Ladrillos refractarios en hornos

$: Ladrillos refractarios en hornos$
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO SIDERURGIA

PROCESO DE CALCIONACION DE SULFATO DE CALCIO Y CARBONATO DE CALCIO

Í N D I C E

I. Introducción 1. Objetivo del estudio de la cadena productiva del yeso 2. Alcances del estudio 3. Generalidades sobre el yeso 4. Características y propiedades 5. México y la producción de yeso II. Apreciaciones del mercado del yeso 1. Oferta 2. Comercio exterior III. Proceso de producción 1. Mapeo del proceso de producción 2. Descripción del proceso de producción a. Extracción del mineral y acarreo b. Trituración y selección c. Calcinación en hornos d. Remolienda, clasificación y envasado IV. Comercialización 1. Yeso sin calcinar 2. Yeso calcinado 3. Láminas y plafones de yeso


I. Introducción

A partir de los planteamientos de Hirschman (1958)1 y Porter (1985)2, ha sido recurrente en laliteratura económica el tema vinculado a incrementar la eficiencia de la producción de bienes yservicios mediante la articulación de actividades y procesos productivos, como parte integrante de unacadena de valor, y que Porter definió como la herramienta básica para analizar las fuentes de la ventajacompetitiva.La revisión de una parte de la extensa bibliografía sobre el particular, confirma la hipótesis que correlaciona positivamente la organización en etapas de los procesos de producción, con la aparición de sinergias favorables, exteriorizadas estas últimas, en incrementos en la competitividad, en la creación de valor de los sectores involucrados y en la satisfacción de los requerimientos de los agenteseconómicos participantes.Asimismo, identificar plenamente los beneficios que conlleva estructurar un proceso productivo en forma de cadena, suele resultar un ejercicio cuya precisión es sensible a los siguientes factores:

Particularidades de cada sector;Puntos críticos que pudieran obstruir el desarrollo adecuado de la cadena; eIntegración de alianzas mutuamente beneficiosas entre los actores productivos directa oindirectamente involucrados.

En este orden de ideas, la Secretaría de Economía, a través de la Dirección General de DesarrolloMinero, presenta el estudio de caso correspondiente a la cadena productiva del yeso, de uso principal en la industria de la construcción.

El yeso es un material que ha sido utilizado desde la antigüedad, sobre todo para la construcción. Suprocesamiento no necesita de tecnología sofisticada debido a que el mercado del yeso es básicamenteregional, sobre todo si se trata de pequeños productores de mineral.México tiene importantes yacimientos de yeso que se ubican en numerosos municipios, tales como:Mulegé en Baja California Sur, Hidalgo en Nuevo León, Ramos Arizpe en Coahuila, Villa de Álvarez en


Colima y Río Verde en San Luis Potosí, por mencionar sólo algunos.Actualmente la región con el mayor potencial productor y exportador se ubica en la zona de BajaCalifornia Sur; sin embargo, también figuran como productores importantes, los estados de Morelos,Nuevo León y San Luis Potosí.

2. Alcances del estudioEn este estudio, se describen los eslabones de la cadena productiva de una manera clara y sencilla, yaque está dirigido a un variado grupo de personas que deseen conocer el proceso productivo, losaspectos técnicos, el comportamiento de la oferta y la demanda del producto y, la oportunidad parapoder comercializar sus productos.El estudio se encuentra limitado en la medida de la disponibilidad de información y se presenta demanera esquemática, en específico, los aspectos productivos que involucran procesos detransformación.

3. Generalidades sobre el yesoEl yeso es un mineral de color blanco a blanco grisáceo en estado puro y con diversas tonalidades deamarillo, rojizo, castaño, azul grisáceo o rosa como consecuencia de impurezas. Puede presentarse entres variedades principales:a) Cristalizado, formando láminas transparentes y semiflexibles que se conoce bajo el nombre deselenita.b) Fibroso, con un lustre aperlado parecido al ópalo.c) Compacto, generalmente blanco y de grano muy fino, a veces con tintes muy suaves de diversoscolores, conocido mineralógicamente como alabastro.Químicamente está compuesto por sulfato de calcio cristalizado conjuntamente con agua, en laproporción de dos moléculas de agua por cada molécula de sulfato de calcio (CaSO4. 2H2O) tambiénllamado sulfato de calcio dihidratado o bihidratado. Está compuesto aproximadamente por 32.6% deCaO, 46.5% de SO3 y 20.9% de H2O. Tiene una dureza de 2 en la escala de Mohs y una gravedadespecífica de 2.32.Breve historia del yesoEl yeso se formó hace aproximadamente 200 millones de años como resultado de depósitos marinos,cuando parte de lo que ahora son nuestros continentes estaba cubierta por inmensas extensionesoceánicas.


En nuestro país, existen depósitos de yeso que se encuentran al oeste de la Sierra Madre Occidental enterrenos paleozoicos y triásicos que forman la península de California cuyo desarrollo se inició en elMesozoico. Hacia el sector que se ubica paralelo a las costas del Golfo de México de edades Mesozoica,Eoceno y más recientes conocida como Provincia Oriental Alcalina se corresponde de alguna maneracon la Sierra Madre Oriental. Entre ésta y la Sierra Madre Occidental se ubican los depósitossedimentarios evaporíticos lacustres proveedores de yeso4.Durante estos periodos algunos mares se secaron dejando lechos de yeso que se recubrieron para serdescubiertos posteriormente por el hombre. Su formación es, generalmente, por precipitación deaguas salinas, por precipitación química derivada de la acción del ácido sulfúrico sobre minerales ricosen calcio y por la re acumulación de depósitos preexistentes.

