Repblica Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educacin Instituto Universitario de Tecnologa Puerto Cabello Puerto Cabello Edo. Carabobo Ctedra: Seleccin de Refractarios

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NDICE Portada. ndice.. Introduccin PROCESOS DE FABRICACIN DE MATERIALES REFRACTARIOS 1.- Proceso de conformacin por va seca y hmeda. 2.- Preparacin de Materiales.. 3.- Conformacin 4.- Flujograma General de procesos.. 4 5 5 8 9 9 1 2 3

5.- Objetivo de Molienda y trituracin. 6.- Proceso de Molienda y trituracin. 7.- Molienda

8.- Equipos a usar.. 9.- Clasificacin granulomtrica y equipos a usar:

Procesos de Fabricacin de MaterialesClasificacin por tamao...

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Tamices y cribas. 10.- Moldeo por: Prensado.. Tipos de prensas Extrusin. 11.- Caractersticas de moldeo por: Vaciado. Conclusin.. Bibliografa Octubre, 2011

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Introduccin Se han estudiado anteriormente, de forma general, las distintas funciones que estn llamados a desempear los materiales refractarios, y las propiedades que deben reunir para cumplir eficientemente dichas funciones. La variedad y complejidad de funciones y propiedades, en algunos casos contradictorias, nos lleva a establecer dos conclusiones: La primera de ellas es la prctica imposibilidad de utilizar directamente como refractarios materias primas en estado natural, por lo que es necesario elaborarlos de acuerdo con tcnicas de fabricacin orientadas a obtener o mejorar las propiedades deseadas. La segunda conclusin radica en el hecho de que, an contando con materiales refractarios elaborados, slo es posible compatibilizar entre s las diversas funciones prcticas mediante una multiplicidad de materiales, debidamente organizados, constituyendo lo que en la tecnologa metalrgica se denomina el revestimiento refractario del horno o instalacin trmica En base a lo anterior se van a describir los fundamentos de los procesos de fabricacin y conformacin de los materiales refractarios, como lo son: Procesos de conformado de refractarios por va hmeda y seca Flujograma de proceso general de fabricacin de refractarios

Trituracin y molienda. Clasificacin granulomtrica y preparacin de pastas

Moldeo por: Prensado y Extrusin Y por ltimo las caracterstica de moldeo por prensado como lo es el Vaciado.

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Procesos de Fabricacin de materiales refractarios

Procesos de conformado de productos refractarios por va seca y va hmeda En general las materias primas que parte el proceso de fabricacin de materiales refractarios son de origen natural y proceden directamente de mina. En la fabricacin de refractarios especiales, y en el caso de la magnesia, cuyas reservas naturales son actualmente insuficientes, la materia prima procede en algunos de sntesis qumica (magnesia obtenida a partir del agua de mar y almina a partir de la bauxita).Cuando se utilizan, en todo o en parte, materias de origen primario (naturales), es necesario realizar una serie de operaciones previas con el objeto de obtener una materia de calidad adecuada, que nos permita obtener un producto refractario cocido con las propiedades deseadas. Por ello y una vez extrada la materia prima natural de la mina o cantera, se procede a su lavado, con objeto de eliminar materias solubles que puedan actuar como posibles fundentes y que por tanto disminuirn las propiedades refractarias del producto a fabricar. En algunos casos es necesario realizar un proceso de concentracin y posterior o paralelamente, una calcinacin del producto, con el objeto de eliminar el CO2 de los carbonatos o H2O de los hidratos presentes en la materia prima. Si no se realizara esta operacin, dichas sustancias voltiles se evacuaran en el proceso de coccin de las piezas refractarias y provocaran la rotura de las mismas, con las consiguiera es prdidas econmicas. En ese sentido, se tiene la chamota que es el producto resultante de calcinar materiales arcillosos. La mayora de los productos cermicos tradicionales y avanzados son manufacturados compactando polvos o partculas, en las formas adecuadas, que se calientan posteriormente a temperaturas suficientemente elevadas para enlazar las partculas entre si. Las etapas bsicas para el procesado de cermicas por aglomeracin de partculas son: 1) preparacin del material; 2) conformacin o moldeado, 3) tratamiento trmico de secado (no siempre se requiere). 4) coccin por calentamiento de la pieza de cermica a temperaturas suficientemente altas para mantener las partculas enlazadas.4

