Materiales Refractarios Usados en El Proceso de Die Casting

5/19/2018 Materiales Refractarios Usados en El Proceso de Die Casting

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Materiales Refractarios usadosen el proceso de Die Casting

David W. White,Gerente De Ventas

NacionalThe SchaeferGroup, Inc.

OH, USA

Salvador Tovar co.!epresentante en

"#$icoThe SchaeferGroup, Inc.

"#$ico


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Resumen

Los materiales Refractarios; por denicin,se supone que deben ser resistentes alcalor y a las altas temperaturas que se

exponen, al estrs mecnico, el esfuer!o,tensin y estrs trmico, corrosin, erosinde slidos, l"quidos y gases, difusin de losgases, y abrasin mecnica a diferentes

temperaturas# $n el sector del procesamiento del

aluminio, los requisitos de las propiedadesde los materiales refractarios son muydiferentes a otras aplicaciones#


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Resumen

% pesar de que la temperatura de procesode aluminio y sus aleaciones, es muc&omenor que el del acero, que es el 'nico

problema de penetracin de aluminio en losrefractarios#

(or lo tanto, el material refractario debeestar dise)ado de manera que se obser*e la

caracter"stica de no+ moabilidad poraluminio fundido# La propiedad no+moabilidad &as sido

introducida en los refractarios con aditi*osespeciales#


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Resumen

$n el presente trabao se anali!a laprdida de energ"a por una decisinerrnea de la seleccin de refractario, el

anlisis de las condiciones deoperacin, la seleccin adecuada demateriales para una instalacin de altodesempe)o as" como las propiedades de

los materiales; requeridas para suaplicacin en aluminio y las *entaas deuso de los refractarios de 'ltimageneracin


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-eleccin dematerial

refractario Las eleccin de material refractario depende

de una serie de factores tcnicos. (ropiedades qu"micas y f"sicas del material

refractario /ipo y dise)o de &ornos,

Combustibles y quemadores# Rapide! de fusin, aleaciones a fundir, /ipo de carga y el mtodo de carga

(rcticas de limpie!a y acondicionamiento del metal, 0unto con las siguientes consideraciones que

son. Costo Disponibilidad


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(ropiedades qu"micas y f"sicas delmaterial refractario

(unto de fusin.

La mayor"a de materiales

refractarios son part"culasaglomeradas que obser*analtas temperaturas defusin#

$l punto de fusin delmaterial refractario es la

temperatura que sedetermina en base a laprueba del conopiromtrico, temperaturacuando el cono sereblandece


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(ropiedades qu"micas y f"sicasdel material refractario

/ama)o y forma.

$l tama)o y la forma de

los refractarios es unaparte del dise)o del&orno, ya que afecta ala estabilidad del &ogar#

$l /ama)o exacto esmuy importante para

poder usaradecuadamente elmaterial refractariodentro del &orno y paraminimi!ar el espacioentre la construccin

las untas#

Densidad

$sla propiedad de los

materiales refractarios esdeterminante, siendo lacantidad de materialrefractario en un *olumenespec"co 12g3m45#

6n incremento en ladensidad aparente de un

refractario aumenta. $stabilidad dimensional Capacidad de

calentamiento Resistencia a

penetracin escoria#


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(orosidad aparente

$s el *olumen de los porosabiertos, donde el l"quidopuede penetrar, siendo unporcentae del *olumentotal del refractario#

$sta propiedad esimportante cuando elmaterial refractario est encontacto con carga fundida

y escoria# Con una porosidad aparente

alta, e*ita material fundidopenetre en el refractario#

$s preferible tener un grann'mero de poros peque)osque grandes poros#

Resistencia a lacompresin en fro

$s la resistencia delos refractarios a sutrituracin, queocurre principalmentedurante el transporte#

-e utili!a como uno

de los indicadores dela resistencia a laabrasin, unto conotros indicadorescomo son densidadaparente y porosidad#


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Creep a alta temperatura

Creep es unapropiedaddependiente deltiempo, a su *e!,determina ladeformacin en unmomento dado y auna temperaturadada por un materialrefractario baoestrs#

