the different liners. The distribution of costing analysis of refractories in steelmaking is finally reviewed.

1. INTRODUCCIN Originalmente las cucharas fueron recipientes utilizados

solamente para el traslado del acero desde la unidad de fu-sin a la unidad de colado.

Actualmente el papel del horno elctrico se ha reducido, en la mayora de los casos, a una unidad de fusin, efec-tundose el resto de operaciones de desulfuracin, desoxi-dacin, afino, etc., en la cuchara.

La exigencia de utilizacin de mejores refractarios en las cucharas ha sido impuesto as por los siguientes procesos.

Aparicin del sistema de colado en continuo, con el consiguiente aumento de las temperaturas de colada y asimismo del tiempo de mantenimiento en cuchara.

El uso de ms complejas operaciones de metalurgia se-cundaria con fases de carburacin, desoxidacin, des-gasificado, adicin de aleaciones, todo ello ayudado con la inyeccin de gas con objeto de asegurar la ho-mogeneizacin del anlisis.

Recibido el 1-4-89 y aceptado el 15-7-89.

SEPTIEMBRE-OCTUBRE, 1989

En las primeras etapas los revestimientos utilizados esta-ban basados en las diversas variedades de refractarios base almina, pero estas calidades se han mostrado insuficientes cara a las altas temperaturas de trabajo y a la agresividad de las escorias.

Los ensayos tendieron entonces a la utilizacin de reves-timientos bsicos, a pesar del inconveniente presentado por stos por su ms alta conductividad trmica y problemas de spalling cuando se exponen a cambios rpidos de tempe-ratura.

El inicial xito en la aplicacin de estas calidades en las cucharas ASEA-SKF se ha desarrollado en otros procesos de metalurgia secundaria mejorando las calidades del acero en los aspectos de menores contenidos en gases, mayores facilidades de desulfuracin y mejores resultados en cuanto a tamao y tipo de inclusiones.

Tambin ha ayudado a este desarrollo la aparicin del nue-vo cierre de cuchara por placa corredera, lo que ha hecho disminuir los tiempos tap to tap y el enfriamiento de la cuchara entre coladas. Esto ha trado consigo la justifica-cin del uso de refractarios de mayor calidad y mejor re-lacin de costo final, como son los productos de la lnea magnesia-carbono.

385

J. I. LASQUIBAR, C. RIBERA

1.1. Estudio de revestimiento por zonas

1.1.1. REVESTIMIENTO DE SEGURIDAD

Se utilizan varias capas de silicoaluminoso de bajo y me-dio contenido de almina, que actan como aislante al mis-mo tiempo, en espesores de 30 y 65 mm entre la chapa y el revestimiento de trabajo.

Estos espesores se ven reforzados en calidades ms altas en almina en la zona del fondo.

A la altura de la lnea de escorias, en las cucharas de tra-tamiento fuerte, se refuerza con materiales bsicos, tales co-mo la magnesia cocida, magnesia-cromo de liga directa o incluso magnesias-carbonos de 10% carbono residual, para prevenir posibles filtraciones de acero.

1.1.2. REVESTIMIENTOS DE TRABAJO

Hay diversas variedades de configuracin de revestimien-tos de trabajo, como siempre en funcin de los tipos de ace-ros fabricados y el tratamiento a que se ven sometidos. Desglosando por las diversas zonas.

1.1.2.1. Zonas de escorias

clones de trabajo lo permiten se utilizan revestimientos completos de doloma.

No podemos dejar de resear los ensayos prometedores efectuados con cucharas enteramente magnesticas. Cuando las condiciones especficas de trabajo lo permiten, se han ensayado con aparente xito, cucharas combinadas de magnesia-carbono de 10% en zonas de escorias y menor ni-vel de carbono en paredes laterales y fondo, entre 5 y 6% de residual, con objeto de minimizar las prdidas calorfi-cas y cadas de temperatura.

Los primeros resultados, a pesar de su ms alto costo de partida, apuntan a resultados econmicos interesantes, que animan a seguir profundizando en esta direccin.

REFRACTARIOS DE MAGNESIA-CARBONO PARA CUCHARAS

2.1. Generalidades

Primeramente una explicacin general de lo que son los refractarios de magnesia-carbono.

Los actuales materiales de magnesia-carbono son realmente una evolucin de los materiales con breas o alquitranes, que se han utilizado durante mucho tiempo.

