MATERIALES REFRACTARIOS

INTRODUCCIONESPATO FLUORGRAFITOREFRACTARIOSPRINCIPALES TIPOS DE REFRACTARIOS

INTRODUCCION

Existe un cierto número de minerales no relacionados entre sí que se emplean comúnmente en la gran industria metalúrgica. Unos se aplican directamente para fabricar acero y otros productos metálicos ; otros, sirven como materiales refractarios para resistir las elevadas temperaturas usuales en los hornos metalúrgicos y afines. En este grupo figuran la fluorita o espato flúor, la criolita, el grafito y substancias refractarias como la magnesita y la dolomita, compuestos alumínicos, arcillas refractarias, diásporo. bauxita, sílice y circón.

ESPATO FLÚOR

La fluorita o espato flúor (F2Ca) es un mineral de importancia crítica debido a su empleo en la industria del acero. Desde que se descubrió su utilización en 1889, su producción ha aumentado rápidamente.Empleo. — Aproximadamente el 50 por ciento de la fluorita que se produce se consume en el procedimiento básico del horno de solera para obtener acero. Facilita la fusión y la transferencia de impurezas indeseables (como el azufre y el fósforo) a la escoria, y da fluidez a esta última. Un 28 % se emplea para fabricar ácido fluorhídrico, empleado principalmente en la industria del aluminio para hacer la criolita sintética. La industria del vidrio y del esmalte consume un 15 por ciento aproximadamente. A continuación enumeramos otros empleos menos importantes.

ESPATO FLÚOR

APLICACIONES DE LA FLUORITA

YACIMIENTO Y ORIGEN

La fluorita se presenta en vetas de fisura y como capas de substitución en caliza. Es una ganga corriente de muchos rellenos de cavidad y depósitos de reemplazamiento. Normalmente, la fluorita es un mineral hidrotermal, y la mayor parte de los geólogos considera que es siempre de origen ígneo. Su presencia tanto en rocas ígneas como en la caliza indica que aquel origen no es esencial para su deposición.Extracción y preparación. — La fluorita se extrae del mismo modo que los depósitos metalíferos subterráneos; raras veces se obtiene a cielo abierto.En algunos depósitos la fluorita se encuentra en tal pureza, que se obtiene un producto expendible con sólo el arranque y selección a mano. Pero en general debe concentrarse y limpiarse mediante tablas o cribas, o por flotación. Esta última da un producto cuya pureza llega hasta el 98 por ciento y hace posible la explotación de depósitos de bajo grado.

El producto de grado superior, conocido por espato flúor (ácido), se emplea para fabricar ácido fluorhídrico, y exige el 98 por ciento de fluoruro de calcio; en vidriería se necesita una pureza del 97 por ciento, y para los hornos de acero basta con el 85 por ciento. Los productos se expenden en forma de grava, terrones y polvo molido

EL GRAFITORecibe su nombre del verbo griego graphein, «escribir». Confundido antiguamente con el plomo, se le denominó «plomo negro» (y también plombagina), de modo que los lápices fabricados con grafito se llaman todavía «lápices de plomo». Aunque químicamente sea lo mismo que el diamante y el carbón vegetal, es una variedad polimorfa cristalina del carbono. Su pureza oscila entre el 30 y el 98 por ciento. En el comercio se le clasifica en natural y artificial ; las variedades naturales se dividen en «cristalinas» y «amorfas», siendo la única diferencia existente entre ambas el tamaño del grano. Los depósitos de grafito contienen del 2,5 al 7 por ciento de carbono.Empleo. — La elevada temperatura de fusión del grafito (3.000° C) y su insolubilidad en el ácido hace que tenga variados empleos. Se emplea para hacer lápices. El grafito más blando es molido finamente, mezclado con arcilla y tostado, dependiendo la dureza deseada de la cantidad de arcilla y el tiempo de tostación. Se emplea en el revestimiento de hornos de fundición, de crisoles, lápices de plomo, lubricantes, pinturas, escobillas para dínamos y pulimentación de estufas. Los crisoles se emplean para fundir latón, acero y otras aleaciones. El grafito mezclado con petróleo es un buen lubricante pesado. También se le emplea para electrodos, baterías secas, polvo de vidriado, cemento para tubos y otros fines. El grafito que sólo contiene de 30 a 35 por ciento de carbono es adecuado para pinturas.

YACIMIENTO Y ORIGEN

El grafito se presenta en rocas metamórficas, ígneas y sedimentarias, en forma de escamas, terrones y polvo. Se origina por los siguientes procedimientos :Concentración magmática : Irkutsk (Siberia).Metasomatismo de contacto: Calabogie (Ontario); Ticonderoga (Nueva York).Depósitos hidrotermales en filones : Ceilán ; San Gabriel (California) ; Dillon (Montana).Metamorfismo: Alabama, Raton (Nuevo Méjico) ; Baviera ; Madagascar ; Sonora (Méjico).

