CERAMICOS Y REFRACTARIOS

Ing. Juan Manuel Jara G.

Universidad Nacional de San Agustín

Universidad Nacional de San Agustín

Capitulo VII Capitulo VII

Selección y Uso de ladrillos Refractarios

Selección y Uso de ladrillos Refractarios

Clasificación de los Ladrillos Refractarios según su Aplicación

Ladrillos aislantesLadrillos densosSilico–aluminosos de servicio

fuerteAlta alúmina (altas temperaturas)Ladrillos antiácidosLadrillos de composición especial

Clasificación según su Densidad

– Ladrillos Livianos (densidad máxima 1,52 g/cm3).– Ladrillos Densos (densidad mayor a 1,52 g/cm3).

Ladrillo LivianosLadrillo densos

Sub–clasificación de los Ladrillos según su Composición Química

– Silico–aluminosos.– Alta alúmina.– Composición especial

Ladrillos Livianos (Aislantes)Son fabricados a partir de una base de material refractario sinterizado, con un porcentaje mínimo de porosidad de 45%, determinado según la norma ASTM C20. Se caracterizan por tener baja conductividad térmica y baja capacidad calorífica, con densidad máxima de 1,52 gr/cm3. Estos ladrillos tienen como función disminuir la temperatura del proceso (cara caliente). Generalmente los ladrillos aislantes son de composición silico–aluminosa.

Ladrillos DensosEstos son fabricados principalmente a base de alúmina y sílice, con porcentaje de porosidad menor a 45%, cono pirométrico equivalente mínimo de 1500ºC (PCE 17, según norma ASTM C24) y densidades mayores o iguales a 1,52 g/cm3.La función de estos materiales es mantener la temperatura de servicio del equipo y a su vez proteger la integridad físico–química del sistema aislante.

Ladrillos AntiácidosSon refractarios densos, semivítreos que soportan servicios de severidad moderada a fuerte, sustancias químicas, abrasión, altas temperaturas y choque térmico, los cuales consisten esencialmente de silicato de alúmina hidratado con menores proporciones de otros minerales.

Los refractarios antiácidos según la ASTM C279Tipo I: Para usos donde una baja

absorción y alta resistencia a ácidos sean predominantes. También llamados tipo H.

Tipo II: Para usos donde una más baja absorción y una más alta resistencia ácida se requiere.

Tipo III Para usos donde se requiera una mínima absorción y una máxima resistencia ácida. También llamados Tipo L.

Ladrillos de Composición EspecialEste tipo de ladrillos son fabricados principalmente de materias primas refractarias, excepto el grupo de silicato de alúmina, carburo de silicio y silicato de zirconio para aplicaciones especiales.

DISEÑO DE LADRILLOS REFRACTARIOS

Parámetros de DiseñoEl diseño debe considerar todas las condiciones de operación, construcción y mantenimiento.Los revestimientos pueden ser de una capa o multicapas (comúnmente 2 ó 3) dependiendo de la temperatura de operación. El espesor del revestimiento es determinado por la resistencia, método y propiedades de aplicación.Se deben considerar la contracción y expansión térmica en el diseño de la junta de ladrillos, se muestra la relación entre las condiciones de diseño y operación de revestimientos refractarios.

Geometría de los Ladrillos

Las dimensiones estándar de ladrillos rectos son las siguientes: 230 x 114 x 64 o 76 mm (9 x 4–1/2 x 2–1/2 o 3 in).

GEOMETRIAS DE DIFERENTES FORMAS DE LADRILLOS

HORNO PARA LA PRODUCCION DE CEMENTO

PAREDES CILINDRICAS

INSTALACIÓN DE LADRILLOS

Sólo aplicadores con experiencia comprobada en refractarios podrán ser empleados para la instalación de ladrillos.

Antes de la instalación verificar las condiciones y la limpieza de la superficie a revestir. Los ladrillos también deben limpiarse antes de ser instalados.

En caso de ladrillos recuperados, se debe verificar que estén en perfectas condiciones y se deben limpiar cualquier restos de mortero.

Para la aplicación de morteros se debe garantizar suficiente dilatación.

La instalación de los ladrillos debe ser de forma regular evitando los desniveles y garantizando la homogeneidad y rigidez del conjunto.

Todos los ladrillos se instalarán de acuerdo a las dimensiones requeridas, tal como se indique en los planos de diseño de cada equipo.

Los ladrillos estándar deben apoyarse en todo momento sobre la cara de mayor área. No es aceptable el apoyo de costado, sobre la cara.