$stabilidad 7olumtrica, expansin ycontraccin en altas temperaturas

La contraccin o expansin de losrefractarios pueden tener lugardurante la *ida 'til de# /alescambios permanentes en lasdimensiones puede deberse a. Los cambios en las formas

alotrpicas, que causa uncambio en la gra*edadespec"ca una reaccin qu"mica

que produce un nue*o material,modicando su gra*edadespec"ca en la formacin defase l"quida de pol*ossinteri!ados

8usin las reacciones y de laescoria o por la accin de lcalisen materiales refractarios#


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$xpansin trmica Re*ersible

$l material se expande cuando secalienta, y se contrae cuando se enfr"a#

La expansin trmica re*ersible es unre9eo de las transformaciones de fasesque ocurren durante el calentamiento yenfriamiento#


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(ropiedades qu"micasy f"sicas del materialrefractario

Conducti*idad trmicaDepende de la composicin qu"mica +mineralgica y el contenido de materiales

refractarios a y de la temperatura de aplicacin#(ara nuestro propsito requerimos una baaconducti*idad trmica es con*eniente para laconser*acin de calor, ya que el materialrefractario act'a como un aislante#

$l aislamiento adicional conser*a el calor pero,al mismo tiempo aumenta la temperatura de lasupercie caliente y, por ende, una meorcalidad refractaria#


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(ropiedades qu"micasy f"sicas del materialrefractario

:ormalmente esto se logra mediante la captura unamayor proporcin de aire en la estructura cermica#%lgunos eemplos son. %ntiguamente se adicionaban al compasito de Materiales

naturales como el asbesto que es un buen aislante perono es especialmente un bueno material refractario#

Las lanas minerales se encuentran disponibles quecombinan buenas propiedades de aislamiento con buenaresistencia al calor, pero estos no son r"gidas

Ladrillos porosos son r"gidos a las altas temperaturas ytienen ra!onablemente baa conducti*idad trmica %ctualmente se tienen a disposicin materiales que

ofrecen meores propiedades trmicas que a uncosto benecio excelente


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$L (RR:- D$R$


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@ue es la prdida de calor oA

$n el dise)o tradicional derefractarios se estimaba que deber"aexistir un plano de solidicacin 1el

punto en el que el metal l"quido sesolidicara, si existiese unaltracin a tra*s del refractario detrabao5 se aloar"a en la caracaliente o primera capa de materialrefractario#

$sta ase*eracin ya no es *lida# $nlos >ornos de 8undicin las

temperaturas de la carcasalocali!adas, por debao de l"nea demetal estn dise)adas para queobser*en una temperatura entre G+GGC, en lugar con antiguatecnolog"a H+IGC , &ace tan slounos a)os#


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@ue es la prdidade calor oA

%&ora la nue*a tecnolog"a, se basa en el uso demateriales s'per aislantes, que pueden serutili!ados en el tec&o y el piso de los &ornos parareducir a'n ms la prdida de energ"a#

%lgunos &ornos se dispone de controles indi*idualespor cada quemador, con el n de reducir el consumode energ"a en periodos de paros operacionaleslargos, como nes de semanas, slo para utili!arlos &ornos solo como mantenedores, tomando elenfoque usado en los carros termo de las acer"as#

-e &a reducido de manera efecti*a la prdida decalor &asta el punto de que los quemadores en el

&orno operan a fuego bao, reduciendo los consumosde energ"a y ele*ar la temperatura tan pronto serequiera#

JRecuerda que cuando el &orno se utili!aba slopara mantener temperaturaA $sto se &a eliminado#


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Controlando prdidade calor a

(or lo tanto, se puedenreali!ar algunas cosassencillas para a&orrarmiles de dlares al a)o sila planeacin de sure*estimiento refractarioes el adecuado, desde unpunto de *istaoperacional.Cubriendo las po!as

entre cargas6na simple tapa de po!aautomtica solo cuestaK4#G, misma que se auto+paga en B4 meses, por losa&orros de prdida deenerg"a radiante#