Lo ms comn es la utilizacin de magnesia-carbono con contenidos en carbono residual de 9 a 16%. Esta calidad pue-de reforzarse en algunas zonas bien definidas, como la ver-tical de borboteo de argn con adiciones de materia prima electrofindida y antioxidantes; esta combinacin se presen-ta como eficaz en reas de muy ierte desgaste.

En calidades de aceros, donde la presencia de breas y gra-fitos puede perturbar los bajos contenido de carbono exigi-dos en sus especificaciones, se utilizan con bueno resultados calidades exentas de carbono, como la magnesia-cromo de alta coccin y liga directa.

En ciertos casos, como escorias de basicidad variable en el tiempo, aceros de bajos carbonos, vaco prolongado, etc., se estn utilizando materiales de magnesia-cromo de liga di-recta de alta calidad con materias primas especialmente se-leccionadas.

1.1.2.2. Paredes laterales

Se utilizan calidades de doloma temperizada o alta al-mina, segn los parmetros econmicos o el carcter conti-nuo o discontinuo del proceso de produccin.

Las zonas de mximo desgaste de esta rea, como el im-pacto del chorro de colada, se refuerzan con magnesia-carbono reimpregnada resistente a la abrasin.

1.1.2.3. Fondo

Generalmente se utilizan alta almina, doloma temperiza-da y en zonas de mximo desgaste magnesia-carbono reim-pregnada o magnsia-cromo de alta calidad.

Lo citado arriba puede considerarse como el tipo de re-vestimiento ms comn, sin olvidar que cuando las condi-

2.1.1. MECANISMO DE DESGASTE

Conviene primeramente repasar los mecanismos de des-gaste de un ladrillo de magnesita que contiene carbono, pues

Fig. 1.Esquema del mecanismo de desgaste de un ladrillo de magnesita-carbono: la escoria (cal+slice+xido de hierro) entra en contacto con el ladrillo, penetrando por capilaridad entre las juntas depericlasa, se co-

mienza a oxidar el carbono.

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Refractarios de magnesia-carbono para cucharas

Fig. 2.Esquema del mecanismo de desgaste de un ladrillo de magnesita-carbono: la escoria penetra y se forman silicatos (montcellita y brownmi-

llerita). Fig. 3.Esquema del mecanismo de desgaste de un ladrillo de magnesita-carbono: los granos de periclasa pierden coherencia y cualquier abrasin

o choque trmico produce desprendimientos.

la aportacin de carbono es, en definitiva, el objetivo de la utilizacin de breas o alquitranes.

Siguiendo los esquemas de las figuras 1, 2 y 3, el proceso es el siguiente:

La escoria, principalmente compuesta de cal, slice y xido de hierro, entra en contacto con le ladrillo.

Por capilaridad y reaccin qumica va penetrando en-tre las juntas de granos de periclasa, formndose sili-catos que finden y se incorporan a la estructura del ladrillo.

Esta penetracin queda dificultada mientras exista car-bono: ste no funde, no es mojado por la escoria y ade-ms cierra los poros.

Pero, sin embargo, el xido de hierro principalmente y la sflice secundariamente van oxidando el carbono segn las reacciones C+FeO, Fe + C02, C + SO2 y SiO + CO.

El hierro formado vuelve al bao y el CO y SiO van con los gases, pero el carbono se va consumiendo.

Cuando el carbono se ha consumido queda el camino libre: la escoria penetra y se forman los silicatos prin-cipalmente:

CaO+MgO + Si02

CaO+ALO.+FeO

CMS (moncellita) que funde a 1.480C C4AF (brownmillerita) que funde a 1.300C

Los silicatos funden y se incorporan a la escoria: el grano de periclasa queda sin unin al resto del ladrillo y cualquier abrasin o choque trmico hace que des-prenda y se vaya con la escoria.

Queda al descubierto una nueva capa de material re-fractario inalterado y el proceso recomienza.

Este en el mecanismo general de destruccin del ladrillo y lgicamente el proceso se agudizar si:

El material presenta poros numerosos, grandes o co-municados.

Tiene poco carbono, o ste se quema fcilmente. La magnesita contiene ya muchos silicatos de bajo pun-

to de fusin. La propia magnesita es poco compacta y tiene muchos

poros.

El grano de periclasa es muy pequeo y por tanto hay muchas juntas.