Figura 2. Mineral de yeso5

5. México y la producción de yesoTanto el yeso como la anhidrita son minerales concesibles, sujetos a las disposiciones de la Ley Minerapor estar listados en su artículo 4, de manera similar a otros minerales de uso industrial.La distribución de yeso en México se localiza en las provincias geológicas de Baja California Sur,Morelos, Nuevo León, San Luis Potosí y Coahuila, de donde se extrae destinándose principalmente a lafabricación de paneles para la construcción.Debido al constante crecimiento de la industria de la construcción desde hace 5 años, ha habido unagran demanda del yeso, lo que ha dado como resultado, un incremento en la producción de dichomineral.Actualmente la región con el mayor potencial productor y exportador se ubica en la zona de BajaCalifornia Sur, de donde se obtiene la mayor parte del yeso del país. La segunda entidad productora esMorelos y después Nuevo León, San Luis Potosí, Coahuila e Hidalgo. Otras manifestaciones de yeso seencuentran en Puebla, Jalisco y Chihuahua (Tabla 1, Mapa 1).


Los productos de yeso en greña (en bruto, a pie de mina) y calcinados tienen un mercado básicamenteregional y no requieren tecnología sofisticada.Por otro lado, los productos tales como hemidratos para pastas y acabados en construcción, paramoldeado y en prefabricados como paneles y plafones tienen mercado internacionalLa producción de yeso en México está estrechamente relacionada con la demanda en el comercioexterior, por lo que cualquier alteración que muestren las exportaciones influye en la producción7, deigual manera, el precio en el mercado exterior influirá en el valor de la producción nacional (Tabla 2).


II. Proceso de producción1. Mapeo del proceso de producción


2. Descripción del proceso de producción

En el mapeo del proceso productivo pueden apreciarse los elementos principales de una plantaproductora de yeso, cuya cadena productiva es la siguiente:a. Extracción del mineral y acarreo.b. Trituración, selección y molienda.c. Calcinación en hornosd. Remolienda, clasificación y envasadoe. ComercializaciónGeneralmente las unidades de extracción y trituración se encuentran en lugares remotos y se debeconsiderar la necesidad de proveer insumos tales como energía eléctrica, agua potable, comunicación,caminos, la instalación de maquinaria y equipo, etc., así como las vías de acceso secundario para elmovimiento de personal y el transporte del mineral a la planta de transformación.Por otro lado, para las plantas de transformación, donde se encuentran los equipos de molienda,hornos y envasado, se requiere el suministro constante de energía eléctrica y de gas, por lo que lasinversiones en este tipo de infraestructura se realizan sobre corredores industriales, donde se tienefácil acceso a vías terrestres primarias, lo que facilita la comercialización y la distribución.a. Extracción del mineral y acarreoPara que la explotación de una cantera de mineral de yeso pueda resultar conveniente desde el puntode vista económico, es necesario que el yacimiento se halle a poca profundidad, a fin de no encarecerla primera materia con crecidos gastos de excavación.El sistema a cielo abierto se emplea cuando el cuerpo mineralizado se encuentra cercano a lasuperficie, o cubierto por una delgada capa de suelo, como lo es para los yacimientos de yeso enMéxico. Se retira la vegetación y se recolecta el suelo sobre el área a trabajar y se realiza la explotaciónmediante banqueos o terrazas.El minado selectivo del mineral de yeso se practica con ayuda de continuos análisis que nos vanindicando su composición y calidad, aunque también es útil la experiencia adquirida mediante la

práctica en las voladuras para ir seleccionando el mineral con valor sobre la roca sin interés económico.


Figura 7. Circuito de trituración

La separación de los productos obtenidos, clasificados por tamaños, se logra mediante el empleo detromeles o cribas vibratorias.La roca pulverizada pasa mediante un elevador vertical de cangilones, a los silos o depósitos de reservay almacenamiento que generalmente tienen gran capacidad. Este eslabón es uno de los másimportantes pues es aquí cuando los productos empiezan a adoptar los más altos requerimientos de

calidad, lo cual se verá reflejado en los productos finales.

Figura 8. Quebradora de quijada, primera etapa de trituración

c. Calcinación en hornos

Se realiza con el objeto de remover humedad y para la preparación de la roca, con el fin de asegurar ellibre flujo de material en las etapas subsecuentes. El proceso de deshidratación es lento entre los 90° ylos 100°C y bastante rápido a 120°C, pero la calcinación o deshidratación no se completa hasta alcanzartemperaturas superiores a 240°C.


La acción del calor sobre la roca de yeso produce una serie de transformaciones que dan lugar a laobtención de diversos tipos de yeso cocido, con propiedades físico-químicas diferentes que, si bien esverdad que todos son sulfato cálcico, sus usos son distintos.I. Semihidrato-αDe 120 – 170°CSe obtienen en hornos tipo autoclave.Para su formación es indispensable que se produzca una atmósfera saturada devapor de agua.Es más compacto que el β.Tiene mayor compacidad, menos porosidad y mejores características constructivas yresistentes, así como mayor resistencia a tracción y compresión que los yesos β.Necesita un tiempo de fraguado menos que otros yesos.Tiene multitud de cristales muy finos y presentan un aspecto sedoso brillante.II. Semihidrato-βSe empiezan a forman a partir de los 200°C.Aspecto terroso.Mayor solubilidad y, por lo tanto, menos estable.Mayor contenido energético y tiempo de fraguado, con un aspecto terroso y nocristalino.Mayor tiempo de fraguado.Fabricación en calderas u hornos rotatorios.Los hornos de cocción son de diferentes tipos según el grado de perfección y temperatura que se deseealcanzar, es decir, qué tipo de yeso se quiere obtener.Hornos autoclave.13 Se obtiene un yeso cocido constituido en su totalidad porsemihidratos, o sea sulfato de calcio con media molécula de agua.

