Refractarios

Capitulo 1

Conceptos generales.

Los materiales refractarios son materiales cerámicos que han tenido y continúan teniendo un papel crítico en el desarrollo, mantenimiento y crecimiento de neustra economía industrial. Directa o indirectamente, los refractarios son esenciales en todo aspecto de la propduccion industrial “el esqueleto de la industria”.

Qué es un material refractario

El refractario es un material no metálico que mantiene su integridad por un periodo de tiempo aun cuando es sometido a una serie de condiciones de servicio, incluyendo: alta temperatura, choque térmico, desgaste físico y corrosión química.

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¿Qué criterios señalan o validan a un determinado material, como un buen refractario?

No ser nocivo para la salud

Costo por tonelada aceptable

Estabilidad química

Fundir a una temperatura mayor a 1500°C.

Factibilidad de acceso al material (disponibilidad).

Estabilidad física

¿Que función realizan los materiales refractarios?

Generalizando se puede decir que la función elemental de los materiales refractarios es “contener procesos a altas temperaturas para se desarrollen sin provocar daños mayores al medio ambiente”.

Veamos un material refractario.

Capitulo 2Propiedades: Estudio de propiedades físico-químicas, mecánicas y térmicas.Propiedades físico – químicas.

Peso volumétrico: La técnica para determinar e peso volumétrico por medición directa consiste en pesar la muestra, previamente secada a 110°C a fin de eliminar la posible humedad existente en la misma.

Porosidad Aparente: Esto consiste en una serie de cavidades internas, discontinuidades, vacios y huecos. Esta propiedad es una indicación de la habilidad para resistir la penetración de escorias, metales fundidos, fundentes, vapores, etc.

Cambio Dimensional

Es una característica intrínseca que debe tomarse en cuenta para el diseño e instalación de cualquier recubrimiento. Los refractarios generalmente experimentan una expansión durante el calentamiento y contracción durante el enfriamiento. Hay dos mediciones que son comúnmente usadas para indicar la estabilidad térmica dimensional de los refractarios:

Cambio lineal permanente (%)

El cambio lineal permanente es la variación irreversible de las dimensiones lineales o volumétricas del material durante el primer calentamiento debido a ajustes mineralógicos y estructurales.

Coeficiente de expansión lineal (cm/cm°C)

Es la expresión del cambio reversible que ocurrirá en cada calentamiento y enfriamiento debido a las estructuras cristalinas ó inversiones polimórficas de los compuestos presentes en el material.

Cono pirométrico equivalente Es un ensayo que permite conocer el grado de refractariedad o punto de ablandamiento del material. Esta propiedad (refractariedad) es una función del tiempo y la temperatura.

Índice de trabajabilidadEs una medida de cuan fácilmente un material refractario plástico puede ser apisonado, en otras palabras, este indica la deformación lineal del material cuando se somete a impacto.

Ataque químico

Es el que contribuye al deterioro y posterior destrucción del revestimiento. Durante el servicio del material.

Propiedades Mecánicas

Resistencia a la compresión Es la

propiedad física del refractario que indica

la carga por unidad de área a la cual

muestra falla debido a un esfuerzo de

compresión.

Resistencia a la

abrasiónEsta

abrasión es ocasionada

por la fricción,

choque e impacto del movimiento

de partículas en gases.

Modulo de roturaEs una

medida de la resistencia al esfuerzo de fractura en

flexión.

Propiedades Térmicas.

Capacidad calorífica

Capacidad de almacenar calor es directamente dependiente del calor específica del mismo.Conductividad Térmica: Es la cantidad de calor que fluye a través de un área determinada en un tiempo dado.

Resistencia al choque térmicoDebido a que son sólidos frágiles, ofrecen poca resistencia a los cambios violentos de temperatura, el deterioro que sufren los materiales debido al choque térmico involucra micro y macro fracturas.

Capitulo 3

Clasificación de Refractarios.

En general, los materiales refractarios se clasifican en dos formas:

De acuerdo a su composición química o características físico-químicas.

De acuerdo a su presentación en el mercado.

A. Según su composición química o característica físico –químicas.

• Refractarios Silicoaluminosos.• Refractarios de Alta alúmina.• Refractarios de Sílice.• Refractarios Básicos.• Refractarios Aislantes.• Refractarios de Carbón.• Refractarios Especiales.

B. Según su presentación el mercado.

Esta clasificación normalmente se basa en el contexto físico del material con respecto a la instalación.Presentación en el mercado incluye las siguientes categorías.