Preparacin de materiales. La mayora de los productos cermicos estn fabricados por aglomeracin de partculas. Las materias primas para estos productos varan dependiendo de las propiedades requeridas por la pieza cermica terminada. Las partculas y otros ingredientes, tales como aglutinantes y lubricantes, pueden ser mezclados en seco o en hmedo. Para productos cermicos que no necesitan tener propiedades muy "exigentes", tales como ladrillos comunes, tuberas para alcantarillados y otros productos arcillosos es una prctica comn mezclar los ingredientes con agua. Para otros materiales cermicos, las materias primas son partculas secas con aglutinantes y otros aditivos. Algunas veces se combinan ambos procesos hmedo y seco-. Por ejemplo, para producir un artculo cermico con gran proporcin de Al2O3 que sea buen aislante, las partculas de materia prima se mezclan con agua y junto con un aglutinante de cera para formar una suspensin que posteriormente se atomiza y seca para obtener pequeas partculas esfricas Conformacin. La produccin de cermicos refractarios fabricados puede conformarse mediante varios mtodos en condiciones secas, plsticas o liquidas. Los procesos de conformado en fro son predominantes en la industria cermica, aunque se usan tambin es un cierto grado los procesos de conformado en caliente. Compactacin, moldeo en barbotina y extrusin son los mtodos de modelado de cermicos que se utilizan mas comnmente. Compactacin: la materia prima cermica puede ser compactada en estado seco, plstico o hmedo, dentro de una matriz para formar productos con una forma determinada. Compactacin en seco: este mtodo se usa frecuentemente para productos refractarios (material de alta resistencia trmica) y componentes cermicos electrnicos. La compactacin en seco se pude definir como un prensado uniaxial simultneamente a la conformacin de polvo granulado junto con pequeas cantidades de agua y/o aglutinantes orgnicos en una matriz.

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Prensado en seco

Compactacin isosttica: en este proceso el polvo cermico se carga en un recipiente flexible (generalmente de caucho) hermtico (llamado cartucho) que esta dentro de una cmara de fluido hidrulico a la que se aplica presin. La fuerza de presin aplicada compacta el polvo uniformemente en todas direcciones tomando el producto la forma del contenedor flexible. Despus de la compactacin isosttica en fro el material debe sinterizarse (sinterizacin) para obtener las propiedades y microestucturas requeridas. Productos cermicos manufacturados por esta va son los refractarios, ladrillos, aislantes de bujas, cpulas, crisoles, herramientas de carburo y cojinetes. Compactacin en caliente: en este proceso se consiguen piezas de alta densidad y propiedades mecnicas optimizadas combinando la presin y los tratamientos de sinterizacin. Se utiliza tanto la presin unidireccional como los mtodos isostticos. Moldeo en barbotina: las formas cermicas se pueden moldear usando un proceso nico. Las principales etapas de este proceso son: 1) preparacin de un material cermico en polvo y de un liquido (generalmente arcilla y agua) en una suspensin estable llamada barbotina: 2) vertido de la barbotina en un molde poroso, generalmente fabricado de yeso, que permita la absorcin parcial de la porcin liquida de la barbotina en el molde, a medida que se elimina el liquido de la barbotina se forma una capa de material semiduro contra la superficie del molde: 3) cuando se ha formado un espesor de pared suficiente, se interrumpe el proceso y el exceso de barbotina se desaloja de la cavidad drenando o escurriendo el molde; 4) el material debe dejarse secar en el molde hasta que alcance la resistencia necesaria para ser manipulado y retirado del mismo y 5) finalmente hay que sinterizar la pieza para que consiga las propiedades y la microestrctura deseadas.6

Extrusin: las secciones sencillas y las formas huecas de los materiales cermicos se pueden producir por extrusin de estos materiales en estado plstico a travs de una matriz de extrusin. Este mtodo es de aplicacin comn en la produccin de ladrillos refractarios, tuberas de alcantarillados, tejas, cermicas tcnicas, aislantes elctricos, etc. Las cermicas especiales de aplicacin tcnica casi siempre se fabrican utilizando un pistn de extrusin de alta presin de manera que puedan conseguirse tolerancias precisas.

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Flujograma General de Fabricacin

Objetivos de la trituracin y Molienda8

Se debe tener en cuenta tambin, que el objeto de la trituracin y molienda no es nicamente reducir el tamao del slido sino tambin el de obtener un conjunto de partculas con una determinada distribucin granulomtrica, ya que en muchos casos ser necesario obtener una granulometra comprendida entre limites muy estrechos Es por ello que el objeto de la trituracin y molienda de materiales es reducir el tamao de un slido con vistas a: 1.- Aumentar la superficie especfica, ya que la velocidad con que se verifican las reacciones slido-slido, as como la velocidad con que se desarrollan las operaciones de transferencia de materia (secado, etc.) es. proporcional a la superficie especifica del slido y, por tanto, al reducir el tamao se favorece el desarrollo de las mismas. 2.- Disminuir la trayectoria del soluto dentro del slido en las operaciones de transferencia de materia slidofluido (secado, etc.), consiguiendo de este modo que se verifiquen con mayor rapidez. Adems, en nuestro caso concreto, el tamao de partcula influye notablemente y de manera muy especial sobre: - La plasticidad y, por lo tanto, sobre la formacin de la pieza refractaria. - sobre el proceso de colado. - Reacciones que tienen lugar durante la coccin (formacin de fase vtrea, produccin de nuevos compuestos, difusin, sinterizacin, etc.). - Eliminacin de sustancias gaseosas durante el calentamiento (vapor de agua, CO2, etc.). - Caractersticas del producto acabado (porosidad, resistencia a la compresin, capacidad de aislamiento trmico,etc.).