Calderas. La carga de mineral se hace con yeso crudo, finamente molido, hasta llenarla caldera. Se calienta lentamente y a los 120°C, aparenta que la masa de yeso hiervepor la evaporación del agua de cristalización. Entre los 150° y 165°C, cesa laebullición, se sigue calentando sin agitar y a 170°C, se da por terminada la operacióny se descarga la caldera.Hornos rotatorios. El mineral de yeso previamente triturado atraviesa el horno, secuece y se descarga a una temperatura de 160° a 195°C, cayendo a un refrigerador,de ahí pasa a los depósitos de piedra cocida y finalmente a los molinospulverizadores.Estos hornos constituyen un gran perfeccionamiento sobre los anteriores por la agitaciónconstante a que se somete la masa durante la cocción. Esta agitación está mantenida por unaspaletas metálicas en forma de cuchara que elevan el mineral en sentido de la rotación y lo dejancaer desde cierto nivel. Su costo es relativamente bajo, de funcionamiento sencillo, exigenreducida mano de obra, un bajo consumo de energía y pueden alimentarse con cualquier tipode combustible.


Figura 9. Horno Rotatorio14

d. Remolienda, clasificación y envasadoUna vez cocido el yeso se saca del horno y se transporta a la cámara de reposo o enfriamiento y de ésta pasa a los molinos refinadores.La molienda de finos homogeniza el mineral semihidratado, mediante el uso de molinos de martillos, controlándose el tamaño de partícula con la abertura de la parrilla. La clasificación de mineral se practica mediante tamices giratorios o cribas vibratorias.Cuando se ha obtenido el yeso con el grado de finura deseado se procede al envasado del mismo, preferentemente en sacos especiales con objeto de protegerlo de la humedad.Esta es la operación final antes de que el producto salga al mercado, el envasado se practica frecuentemente a mano pero en las grandes plantas se efectúa por máquinas envasadoras.

Figura 10. Molino de Martillos15.


LADRILLOS REFRACTARIOS EN HORNOS EN ALTOS HORNOS

1. Antecedentes.

Hace ya algún tiempo se celebró en Oviedo una reunión con asistencia de representantes de la mayor parte de la industria siderúrgica del Norte de España, y organizada por los Laboratorios de Ensayos e Investigación Industrial de Bilbao, en la que se consideraron interesantes asuntos relacionados con el em'pleo de refractarios en la industria del hierro y del acero. Y entre esos asuntos no fue el menos importante el confirmar la opinión general de la conveniencia de unas normas o especificaciones que se puedan recomendar a los consumidores para orientarles en sus abastecimientos. Se comlentó entonces un proyecto de esas normas preparado por los referidos Laboratorlios, así comió se fijaron directrices para su compleimento > se nombraron algunas co'mdsiones para ir desarrollándolas. A nosotros, como representantes de la S. A. Echevarría, nos tocó incluirnos en la dedicada a estudiar las especificaciones de los ladrillos de sílice. Y en estas hojas vamos a traer nuestra aportación sobre este asunto, indicando el resultado de los estudios que hemos presentado a la Comisión.

2. Importancia de los ladrillos de sílice y sus utilizaciones.

Ciertos desarrollos e innovaciones recientes en el campo de la fabricación del hierro y del acero, han modificado la importancia de los ladrillos de sílice en las instalaciones siderúrgicas. Efectivamente, basta recordar los nuevos procesos de fabricación de acero, comió el LD, que consumen exclusivamente ladrillos básicos, así como tener en cuenta la tendencia cada vez mayor a utilizar refractarios de dolomía, m^agnesia y magnesia y


cromo en los hornos de acero para que comprendamios que el interés por los materiales de sílice ha disminuido considerablemente.

En un trabajo publicado en 1948, en Norteamérica, se destacaba que el 75 % de los ladrillos refractarios eran aluminosos, el 20 % de sílice y el 5 % básicos Y se decía que probablemente la industria del acero gastaba más dinero en ladrillos de sílice que en ningún otro refractario. En estos momtentos, por el contrarío, aquellas impresiones han cambiado mucho y la utilización de otros refractarios auim^enta de día en día, así como la de los de sílice sigue disminuyendo (I). Sin embargo, se continúan empleando ladrillos de sílice en los hornos Siemens, para las bóvedas, horno superior e inferior, en los hornos eléctricos

3. Características generales de los ladrillos de sílice. No podemos aquí tratar de estudiar ampliamente lo si ladrillos de sílice, sus

características, sus materias primfeis, su fabricación, sus propiedades, etc. No es ello el objeto de este informe y por ello remíitimos al lector a distintas obras sobre materiales refractarios, varias de las cuales incluímos en la lista bibliográfica. Asimismo, comb iniciación, señalamos un artículo del autor aparecido en la revista DYNA (3).

Pero de todas for;m\as es interesarte recordar las características generales y principales en que se basan las utilizaciones y empleos de los materiales de sílice y que han de ser el fundamento para intentar fijar especificaciones y normas.

Hay que destacar la curva de dilatación de los productos de sílice y su facultad de resistir cambios bruscos de temperatura sobre 1.000° sin perjuicio del material. Y también su característica de soportar cargas pesadas hasta casi su punto piroscópico. La sílice tiene tres especies cristalinas: cuarzo, tridirrtita y cristobalita, que son estables a distintas temperaturas y que se pueden transformar unas en otras, en determinadas condiciones, con cambios importantes de volumen.