Las juntas de expansión deberán construirse, de manta o papel cerámico, no deben exceder un espesor de 6 mm.

Los ladrillos en cuña se usan en equipos cilíndricos de curvatura pronunciada.

Instalación de Morteros

Por lo general, un mortero adecuado se utiliza para nivelar y unir los ladrillos. El espesor deberá ser uniforme de 1 a 2 mm.

Las propiedades físico–químicas del mortero deben ser compatibles con las del ladrillo, es decir, la selección del mortero depende en gran medida de la calidad del ladrillo.

La preparación de mortero debe realizarse de acuerdo a las especificaciones del fabricante.

El mortero debe aplicarse a las piezas utilizando cucharas de albañilería, no por inmersión.

Una vez colocadas las piezas, las juntas entre los ladrillos deberán estar completamente rellenas de mortero.

En los puntos de terminación de las paredes donde se requiera colocar una pieza de menor dimensión, no es aconsejable colocar un ladrillo cortado a menos de la mitad.

Los cortes de las piezas deben ser efectuados con cortadora de disco.

Anclajes de los Ladrillos

Los sistemas de anclaje deben ser utilizados para asegurar suficiente estabilidad en la construcción de paredes y techos de ladrillos.

En general estos sistemas consisten en conjuntos de estructuras de acero especialmente diseñados para fijar el revestimiento a la carcasa del equipo, con el objetivo de brindar estabilidad al conjunto de ladrillos.

Los sistemas de anclajes son distribuidos en arreglos cuadrados o escalonados con una separación que depende del espesor de la pared, densidad del ladrillo, forma y dimensiones del recipiente, entre otras.

Con el paso del tiempo, los anclajes se debilitan debido a la exposición a altas temperaturas y tienden a doblarse, produciendo como consecuencia el desprendimiento del revestimiento. En estos casos se requiere el reemplazo de

los anclajes. La calidad del acero de los anclajes, en cuanto a la resistencia a altas

temperaturas, debe ser seleccionada de acuerdo a los gradientes de temperatura que se tengan en el revestimiento.

Se deben considerar las tolerancias pertinentes para permitir la expansión y contracción de los anclajes.

Se recomienda utilizar los sistemas de anclajes especificados en la ingeniería del equipo, sin embargo se pueden instalar otros anclajes según necesidad.

REQUISITOS Y DOCUMENTACIÓN REQUERIDA

El material debe cumplir con los requisitos establecidos y las propiedades descritas en la hoja de datos del producto.

Nombre del Fabricante

Nombre del Material

Fechas de fabricación y ensayo

Número de lote

Resultados de los ensayos que apliquen (Composición química, resistencia a

la compresión, densidad, porosidad, entre otros).

Identificación y Certificación

En cada una de las paletas que componen un lote, debe figurar una tarjeta o

impreso con la identificación. Asimismo, cuando sea posible, cada ladrillo debe

llevar en bajo relieve el nombre del producto y la fecha de fabricación.

El lote de material, debe ir acompañado de un certificado de calidad o

conformidad (según lo indique la organización de compra) emitido por el

fabricante, donde se especifique las propiedades físicas y químicas del material

descritas en esta norma.

Condiciones de AlmacenamientoDurante el transporte y el almacenamiento de los ladrillos, deben manejarse con

cuidado y protegidos contra cualquier impacto que pueda dañar el embalaje de

los materiales refractarios.

Los ladrillos refractarios deben ser almacenados en áreas ventiladas, cubiertas

y secas, bien protegidos de las condiciones del medio ambiente. con plásticos o lonas, y colocados sobre estibas o paletas).

Todos los ladrillos deben ser movilizados y apilados cuidadosamente en el sitio

de la obra. Si durante su manejo, algún ladrillo resultara dañado, fracturado o

agrietado, deberá ser rechazado y reemplazado por otro en condiciones

conformes.

Inspección en la Fase de Adquisición

El muestreo para la inspección de los lotes de ladrillos refractarios se realizará de acuerdo a la norma.

En esta fase sólo se aplicará inspección visual verificando lo siguiente:

Dimensiones de los ladrillos.

Presencia de grietas.

Defectos superficiales.

Certificados de calidad o conformidad.

Se recomienda calcular la densidad del material de las muestras examinadas, para verificar la conformidad con el valor indicado en el certificado de calidad o conformidad.