Esto indica que, evitando estas circunstancias, se mejora-r el comportamiento del ladrillo. Se puede, pues, estable-cer unas lneas de mejora dentro de las que se pueden actuar. El desgaste no se puede evitar, pero s se puede reducir su velocidad.

Dejando de lado de momento las mejoras claras que se pueden obtener mejorando la magnesita base y la fabrica-cin del ladrillo, las que se pueden obtener por el lado del carbono se examinan a continuacin.

SEPTIEMBRE-OCTUBRE, 1989 387

J. I. LASQUIBAR, C. RIBERA

Es claro que si hay ms carbono en el ladrillo quedar ms protegido ante el ataque del xido de hierro. Sin embargo, ya que esto no puede conseguirse con la simple adicin de ms brea, hubo que aadir carbono en otra forma y as se hizo. Se aadi cok en polvo, antracita calcinada, negro de humo, etc. Pero todos estos productos, incluso la brea, te-nan un inconveniente, se queman fcilmente y la proteccin es efmera. Adems, cuando quemado, la estructura del la-drillo ms porosa y el ataque de escoria subsiguiente feroz y, finalmente, los resultados del ladrillo malos.

Esto llev a la utilizacin de un carbono con mayor re-sistencia a la oxidacin, con una mayor estabihdad, o sea, cristalizado. Descartado el diamante por razones evidentes, quedaba el grafito y eso es lo que se realiz, dando lugar a los materiales magnesia-carbono actuales.

Esta utilizacin fue un xito y se consiguieron buenos re-sultados con el sistema de aglomeracin convencional a ba-se de alquitranes, mientras el grafito utilizado era en baja proporcin o era material amorfo o de baja pureza. Pero al intentar aumentar las proporciones y la pureza utilizando gra-fito en escamas se vio la necesidad de recurrir a otro siste-ma de aglomeracin, a base de resinas.

Vamos a examinar con algn detalle ambos productos que son los que caracterizan los materiales modernos de mag-nesia-carbono: los grafitos y las resinas.

2.2. Grafitos

El grafito es carbono cristalizado en estructura hexago-nal, segn muestra esquemticamente la figura 4.

Hay grafitos artificiales pero su estructura es porosa y no sirven por tanto para el objetivo perseguido. Hay que recu-rrir a utilizar grafitos naturales.

Otra propiedad de gran importancia que confieren los gra-fitos a los ladrillos de magnesia-carbono es el aumento de conductividad trmica. Esta es un propiedad en general de-seable.

En la figura 5 se muestra la forma de distribucin de tem-peraturas en los casos de baja y alta conductividad trmica.

El grfico de temperaturas en el ladrillo indica que la pro-fundidad de congelacin de los productos fundidos y por tanto su penetracin, ser inferior al caso de mayor conduc-

mm

Fig. 5.Forma de distribucin de temperaturas en los casos de baja y alta conductividad trmica.

tividad. Adems esto tiene gran importancia para la tempe-ratura media del ladrillo como se ver ms adelante. La conductividad trmica es funcin del contenido de grafito (fig. 6).

Asimismo, esta conductividad trmica no es uniforme. En el prensado las escamas de grafito se orientan perpendicu-

30

20

< 9 > ( o =3 10

200 ^00 600 800 1000

TEMPERATURA {"C) 1200 uoo

Fig. 6.Conductividad trmica segn el contenido de grafi 'to.

Fig. 4.Estructura hexagonal del grafito.

larmente a la direccin de prensado, lo cual hace que la con-ductividad vare en una direccin u otra (fig. 7).

Esta propiedad es til para el diseo del ladrillo segn la aplicacin, pues no siempre es deseable una muy alta con-ductividad trmica, caso por ejemplo de las cucharas de acero y hay que tenerlo en cuenta al decidir el sentido de prensado del ladrillo.

Las impurezas, cenizas presentes en el grafito, tienen una gran importancia. Aunque lgicamente varan segn el ya-cimiento de procedencia, estn constituidas mayoritariamente por cuarzo y, adems, pueden estar presentes micas, feldes-patos, piritas, xido de hierro e incluso hierro metlico.