REFRACTARIOS

Los modernos procesos metalúrgicos a grandes temperaturas exigen materiales refractarios para revestimientos de horno que puedan resistir temperaturas elevadas ; si estos materiales presentan indicios de fusión por debajo de 1.500° C, no se clasifican como refractarios. Otros requisitos son que los refractarios no reaccionen con las materias que se están fundiendo, que sean lo bastante fuertes para resistir el peso y el desgaste de los metales fundidos y de la escoria, que resistan al «cracking» y al desconchado con los cambios de temperatura, y que se les pueda moldear en forma de ladrillos u otra forma semejante. Algunos refractarios se necesitan para resistir grandes temperaturas además de los hornos, en retortas, usos eléctricos y cerámica.

EMPLEOS

En las industrias del hierro y el acero, los refractarios se emplean para revestir los altos hornos de fundición de mineral de hierro, para los hornos de acero, hornos de solera, pozos de impregnación pérmica, hornos de recalentamiento, calderas generadoras de vapor y hornos de coque. En cuanto a los servicios públicos, se usan en las centrales productoras de energía eléctrica y gas, locomotoras, hornos de incineración. etc. Los revestimientos refractarios son necesarios para la fundición y refinado de los metales, producción de aleaciones, hornos de cemento, hornos de vidrio, alambiques de petróleo, hornos o muflas para la cocción de objetos cerámicos, fabricación de bujías de encendido, y una multitud de usos menores que implican elevadas temperaturas.Generalmente se fabrican con los refractarios ladrillos v otras formas unificadas, tales como retortas, mullas, baldosas, cúpulas y bloques de tanques de vidrio.

PRINCIPALES VARIEDADES DE REFRACTARIOS

Los refractarios comunes se agrupan generalmente en las denominaciones de arcilla refractaria, sílice, alta alúmina, magnesita y cromo. Todos los materiales, salvo el cromo, son productos no metálicos. La mayoría de ellos han sido estudiados ya en otras partes de este libro.Arcillas refractarias. — Las arcillas refractarias constituyen la parte más importante de los refractarios modernos. La mayoría de ellas son combinaciones de arcillas refractarias con pedernal, no plásticas, arcillas plásticas moderadamente refractarias, y arcillas de gran contenido de alúmina. Su resistencia al calor oscila entre 1.470 y 1.640° C, y se utilizan para hornos, calderas, recortas de petróleo y revestimientos varios de horno. Los ladrillos refractarios de grado superior se, hacen con arcillas refrac tarias y arcillas de pedernal de Missouri, y producen ladrillos superiores resistentes al desconchado. Los ladrillos de arcilla refractaria se fabrican en todas las clases Que se desean. Con los cementos refractarios se hacen también ladrillos, algunos de los cuales están formados por compuestos de sílice o tienen un elevado contenido de alúmina.

REFRACTARIOS DE SILICELa sílice, en sus numerosas formas naturales, es un refractario muy utilizado en la industria. Las formas más comunes son la cuarcita (ganister) y el cuarzo triturado, que, unido a un 2 por ciento de cal, se emplea en ladrillos de sílice, que constituyen un importante pro ducto refractario frente a los ácidos utilizados en muchos procesos meta lúrgicos. También se emplean arena común y diatomita, y la arenisca Berea, de Ohio, se sierra en forma de ladrillos y bloques. Los principales depósitos de ganister en los Estados Unidos son las cuarcitas de Tuscarora y Baraboo, de Pennsylvania y Wisconsin, respectivamente.Los ladrillos de sílice son muy refractarios y no se ablandan de modo apreciable antes de llegar a su punto de fusión, pero se desconchan si se calientan o se enfrían súbitamente.

REFRACTARIOS CON CONTENIDO DE ALUMINA

Todos los minerales del grupo de la sillimanita (sillimanita, andalucita, cianita y dumortierita) se convierten en mullita con un punto de fusión de 1.810° C. Ello produce un refractario de coste elevado, pero muy buscado, especialmente para objetos de porcelana muy refractarios y resistentes, que se emplean en los núcleos de bujías de encendido, porcelanas eléctricas y porcelanas para laboratorios..La bauxita a la que se añade una liga de arcilla, se emplea para fabricar ladrillos refractarios de elevado contenido en alúmina. Debido a las impurezas dichos funden a una temperatura inferior al punto de fusión de la alúmina. Se emplean principalmente para revestimientos de hornos de acero de solera. El ladrillo de bauxita suele ser desplazado ahora por el ladrillo de diásporo.