Proceso Trituracin y Molienda Por regla general y debido a circunstancias de tipo econmico, el proceso de trituracin se realiza escalonadamente:

Trituracin Basta

Trituracin Fina

Molienda

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Muchas materias primas requieren la reduccin del tamao de sus trozos, agregados, granos, partculas, etc., antes de que estos puedan utilizarse en la fabricacin de productos refractarios. Los diferentes procesos de trituracin y molienda persiguen esta finalidad por medios mecnicos y no qumicos. En relacin con esto se utilizan varios trminos, siendo la diferencia entre ellos de aplicacin y finalidad ms bien que de principio. En general:

La mayor parte de la energa utilizada se transforma durante el proceso de trituracin en calor. Un factor importante de costos en la trituracin es el desgaste de los elementos moledores. En lneas generales, se ha valorado el principio de que para materiales duros debern utilizarse herramientas resistentes y para el material blando la herramienta dura.

Molienda: La intensidad de la molienda y la forma de llevarla a efecto dependen de la forma y tamao de grano deseados. En general interesan granos angulosos e irregulares con preferencia a formas redondeadas o planas a fin de conseguir una buena compacidad y cohesin de las piezas. Los granos irregulares, en cuanto a forma, presentan una mayor superficie por unidad de peso y dan lugar a una mayor isotropa de caractersticas trmicas y mecnicas. Por esta causa deben utilizarse procedimientos de molienda con molinos de impactos o de percusin. Los tamaos de molienda dependen de la textura cristalina de la materia prima y de su homogeneidad cristalogrfica. Debe destacarse que para evitar contaminaciones no deseadas en las etapas de molienda, en las fbricas de refractarios, se dispone de circuitos de molienda separados para las distintas materias primas refractarias. Equipos a utilizar en el Proceso de Trituracin y Molienda

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En la eleccin del tipo y tamao del equipo de trituracin y molienda deben tenerse en cuenta los puntos siguientes: 1-. Dureza y tenacidad de la materia prima. 2-. Tamao de los trozos tal como se reciben. 3-. Contenido de humedad del material. 4-. Tamao deseado del producto final. 5-. Cantidad de producto que se requiere. 6-. Impurezas que pueden existir y si estas deben rechazarse o triturarse. Otro punto a considerar en relacin con el equipo de trituracin y molienda es el que se refiere a s este se destina a operacin discontinua o continua. En l ltimo caso la molienda puede realizarse en circuito abierto o en circuito cerrado. El mtodo antiguo del circuito abierto implica el empleo de un caudal de alimentacin lo bastante lento para que todas las partculas se reduzcan por debajo del tamao mximo permitido. En muchas maquinas los finos productos al principio tiene un efecto amortiguador, por lo que prolongan el tiempo y la potencia consumidos en la reduccin de las ultimas partcula. Si tales maquinas de molienda se conectan con un clasificador que separa las partculas suficientemente finas, y devuelve al molino las que no lo son, puede economizarse mucha energa y emplearse mayores velocidades de alimentacin. La molienda en circuito cerrado puede hacerse en hmedo y en seco, aportndose aire caliente para humedecer el material. Pueden conectarse en circuitos cerrados molinos de bolas, de guijarros, de tubo, de barras y de martillos. Para ejecutar este tipo de trituracin existen un gran nmero de mquinas de diferentes tipos, de las que slo se citarn las ms importantes: - Trituracin basta: triturador de mandbulas, triturador de impacto, triturador de cono, triturador de rodillos. - Trituracin fina: triturador de impacto, triturador de cono, triturador de rodillos. - Molienda: Molino de rodillos anulares, molino de bolas, molino oscilante.