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Controlandoprdida de

calor a Resumen de puntos de control

Condiciones normales de funcionamiento en &ornos# (ropiedades de los materiales refractarios en

aplicaciones con aluminio l"quido# J@u tan importante es la resistencia de un

refractarioA J@u es un material refractario no+moable

realmenteA

7entaas de los refractarios de liga fosfrica enaluminio $l


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Condiciones t"picas deoperacin en >ornos dere*erbero y la *ida de

refractarios La destruccin de los refractarios se origina

principalmente en la cara del refractario expuesto a9amas directas, gases, metal l"quido, atmsfera del>orno, etc# generando grietas y fracturas# $l deterioro trmico se produce cuando &ay 9uctuaciones

precipitadas de temperatura causando diferenciales deexpansin o contraccin se*eras#

$l deterioro mecnico es causado por cambios en laestructura f"sica , originado por alguna fuer!a externa o unobeto, al momento de la carga, limpie!a, etc#

$l deterioro @u"mico, que se produce por una reaccin de unoo ms de los componentes minerales de la masa refractariacon las sustancias qu"micas o componentes minerales decombustible, oxidacin, elementos de aleacin, etc#


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Casusas de fallade refractarios

$xpansin trmica Mal curado y seleccin de materiales o

fragmentacin de fusin parcial de re*estimiento

existente %taques qu"micos y corrosin del proceso %buso mecnico 8alla en colocacin de anclas 1soldadura

inadecuada, pobre pre*encin de expansin de

materiales# 8ragmentacin por abrasin y erosin Mano de obra pre*ia pobre e inadecuada Ciclos trmicos inadecuados $rrores de operacin

C di i


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Condicionesnormales defuncionamiento

en &ornos


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$ntorno delrefractario

rea muy reductora por debao de lal"nea de metal

rea :eutra a oxidante por encimade la l"nea de metal Contacto con sustancias qu"micas y

elementos de aleacin de aluminio

como Mg, -i, n, Li, :a , etc# Contacto con productos qu"micos de

fundentes :aCl, OCL, :a8, %l8 , etc#


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=nteraccin de los materialesrefractarios con Metal

Refractario Liga 8osfrica. Mg 1(45E1Liga refractaria5P Mg 1del metal5 P E1atmsfera5 Q MgE (EH

1Reaccin de mono fosfato a di+fosfato5

Mg 1(45E 1refractario5 P %l 1del metal5Q MgE (EH P %l1%l no reduce al Mg basado en termodinmica5

Mg 1(45E 1Liga refractaria5 P -i 1de Metal5Q

sin reaccin posible 1inertes5 &asta B,EC %l 1(54 1Liga refractaria5 P E %l 1de metal5Q 4 %l(

Cemento o cermico con liga con*encional. %l 1metal5P 4 -iE1matri! refractaria5 Q E%lE41corindn5 P 4 -i 1metal5

$sta reaccin no se produce en materiales compuestos

liga fosfrica o materiales de mullita ya que la s"liceest protegida en su agregado 1 1embebidos en lamatri! del refractario5


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%plicacin de8undente

La aplicacin de fundente al aluminio fundido, antes de *aciar, se &apracticado desde &ace dcadas# Los mtodos pueden &aber cambiadocon introducciones de productos ms sosticados, pero los fundentessiguen siendo utili!ados para la proteccin y limpie!a de materialfundido, coleccin y remocin de escorias y para la desgasicacin demetal#

@ue se introducen por inyeccin al ba)o, constituyendo generalmenteun gas, siendo Cloro o :itrgeno, o una me!cla de ambos#

Los fundentes slidos se aplican en forma de pol*os o grnulos y quese manufacturan en una gran *ariedad de composiciones espec"ca#6na composicin t"pica consiste de cloruro de sodio deaproximadamente I S, potasio I S, criolita y S# :ormalmente, lacriolita es una combinacin de sodio 9uoruro de aluminio 1Criolita-inttica5, -ilico9uoruro De -odio y3o potasio 9uoruro de aluminio#Cualquiera de estas composiciones con causar gra*es da)osmateriales refractarios para &ornos#


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C: L-86:D$:/$-

8luoruros reaccionan con el material refractario. E%l 1Metal5 P F :a8 18lux5 Q E %l84P F:a 1metal5