Estas cenizas entran en juego no solamente al oxidarse el grafito, lo cual en medio de todo no tendra gran importan-cia puesto que ya esa parte del ladrillo estara prcticamente destruida, sino que influyen de gran manera en su oxidacin. Solamente indicar ahora que aunque es claro que una mayor

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Refractarios de magnesia-carbono para cucharas

CONDUCTIVIDAD DEL MISMO LADRILLO SEGN DIRECCIN DE PRENSADO

CONDUCTIVIDAD (w/m/"K)

DIRECCIN DE PRENSADO DIRECCIN PERPENDICULAR

a 150

10./

i 17.A

a 1000

6.9

U

Fig. 1 .Conductividad del ladrillo de magnesita-carbono

segn la direccin del prensado.

pureza sera siempre deseable, entran enjuego, las conside-raciones econmicas tenindose que llegar al compromiso adecuado, como es habitual en toda tcnica. El precio del grafito sube enormemente y mucho ms que proporcional-mente al superar los niveles del 97% de carbono, por lo que actualmente ste es el lmite prctico para aplicaciones re-'actarias normales.

Las impurezas no inuyen solamente en la resistencia a la oxidacin sino, y principalmente, en la resistencia en caliente. La tabla I muestra un ejemplo de la diferencia de resistencias variando solamente el contenido de cenizas del ladrillo.

2.3. Resinas

Se va a examinar otro componente caracterstico de estos materiales: las resinas aglomerantes.

La razn principal del uso de resinas fue que era el nico aglomerante que se encontr que permitira humectar una

TABLA I

INFLUENCIA DEL CONTENIDO DE CENIZAS DEL GRAFITO EN LA RESISTENCIA EN CALIENTE

Contenido en cenizas 12 % 7 %

Resistencia a compresin a 1.540C (kg/cm2) 170 280

OH OH

As^ OH

OH,

Y Y Y OH. OH. CH,

CHo CK

OH OH OH

Fig. S.Estructura polimrica de la resina al endurecerse.

masa refractaria con alto contenido de grafito para darle la consistencia necesaria para prensarlo. Ms estrictamente el nico aglomerante tcnicamente aceptable con una disponi-bilidad y precio razonables.

Esta fie la razn original aunque luego se han ido descu-briendo otras ventajas como su buen poder aglomerante y lubricante en prensado y su relativamente alto rendimiento en carbono tras la pirlisis que sufrir en la utilizacin. Este carbono es tan resistente a la oxidacin como el grafito, pe-ro est bien distribuido y llena los poros, contribuyendo a una mayor resistencia.

Las resinas utilizadas admiten una gran variedad aunque las ms empleadas son las resinas fenlicas.

Entre stas se pueden distinguir dos grandes tipos:

Resoles: en los que la resina ene un exceso de for-mol y un pH bsico.

Novolacas: en los que hay un exceso de fenol y el pH es cido.

Ambos tipos se pueden utilizar y su seleccin depende de condiciones locales. nicamente hay que tener en cuenta el mecanismo de endurecimiento. Las resinas endurecen por-que se forma un polmero de la estructura, indicada esque-mticamente en la figura 8, imaginando esta estructura en las tres dimensiones.

Este producto es un slido de gran resistencia y que con-tiene al rido refractario formndose una masa compacta y resistente que conserva la estructura y composicin del la-drillo.

La aglomeracin con resinas tiene adems de lo indicado dos ventajas importantes. Una es para el fabricante y otra para el utilizador.

La ventaja para el fabricante es la eliminacin del uso de alquitranes fundidos, al menos en el proceso de aglomera-cin. Estos alquitranes fundidos son sucios y complicados de manejar, producen humos y polucin muy difcil de so-lucionar y adems estn clasificados como cancergenos, lo

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J. I. LASQUIBAR, C. RIBERA

200 300 AOO

TEMPERATURAS

Fig, 9.Comparacin de resistencias obtenidas segn la temperatura del ensayo.

TEMPERATURAS Fig. \i.Comparacin de las resistencias obtenidas cuando se usa la aglomeracin mixta: impregnando productos aglomerados con resina.

que hace pensar que lleguen a ser prohibidos para su mane-jo humano. Las resinas tampoco son fciles de manejar ni son inocuas, pero su grado de toxicidad es menor.

Para el utilizador hay una ventaja sustancial. La brea es un aglomerante termoplstico, que al volver a calentarse vuel-ve a ablandarse, mientras que la resina una vez endurecida es termoestable, es decir, que no vuelve a ablandarse. In-cluso la temperizacin de los aglomerados con brea no hace ms que elevar la temperatura del ablandamiento, pero no soluciona el problema. En la figura 9 puede observarse una comparacin de las resistencias obtenidas segn la tempera-tura del ensayo.

