MATERIALES REFRACTARIOS Conceptos Bsicos Propiedades DefinicionesJlm / 06-12-2007

Indice

Definiciones Funciones Clasificacin Cl ifi i Materias primas principales Propiedades Fsicas y Qumicas Tipos de ligas p g Seleccin de refractariosDeterminacin del Material Mtodo de Instalacin Anclajes Proceso de Secado

Ejemplos de Anlisis comparativo j p p

Que es un material refractario?Los materiales refractarios son aquellos que pueden ser expuestos a altas temperaturas sin perder sus funciones , es decir aquellos cuya PRINCIPAL caracterstica es la

Resistencia al Calor REFRACTARIO

Su instalacin es imprescindible en temperaturas de proceso > 1000C ya que los metales no las resisten

Pueden ser definidos tambin como :Materiales No metlicos que son difciles de fundir a altas temperaturas. En g p general lo constituyen oxidos de y metales : t l Ej. Al (aluminio) : Punto de fusin 660 C Al2O3 (alumina) : Punto de fusin 2050 C

Si bi h materiales que parecieran encuadrarse en bien hay t i l i d eta definicin NO son considerados como refractarios , ej. : cermicas , materiales de construccin , alfarera , fire-proff , ,etc. Esto tiene que ver con : q EL DESTINO FINAL PARA EL CUAL ESTAN DISEADOS

KAOLITE 2200 HS

CARBOXITE 27

A

R

Aislante

Refractario

K = 0.3

K = 1.3

(*) Conductividad : Valores Aprox. en W / K. m

Clasificacin de los Refractarios :Segn distintas formas de clasificarlos

Por Tipo :AGLOMERADOS MONOLITICOS PREFORMADOS FIBRAS

Clasificacin de los Refractarios :Segn distintas formas de clasificarlos

Por Tipo : Clasificacin Qumica : Cl ifi i Q i

RO2ACIDOS ( PH 7)

SiO2 , ZrO2

CaO , MgO

R2O3NEUTROS ( PH 7)

Al2O3 , Cr2O3

R + O

=

Clasificacin Qumica :ACID Zirconia Zircon Silica Semi-Silica Fireclay Kaolin Aluminous Fireclay Sillimanite Mullite Bauxite Alumina Carbon Silicon Carbide Chrome Chrome-Alumina Chrome-Magnesite BASIC Magnesite-Chrome Spinel Magnesite Periclase Dolomite Al2O3 . MgO MgO+ MgO MgO.CaO ZrO2 ZrO2 . SiO2 SiO2 SiO2 +

SiO2 . Al2O3 3Al2O3 . 2SiO2 Al2+ Al2O3 C SiC Cr2O3+ Cr2O3. Al2O3

NEUTRAL

Punto de Fusin - Clasificacin segn Temperatura :Las principales materias primas son Oxidos que tienen un alto punto de fusin , en general mayor al requerido por el proceso : Periclasa Espinela Forsterita F t it Mullita MgO MgO.Al2O3 2MgO.SiO 2M O SiO2 3Al2O3.2SiO2 2800C 2135C 1890C 1850C

Estas temperaturas son vlidas nicamente para materias puras. En la prctica los refractarios contienen contaminaciones , como as tambin , son fabricados de varios componentes , por lo que p p q su punto de fusin siempre es menor que el componente puro de mayor valor.

Punto de Fusin - Clasificacin segn Temperatura :Aprovechando esta propiedad , podemos clasificar a los refractarios dependiendo de la temperatura, en la cual los conos refractarios se calientan, hasta doblarse. SK 10 Temp.de doblado 1330C PCE SK 20 SK 30 SK 40 1560C 1680C 1900C 133 (1330C ) 156 168 190

De acuerdo a la norma DIN Standard 51 060 los refractarios deben mostrar un SK > 17 (PCE 150)Esta es una clasificacin antigua que es vlida fundamentalmente para ladrillos de almina y tiene el lmite mayor es SK = 42 (temp. doblado = 1980 C) , adems la resistencia mecnica cae mucho antes de la temperatura de doblado.