F :a 1 Metal5 P %lE4 1refractario o escorias5 Q F:a%lEP E %l

1La reaccin a :a%lEconduce a expansin de 4S y ladescomposicin de los refractarios5

Los fundentes de cobertura contienen cloruros en sumayor"a no atacan de manera gra*e al refractario

Los 8undentes Limpie!a y de remocin deescorias contienen los 9uoruros y reaccionan demanera exotrmica en especial los de remocin deescorias#

Los 8undentes tienden a atacar a los refractarios ydescomponer el aglutinante y la matri!#


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%/%@6$ M$C:=C

%brasin

%brasin

%ho&ue T#r'ico


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%/%@6$M$C:=C(rincipales Causas

Mecnica de ataque. Limpie!a mecnica3remocin de

escorias Carga al &orno de C&atarra3lingotes %gitacin mecnica o =nducti*a =nyeccin de gases 1Cloro, :itrgeno5

$strs /ermo+mecnico debido a unc&oque trmico y etapas de *ariacintrmica#


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%/%@6$M$C:=C

Los materiales refractarios con*encionales que sonrecomendados para rampas, largueros laterales yperimetrales basndose en materiales de baocemento y adiciones de -iC o de circonio, con el nde meorar las propiedades contra el c&oquetrmico y a la abrasin#

Los materiales de %lta al'mina son potencialmentemeor resistencia a la abrasin, bao c&oquetrmico, debido a sus propiedades de expansintrmica re*ersible#

La mayor"a de materiales de alta resistenciacon*encionales no son resistentes al corindnconstruir cuando las temperaturas defuncionamiento superar los B,B C#


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6:R$8R%C/%R=

J@ue esA (or denicin. La moabilidad es la capacidad que tiene unl"quido de extenderse y dear una tra!a sobre un slido#

Depende de las interacciones intermoleculares entre lasmolculas superciales de ambas sustancias# -e puededeterminar a partir del ngulo que el l"quido forma en la

supercie de contacto con el slido, denominado ngulo decontacto ; a menor ngulo de contacto, mayor moabilidad#


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6:R$8R%C/%R=

J@ue esA %ntes de que el metal l"quido

pueda atacar un re*estimiento

refractario debe ser capa! deUmoarV el refractario# La moabilidad se produce si la

tensin supercial del l"quido

1interface aire+l"quido5 es mayorque la tensin interfacial entre elrefractario y metal l"quido


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J@u factores in9uyen en elmecanismo de MoabilidadA

Contenido de %l'mina derefractario

Contenido en -"lice de refractario /ama)o de poro refractario %tmsfera del &orno

$lementos de aleacin 8undente 6tili!ado


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M0%


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J(orqu la resistenciadel refractario esimportanteA

Los problemas encontrados en el procesamiento dealuminio en sus sistemas de fusin tales como c&oquetrmico, estrs trmico, abrasin, impacto y abusof"sico &an lle*ado al desarrollo de materiales

refractarios de alta resistencia a la abrasin# La resistencia se mide en n'meros puros en una &oa

de datos, pero no nos indica toda la &istoria# :o obstante es necesario considerar las siguientes

propiedades. Resistencia al crecimiento y propagacin de grieta 7alor de MR Resistencia al =mpacto en las condiciones de funcionamiento Mecanismo de aglutinacin del refractario# $xactitud en los procedimientos de prueba


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7$:/%0%- D$ L-M%/$R=%L$- D$ L=X%8-8R=C%

=nstalacin rpido3no requiere curado (ermiten calentamiento rpido -e aglutina y ad&iere en recubrimientos

existentes $s posible reparar en lugar de reempla!ar

:o moable Recomendados en reas de contacto con el ba)o#

%lta resistencia a cambios bruscos de

temperatura Recomendable en muros superiores, quemadores,

dinteles y columnas# %lta resistencia a la abrasin

Recomendable en rampas, dinteles y pisos#


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%nlisis de recubrimientosen &ornos re*erbero decmara &'meda

$*aluemos un &orno tipo re*erbero, con &ogar&'medo con capacidad de EEG 2g 3&r# a BI 2g3&r#

