refractarios sa

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  • CERAMICA Y CRISTAL 143 - MAYO 2010- ISSN 0325 0229 www.ceramicaycristal.com48

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  • CERAMICA Y CRISTAL 143 - MAYO 2010 - ISSN 0325 0229 www.ceramicaycristal.com 49

    El curso fue dirigido a personal tcnico y usua-rio de refractarios empleados en la elaboracinde vidrio y materiales afines. Se inici con unaclasificacin de los materiales empleados enesta industria, haciendo hincapi en la impor-tancia de la composicin, la micro estructura y,los principales mtodos de fabricacin de losmismos. Se explic la importancia de las fasesdel oxido de zirconio, en las composiciones deestos refractarios, sus propiedades y comporta-

    miento. La presencia de la zirconia (ZrO2) en refractarios en suforma monoclnica, produce un cambio de volumen importante tantoen calentamiento como en al enfriamiento (900-1100 C), que debetenerse en cuenta. Este cambio dimensional puede conducir a larotura del material. La presencia pues de la zirconia debe contro-larse tanto en cantidad como en tamao.Para servicios continuos este hecho puede ser minimizado, exis-tiendo materiales de alta zirconia (HZ) para uso en el rea de fusindel horno. Se analizaron las caractersticas de los principales refrac-

    tarios en funcin del sitio del horno en que son instalados: los AZS,silico-aluminosos y otros de, y con circn para su uso en alimenta-dores (feeders) y canales.

    Tazn y materiales accesorios

    Los AZS (almina -zirconia -slice) son refractarios electro fundi-dos y los ms utilizados en la zona de fusin del horno, por su casinula porosidad y muy buena resistencia a la corrosin por vidrio.Recordar que esta zona es la de mayor temperatura. En la zonadel alimentador se emplean otros materiales, que en muchoscasos incluyen circn en su composicin. Para materiales consu-mibles (anillos, tazones, tubos,etc.) los materiales requierenadems tener una buena resis-tencia al shock trmico, por lascondiciones de instalacin princi-palmente. Se analizaron lasfichas tcnicas de refractarioscomerciales que fueron presenta-dos a fin de evaluarlas. Las mate-rias primas para la elaboracin de

    estos materiales en general sondiversas, y dependen del fabri-cante. Sin embargo las fases fina-les presentes son: mullita, almi-na, circn, y/o zirconio en distin-tas proporciones y distribucinmicroestructural, siendo este lti-mo factor el que determina laspropiedades y el comportamientodel refractario en servicio.

    Otro capitulo abarc los principa-les refractarios monolticos y de reparacin empleados para elvidrio, como tambin materiales para aislamiento trmico. Los hor-migones son empleados en la elaboracin de piezas de distintotamao y forma. Generalmente estn exentos de cemento alumino-so, ya que el calcio es fcilmente soluble en el vidrio fundido, aumen-tando la corrosin, incluso por el contacto con vapores alcalinos.Diversos materiales de reparacin tipo patching con composiciones,liga y granulometras bien definidas se utilizan en muchas partes delhorno. Para estos, una baja contraccin y refractariedad son los quedeterminan la calidad del material.

    La ultima parte comprendi los fenmenos de ampollado y exu-dacin de estos materiales que conducen a defectos en las pie-zas elaboradas de vidrio. Estos fenmenos ocurren principalmen-te en los refractarios electrofundidos y se deben al estado y cons-titucin de la fase vtrea presente. Dado que la resistencia alvidrio fundido es una de los requerimientos de estos materialesse detallan los principales ensayos y normas para la evaluacinde este comportamiento.

    El mtodo del dedal (finger test) es el ms empleado en la obser-vacin del comportamiento a la corrosin por vidrio. No es senci-llo ya que se debe operar a temperaturas relativamente altas(1450 C) y varias horas. En este ensayo adems del grado decorrosin se observa si el material desprende o no partculas o gra-nos al bao de vidrio. Por otra parte en general los resultados soncomparativos entre materiales ensayados en iguales condiciones.