Por tanto, según la temperatura de aplicación, parece ser que interesa que el ladrillo de sílice esté transformado a la especie estable a esa temlperatura. Por ejemplo, los materiales para las baterías de hornos de coque, con temperaturas entre 870 y 1.470°, se encuentran en el camlpo de estabilidad de la tridimita. Y en los hornos de acero, con muy altas temperaturas, interesa la presencia de la cristobalita. Recordamos que la densidad absoluta de estas especies es distinta: 2,65 para el cuarzo, 2,32 para la cristobalita y 2,26 para la tridimita.


4. Especificaciones de los ladrillos de sílice.

Hay algunas normas extranjeras que en ciertos casos especifican características mínimas a exigir al (material refractario a emplear en deteiimínadas aplicaciones, por ejemplo, piezas de sílice para bóvedas de hornos Siemens, para baterías de coque, etc.

Naturalmente, el consumidor y aun el fabricante, desean tener unas especificaciones claras que permitan a aquél elegir fácilmente los mlateriales refractarios y al suministrador garantizar una calidad.

Pero desgraciadaimiente, es difícil minchas veces especificar un ladrillo refractario y afirmar que con estas características es apto para ese empleo y con estas otras característicasi debe ser rechazado. Y para confirmarlo hemios de recordar algunos casos clásicos de dificultades surgidas en este aspecto y que concuerda con la experiencia de muchos aceristas de que un refractario que andaba rozando las especificaciones consideradas comió aceptables, daba mucho mejor resultado que otro material con unas características en ciertos ensayos mucho mejores.

Por ejemplo, en 1943, apareció una especificación americana para ladrillos de sílice de alta calidad («super-duty») paira bóvedas de hornos Siemens, en las que se indicaba que el contenido total de álcalis más alúmina y más óxido de titanio, debía ser imienor de 0,5 %. Y, sin e;mbargo, todos habremos leído informaciones técnicas de fuente inglesa (4) sobre los resultados sorprendentes logrados en acererías surafricanas con ladrillos de sílice fabricados con roca siliciosa del país y que con 1,8-2 % de TÍO2 alcanzaban duraciones de bóveda de 900 coladas, superiores a las que se alcanzaban con ladrillos de la especificación. También recordamios que las especificaciones de la «Institution of Gas Engineers)) inglesa han ¡motivado el rechazo de materiales de sílice que mostrasen puntos de hierro en su superficie -mayores que un tamaño dado. Y que

muchos autores han discutido esto al preguntar cómo la pequeña y localizada acción del óxido de hierro podría afectar materialmente al rendimiento de todos los ladrillos de la obra. Y aun hoy día se están revisando esas especificaciones efectuando nuevos ensayos.

5. Factores que afectan al rendimiento de los ladrillos de sílice. Además no hay que creer que por fijar unas especificaciones a los ladrillos de sílice e

intentar cumplimíentarlas con los materiales que em^pleamos, hemos-resuelto completamente el problema de los refractarios en las instalaciones siderúrgicas. Y es que hay que tener en cuenta que en el ren.dimiento de los ladrillos de sílice, enUan en juego otros factores que influyen acaso »más que la calidad del miaterial refractario.

L. A. Smith, ingeniero de Jones & Laughlin Steel Co, escribió en 1948 un interesante artículo (5) en el que destacaba este aspecto de los factores que afectan al rendimiento de


los ladrillos de sílice y a los que hay que prestar la máximia atención si se quiere obtener buenos resultados con estos materiales refractarios.

Podemios dividir a esos factores de la siguiente forma : A.—Factores relacionados con la calidad del material. Y que en cierto moda

pueden descubrirse y controlarse por los ensayos químicos y, sobre todo,, físicos de los ladrillos de sílice. B.—Factores que se refieren al diseño del horno.

C.—Factores relativos a la obra de albañilería, la colocación de ladrillos, el empleo de miorteros convenientes o no, la manipulación y transporte de los ladrillos, etc., etc. D.—Factores que incluyen a los accidentes o incidentes en el servicio y uso.

Hemos colocado pri'miero a los factores relacionados con la calidad del material, pero la imjportancia de los otros factores no debe ser desestimada, y en opinión de algunos aceristas debe destacarse. Por ejemíplo, un horno Siemens bien dimensionado, con amiplias subidas, convenientes escorieros, una altura grande de la bóveda y sin obstrucciones en los apilados, utilizando además combustibles líquidos, tendrá un consumo de refractarios de sílice que puede ser la mitad del de un horno Siemiens mal dimensionado, de subidas estrechas, con chimenea insuficiente, recámaras obstruidas o escorieros inadecuados.

También es importantísima la labor de albañilería en la duración del refractario. El colocar los arcos o bóvedas segim el diseño, el prever juntas convenientes para la dilatación, el poner o fijar los soportes estructurales adecuadamente, son todos ellos factores imfportantísilmos. En muchas acererías, además, cuántas veces; se nombran a sí mismos diseñadores del horno, el maestro de albañilería o el contramaestre de los hornos. Y modifica^n aquí un arco, allá una pared, etc., todo lo cual puede afectar las condiciones de servicio de los ladrillos de sílice.

Ciertamente la habilidad y el conocimiento del oficio de los albañiles es un aspecto a veces tan importante como el diseño del horno, la acción del fundidor en la marcha del horno, o el análisis quíniico del miaterial. Hay que colocar en cada punto el ladrillo debido, de la forma conveniente, con el mortero apropiado, con las juntas correctas, etc., etc.