Clasificacin Granulomtrica y equipos Usados

Clasificacin por tamaos El tamao de la partcula de los productos de las operaciones de trituracin y molienda deben comprobarse enviando una muestra al laboratorio o bien clasificarse de algn modo a fin de separar el material de tamao excesivo. Los11

tres mtodos principales son el tamizado, la clasificacin hmeda por densidad, y la separacin con aire. Para materiales hmedos los tamices vibrantes son generalmente ms rpidos que los clasificadores y dan un producto de tamao uniforme. Tamices y cribas Los tamices y las cribas desempean diversas funciones diferentes en la industria cermica. Se utilizan para determinar el tamao de la partcula de muestras de ensayo, para clasificar materiales y para separar impurezas. Las partes esenciales de un tamiz o criba son la malla y el bastidor, conectados a dispositivos de carga y descarga. La malla esta construida en acero inoxidable, bronce fosforoso, latn, acero dulce, metal monel, aluminio, cobre, nquel, diversas aleaciones, nylon o seda. El dimetro del hilo, el mtodo de tejido, el tamao y la tolerancia de las aberturas, en el caso de tamices normalizados se establece en la British Estndar Specification 410. Es practica normal designar un tamiz por l numero de mallas; en la serie inglesa dicho numero significa l numero de aberturas por pulgada lineal. Pero a no ser que se establezca la norma a que se refiere, o el dimetro del alambre, el numero de mallas aisladamente considerado no basta para indicar el tamao de la abertura. El tipo de tejido mas adecuado para el tamizado en la fabricas es variable. Los materiales en suspensin o secos pueden pasar a travs de un tejido simple satisfactoriamente pero las arcilla ligeramente hmedas lo obstruyen con gran rapidez. En cambio, frecuentemente pueden pasar a travs de un tamiz vibratorio del tipo de cuerdas de piano. Como su nombre lo indica, estos tamices estn construidos exclusivamente por alambres paralelos. La malla se monta sobre bastidores circulares, rectangulares o cilndricos, y debe tensarse correctamente para su empleo. Las cribas cilndricas se hacen girar durante se empleo, y pueden dotarse de tacos o golpeadores para mantener la malla libre. Los tamices y cribas planos son muy utilizados para suspensiones y deben vibrar para que el material pase a su travs, siendo ventajoso en algunos casos el calentamiento de la malla por medio de una corriente elctrica. Las cribas se disponen en bateras de dos a cuatros y se inclina d tal forma que las partculas de tamao excesivo caigan hacia fuera.12

La mezcla de las fracciones granulomtricas y su dosificacin tienen como objetivo la obtencin de una distribucin granulomtrica y porcentaje de tamaos tal, que den lugar al menor nmero posible de huecos entre ellos, despus de la compactacin mediante prensado. Con ello se consigue una mayor compacidad y, por tanto, la mxima densidad en verde. En estas condiciones, tras el prensado y coccin ser posible obtener la adecuada porosidad de la pieza.

Preparacin de pastas En este apartado, se consigue una humedad adecuada para el prensado (mantenindola en un estrecho margen de variacin) y se mejora la fluidez de la pasta para el llenado del molde de prensa.

Por tanto las variables del proceso son: La humedad de la pasta, La distribucin granulomtrica de la pasta y su fluidez inicial. En el caso de preparacin de pastas por va hmeda es necesaria una posterior etapa de secado. El mejor procedimiento de secado y granulacin es el secado por atomizacin (se pone en contracorriente la pasta procedente de la molienda con una corriente ascendente de aire caliente), obteniendo un control del contenido en humedad, un aumento de la fluidez y adems una grano en forma de U que favorece la compactacin. En el caso de la preparacin de la pasta mediante va seca es necesario una posterior etapa de humectacin para conferirle a la pasta la humedad, plasticidad y la fluidez que necesita el posterior proceso de conformado del bizcocho (prensado). Moldeo Por Prensado:

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En el conformado de las piezas, en el caso de masas secas (humedad < 10%), es posible realizarlo en prensas, cosa que no se puede hacer con las masas plsticas (humedad >10 %), ya que lo impedira la incomprensibilidad del agua. Estas masas plsticas se suelen extrusionar. El prensado adems de permitir la conformacin de las piezas, disminuye considerablemente la porosidad, quedando esta, en algunos casos, por debajo del 20 %. El prensado uniaxial tiene por objeto la compactacin de la mezcla dentro de un molde rgido aplicando la presin en una sola direccin por medio de un embolo, o un pistn o un punzn rgido. Es un procedimiento de elevada capacidad de produccin y fcil de automatizar.