Los ladrillos refractarios con gran contenido de alúmina se hacen con diásporo y combinaciones de arcillas plásticas y de pedernal. El ladrillo denominado de «sesenta por ciento» substituye a los ladrillos de arcilla refractaria en las calderas, y el llamado de «setenta por ciento» se emplea en las calderas, hornos y hornos (le, cemento portland. El diásporo empleado contiene el 85 por ciento de alúmina y se obtiene en Missouri, donde se presenta formando masas porosas y oolitos en arcilla

ARENAS DE FUNDICION

Las arenas de fundición son las arenas silíceas empleadas en los canales para colar los metales, y las arenas de moldeo son las utilizadas para hacer los moldes y los hoyos o madros de los moldes. Como es necesaria una liga para que se adhieran las arenas de fundición, es esencial añadir cierta proporción de arcilla, pero no es necesario que sea arcilla. Las arenas para madros se ligan con petróleo, resina, pez u otras substancias. Las especificaciones necesarias para las arenas de fundición son muy rígidas. Según Ries, las propiedades importantes son : finura, adherencia, permea bilidad, punto de sinterización y duración

Los granos son parcialmente angulares, y su tamaño oscila entre 20 micrones y 3 mm. La finura afecta a la permeabilidad, resistencia y perfección del vaciado. La permeabilidad es necesaria para permitir el escape de los gases. Si el punto de sinterización es bajo, la arena se «quemará» en el vaciado.Las arenas de fundición están bastante difundidas. Los principales lugares de los Estados Unidos donde se las encuentra son : el valle deHudson y las capas terciarias de Nueva Jersey, Ohio, Indiana, Illinois y California.La producción anual de los Estados Unidos es de 2 a 3 millones de toneladas.

 

La caliza y la cal tienen empleos variados en la industria metalúrgica. Así la cal se utiliza como piedra fundente en los hornos metalúrgicos. principalmente en los de hierro y metales no férreos. Sirve para separar la sílice y producir una escoria delgada y básica que, recoja y retenga las impurezas que se separan del metal.La cal tiene cada vez más empleo en la metalúrgica. De los 6 millones de toneladas de cal que se fabrican anualmente en los Estados Unidos, casi el -20 por ciento se emplea metalúrgicamente para fundentes en los hornos (78 por ciento), concentración de mineral (20 por ciento), estirado de alambres y usos de fundición. En los hornos de acero de solera se añade cal (con caliza) para separar las impurezas. Con el reciente uso de la chatarra de hierro se, añade más cal al fundido. También se emplea como fundente en los hornos eléctricos de acero y en los fundidores no férreos. En la manipulación de mineral por flotación se añade cal para crear un circuito alcalino. En la cianuración, la cal se añade para neutralizar las sales ácidas solubles, coagular fangos y proteger contra el anhídrido carbónico.La cal refractaria o dolomita apagada, que representa el 10 por ciento aproximadamente de toda la cal que se fabrica. se emplea como refraelario de hornos.

OTROS MATERIALESArena de hornos. — Se usa para revestir fondos y paredes de horno:- de solera abierta v otros. Estas arenas tienen un elevado contenido en sílice; deben contener cierta cantidad de arcilla de liga, o se le añade la necesaria. Se desean los tamaños medios de grano, a fin de rellenar los huecos. Cuando se produce sinterización, se forma un revestimiento duro ,, resistente.Bauxita. — Además de sus otros numerosos usos, la bauxita sirven para corregir las escorias en la fundición de hierro.Bórax. — El bórax es un buen fundente para los metales de soldadura de latón y otras, y se utiliza también en la fundición de cobre, refinado de oro y plata Y ensayos químicos. Algunos boruros actúan como desoxidan tes para impedir las escamas y la espuma en la fabricación de latón y bronce, y el ferroboro se emplea en pequeñas cantidades como desoxidante para ciertos aceros. Los aceros al boro, de notable resistencia, se hacen con cantidades de boro que llegan hasta el 2 por ciento.

Minerales de estroncio. — El metal estroncio se alea con cobre para intensificar la dureza y disminuir las burbujas de aire. El estroncio y el estaño añadidos al plomo forman un metal más duro y más duradero para baterías de acumuladores. Con el estaño, sirve para facilitar la expulsión de los gases quemados en los metales que contienen cobre, plomo, zinc o estaño. En Alemania se emplea estroncianita para desulfurar y desfosforar el hierro y el acero, haciendo una escoria delgada.Dolomita. — Se. emplea como fundente en los altos hornos, principal mente en la fabricación de ferrosilicio y ferromanganeso. Porque arrastra muy Poca cantidad de, la sílice o del manganeso a la escoria.Fosfato -- Se emplea metalúrgicamente como ferrofosforo que se obtiene fundiendo rocas fosfaticas y mineral de hierro añadido a aceros El contenido en fósforo del hierro de lingote se gradua inedíantc, la adición de roca fosfática.