•Materiales Calcinados en Planta.•Refractarios Monolíticos.•Materiales de Fibras Cerámicas.

Los materiales calcinados en planta son aquellos preformados por el fabricante y en estos se incluye los ladrillos y las piezas especiales.

Refractarios monolíticos.

•Moldeables•Mezclas de proyección.•Mezclas para la instalación por vibración.•Plásticos.•Apisonables.•Morteros.

En cuanto a los materiales fabricados con fibras cerámicas, estos vienen en diferentes presentaciones:

•Manta•Modulo•Fieltro•Piezas al vacio

Capitulo 4

Piezas Calcinadas

Los materiales refractarios conformados en piezas calcinadas con productos sometidos a un proceso de trituración, mezclado, moldeado y calcinado en fabricas a formas y dimensiones normalizadas o especiales y con características físico-químicas diversas.

En general, estas piezas calcinadas se presentan en dos categorías:

Piezas rectangulares (Ladrillos)

Son piezas con un diseño relativamente simple lo cual facilita y minimiza el tiempo de producción. En general, los ladillos son menos costosos que las piezas grandes y de formas intrincadas.

Piezas especialesSon piezas de diseño especial con formas simples o intrincadas. En algunos casos presentan formas modificadas de las piezas rectangulares.

Anclajes

Especificaciones apropiadas de anclaje son esenciales para la obtención de un buen diseño del revestimiento refractario. La función básica del anclaje es mantener el material refractario adherido a la carcasa del equipo. Criterios para la selección del material de los anclajes

Criterios para la selección del material de los anclajesMáxima temperatura permisible en la punta del anclaje (°C).

Tipo de Anclaje

540°C Metálico. Acero al carbono A.S.T.M. A-569Gr 1010 – 1018, A.S.T.M. A-576

650°C Metálico. AISI-410, AISI -405 (12%Cr).

870°C Metálico. Acero inoxidable austenítico AISI 304

1350°C Anclaje cerámico.

Capitulo 5Instalación

La colocación de refractarios debe ser hecha conforme se indica en los dibujos aprobados para la construcción. Previo del montaje de refractarios deberán inspeccionarse, verificarse lo siguiente.

•Limpieza de las carcasas (p. ej. Libres de restos de estructuras, óxidos, polvos, etc.).•Limpieza de las juntas metálicas de dilatación.•Verificar los diámetros, claros y alturas de las superficies sobre las cuales se va a instalar el refractario.•Verificar que en caso de lluvia, no se tengan filtraciones de agua hacia los refractarios que están siendo instalados.

Instalación por vaciado

Este se mezcla en el sitio con mezcladoras de paleta y luego es vaciado en formas previamente fabricadas. Hay ciertos factores que deben controlarse para obtener las propiedades requeridas.

•Cantidad de agua de mezclado•Calidad del agua de mezclado•Temperatura del agua de mezclado •Tiempo de mezclado•Material para la fabricación de las formas de vaciado.•Llenado de las formas de vaciado.•Remoción de las formas de vaciado.

Capitulo 6

Control de Calidad

La etapa de selección de los materiales refractarios a ser usados en un determinado equipo o unidad comprende las siguientes fases: revisión histórica del comportamiento de los materiales usados en la unidad, conversaciones con fabricantes, contratistas y consultres hacer de nuevos productos y procedimientos disponibles.

Evaluación de suplidores y

clasificación de los mismos.

Control de fabricación de los

productos requeridos.

Ensayos de precalificación de

los materiales.

Control de aplicación.

Control de curado y secado.

Inspección final.

Este programa de control de calidad debe contar con:

Calificación del material

La calificación de los materiales refractarios consta de 2 etapas principales, precalificación durante fabricación del producto y ensayos de verificación en campo.

Calificación de la instalaciónUna vez realizado el plan de precalificación se debe dar continuidad al programa de control de calidad para lo cual se impone la calificación del personal que va a realizar la instalación de los materiales refractarios.

Evaluación de la contratista instaladoraCalificación de instalación (la calificación de los aplicadores debe hacerse por lo menos 2 semanas antes).

Aplicaciones por proyección (deberá realizarse un panel de prueba el cual debe reunir como mínimo las condiciones de revestimientos finales).

Aplicación por vaciado (debe llenar los paneles con las dimensiones representativas del revestimiento final).

Calificación de la instalación

Inspección y ensayos de verificación

La inspección durante la fase de instalación comprende la fase mas critica e importante del trabajo, esta debe realizarse en base a una presencia constante del personal de inspección.