La alimentacin, consistente en material granular de fluidez elevada, se introduce en la cavidad formada por el molde se realiza mediante un mecanismo deslizamiento y se dosifica volumtricamente. Los movimientos del molde y del punzn se coordinan de modo que se induzca un cierto vaco que ayuda a la deposicin del polvo en la cavidad del molde. Los punzones inferiores se mueven hacia abajo. Los materiales de baja fluidez, usualmente, se pesan previamente y se alimentan manualmente o mediante flujo inducido mecnicamente. Los punzones inferiores se posicionan en el cuerpo del molde para formar la cavidad predeterminada (basada en la relacin de compactacin del polvo) para que contenga el volumen correcto para conseguir las dimensiones requeridas del producto en verde despus de la compactacin A continuacin, el mecanismo de alimentacin se pone en posicin y llena la cavidad de material (Etapa 1). Una vez realizado el llenado del molde, con el polvo cermico de elevada fluidez y conteniendo los aditivos adecuados, el mecanismo de alimentacin se retira y en su movimiento de retirada alisa la superficie (Etapa 2). A continuacin, los punzones superiores se mueven hacia abajo entrando en la cavidad y se precomprime el polvo, comenzando el trabajo de compactacin, producindose al mismo tiempo una eliminacin del aire (Etapa 3). Despus, a medida que prosigue el prensado, tanto los punzones superiores como inferiores comprimen simultneamente el polvo cuando se mueven uno hacia el otro de forma independiente y sincronizada a sus posiciones predeterminadas (Etapa 4).14

Cuando se ha completado la compactacin, la pieza posee unas tensiones residuales de compresin que la sujetan en la cavidad del molde (Etapa 5). Despus el punzn superior se retira y los inferiores sacan la pieza del molde mediante su empuje que supera las tensiones residuales de compresin (Etapa 6). Durante la extraccin de la pieza esta incrementa sus dimensiones liberando las tensiones residuales (Etapas 7 y 8).

El juego entre el molde y los punzones es de 10 25 m cuando se prensan polvos de tamao de micras y de 100 m cuando se prensan partculas granulares. La pared del molde, algunas veces, se puede fabricar con cierta divergencia ( < 10 m / cm), con el fin de facilitar la extraccin de la pieza. Por otra parte, las piezas pueden ser extradas manteniendo o no contacto con el punzn superior.

En ese momento el mecanismo de alimentacin se mueve a la posicin de llenado empujando a la pieza fuera de su posicin encima de los punzones, y comienza de nuevo el ciclo de prensado (Etapa 9).

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Esquema de trabajo del prensado uniaxial automatizado.

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Las velocidades de prensado: varan desde una fraccin de segundo para pequeas piezas a varios minutos para grandes piezas usando una prensa de accin simple. Velocidades que exceden 5000 ppm (piezas por minuto) se alcanzan usando prensas rotativas multiestacin. Las capacidades de prensado alcanzan hasta varios cientos de toneladas. La presin mxima de prensado usada en el prensado en seco esta, comnmente, en la gama de 20-100 MPa. Las presines ms altas se usan en la fabricacin de las cermicas tcnicas y menores en la fabricacin de materiales a base de arcilla. La vida til del molde: puede alcanzar la fabricacin de varios cientos de miles de piezas para un molde simple y trabajando a una presin baja. Las tolerancias alcanzadas en el prensado industrial son menores del +1 % en la masa y 0.02 mm en el espesor. Las tolerancias dimensionales y la uniformidad de la microestructura son mucho ms difciles de controlar cuando la pieza tiene varios niveles superficiales. El tipo de prensa y los tiles seleccionados: dependen de la dimensin y forma de las piezas a prensar. Esquema ilustrando las diferentes distancias que debe moverse

el punzn para conseguir una compactacin uniforme del polvo refractario Sin embargo, el equipo ms comnmente utilizado, particularmente en las cermicas refractarias, es la prensa con molde flotante (Figura a) En este tipo de17

prensa el movimiento, en funcin del tiempo, de los punzones y del molde esta sincronizado como se muestra en la figura b. La parada del punzn se realiza a una presin determinada cuando se usa un control hidrulico y a un determinado desplazamiento cuando se usa control mecnico.

Figura a. Ciclo de prensado para una prensa de molde flotante (a) Un solo nivel (b) Dos niveles Las lneas de rayas indican el movimiento de los componentes de la prensa.

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Figura a. Ciclo de prensado para una prensa de molde flotante (a) Un solo nivel (b) Dos niveles Las lneas de rayas indican el movimiento de los componentes de la prensa.

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Figura b. Ciclo de prensado para una prensa de molde flotante.