Los certificados de calidad o conformidad de cada lote de ladrillos refractarios deben incluir la siguiente información:

Nombre del fabricanteDesignación de referenciaComposición químicaTemperatura máxima de servicioFechas de fabricación y ensayosLote, serial o número de fabricante

Inspección en Fase de InstalaciónSe deben determinar la densidad y las dimensiones de los ladrillos, verificando la conformidad con el diseño.Se analizará visualmente el 100% del material al momento de ser instalado, verificando que se cumplan las condiciones de diseño del fabricante y las indicadas en esta norma.Se debe rechazar todo aquel material que muestre signos de deterioro, tales como: grieta, pérdidas de material y defectos en la geometría.Se verificará la compatibilidad química del mortero con el ladrillo, mediante el certificado de calidad o conformidad de ambos elementos.Se verificará que el trabado de ladrillos cumplan con los requisitos de la norma y con los requerimientos del diseño.

Inspección en Fase Servicio

Se requiere como mínimo la inspección visual, considerando lo siguiente: Condición general de los ladrillos Color de los ladrillos Forma regular del arreglo de la pared de ladrillos

(desplazamientos) Juntas de Expansión Grietas Desprendimiento Condición del Mortero Condición de los ladrillos alrededor de las boquillas y bocas de

visita

Si se aprecian desajustes y desprendimientos de ladrillos, debe realizarse una

prueba de martillo. Si la inspección visual o prueba de martillo revela defectos

como: fugas, desajustes, grietas, falta de ladrillos, severa reducción de material,

exfoliación o juntas abiertas, se requiere una evaluación más intensiva.

MANTENIMIENTO

El mantenimiento de los revestimientos de ladrillos se realizará de conformidad con los requisitos establecidos en las especificaciones de diseño.

Para actividades de mantenimiento, reparación e instalación se deben considerar disposiciones especiales en la colocación de los andamios, con el fin de evitar daños mecánicos en las paredes de ladrillos.

Las boquillas y bocas de visita se abrirán sólo cuando sea necesario para el acceso o para proveer un ambiente de trabajo aceptable.

Cuando se extraigan ladrillos de los revestimientos refractarios para hacer reparaciones parciales, se deben instalar apoyos o refuerzos en los ladrillos que permanezcan instalados en la pared, con la finalidad de evitar desprendimientos o daños por golpes y vibraciones en los ladrillos cercanos.

Cuando se pierde el 75% del espesor de la capa superior (cara caliente) del

revestimiento de ladrillos, la zona afectada de esta capa debe ser sustituida con

el fin de restaurar la integridad del mismo.

Para reparar fugas, ensanchamiento de grietas, desajustes y desprendimiento de

ladrillos; deberán ser retirados para permitir la sustitución de los ladrillos y así asegurar una unión completa.

Todas las superficies de las paredes de ladrillo deben limpiarse a fondo antes de

iniciar cualquier trabajo de sustitución.

Los ladrillos deben estar completamente secos antes de su instalación para

garantizar su óptima adhesión con el mortero.

Debe evitarse realizar trabajos de soldadura en zonas vinculadas a las paredes

de ladrillos. Si los trabajos de soldadura son inevitables, se debe remover el

revestimiento de ladrillo hasta una distancia mínima de 250mm de la soldadura.

No se deben realizar reparaciones de grietas y defectos de superficie mediante

sellado o frisado con mortero, debido a que la expansión térmica

ARRANQUE Y OPERACIONLos equipos revestidos con ladrillo sólo se pondrán en funcionamiento una vez

que:

– Se realice el curado completo del mortero.

– La liberación y aprobación después de la inspección.

Se debe controlar el aumento de temperatura gradual hasta la temperatura de operación durante el arranque así como la de enfriamiento durante la parada del equipo.

La velocidad de cambio de temperatura no debe exceder los valores indicados

a continuación:

– Mortero nuevo: 50ºF / h.

– Mortero previamente en operación: 100ºF/h

En los casos que se haya acumulado agua durante los trabajos de reparación,

se debe mantener el equipo a una temperatura de 100–150ºC durante 04 a 08

horas para evaporar la misma.

Parámetros de selección de refractarios

Cambio Lineal Permanente (CLP): Es el cambio porcentual en la longitud (basado en una longitud inicial) de una muestra de material refractario libre de esfuerzo externos, luego de ser sometida a un determinado tratamiento térmico.Cono Pirométrico Equivalente (CPE): Es el número de un cono pirométrico estandar en el cual la punta hace contacto con la placa soporte de acero, al mismo tiempo que lo hace la punta del cono pirométrico del material refractario en estudio, siguiendo la metodología deensayo de la norma ASTM C24.Cono Pirométrico: Es un cuerpo piramidal triangular de dimensiones estándares, construido de mezclas específicas de materiales cerámicos, el cual bajo condiciones de calentamiento determinado, pueden ser usadas como indicador de tratamiento térmico.Porosidad Total (%): Es el porcentaje del volumen total de material ocupado tanto por los poros abiertos como por los poros cerrados.Porosidad Aparente: Es la medida del volumen de los poros abiertos que pueden ser llenados por un líquido, lo cual se expresa como un porcentaje del volumen total.Resistencia a la Compresión (kg/cm2): Esfuerzo máximo que puede soportar un material bajo una carga de compresión y ésta se calcula dividiendo la carga máxima por el área transversal original de una probeta en un ensayo de compresión.