Por ejemplo, todos conocemos las características de la dilatación de los ladrillos de sílice que puede ser de un 2 %. Por ello hay que prever juntas de dilatación y el albañil puede seguir en principio las instrucciones, pero si en la junta deja trozos de ladrillo o fuerza demasiado la colocación de los ladrillos, la dilatación obligará a la pared a deformarse y provocará en seguida una obra de albañilería en nialas condiciones.

Otro aspecto importante que hay que tener en cuenta es que para colocar las bóvedas, los salmeres han de disponerse correctamente, bien paralelos y alineados y soportados por


las placas de guarnición. Muchas veces esto es difícil en hornos viejos muy deformados, pero otras veces es la falta de cuidado del personal la que abandona estos detalles. Recordemos también que cuando las piezas de una bóveda o cuña no se adaptan a la cimbra, el albañil utiliza piezas rectangulares o aún de conicidad invertida para acabar fácilmente el trabajo, cuando lo que se debía haber hecho es haber comprobado las cuñas antes y modificado debidafmente la cimbra. Y en el cierre de los arcos de las bóvedas es donde se debe esmerar el albañil, para evitar el aspecto perjudicial de este factor tan importante en el rendimiento del ladrillo de sílice. Ahora ya los consumidores de materiales refractarios se van dando cuenta de la importancia que tiene la manipulación y el transporte de los ladrillos que dentro de las plantas siderúrgicas se deben descargar, manejar y almacenar, por lo menos, con tanto cuidado como lo hace el fabricante de los ladrillos. Un manejo descuidado del material puede provocar que /las piezas en un 5 a 25 por 100 aparezcan con las esquinas rotas o descascarilladas, lo que a primera vista parece que no tiene importancia, pero que realm/ente puede orí-

6. Tentativa de normas para los productos de sílice en la industria siderúrgica. A pesar de las dificultades que lleva consigo el intentar establecer unas normas de productos refractarios, creemos que el fijar en principio algo escrito, será un gran paso que puede traer muchas ventajas para todos. Naturalmente^ no se han de fijar con carácter definitivo y eliminador, sino que deben ser el punto de apoyo para el contacto del fabricante con el consumidor, además de un documento informativo para la ayuda de la elección del material refractario ,^ más indicado, en principio, para cada caso.

Luego ya debe ser el técnico de refractarios o el acerista el que vaya observando los rendimientos de los materiales y, de acuerdo con el laboratorio, ir fijando los ensayos de recepción e insistir, sobre todo, para regularizar esa calidad deseada en los ladrillos.

Pero para fijar unas normas, lo mismo que para preparar un trabajo o estudiar un asunto, pensamos que lo primero de todo es mirar hacia fuera, buscando qué es lo que existe sobre ese asunto y lo que se ha escrito sobre él. De esa forma, habremos avanzado mucho en el tema y estaremos muchas veces ya preparados, para, de acuerdo con nuestras condiciones, poder fijar unas conclusiones. En realidad, este asunto de los productos refractarios de sílice ha sido con-^ siderado ampliamlente en la bibliografía técnica europea y americana. Por lo que sólo nos queda recoger las diversas informaciones que sobre ello se han publicado, seleccionarlas, resumirlas y presentarlas aquí. Efectivamente, eso« es lo que vamos a hacer a continuación.


7. Normas extranjeras para ladrillos refractarios de sílice.

La Asociación de ingenieros alemanes, Verein Deustcher Eisenhütten-leute, en colaboración con otros organismos, comenzó hace pocos anos, por miotivos de racionalización y buscando el elevar el rendimiento económico, a preparar unas tablas (6) con las propiedades y datos característicos de los materiales refractarios interesantes para la industria del hierro y del acero. Han-tratado de reducir así el gran númeo de calidades, conocidas además con diferentes nombres, buscando llegar a tener sólo las calidades realmente necesarias. En realidad las tablas o especificaciones se han preparado según la opinión de los fabricantes y consumidores, juzgándose que cumplen las necesidades^ corrientes en la industria siderúrgica. Se ha bucado con ello impulsar ¡a regularidad y la perfección de los ladrillos y evitar una mala elección del material refractario. En la Tabla I se indican las calidades fijadas en estas especificaciones, así como sus composiciones químicas, analizadas de acuerdo con DIN 5L070 y sus utilizaciones convenientes.


En cuanto a las características físicas y miecánicas, se indican en la Tabla II y son las siguientes:

a) Ensayo de resistencia piroscópíca, según DIN 51.063. b) Ensayo de resistencia en caliente, bajo carga, según DIN 1.064. c) Ensayo de medidas físicas (peso específico, densidad total, etc.), porosidad, etc.,

según DIN 1.065. d) Ensayo de variaciones dimensionales. e) Ensayo de permeabilidad.

/) Ensayo de resistencia a la compresión, a la temperatura ambiente, según DIN 1.067.

Como se ve en las diferentes clases de ladrillos de sílice hay dos tipo§': Unos con bajo peso específico y muy transformados, y otros con un elevado peso específico, pero con un


reducido grado de transforniación. También hay que distinguir los ladrillos de sílice para reparaciones en caliente y bóvedas de hornos eléctricos que se diferencian de las clases indicadas en la granulometria y en la forma de la cocción. En los ladrillos para reparaciones en caliente, la resistencia a la compresión a la temperatura ambiente tiene un mínimo de 100 Kg/cm^, y en los de bóvedas de hornos eléctricos de 200 Kg/cm^. Los valores indicados, por tanto, en la Tabla para este tipo de ladrillo de sílice, no tienen validez.