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Las prensas de tipo mecnico: carrera simple tienen una alta capacidad de produccin y son fciles de automatizar. El ciclo de prensado se repite de 6 a 100 veces por minuto, dependiendo del tipo de prensa y de la forma de la pieza a fabricar. La capacidad de produccin oscila entre 1 y 20 toneladas, pudiendo alcanzarse las 100 toneladas. Prensa mecnica es la rotativa: En ella numerosos moldes se colocan sobre una mesa rotatoria. El punzn pasa sobre levas cuando la mesa gira, causando un ciclo de llenado, compresin y expulsin similar al de una prensa de carrera simple. Las velocidades de produccin que pueden alcanzarse con una prensa rotativa estn en el rango de 2000 piezas por minuto. La capacidad de presin est en intervalo de 1 a 100 toneladas. Prensa mecnica es la prensa de palanca: se usa para el prensado de ladrillos refractarios y es capaz de ejercer la presin de hasta, aproximadamente, 800 toneladas. Las prensas de palanca cierran un volumen determinado de tal modo que la densidad final esta controlada, en gran parte, por las caractersticas de la alimentacin. Las prensas hidrulicas: transmiten la presin a travs de un fluido que acta sobre un pistn. Ellas, por lo general, operan a una presin determinada, de modo que el tamao y las caractersticas del componente prensado estn determinadas por la naturaleza de la alimentacin, la cantidad de llenado del molde y la presin aplicada. Las prensas hidrulicas pueden ser muy grandes, pero tienen un ciclo de trabajo mucho ms largo que las mecnicas. Las presiones alcanzadas por las prensas van desde los 400 a los 2000 Kgf/cm2; los valores ms altos se logran con las prensas de las ltimas generaciones. Hoy da es ya posible la utilizacin de prensas semiautomaticas, que dosifican y sacan la pieza refractaria sin la intervencin del operario de la misma.

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Prensa Hidrulica

Para productos refractarios especiales de alta calidad se ha impuesto el mtodo de prensado isosttico. Por este mtodo se rellenan moldes elsticos de22

goma con masa cermica de polvo fino. Una vez cerrado el molde de goma, se somete la masa a presin en una autoclave. La presin empleada acta en forma lquida por todas las direcciones sobre el cuerpo a prensar, consiguiendo de sta manera una densidad uniforme en el ladrillo. En la industria del refractario se aplican presiones que llegan a alcanzar los 300 N/mm2 utilizando prensas isostticas. Este tipo de prensas encuentran su aplicacin para la fabricacin de bloques de formatos grandes, piezas de formas especiales como son buzas, tubos, etc. Por Extrusin:

El conformado plstico incluye los procedimientos de produccin de productos a partir de una mezcla de polvo cermico y aditivos que es deformable bajo presin. La mezcla puede obtenerse en sistemas conteniendo arcillas por la adicin de agua y pequeas cantidades de floculante, un agente de mojado y un lubricante. En sistemas que no contienen arcilla, tales como xidos puros, carburos y nitruros, es necesario aadir, en lugar de la arcilla, un material orgnico, mezclado con agua o con otro fluido, para proporcionar la plasticidad. Se requiere entre el 20 y el 50 % de aditivo orgnico para lograr la plasticidad adecuada para el conformado. La plasticidad es la capacidad de deformarse ante un esfuerzo mecnico conservando la deformacin al retirarse la carga. La mayor dificultad del proceso de conformado plstico es la eliminacin del material orgnico antes de la coccin. En el caso de los sistemas arcilla agua, durante el secado tiene lugar una contraccin sustancial, que aumenta el riesgo de aparicin de grietas. En el caso de sistemas con aditivos orgnicos, el problema mayor es la obtencin de pieza en verde libre de defectos y la extraccin del material orgnico. Una extraccin demasiado rpida da lugar a agrietamientos, hinchamiento o distorsin. Por otra parte, una eliminacin inadecuada resulta en agrietamientos, hinchamiento o contaminacin en el proceso posterior de densificacin a alta temperatura. El conformado plstico se usa de forma extensiva en la fabricacin de cermicas tradicionales y modernas o avanzadas. Materiales de construccin tradicionales tales como: ladrillos y tejas se obtienen por extrusin. Adems se pueden producir por extrusin: tubos de proteccin de los termopares, tubos para hornos, tubos de carburo de silicio para intercambiadores de calor, aislantes elctricos de porcelana, sustratos para aplicaciones electrnicas, soportes de catalizadores tipo colmena de abeja, tubos transparentes para lmparas, etc. Los sustratos pueden extruirse a un espesor menor de 1 mm. Se pueden obtener23

productos de gran tamao de ms de una tonelada, hasta de pequeo tamao de solamente unos gramos de masa. La extrusin se usa en el conformado de materiales compuestos y la extrusin en caliente puede usarse para la obtencin de electrodos de grafito. Las presiones que se alcanzan en la industria varan desde los 4 MPa para productos de porcelana hasta los 15 MPa para algunos materiales plastificados con productos funcin del tamao de la pieza a fabricar, aproximndose a las 100 t/h para piezas de gran tamao. La velocidad de extrusin medida en trminos de la velocidad de salida del material de la mquina, tambin vara ampliamente y esta controlada por la velocidad de corte y del sistema de transporte. Una velocidad de 1 m/minuto es comn en la extrusin de piezas de gran tamao.