%limentado con gas natural, 6n buen dise)o de recubrimiento refractario debeobser*ar. Refractario moldeable plstico de liga fosfrica con HS

de mullita en cara caliente# Con un espesor de IW y

4W de material aislante moldeable no moableY BW de placa de aislamiento # -i el metal que mantiene se encuentra a

una temperatura de H4C la temperatura de la carcasaser aproximadamente de HC#


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6n %decuadorecubrimientorefractario

6n recubrimiento mas adecuado podr"a ser. 6n refractario moldeable plstico de liga

fosfrica con HS de mullita en cara caliente#

Con un espesor de IW y 4W de material aislante de silicato de calcio

moldeable no moableY BW de placa de aislamiento

Con una temperatura de metal H4C sutemperatura carcasa ser de F C


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$l Meorrecubrimientorefractario

$l meor recubrimiento podr"a ser. 6n refractario moldeable plstico de liga

fosfrica con IGS de mullita en cara

caliente# Con un espesor de IW y 4W de material aislante de silicato de

calcio moldeable no moableY BW de placa micro porosa

Con una temperatura de metal H4Csu temperatura carcasa ser de GC

J(or qu el uso


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J(or qu el usode -ilicato deCalcioA

-=LC%L es un material ligeroy de baa conducti*idadtrmica y baa capacidadcalor"ca# $sto permite unmeor control de tempera+tura, menor prdida de calory las temperaturas fr"aspara la cara inferior#

$st refor!ado con brasorgnicas especiales con eln de aumentar fuer!amecnica y maquinabilidad#

Debido a suspropiedades se puedesustituir bra cermicarefractarios y alta densidadmaterial silicato de calcio#

J( l


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J(or qu el usode -ilicato de

CalcioA Resistencia a la compresin es EGE Z

3pulgada cuadrada 8actor O es #I4 Lo meor de todo es que no es moable

por el aluminio fundido, no penetrar enl#

-e recomienda instalarla e*itando untasen l"nea recta y en caso de penetracinde metal l"quido, el aluminio sesolidicar antes de que llegue a lacarcasa de acero#

7 t d l


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7entaas del-ilicato de

CalcioA


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(orque el uso de(lacas de -"liceMicro (orosa

La placa de s"liceMicro porosa es unmaterial s'peraislante que reducelas temperaturascuerpo a un

promedio de G aBC comparado conun bloque normal deladrillo aislante#

( l d


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(orque el uso de(lacas de -"lice

Micro (orosa (R(=$D%D$- $l factor O es de #E4

GS Meor que moldeablesaislantes S Meor que ladrillo aislante

4S Meor que bloque normalaislamiento

n s s e una


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n s s e unareempla!o deun

re*estimiento 6n t"pico &orno de mantenimiento se

recibido para reparacin, antes de

reali!ar la reparacin se colectarondatos de la temperatura de operacin yde carca!a#

(osterior al reempla!o derecubrimiento, se colectaron datos de la

temperatura de operacin y de carca!a#


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45/71

16 3

7 98

5 2

4

1 0

1 1

1 21 31 4 1 6

1 5 1 7

8 0 . 0 0 "

7 0 . 0 0 "

1 4 S h e l l T e m p e r a t u r e L o c a t i o n

S i d e V i e ! n d V i e !


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Dise)o de RecubrimientoRefractario altamenteeciente

"!#uina! interior!

redondeada!

"n!am$le de arco!

modulare! con e!#uina!

redondeada!

%anura! para &iltro inte'rada!


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Recubrimiento t"pico de un &orno demantenimiento elctrico

!ecu(ri'ientoalta'ente aislante

Alto des)aste 'ec*nico

$tre'ada'ente no"o-a(le No per'ite altas diferenciast#r'icos*cil'enterepara(le

le$i(ilidad i'itada deacuerdo a dise/o

0a-o consu'o deener)1a

ar)os per1odos de entre)a'etal

l refractario sufrecontracciones a la aplicaci2nde fundente


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Detalles derefractario

I+B3 EW de re*estimiento (remium 4+B3 E W Re*estimiento moldeable de

refractario con liga fosfrica, IGS %l'mina W (laca de -ilicato de Calcio


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Reparacin de ollas detransferencia