Se ve que el aglomerado con resina no pasa por el pero-do crtico de prdida de resistencia. Sin embargo, si se ha pasado este perodo sin daos la resistencia obtenida es ma-yor posteriormente con la brea. Esto ha llevado a la aglo-meracin mixta, impregnando productos aglomerados con resina. En este caso se obtienen todas las ventajas ya que la resistencia obtenida es en todas las temperaturas superior a lo de cualquiera de los otros dos sistemas, como se mues-tra en la figura 10. El nico inconveniente de este sistema es su coste, por lo que hay que ver en qu casos vale la pena.

2.4. Magnesita base

Se ha hablado de grafitos y resinas, pero no hay que olvi-dar que la magnesita utilizada tiene una importancia primor-dial. Por supuesto que una buena magnesita para otros usos es tambin adecuada para magnesia-carbono.

En general una buena magnesita es aquella cuyo nivel de impurezas es bajo, su relacin entre ellas es adecuada y su densidad es elevada, o sea, la porosidad del grano es redu-cida. Para magnesia-carbono son convenientes adems ciertas condiciones:

Contenido en SO2 bajo, preferible menor del 0,5%. Contenido en Fe203 bajo, preferible menor del 0,8%. Contenido en B2O3 bajo, preferible menor del 0,06%.

2.5. Utilizacin y problemtica

La virtud principal de estos materiales, que es la razn de su xito, es la de solventar el principal problema de los refractarios bsicos tradicionales: su baja resistencia al cho-que trmico. Se consigue as un material resistente a esco-rias bsicas, los ms usuales, resistente al xido de hierro, a los metales fundidos y a los lcalis, con una alta resisten-cia en caliente y adems resistente al choque trmico. Este buen conjunto de propiedades hace que la utilizacin de es-tos refractarios sea cada vez ms extendido.

El problema de estos materiales es su comportamiento ante la oxidacin, problema por otra parte lgico. El carbono es un refractario magnfico, siempre que no se queme.

Esta oxidacin es producida tanto por la atmsfera del hor-no de utilizacin, normalmente oxidante, como por la reac-cin qumica de los xidos de las escorias con el carbono del ladrillo en sus intentos de penetracin en la superficie. Asimismo, se produce oxidacin en la cara fra del ladrillo. La prdida de carbono por oxidacin es grave puesto que desmantela toda la estructura del ladrillo y prcticamente cuando el carbono se ha perdido, el ladrillo queda destruido.

Por ello, se ha ideado una serie de sistemas para proteger de la oxidacin, primeramente se idearon sistemas puramente fsicos: blindaje del ladrillo con chapa por cinco caras, pin-turas refractarias impermeabilizantes, reduccin de porosi-dad e impregnacin del ladrillo con brea y otros productos donadores de carbono.

Todos estos mtodos son efectivos y todos tienen algn inconveniente tanto prctico como de coste. Sin embargo, no se mostraron efectivos en su totalidad.

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Refractarios de magnesia-carbono para cucharas

La razn es que adems de esta oxidacin por agentes ex-ternos se produce otra oxidacin que se podra llamar inter-na. Hay que tener en cuenta que un ladrillo de magnesia-carbono es una mezcla de xidos con un reductor y esta mez-cla, en determinadas condiciones, se produce la reduccin de dichos xidos.

El mecanismo de esta oxidacin no est definitivamente aclarado todava y har falta ms investigacin para expli-carlo totalmente.

La reaccin clave parece ser:

Si02 + C^SiO + CO

Esta slice proviene tanto de la magnesita como de las ce-nizas del grafito, mayoritariamente cuarzo, segn se ha vis-to. Esta reaccin puede ocurrir a temperaturas tan bajas, relativamente hablando, como 1.200C, lo que indica la im-portancia de mantener una temperatura media no muy alta en el ladrillo.

El mecanismo parece ser el siguiente:

L La sflice reacciona con el MgO formando forsterita. 2. La forsterita es reducida por el carbono formndose

SiO y MgO activo, no cristalizado. 3. Tanto el SiO como el MgO activo son reducidos por

el monxido de carbono, formndose carburo de sili-cio y magnesio metal.