Piezas obtenidas mediante extrusin

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Piezas obtenidas mediante extrusin

Esta tcnica de conformado se emplea en la fabricacin de productos cermicos de seccin constante. Bsicamente el proceso de extrusin consiste en forzar el paso, mediante la aplicacin de una presin, de la pasta con una consistencia plstica (Elevada viscosidad) a travs de una matriz, Se obtiene un producto lineal con una seccin transversal controlada, que luego se corta a la longitud requerida por el producto a obtener. Es un mtodo de conformado continuo muy efectivo y eficiente, que usa un equipamiento simple. Se han desarrollado varios mtodos para forzar el paso de la pasta a travs del dado: giro de unos rodillos, empuje de un pistn o rotacin de una hlice (tornillo de Arqumedes). Las maquinas extrusoras de tornillo pueden ser simples o de tornillos gemelos.

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Mtodo de conformado por extrusin Mtodo para extruir una pasta cermica

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Mquina de extrusin industrial

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La maquina extrusora de tornillo simple: Es usada habitualmente en la industria cermica. Consiste de varias secciones y es capaz de trabajar de forma continua. La primera seccin es un molino amasador o mezclador, que contiene dos filas de palas montadas sobre dos ejes que giran en sentidos opuestos, lo que proporciona una elevada accin cortante que mezcla de forma eficaz el material, que pasa estrujado entre las palas. Tambin puede ser un tornillo de Arqumedes con los hilos de la hlice rotos. La alimentacin al molino mezclador es la premezcla formada por: polvo cermico, mas liquido y mas aditivos tales como: ligantes, plastificantes, dispersantes, floculantes, lubricantes y surfactantes). El molino mezclador amasa la premezcla proporcionando homogeneidad, maximizando la plasticidad y eliminando aire por el efecto de apriete de la pasta. A continuacin, mediante un tornillo de Arqumedes para el transporte del material, la mezcla es forzada a entrar, a travs de una placa perforada, en la cmara de desaireado. El material en forma de tiras con una seccin transversal menor es desaireado de una manera ms uniforme mediante la aplicacin de vaco para eliminar tanto aire como sea posible. Finalmente, la mezcla pasa a la cmara de compactacin donde otro tornillo de Arqumedes transporta el material y lo precompacta para eliminar tanta porosidad como sea posible, antes de que pase, debido a la alta presin, por la matriz o dado rgido. Los productos cermicos compactos resultantes de seccin transversal constante y de gran longitud son soportados por bandejas y mediante un sistema de corte se les da la longitud deseada. Las extrusoras o galleteras de hlice son mquinas cilndricas o troncocnicas con eje de paletas helicoidales que empuja la pasta hasta una boquilla que la conforma continuamente. El vaco para evitar la presencia de burbujas de aire en la masa, pues stas producen la rotura de las piezas al calentarse en la coccin (Incremento de volumen del aire al aumentar la temperatura, que al estar restringida causa un aumento de presin). La ventaja de este tipo de mquina extrusora es que en ella tiene lugar, de forma continua, el mezclado, el desaireado, la consolidacin y la forma final de la pieza a fabricar. Las etapas en el tornillo de la maquina de extrusin son: 1.- Alimentacin del material. 2.- Consolidacin y flujo del material en la camisa. 3.- Flujo a travs del dado convergente 4.- Flujo a travs de dado de seccin transversal constante o casi constante. 5.- Eyeccin.28

Caractersticas de Moldeo por prensado Secado:

Las piezas conformadas, en general, debern someterse a un proceso de secado una vez conseguida su configuracin al objeto de desprenderse del agua aportada para este menester o de otras materias lquidas dependientes del proceso de fabricacin. Solamente las piezas moldeadas completamente secas pueden cocerse sin peligro de agrietamientos. El secado tiene por objeto eliminar el agua libre, no combinada, contenida en la pasta cruda e incorporada durante la preparacin de las materias primas. La necesidad e importancia de esta operacin, previa a la coccin, esta en consonancia con el porcentaje de humedad de la pasta. Es por tanto particularmente relevante en las masas plsticas de arcilla y, por el contrario, es innecesaria en la preparacin de masas prensadas en seco o aglomeradas qumicamente. El agua libre de la pasta puede diferenciarse, en agua de poro y agua intergranular. La primera rellena los espacios huecos entre las partculas del agregado, sin contribuir al volumen total aparente de la masa. La segunda recubre las partculas granulomtricas base, y aade su volumen al total. La eliminacin por secado del agua intergranular afecta pues al volumen de la pieza verde, en tanta mayor cuanta cuanto ms prxima sea la humedad inicial al punto de saturacin. Este fenmeno explica la contraccin de las pastas hmedas o verdes, en particular de las arcillosas, durante la operacin de secado y la nula contraccin de las pastas secas. El agua de poro debe eliminarse a temperaturas prximas a la de ebullicin. Si su extraccin se efecta durante la coccin, la elevada temperatura superficial de la pieza y su pequea conductividad trmica dar lugar a que la porcin final de humedad sea eliminada a travs de una capa sinterizada del material, lo que originar un mayor porcentaje de porosidad abierta en la pieza cocida. La operacin de secado, como fase previa de la coccin, se justifica pues, al objeto de que el material absorba la fuerte contraccin trmica inicial, de forma lenta y homognea, evitando la aparicin de fisuras, y en razn de obtener la mnima porosidad abierta. En el curso del secado la resistencia mecnica de la pieza crece moderadamente debido a la fijacin sobre la29