Normativa American Society for Testing and Materials – ASTM

C20 Standard Test Methods for Apparent Porosity, Water Absortion, ApparentSpecific Gravity and Bulk Density of Burned Refractarories Bricks and Shapes byBoiling Water.C24 Standard Test Methods for Pyrometric Cone Equivalent (PCE) of Fireclay andHigh Alumina Refractory Materials.C27 Standard Classification of Fireclay and High–Alumina Refractory Brick.C135 Standard Test Method for True Specific Gravity of Refractory Materials byWater Immersion.C155 Standard Classification of Insulating Firebrick.C201 Standard Test Method for Thermal Conductivity of Refractories.C279 Standard Specification for Chemical–Resistant Masonry Units.C357 Standard Test Method for Bulk Density of Granular Refractory Materials.C401 Standard Classification of Alumina and Alumina–Silicate CastableRefractories.C417 Standard Test Method for Thermal Conductivity of Unfired MonolithicRefractories.C467 Standard Classification of Mullite Refractories.C493 Standard Test Method for Bulk Density and Porosity of Granular RefractoryMaterials by Mercury Displacement.

MORTEROS REFRACTARIOS

MARCA MATERIAL  BASE CANTIDAD(1)  REQUERIDA: Kg PARA USARSE CON *

MORTEROS DE FRAGUA TERMICA

REPSA TIERRA REFRACTARIA   ARCILLA 135 A

REPSA BOND CLAY   ARCILLA 135 A

REPSA MORTERO REFRACTARIO   ARCILLA 135 A

REPSA MORTERO SUPER   ARCILLA 135 B

REPSA ANKORITE 65   ALUMINA 160 C

REPSA ANKORITE 80   ALUMINA 170 C

REPSA MORTERO DE SILICE   SILICE 135 D

REPSA VEGA BOND   SILICE 135 D

REPSA MORTERO DE CROMO   CROMITA 270 D-E-F

REPSA MORTERO DE MAGNESITA   MAGNESITA 270 E-F

MORTEROS DE FRAGUA EN FRIO

REPSA PENSEAL   ARCILLA 135 A

PRESA HARWACO BOND   ALUMINA 135 A-B-C

REPSA FIREBOND   SILICE 135 A-D

REPSA CORAL BOND   ALUMINA 140 C

REPSA THERMOLITH   CROMITA 270 A-B-C-D-E-F-

REPSA MAGNABOND   MAGNESITA 270 E-F

 (1) Por cada 100 ladrillos normales de  9x4 1/2  x  2 1/2 *A= Ladrillos de arcilla altamente refractaria.   B= Ladrillos de arcilla super refractaria.   C= Ladrillos de alta alúmina   D= Ladrillos de Sílice   E= Ladrillos de magnesita y magnesita -cromo  F= Ladrillos de cromo y cromo-magnesita.

1.- Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales - 4ta Edición - William F. Smith & Javad Hashemi

2. http://ecocosas.com/energias-renovables/tejas-de-vidrio-calefaccion-solar-con-diseno-innovador/

3. http://archivo.lajornadamichoacan.com.mx/2011/08/31/index.php?section=cultura&article=016n1cul

4. http://ocw.uc3m.es/ciencia-e-oin/ceramicas-y-vidrios/bloque-iii/Refractarios.pdf

5. http://materialesdehoy.blogspot.mx/2011/07/procesamiento-de-ceramicas.html

6.http://spanish.alibaba.com/product-gs/alumina-ceramic-tubes-for-engineering-construction-404569197.html

7. http://alvarezmartinezbarrera.webnode.com.co/diagrama-de-proceso-de-la-ceramica/

8. http://www.arqhys.com/arquitectura/materiales-refractarios.html

9. http://www.tauceramica.com/

10.http://www.youtube.com/watch?v=3C_jEy_mm2M

11. http://ecocosas.com/energias-renovables/tejas-de-vidrio-calefaccion-solar-con-diseno-innovador/

12. http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/83-ceramicos