En cuanto a Francia, el Syndicat National des Industries Produits Refrae-taires, en la persona de Mr. Letort, publicó hace tiempo (7) una clasificación de productos de sílice que también vamos* a incluir aquí por ser de gran interés.


8. Ladrillos de sílice para bóvedas de hornos Siemens. Una de las utilizaciones de mayor responsabilidad de los ladrillos de sílice, es el de las bóvedas de hornos Siemens, ya que muchas veces es en este punto donde se provoca el fallo que hace parar el horno para su reparación, bajando su disponibilidad y, por tanto, la productividad de la acerería.

Además, con un mal refractario en la bóveda, el fundidor debe limitar mucho la aportación de calorías al horno en los ímomientos en que sea más necesario. Por todo ello, no es extraño que este asunto de las bóvedas de sílice haya merecido mucha atención en la investigación técnica, plasmada en numerosas informaciones que queremos aquí señalar y destacar.


Ya en 1944, Kraner hizo un excelente trabajo (8) sobre la correlación entre el contenido de AI2O3 en los ladrillos de sílice y la duración de las bóvedas de hornos Siemens.

En el año 1951, en Iron and Coal T. R. (9), se indicó que la calidad de los ladrillos de sílice puede ser estimada con cierta seguridad de los siguientes ensayos tomados en orden de importancia :

1. Porosidad mienor de 24 %. 2. Alúmina por debajo de 0,8 %. 3. Sílice superior a 96 %. 4. Peso específico inferior a 2,37 %.

Pero se destacaba asimismo que estos ensayos no son suficientes para confirmar diferencias de calidad, y que por ello tienen que ser confirmados por ensayos prácticos. Aconsejaban basar estos ensayos en la inserción de parches de 2,5 X 1,5 m. del ladrillo a ensayar en la bóveda normal, lo cual puede dar una excelente indicación de la relativa refractariedad del material.

Luego se puede hacer un ensayo con una mitad de la bóveda y, si estos primeros ensayos son satisfactorios, a continuación se podrá ensayar una bóveda completa.

Fern dio cuenta (10) de los ensayos efectuados en la CONSETT, importante empresa siderúrgica inglesa, que adem/ás fabrica sus propios refractarios durante varios años, con objeto de mejorar la duración de las bóvedas de sílice de los hornos Siemens. Después de haber esquematizado la evaluación de las características físicas y químicas de los ladrillos de sílice, informa que la duración de las bóvedas se había doblado reduciendo el contenido en alúmina de I a menos de 0,2 %. Pero estas ventajas sólo se lograron en hornos con marcha muy caliente, o sea, en marcha justo al límite impuesto por los refractarios.

En un estudio estadístico Fern indica que para los intervalos de variación considerados en el informe, una disminución de 0,10 % en el contenido de AI2O3, es sensiblemente equivalente a una disminución del 1 % de su porosidad aparente. La mejor calidad de los ladrillos de sílice corresponde en esos estudios a las características siguientes:

AI2O3 : aproximadamente 0,2 %. Contenido en óxidos alcalinos : menos de 0,1% > Porosidad aparente : inferior a 20 %.

9. Ladrillos de sílice para hornos de coque.

Al considerar la utilización de los ladrillos de sílce en los hornos de coque^ salta lo primero a nuestra vista que sus condiciones de servicio son completamente diferentes que las de los ladrilles de sílice empleados en los hornos de acero.

En éstos, los materiales refractarios se ven obligados a trabajar a las temperaturas más elevadas que ellos puedan soportar sin deterioro. Sin embargo, en los hornos de coque que, sin duda es un empleo tan interesante como aquél, los ladrillos de sílice se ven somietidos a otras condiciones, entre las que destacan las temperaturas más bien baja,^ del proceso.


Señala Letort (14) que en primer lugar hay que advertir que en las baterías de coque el calentamiento se efectúa a través de los muros, por lo que los ladrillos de sílice, con los que están construidos, deben tener la mayor conductibilidad térmica posible.

Por otra parte, por las características del proceso, es imprescindible que las cámaras sean estancas. Y para alcanzar esto, fácilmente se comprende que la obra de albañilería no ha de sufrir ninguna deformación que la agriete o disloque. Por ello los ladrillos deben haber sufrido las transformaciones cristalinas tan completas como sea posible.

Tampoco hay que olvidar que en servicio van a tener lugar importantes enfriamientos debido a las cargas con carbón frío, después de haber sacada el coque producido. Por lo que ya se supone que la resistencia al choque térmico del material ha de ser muy buena, teniendo en cuenta la debilidad de esta propiedad en los materiales de sílice.

Finalmente, hay que recordar que en los hornos de coque no se van a alcanzar temperaturas superiores a 1.450°, y que entre 867*^ y 1.470° se halla la zona estable de la tridimita, por lo que los ladrillos se transformarán progresivamente en esa especie durante su servicio. Vemos, pues, el interés de que los ladrillos sean en su origen coimpletamente tridimítico. Ello es imposible prácticamente, pero desde luego se ha de procurar emplear ladrillos en que la proporción de tridimita sea muy elevada y que en la transformación posterior en servicio no haya cambios sensibles en sus dimensiones. No han de tener, por ejemplo, cuarzo, ya que entre 877 y 1.470° el cuarzo B inestable pasa a tridimita B2 estable con un aume:^to considerable de volumen. Ello se logra, según Salmag (15), mediante un grano de la mjáxima finura, empleo de cuarcitas de aluvión y larga duración, de la cocción, o una temperatura de cocción, elevada. En cuanto a los fundentes, como trabajan a temperaturas relativamente bajas, no importan tanto y no se requieren características tan elevadas en lo que se refiere a un comienzo de reblandecimiento bajo carga a elevada temperatura (Tabla V).