Diagramas de Fases - Clasificacin segn Materias Primas :Ejemplo : Sistemalas Materias Primas utilizadas , losSiO2) Dependiendo de Binario Almina Silice (Al2O3 refractarios pueden ser :Refractario Fundido

Basados en Materias Primas Naturales100% Almina

Basados en Materias Primas Sintticas100% Slice

Mulita

Diagramas de Fases :Ejemplo : Sistema Ternario Almina Silice Oxido de Ca ( (Al2O3 SiO2 CaO )

Principales Materias Primas: Naturales AluminosasAl2O3% 12 14 21/41 42/48 58/60 63/65 70 80/88 Temp C 1100 1200 1300 1600 1650 1550 1700 1700

Vermiculita Perlita Arcillas Chamotte Andalusita Sillimanita Mullita Bauxita

Principales Materias Primas: Naturales No AluminosasTemp C > 3000 2275 1725 2800 > 2000

Carbon Cromita Silice Magnesitas Dolomitas

C C2O3 SiO2 MgO MgO CaO

Principales Materias Primas: SintticasAlumina Electrofundidas Aluminas Tabulares Aluminas Marrones Carburo Carb ro de Silicio Oxidos de Zircono Magnesitas (agua de mar) Espinelas Aluminas Bubble Cementos Clcico-aluminosos Temp C 1800 1800 1700 1500 1650 1550 1700 1800

Propiedades Fsicas y Qumicas :Densidad , Porosidad

-

V (cm3)v v

Densidad Aparente =

M V M VEv

(gr /cm3)

VE (cm3) M (gr)

Densidad Especfica = p

(g /cm3) (gr /c 3)

Porosidad Aparente = P id d A t

x 100 ( % )

VDE - DA DEx 100 ( % )

Porosidad Total

=

Propiedades Fsicas y Qumicas :

Resistencia a las Solicitaciones Fsicas :

Resistencia a la Compresin (CCS)ASTM C 133

Resistencia a la Abrasin (Indice de Abrasin) )ASTM C 704

Resistencia a la Flexin ( (MOR) )ASTM C 133

Propiedades Fsicas y Qumicas - EROSION :Segn la Norma ASTM C-704 , el Indice que mide la resistencia a la erosin se expresa en

c.c.

Cs C i # 36

V0 1

100 x100x 25 mm

1 kg de Csi Malla 36 450 Segundos 65 psi de presin Tobera de vidrio (una por vez)

IA = V0 V1

Propiedades Fsicas y Qumicas - EROSION :

Material Competencia

CARBOMUL 202

Propiedades Fsicas y Qumicas - EROSION :RESISTENCIA A LA EROSION de los Hormigones Refractarios

16 - 18 c.c.KAOTUFF

10 c.c.

ACTCHEM

3 c.c. ccHormigones Convencionales De Bajo Cemento y Antierosivos Semiaislantes

Antierosivo

Propiedades Fsicas y Qumicas - ABRASION :RESISTENCIA A LA ABRASION EN FRIO Aplicacin en CEREALERAS

Propiedades Fsicas y Qumicas - CAVITACION :RESISTENCIA A LA CAVITACION de los Hormigones Refractarios g

Hormign Civil de Alta resistencia

Hormign Antierosivo

Propiedades Fsicas y Qumicas - CAVITACION :RESISTENCIA A LA CAVITACION de los Hormigones Refractarios g

Propiedades Fsicas y Qumicas :Resistencia al Shock Trmico : Los Refractarios son materiales frgiles que no soportan los cambios trmicos como lo hacen algunos metales . Si las tensiones que se generan superan la resistencia del material ,este se parte generando grietas progresivas hasta llegar a la rotura. Mtodo de Medicin

En AguaLadrillos Acidos 950C y se lo enfra > 5 Se calienta hasta Ladrillos de tChamote ,hasta la sucesivamente en agua h >t15 i l rotura . Para LADRILLOS SILICO Ladrillos de Almina > 15 -ALUMINOSOS (ACIDOS) Ladrillos de Mulita > 20 Ladrillos d C i L d ill de Csi > 25

En AireSe calienta hasta 950C y se lo enfra Magnesia alto con aire > 10 sucesivamente hierro i t i comprimido,hasta la rotura>. 25 Para Magnesia bajo hierro LADRILLOS BASICOS. > 30 Magnesia Cromo Espinelas i C E i l sin Cromo > 50

Propiedades Fsicas y Qumicas :Conductividad Trmica : W/ K m La Conductividad .trmica es el valor que determina el Poder Aislante Carburo de los refractarios . Materiales de baja conductividad son usados como de Silicio Aislantes Ai l t i t l d d f t i Magnesia , mientras los de de mayor , como refractarios. 60%Carbn Carburo de Silicio 40% Corundum 99% Cromita Slice Zirconio Ladrillos Sil-Alum. Ladrillos Aislantes

Corundum 90%

Propiedades Fsicas y Qumicas :Conductividad Trmica : Aislacin de baja temp. Fibra cerm. Ladrillos Aislantes 0.02 0.07 0.15 Ladrillo MgO Ladrillo MgO-C Ladrillo Carbn BF Semi grafito Semi5.0 12.5 13.5 30