()onol*tico + Ladrillo,


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llas con %uto+rotacin


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JRe*estimiento de refractario Moldeableo ladrillo refractarioA Recubrimiento de refractario

moldeable de alta eciencia. Cara de /rabao IGS al'mina liga

fosfrica# %islamiento con placa de -ilice

Micro porosa 9exible -'peraislante

/emperatura exterior de carca!a .BBFC

Con /apa %islante frece reducir la temperatura de

transferencia desde la central de fusin

$ste tipo de recubrimientotransporta &asta G, ton#%ntes del reempla!o delrefractario

Recubrimientos conLadrillo. $l Recubrimiento de

ladrillo es tan


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8L$]=


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54/71


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%nlisis de problemasen torres fusoras

3ona de I'pacto antes de

operaci2n

Zona de Impacto despusde 13 meses de

% li i d bl


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%nlisis de problemas entorres fusoras


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%nlisis de problemas entorres fusoras (R


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%nlisis en &ornos de re*erbero de cmara&'meda

%brasin ydesgaste en

paredes, columnas

y dinteles

6so excesi*ode fundentes

JDonde se


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JDonde selocali!an los

problemasAJD:D$A $fecto presentado

4reas de5recalenta'iento6!a'pas

A(rasi2n

Interface "etal At'2sferainterior

Depositaci2n de 2$idos 7ata&ue por sales de li'pie8a

5o8as de %ar)aSalpicaduras de 'etal 7

a(uso 'ec*nico

5uertas de car)aSalpicaduras de 'etal 7

a(uso 'ec*nico

-oluciones para


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-oluciones pararesistir el

abuso mecnico 6sar materiales.

Con alta al'mina Resistentes a la abrasin %lta resistencia al c&oque trmico :o lo aplique en toda la po!a Reali!ar una e*aluacin operacional#


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=nterface L"neade Metal

6tilice materiales de al'mina con IGS oms desde el piso &asta IW por encima de lal"nea de metal normal#

6tilice materiales de al'mina con al menosHS de al'mina con aglutinante de tipofosfrico por encima de la l"nea de metal ala b*eda#

-i se reali!a la modicacin de la aleacindentro del &orno con /=


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Mantenimientodeciente conducea[[##

Muc&as *eces es por una

deciente seleccin de

Mantenimiento


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Mantenimientodeciente

conduce a[[##8alta de limpie!a en

paredes y debao

de l"nea de metal

x o e%l i i


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x o e%luminio

xido de%luminio

Compuesto qu"micocreado por el calor,aluminio y ox"geno#

La apariencia esnormalmente deuna pel"cula de uncolor de gris a

negro en lasparedes del &orno,o en la superciedel ba)o dealuminio#


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Txidos en llas $sta forma de xido de

aluminio es muy pesado,usualmente se

depositars en la parteinferior del &orno, comose muestra en la 8igura

%l momento de reali!aragitacin al


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Corindn -e forma en el interiordel re*estimientorefractario al momentoque el aluminio fundido

penetra los mate+rialesdel re*estimientocombinndose conotros minerales quepueden ser reducidosqu"micamente por el

aluminio para formarnue*os compuestos ,destruyendo elrefractario#

% menudo &ace que elrea afectada se torne

de una aparienciaabultada &aciendo quere*est"+miento se torneinestable #

8ormacin de Corundun porcorrosin

%tmsfera .ECorindn

1Compsito ;%LE4+%l5

%l3 %leacin

%l

J@u causa el


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J@u causa elcrecimiento delCorindnA

$l crecimiento de Corindn enmateriales refractarios encontacto con aluminio debido a. %ltas temperaturas de operacin %lto potencial oxidacin $n el cao de que los ladrillos

refractarios o el material *aciadoestn porosos Cuando se encuentra s"lice libre

presente en el material refractario#

(roblemas adicionales


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(roblemas adicionalesen materialesrefractarios

Lugares -oluciones

(aredes deCanalones

Dependiendo de la temperatura y laaleacin es recomendable utili!arrefractarios con IG+_S de al'mina ypintar las paredes con una pintura nomoable por el %luminio :

Materiales Refractarios Usados en El Proceso de Die Casting

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