10. Ladrillos de sílice para otros servicios


Hay otros servicios clásicos de los ladrillos de sílice, que acaso a primera vista no tienen la importancia de los dos anteriones, pero que exigen nuestra consideración y no dedicar a ellos, de buenas a primeras, 'material de sílice de calidad sin garantía.

Por ejemplo, tenemos las bóvedas de hornos eléctricos de arco, los ladrillos de sílice para reparaciones en caliente, etc., etc.

Para las bóvedas de hornos eléctricos', según Chesters (16), las propiedades requeridas son esencialmente las que se especifican para los materiales de sílice de primera calidad destinados a las bóvedas de los hornos Siem>ens y recomienda ladrillos con bajo porcentaje de fundentes y baja porosidad.

Efectivamente, lo de utilizar un material con bajo porcentaje de fundentes es una práctica muy empleada y gran número de acererías extranjeras (17) fur dan su control en el examen de los contenidos de AI2O3, TÍO2 y álcalis para vigilar la calidad de los materiales de sílice empleados en las bóvedas-de sus hornos eléctricos. Esto sobre todo es importante, teniendo en cuenta las altas temperaturas requeridas para la fabricación de ciertos tipos de aceros especiales en esta clase de hornos. Pero no hay que olvidar la relación que en este servicio tiene su resultado con las características de (fspalling)) del ladrillo de sílice, sobre todo en hornos eléctricos que se cargan con bóveda móvil y que por ello se ven sometidos a mayores cambios de temperatura que ]os hornos fijos. Y en estas características de ((spalling)), además; de la materia prima utilizada, del método de su fabricación y de otros factores físicos, influye la porosidad, aparte de que existe una relación con la resistencia a la compresión en frío. Efectivamente, ya hemos indicado antes que para este tipo de ladrillos las normías alemanas se muestran mucho menos rigurosas en lo relativo a la resistencia, a'la compresión, a la temperatura ambiente.

Iguales consideraciones podríamos hacer con los ladrillos para reparaciones en caliente, fijando así algunas de sus propiedades características.

En cuanto a la gran mayoría de los ladrillos de sílice de utilización normal, sin destinos de tanta responsabilidad, se ha propuesto también su clasificación respecto al contenido en fundentes (18), y pensamos que se debe poner un máximo en ese contenido, como así se ha hecho con las demás clases de ladrillos. Asimismo se deben considerar unas características mínimias en las demás propiedades, que aunque sean relativamente bajas comparando con las otras clases para condiciones severas de servicio, servirán para eliminar aquellos materiales a todas luces irregulares y de mala calidad.

En muchas normas se incluyen especificaciones de resistencia piroscópica de los ladrillos de sílice y que en general son mayores de SK 33 (1.730°Q.

Y hasta hay diversa información americana (19) que destaca un ensayo de resistencia piroscópica como el mejor método de fijar un programa de ensayo para elegir el mejor ladrillo de sílice. Pero parece ser que este ensayo es difícil de llevar a cabo aún en el procedimiento fijado por los americanos por las altas temperaturas y no es muy significativo, ya que la fase viscosa formada puede evitar el desmoronamiiento.

Por ello, es más aconsejable el ensayo de resistencia en caliente bajo carga, indicando M. B3ron (20) que 1.640'' constituye una temperatura límite bastante neta para el punto de


0,5 % de desplomamiento. Y el misimo autor da como valores límites de la densidad absoluta de ladrillos de sílice de calidad de 2,33 a 2,40.

En España, Pérez Blanco (21) presentó ensayos de refractarios al reblandecimiento en caliente bajo carga, de ladrillos típicos y representativos de procedencia nacional, señalando para Ta las temperaturas de 1.670° y 1.660°, res-pectivaímente, para materiales de sílice con destino a hornos de acero y hornos de coque.

Respecto a la composición química de estos refractarios de sílice, hemos de advertir que en realidad hay una relación estrecha entre el contenido de fundentes y la resistencia piroscópica de la que hemios hablado. Pero Lahr y Hardy (22) destacan que como criterio de calidad, se debe inclinar al Laboratorio por el ensayo bajo carga en caliente, aunque con algunos cambios, ya que señalan que el análisis químico no da indicación de la distribución de los fundentes. Han hecho ensayos con ladrillos casi completamente transformados de la misma porosidad y óxido de titanio, viendo que el contenido de alúmina está ligado a la tem,peratura de resistencia bajo carga por la relación.

T-= 1.726° — 108. AW, Por lo que si se fija un contenido máximo de AI2O3, se debe corsiderar una temperatura mínima para el desplome de la probeta en el ensayo bajo carga.

10.1. Tolerancias dimensionales. Hasta ahora nos hemos referido a las características físicas y químicas de los

refractarios de sílice y hemos fijado ciertos valores recomendados, para que puedan rendir satisfactoriamente en su servicio. Pero hay un aspecto que podemos incluir en la calidad de los ladrillos y que no hay que olvidar.

Se trata de las tolerancias dimensionales de las piezas. Y es que si éstas no son correctas todo fallará, porque no se podrá efectuar debidamente la obra de albañilería. Por ejemplo, de nada vale disminuir la porosidad de un material de sílice buscando una menor erosión, si debido a las diferencias dimensionales existen juntas muy grandes en las que el mortero inútilmente quiere cumplir una acción de continuidad.