    El trabajo completo en DVD puede solicitarse en la Secretara deATAC, [email protected]

    REFRACTARIOS - VIDRIO

    Circn MullitaAZS

    Feeder y superestructuras

    SiO21675 (1713)

    1545

    17501800

    1800

    1850

    1900

    1950

    1750

    1775

    2715 2050

    3AI2O3 - 2Sio2 1900

    1870

    Eutctico

    Al2O3

    ZrO2 - SiO2

    ZrO2

    Al2O3

    ZrO2M

    Corrosin uniforme

    Particuladostoning

    Mtodo del Dedal (esttico)

    A1 Z1 Z2

    Los refractarios para la industria del vidrio estn basados en composicionesasociadas al sistema ZrO2-SIO2-AI2O3

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    CURSO DE REFRACTARIOS PARA LA INDUSTRIA DEL VIDRIODr. Esteban Aglietti - CETMIC (CIC - CONICET La Plata) [email protected]

    Resumen del curso dictado en el CETMIC en Junio del 2009

  • CERAMICA Y CRISTAL 143 - MAYO 2010- ISSN 0325 0229 www.ceramicaycristal.com50

    Resumen:

    En la presente charla/curso se defini el com-portamiento frente al choque trmico de mate-riales cermicos en general y de refractariosen particular, describindose la importancia delmismo. Luego se realiz una breve resea delos antecedentes y momentos histricos delestudio de este comportamiento.

    Posteriormente se describieron varias estrategias de diseo demateriales para mejorar la RCT y se definieron los distintos par-metros tericos de RCT. Seguidamente se describieron los mtodosde ensayo y/o evaluacin.

    Luego se researon las Normas nacionales e internacionales vigen-tes de evaluacin de la Resistencia al Choque Trmico. En ltimolugar se expusieron algunas conclusiones as como algunos resul-tados obtenidos en el CETMIC en que respecta al estudio delmismo.

    Definicin de choque trmico:

    "Un cambio brusco de temperatura de algunos centenares de gradoscentgrados lejos de la temperatura de ablandamiento de un material".La resistencia al choque trmico es en realidad la resistencia a losgradientes de temperatura (T) tanto en el tiempo como en elespacio. El gradiente a partir del cual existe dao se denominaTc (crtico).

    La mejora de la resistencia al choque trmico es de inters para:

    - Refractarios estructurales, y mate-riales aislantes o semi-aislantes.- Industrias: vidrio, siderurgia, qu-mica, de hornos, etc. - Piezas tales como: tubos, agujas,tazones, skimmers, canales conduc-tos de flujo, crisoles de fundicin,repartidores distribuidores, siste-mas de control de flujo, mirillas, etc.

    Razones por la cuales es de inters evaluar el compor-tamiento frente al choque trmico de cermicos refrac-tarios:

    - Prolongar la vida de las piezas.- Alcanzar condiciones de trabajo que de otra manera seran imposibles.- Ahorrar combustible.- Aumentar la produccin.- Disminuir tiempos muertos.- Bajar los costos.

    Normas de evaluacin de comportamiento frente alchoque trmico de materiales cermicos:

    ASTM C 38/73 o IRAM 12513.Mide la prdida de peso del material de una pared de ladrillosrefractarios luego de un enfriamiento brusco con un chorro de agua.Este mtodo se encuentra en desuso por su alto costo operativo.

    DIN 51068El dao causado por un ciclo de 950C hasta 20C a cilindros(50mm de dimetro y de altura) se determina a travs del nme-ro de ciclos hasta el colapso total de la pieza. Este mtodo sedestaca por su bajo costo puesto que slo se necesita un hornoo mufla que llegue a la temperatura indicada pero presenta unaalta variabilidad.