4. El magnesio se volatiliza y se vuelve a oxidar con el FeO de la escoria, formndose un depsito de MgO en un lugar distinto del cristal de periclasa original. Este xido de magnesio, finamente dividido, es reac-tivo y formar fcilmente compuestos con la escoria.

5.. El carburo de silicio, fuertemente reductor, reaccio-na tambin con el FeO de la escoria, formando hierro metlico que vuelve al bao y SO2 finalmente di-vidido.

6. Este SO2 activo vuelve a atacar las superficies del grano de periclasa, formndose nuevamente forsteri-ta y volviendo a recomenzar el proceso.

As se va consumiendo el grano de periclasa junto con el carbono presente, destruyndose el ladrillo. Los dems xi-dos presentes tambin intervienen, principalmente el B2O3 que parece que cumple la misma funcin activadora de la superficie del cristal de periclasa que realiza la sflice en el ejemplo anterior.

Es muy importante tener en cuenta que esto se produce tambin en la parte del ladrillo que no est en contacto con la escoria, aunque la disponibilidad del FeO (o Fe203 de las cenizas de grafito) sean menores, siempre que su tempera-tura sea suficiente.

Se comprenden las exigencias de pureza tanto de magne-sitas como de grafitos segn se ha indicado anteriormente. Hay que indicar aqu que sta no es la nica teora de oxida-cin interna y quiz esta explicacin deba variar en el futuro.

Un intento de solucionar este problema lo constituyen las adiciones de metales vidos de oxgeno. Los candidatos prin-cipales, por razones de disponibilidad y de compatibilidad, son el silicio, el aluminio y el magnesio.

Los resultados de esta tcnica son puramente experimen-

tales y no se puede dar todava una explicacin muy clara de su actuacin.

El objetivo fue inhibir la oxidacin del carbono, de forma que el metal se oxidase antes que ste y retardar las reaccio-nes anteriores. Sin embargo, se han observado otros efectos y problemas.

Un primer efecto, y beneficioso, es que se observa un mar-cado incremento en la resistencia en caliente. La explica-cin parece ser la formacin de carburos metlicos que unen los granos y forman una unin de alta resistencia.

Estos carburos tienen, sin embargo, sus problemas. El carburo de aluminio es hidratable y el ladrillo resulta

peligroso ante la hidratacin. El carburo de magnesio es inestable y tras pasar por un

carburo intermedio, Mg2C3, se descompone en magnesio metal y carbono.

Se ha observado que el silicio disminuye la hidratacin del carburo de aluminio, por un mecanismo no aclarado, aun-que observable experimentalmente segn se indica en la ta-bla IL

TABLA II

EFECTO DE SILICIO EN LA RESISTENCIA A LA HIDRATACIN

Contenido aluminio % 3 3 3 3

Contenido de silicio % 0 1 2 3

Aumento de peso por hidratacin 0,65 0,39 0,33 0,28

La adicin de silicio, sin embargo, presenta otro proble-ma, que es la reduccin de la resistencia en caliente, con respecto al material solamente con aluminio.

En la tabla HL se observa que si bien en el ensayo a 1.1(X)C el producto con los dos metales da la mxima resistencia, esto no es cierto si se realiza el ensayo a 1.500C, tempera-tura ms prxima por otra parte a las condiciones de trabajo usuales.

El efecto del magnesio no est bien estudiado, entre otros motivos por la peligrosidad que supone el manejo de polvo de magnesio. Sin embargo, se puede decir que se obtienen resultados contradictorios y la explicacin a stos parece estar relacionada con los diferentes niveles de pureza empleados en la magnesia y grafitos.

En conclusin este tipo de ladrillos con adiciones metli-cas ofrece un interesante futuro aunque ser necesaria una labor de investigacin cientfica para aclarar los mecanismo de las reacciones producidas y poder prever los comporta-mientos de los materiales en las distintas condiciones de trabajo.

TABLA III

RESISTENCIAS OBTENIDAS SEGN EL CONTENIDO DE METALES EN FUNCIN DE LA TEMPERATURA

Contenido de metales % 0 3A1 3A1-3S Mdulo ruptura a 1.100C kg/cm2 89 160 194

Mdulo ruptura a 1.540C kg/cm2 125 275 185

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J. I. LASQUIBAR, C. RIBERA

La experiencia en las cucharas es generalmente positiva, aunque al influir principalmente otros factores como las con-diciones de trabajo y de montaje puede no apreciarse clara-mente su influencia.