Por ello, todo control de materiales refractarios debe comenzar con una verificación de dimensiones que fácilmente se puede efectuar a la recepción de los ladrillos. Este control se puede hacer a base de tablas estadísticas, como las MIL-STD-I05 A, Normas Militares Norteamericanas, que están traducidas al castellano y los Laboratorios de Ensayos e Investigación Industrial de Bilbao -están preparando unas aclaraciones para su fácil aplicación en este asunto.

Pero además esta inspección de medidas tiene su interés bajo otro aspecto. Y es el de controlar debidamente la regularidad de los suministros en cuanto a sus propiedades. Ya que si se están recibiendo unos materiales de sílice con regularidad de medidas y de propiedades físicas, puede ser que en cierto modo nos interese no seguir haciendo ensayos físicos de esos materiales, que siempre son caros, excepto en el caso de que la distribución de dimensiones sufra una variación, ya que ello puede significar un cambio en el proceso de fabricación el cual acaso redunde en las propiedades físicas.


En el proyecto de «Clasificación y Especificaciones de Materiales Refractarios» de los referidos Laboratorios de Ensayos e Investigación Industrial, se han fijado unas tolerancias dimensionales para los materiales de sílice que vamos a indicar a continuación.

Ladrillos o piezas de sílice para paredes de cámaras de hornos de coque : i 1,5 % de la dimensión considerada, con un míniímo en valor absoluto de 2 mm. Ladrillos o piezas de sílice, incluso para hornos de coque, excepto las paredes de las

cámaras : i 2 % de la dimensión considerada con un mínimo en valor absoluto de 2 mm.

E.n cuanto a la flecha máxima sobre las superficies planas, se fijan para todos los ladrillos o piezas de sílice uii ± 2 % de la cuerda considerada con un mínimo de valor absoluto de 2 mm. Y sobre superficies curvas los errores

máximos de las flechas se indican en un i 1,5 % de la cuerda considerada con un mínimo de valor absoluto de 2 mm. En realidad estas cifras están de acuerdo con las tendencias europea y americana. En la Tabla VI se señalan las tolerancias dimensionales de los productos de sílice elaborada por M. Letort (7) para el Syndicat National des Industries de Produits Refractaires. Y los de la ASTM indican que para piezas de forma y ladrillos rectangulares la tolerancia es de i 2 % tanto en medidas como en flecha, cuando las dimension.es son mayores de cuatro pulgadas. Y si son menores es un i 3 % :


11. Conclusiones

de todo lo anterior se confirma, en principio, la conveniencia de especificar varios tipos de materiales de sílice para cumplimentar todas las necesidades y servicios. Por ejemplo, está claro diferenciar a los materiales destinados a las baterías de hornos de coque y separar a los ladrillos de sílice de mejor calidad, convenientes para los puntos de condiciones de servicio más severas, de los de calidad que podríamos llamar normal. Además todo parece aconsejar el especificar un tipo extra de la más alta calidad, apropiado para las bóvedas de los hornos Siemens y también se piensa que es adecuado terer en cuenta un^s normas que diferencien a los ladrillos

para reparaciones en caliente y a los destinados a construir las bóvedas de los hornos eléctricos.

En todas estas clases de refractarios hay características que es preciso destacar y sobre las que se podrán basar los controles del material. Por otra parte, hay propiedades que, aunque naturalmente, se pueden fijar valores para sus ensayos, su importancia no es tan decisiva.

En los ladrillos de sílice para bóvedas de hornos Siemens, hay que señalar, repetimos, una calidad ((super-extra», que resuelva el problema de las duraciones de esas partes de los hornos. Parece ser que la tendencia actual es la de ir a materiales con el más bajo porcentaje posible de fundentes y con muy baja porosidad. Creemos que es posible, porque alguna fábrica nacional de refractarios ya los fabrica, exigir contenidos de alúmina menores de 0,6 % y porosidades totales inferiores a 21 %.

En cuanto a la densidad real no parece que se pueda fijar un valor determinado debido a los diversos resultados obtenidos con ladrillos medianamente y muy transformados. Por ello se considera que sólo se debe indicar que esa característica tenga un valor inferior a 2,40.

Hay otra clase de material refractario de sílice que es también de primera -calidad, que cumple bien en la mayoría de los servicios más duros y que se Aliene utilizando aún en bóvedas de hornos Siemens. En realidad, sus caracte-TÍsticas serán análogas a la de los ladrillos especiales arriba indicados, u^a vez tenida en cuenta su diferencia de contenido en fundentes y asimismo permitiendo una una porosidad algo mayor.

Respecto a las calidades de bóvedas de hornos eléctricos y reparaciones «n caliente, junto con una relativa alta calidad por las condiciones de servicio a que se destinan, se debe tener en cuenta no limitar otras características que puedan influir en sus propiedades especiales. No nos inclinamos a fijar por ahora especificación de resistencia al choque térmico, recordando las limitaciones de estos ensayos. En cuanto a la calidad corriente y normal del material de sílice, se distinguen unas especificaciones mínimas que en realidad sólo sirven para evitar aquellos ladrillos verdaderamente anormales o irregulares.

Finalmente queda la calidad especial destinada a los hornos de coque, en la que, aunque se fijen, prácticamente, no se limitan las condiciones de re-fractariedad. Creemos


que en estos materiales hay que insistir en su grado de transformación y la ausencia de dilataciones posterioren" que puedan dañar la obra de albanilería.

En estos últimos ma^^eriales son importantísimas también las tolerancias dimensionales, factor que siempre hay que tener en cuenta y aun destacarlo, a veces, al considerar la calidad y la propiedad de un material de sílice. En la Tabla Vil se señalan los valores de un proyecto de especificación de ladrillos de sílice fur^dado en estas conclusiones.

Ladrillos refractarios en hornos

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