    IRAM 12616Este mtodo tiene dos pasos con el objetivo de que en el ensayo lascondiciones de transferencia de calor no sean tan severas lograndoas una mayor representatividad del ensayo. Consiste en una eva-luacin de la prdida de resistencia a la flexin luego de exponer lapieza a un ciclo de 950C durante 30 minutos seguido de un enfria-miento en aire a temperatura ambiente con la pieza apoyada sobreuna superficie metlica durante 10 minutos y por ltimo un "quen-ching" en agua a 20C por 5 minutos.

    ASTM C 1100-88Determina la prdida de la velocidad del sonido y mdulos de elas-ticidad luego de un calentamiento. El procedimiento consiste encalentar una cara del material refractario con una fila de quemado-res, y luego se lo deja enfriar a temperatura ambiente. Esta condi-cin de calentamiento es similar a la situacin de un ladrillo en lapared de un horno.

    ASTM C 1525-04La norma se refiere al mtodo de ensayo para cermicos finos ode avanzada. Es un ensayo del tipo quenching en agua a tempe-ratura ambiente, para materiales monolticos. Las probetas utiliza-das son cilindros (10mm de dimetro x 120 mm de altura) o barras(10 x 10 x 120 mm. 3 x 4 x 45 mm) . Esta norma define a la TCcomo la diferencia de temperatura a la cual la resistencia mec-nica de un material desciende un 30% de la resistencia original.

    ASTM C 1171-05Para materiales refractarios. La resistencia al choque trmico seevala a partir de la prdida porcentual de la resistencia a la fle-xin inicial o E luego de uno y varios ciclos trmicos de 1200C.Tanto el enfriamiento como el calentamiento de las probetas (25 x25 x 152 mm) son bruscos al aire a temperatura ambiente apo-yando el espcimen sobre un ladrillo de alumina 90%.

    REFRACTARIOS - VIDRIO

    RESISTENCIA AL CHOQUE TRMICO DE MATERIALES REFRACTARIOS; EVALUACIN, ENSAYO Y NORMAS

    Dr. Nicols M. Rendtorff - CETMIC (Centro de Tecnologa de Recursos Minerales y Cermica, CIC-CONICET La Plata)Facultad de Ciencias Exactas de la Universidad Nacional de La Plata.

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    Jornadas Sobre Refractarios de la Industria Cermica y del Vidrio. 11-2009

  • CERAMICA Y CRISTAL 143 - MAYO 2010 - ISSN 0325 0229 www.ceramicaycristal.com 51

    Conclusiones

    1. La evaluacin de la resistenciaal choque trmico de un materialrefractario es una propiedad-com-portamiento importante y complejaque depende de numerosos facto-res como se describi previamen-te.

    2. Ha sido objeto de estudio desdehace ms de 50 aos y actualmen-te existe un cierto grado de enten-dimiento tanto de los mecanismosde falla como de los factores msinfluyentes para los materialesrefractarios.

    3. Los principales mtodos deensayo se basan en la medicin deuna propiedad caracterstica delmaterial antes y despus de some-terlo a un choque o ciclos trmicos.La propiedad ms usada es laresistencia mecnica, aunque

    recientemente se puede evaluar el grado de dao por la medida dela velocidad del sonido o del mdulo de elasticidad que es un ensa-yo no destructivo, ms rpido, sencillo y de menor costo.

    4. Hay que destacar que internacionalmen-te estn disponibles varias normas conprocedimientos especficos tanto paraladrillos, como para materiales monolticosy hormigones. Inclusive muchas industriashan generado sus propios ensayos tenien-do en cuenta las condiciones particularesde sus propias aplicaciones.

    5. Evidentemente al elegir un material cermico refractario para unaaplicacin con alta solicitacin trmica y para estudiar el comporta-miento de nuevos materiales, los ensayos de resistencia al choquetrmico sern de gran importancia y sern siempre vigentes.

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