3. TIPOS DE FORMATOS Y MONTAJES DE REFRACTARIOS DE MgO-C

El objetivo principal a conseguir es un montaje en el que se minimice el desgaste entre juntas de ladrillos eliminando as las vas de ataque a travs de la erosin y conseguir un perfil de desgaste homogneo en toda la cuchara.

Existen tres grandes grupos de formatos ms utilizados co-mnmente (fig. 11):

SERIE 3P,4Petc.

SERIE SU 5-45 6-45 7-45 etc,

SERIE 15 18 22 etc.

Fig. 11.Formatos de refractarios de magnesita-carbono.

3.1. Serie de Cuas Convencional 3P, 4P, 5P, etc.

Da una altura de hilada de 250 mm, presenta en muchos casos, debido a esta altura de hilada, un acusado desgaste entre hiladas del tpo expresado en la figura 12. Tampoco es muy deseable el tipo de junta vertical alta que presenta este tipo de construccin.

3.2. Serie Semiuniversal SU

Se basa en piezas, como la indicada en la figura 11, que presentan un engarce redondeado y una altura de hilada pe-quea que puede ser de 100 125 mm. Pueden utilizarse

en construccin espiral inclinada o en hiladas horizontales. En el tipo de construccin de hilada inclinada en espiral, debe de iniciarse en la construccin en la base del fondo de pequeas rampas que dan el ngulo de inclinacin deseado (fig. 13). Esta complicacin inicial se compensa en uso, por la comodidad de la construccin, ya que con un solo forma-to se cierra perfectamente la hilada, y no hay que realizar cortes o utilizar piezas de cierre.

30 4-50mm

250nnm

. 1 Pared or i j . 1 Pared or i j 100mm

r

A

-

A

r 1

REVESTIMIENTO EN HILADAS ALTAS DE

250mm

REVESTIMIENTO EN HILADAS BAJAS DE

lOOmm

Fig. 12.Esquema de desgaste en funcin de la altura de hilada.

Tambin son factores positivos el tipo de junta vertical pe-quea (100 125 mm) y el engarce entre pieza y pieza re-dondeada que evita la va directa de ataque o filtracin de acceso hacia el revestimiento de seguridad.

Presenta la dificultad de las reparaciones parciales, por lo que se utiliza en campos de un solo revestimiento a muer-te. Est muy extendido en las aceras europeas.

Tambin puede utilizarse este tipo de formato en construc-cin de hilada horizontal, pero ante las ventajas citadas pre-senta otros problemas como la dificultad de la reparacin parcial y el uso de varios tamaos complementarios para el perfecto cierre de la hilada con la consiguiente complicacin de variedad de formatos, stocks, etc.

Como conjuncin de las ventajas de ambos tipos de for-matos descritos se ha desarrollado el tercer grupo, serie Do-velas 15/, 18/, 22/.

3.3. Serie Dovelas 15/, 18/, 22/

Pretende combinar las ventajas de los sistemas anteriores y est basada en la filosofa de construccin de hilada hori-zontal, con altura de hilada vertical corta 125 mm. El cierre se consigue con la combinacin de dos cuas de distinta co-nicidad, presentando las ventajas de desgaste entrejuntas me-

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Refractarios de magnesia-carbono para cucharas

nos acusado, posibilidad de reparaciones parciales si fueran necesarias y fcil construccin.

En todos los grupos existe una variedad de longitudes de ladrillo que pueden dar los espesores de trabajo adecuados para obtener un balance de desgaste homogneo al final de la campaa.

En cuanto al montaje en este tipo de material y debido a su bajo coeficiente de dilatacin, 1,5 % a 1.500C para pro-ductos entre 10 y 15% de carbono residual, que son los ms comunes, no se utilizan generalmente morteros entre piezas. El hueco entre ladrillos de trabajo y de seguridad debe re-llenarse con un material adecuado como doloma, magnesi-ta alquitranada, etc., que evite la oxidacin del carbono en la cara fra.

1 I 2 TU Fig. 13.Esquema de arranque de construccin en espiral

con formatos semiuniversal.

4. ANALISIS DE LOS COSTOS DE REFRACTARIO EN ACERA

Los datos econmicos son muy variables, dependiendo fun-damentalmente del tipo de acero y tratamiento operado en cuchara.