superficie de los granos, coloides e iones en suspensin o disolucin, respectivamente, lo que contribuye a cohesionarlos. En las masas fraguadas o aglomeradas qumicamente una parte del agua de amasado se incorpora coso agua de composicin a la matriz intergranular y en tal caso su secado y cohesionado tiene lugar a temperatura ambiente. El proceso de secado se efecta normalmente a temperatura ligeramente superior a. 100 C, en secadores tipo tnel de produccin contina, por lo que la operacin de secado se concatena dentro del proceso general de tratamiento trmico en rgimen de recuperacin de calor sensible. Los conductos del gas caliente se disponen bajo la solera del secadero y por tanto separados de la carga. Por la cmara de secado se hace circular aire seco, en contracorriente del material e impulsado mediante ventiladores a fin de evitar que se sature con el vapor del agua. La temperatura y humedad del aire se controlan a lo largo del secadero con objeto de regular la velocidad de secado de acuerdo con las caractersticas del proceso de eliminacin del agua de la masa. El mecanismo de secado es consecuencia de la forma de presentacin del agua en la pasta: (agua intergranular y de poro), hecho que gobierna su extraccin y que permite distinguir dos subetapas de secado. En tanto exista agua intergranular, es decir, entre el punto de saturacin y el punto crtico de humedad, el agua superficial de la pieza estar en comunicacin con el agua interna. Por debajo del punto crtico no ocurre as y la humedad interna estar desconectada de la superficie. Al comienzo del secado la pelcula de agua intergranular va progresivamente adelgazndose y la contraccin de la pasta es homognea. La prdida de humedad es uniforme en toda la masa y la velocidad de secado puede ser elevada (mayor temperatura y menor grado de humedad en el aire). Al alcanzarse el punto crtico, el transporte del agua hacia la superficie se hace ms difcil, ya que opera por capilaridad o por difusin gaseosa, y por tanto la velocidad intrnseca de secado es ms lenta. Para que la prdida de humedad sea homognea interesa que la pieza alcance una temperatura uniforme y que por tanto no exista apenas gradiente trmico en la masa, lo cual se favorece con una atmsfera prxima a la saturacin de vapor. En esta segunda subetapa la contraccin del material es pequea o nula.30

Curva de velocidad intrnseca de secado y la contraccin del material

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Conclusiones

Las materias primas de que parte el proceso de fabricacin de materiales refractarios son de origen natural y proceden directamente de mina. El objeto de la trituracin y molienda no es nicamente reducir el tamao del slido sino tambin el de obtener un conjunto de partculas con una determinada distribucin granulomtrica. La intensidad de la molienda y la forma de llevarla a efecto dependen de la forma y tamao de grano deseados. En general interesan granos angulosos e irregulares con preferencia a formas redondeadas o planas a fin de conseguir una buena compacidad y cohesin de las piezas. El tamao de la partcula de los productos de las operaciones de trituracin y molienda deben comprobarse enviando una muestra al laboratorio o bien clasificarse de algn modo a fin de separar el material de tamao excesivo. Los tres mtodos principales son el tamizado, la clasificacin hmeda por densidad, y la separacin con aire. Los tamices y las cribas se utilizan para determinar el tamao de la partcula de muestras de ensayo, para clasificar materiales y para separar impurezas. El prensado uniaxial tiene por objeto la compactacin de la mezcla dentro de un molde rgido aplicando la presin en una sola direccin por medio de un embolo, o un pistn o un punzn rgido. Es un procedimiento de elevada capacidad de produccin y fcil de automatizar. El proceso de extrusin se usa de forma extensiva en la fabricacin de cermicas tradicionales y modernas o avanzadas. Materiales de construccin tradicionales tales como: ladrillos y tejas se obtienen por extrusin. Adems se pueden producir por extrusin: tubos de proteccin de los termopares, tubos para hornos, tubos de carburo de silicio para intercambiadores de calor, aislantes elctricos de porcelana, sustratos para aplicaciones electrnicas, soportes de catalizadores tipo colmena de abeja, tubos transparentes para lmparas, etc.32

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