Se puede dar una idea segn los parmetros siguientes:

4.1. Acera francesa elctrica Produccin: Aceros al C y media aleacin. Capacidad de cuchara: 90 ton. Duracin de campaa: Media 53 col. con reparacin

o cambio de portabuzas y portatapn. Tipo de tratamiento: Horno cuchara 11 m.v.a. Tipo total permanencia del acero en cuchara: 130

minutos. Tiempo de afino: 45 minutos a 1.620C. Tiempo colando en colada continua: 75' a L550C. Tipo de revestimiento:

a) Seguridad: Lad. 40 mm espesor y 80% AI2O3 en todo el recipiente.

b) Trabajo: Zona de escorias: Magnesia-carbono de 10% C

residual. Paredes y fondo: Doloma temperada.

Consumo especfico de refractario: 3,22 kg/ton. Distribucin del costo por zona de cuchara:

2% revestimiento de seguridad. 28% zona de escorias. 57% zona de paredes. 13% fondo.

Incidencia de mano de obra en demolicin y construc-cin: 10% del costo.

4.2. Acera italiana elctrica Produccin: Aceros para tubos. Capacidad de cuchara: 90 ton. Tipo de tratamiento: Horno cuchara con:

Desoxidacin-desulfuracin. Puesta en anlisis. Inyeccin de hilo de CaSi.

Duracin del tratamiento: 60 minutos. Tipo de revestimiento:

a) Seguridad: Lad. 35 mm en 30% AI2O3. Lad. 65 mm en 90% AI2O3. Lad. 65 mm magnesita cocida en las hiladas de

escorias. b) Trabajo:

Magnesia-carbono en lnea de escorias y almi-na aglomerada de 90% AI2O3 en resto.

Consumo especfico total: 7,89 kg/ton. acero lquido, comprendido portabuzas y portatapones.

Distribucin de costos: a) Revestimiento refractario seguridad+trabajo: 710

ptas./ton. b) Portabuzas+portatapones: 41 ptas./ton. c) Tapones porosos: 60 ptas./ton. d) Mano de obra en demolicin y construccin: 87

ptas./ton. e) Costo total: 898 ptas./ton.

Estas dos aceras se presentan como aceras tipo, la pri-mera como tratamiento relativamente ligero y ms fuerte la segunda.

En Espaa las aceras del grupo 1 dan cifras cercanas a 280 ptas./ton. con revestimientos mixtos de magnesio-car-bono y doloma, capacidades de cuchara entre 80 y 110 ton. y duraciones entre 60 y 70 coladas.

El grupo 2, donde se efectan tratamientos ms fuertes, las duraciones oscilan entre 30 y 45 coladas, dando cifras cercanas a las 600, 700, hasta 1.000 ptas./ton.

5. REFERENCIAS

1. A AS ANO, K. y otros: Influence of furnace atmosphere on corrosion of MgO-Cr203 rebonded bricks. Taikabut-su overseas, 7, Die. (1987), 4.

2. ENDO, I. y otros: Corrosion of basic refractories y va-rious types of secondary refining slags. Taikabutsu over-seas, 7, Die. (1987), 4.

3. FABRICIUS, A. y otros: Zustellung von Staghlgresspfan-nen in Spiralvermaverungstechnik. Stahl und Eisen, 102 (1982).

4. KURISU, T. y otros: Le procd El vac Daido ST. Re-vue de Metallurgie, Mai (1984).

5. TRUPIANO, A . y otros: La siviera come reattore por la elaborazione dell Accialo. Giomata de Studio AIM pro-ceedings, Milano, Die. (1988).

6. WATANABE, A . y otros: Behaviour of different metals added to MgO-C bricks. Taikabutsu overseas, 7, June (1987), 2.

7. ORISHI, I. y otros: Studies on boundary erosion of MgO-C brick in ladle. Taikabutsu overseas, 5, Sept. (1985), 3.

8. KYODEN, H . y otros: Wear mechanism of MgO bricks for pretreatment of hot metal. Taikabutsu overseas, 5, June (1985), 2.

SEPTIEMBRE-OCTUBRE, 1989 393

Servicio Bibliogrfico: S.E.C.V.

GALN HUERTOS, E. ESPINOSA DE LOS MONTEROS, J.

ELCAMi EN ESPAA

Ed. Madrid 1974. xix--230pgs

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