Ladrillos refr. Baja alum. 0 80 refr alum 0.80 Ladrillos Alta alum. 1.5

Grafito Alta conductividad 107

W/mK

Propiedades Fsicas y Qumicas :Calor Especfico : p El calor Especfico es el factor de energa calorimtrico . Indica la cantidad de energa que necesita un gramo de un material para alcanzar un grado K . En kJ / kg . K l d

Propiedades Fsicas y Qumicas :Balance Energtico de un Equipo:PCH

PA

PC

CC

PC

AC PT

PC

= CC +PT +AC+PCH +PA +PLL

Propiedades Fsicas y Qumicas :Balance Energtico de un Equipo:PCH

PC

CC

PC

PT

PC

= CC +PT + PCH

Propiedades Fsicas y Qumicas :Expansin Trmica : p

Magnesia

Corundum Los materiales experimentan cambios volumtricos bajo la99% influencia

de la temperatura . Este valor se denomina Expansin Trmica Slice Reversible y no debe ser confundida con la Variacin Lineal Permanente (VLP) que es el valor no-reversible que experimentan los refractarios al ser llevados a altas temperatura por primera vez.Chamote

Carburo de Silicio

Refractoriedad Bajo Carga (RUL)Refractoriedad Bajo Carga

Se somete a una probeta de 50 mm de dimetro y 50 mm Chamote p de altura , a una carga de 0.2 N/mm2 , mientras se va Silimanita calentando en una atmsfera reductora. Se grafican estas variaciones y se obtienen tres puntos Cromo-Magnesia clsicos :Silice

T0

T0.6

Temp. C

Tb

Tipos De Liga :Temperaturas de desarrollo de ligasT C1700 1500 1300 1100 900 700 500 300 100

LIGA CERAMICA DESARROLLO DE LIGA CERAMICA LIGA CERAMICA

La LIGA C A CA es un GA CERAMICA mecanismo de unin cuyo proceso motriz es la REDUCCION DE LA ENERGA LIBRE SUPERFICIAL y es acelerada por las altas temperaturas , algunos aditivos y los contaminantes.

SIN LIGA

LADRILLOS

Tipos De Liga :Temperaturas de desarrollo de ligasT C1700 1500 1300 1100 900 700 500 300 100

LIGA CERAMICA

LIGA CERAMICA SIN LIGA DESARROLLO DE LIGA HIDRAULICA

La liga Cermica se produce por la REACCIN QUMICA entre un ARIDO y un CEMENTO clcicoaluminoso . Es una reaccin exotrmica de alta resistencia inicial , que se va destruyendo a medida que secamos el producto.

LADRILLOS

MONOLITICOS

Tipos De Liga :Temperaturas de desarrollo de ligasT C1700 1500 1300 1100 900

LIGA CERAMICA DESARROLLO DE LIGA CERAMICA LIGA CERAMICA LIGA CERAMICA

SIN LIGA700 500 300 100

SIN LIGA

DESARROLLO DE LIGA DESARROLLO DE QUMICA LIGA HIDRAULICA MONOLITICOS Y LADRILLOS

LADRILLOS

MONOLITICOS

Tipos De Liga :(kg/c2) CCS (k / 2)

Hormigones Convencionales Curvas de Resistencia Vs Temperatura Resistencia vs Temp. Para Distintos Tipos de Ligas1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 10 0 20 0 30 0 40 0 50 0 60 0 70 0 80 0 90 0 100 0 110 0 120 0 130 0 140 0 Temp. C

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Seleccin de Materiales :Proceso de desarrollo de aplicaciones

Accin Fsica

Accin Qumica

Temperatura

Costos

Medio Ambiente

METODO DE INSTALACION

DETERMINACION DE LA SOLICITACION

Seleccin de Materiales :Determinacin de la solicitacinMaterial Max Temp. Chemical Chemical resistance resistance acid alkalis Good Good Moderate V Good Poor Moderate Good Good Moderate Moderate V Good Good Good Poor Hot Strength Thermal shock resistanc e Poor Moderate Moderate Excellent Poor Good Excellent Liquid Glass metal contact resistance resistance V Good Good Moderate Excellent Good Good Poor Good Good Moderate Excellent Poor Poor Good

Pure alumina High Alumina Firebrick Silicon Carbide Magnesia Magnesium Magnesiumaluminate Silica (fused)

V Good Good Moderate Moderate Excellent Good Poor

Good Moderat e Poor V Good Moderat e Moderat e Poor

Seleccin de Materiales :Sistemas de Instalacin , Anclajes y Secado :Construccin de Ladrillos

Colado de Hormigones

Gunitado de Hormigones

Apisonables Refractarios

Seleccin de Materiales :Sistemas de Instalacin , Anclajes y Secado :Equipamiento para Instalaciones : C l d E i i I l i Colado

Mezcladoras

Vibradores

Bombeadora

Seleccin de Materiales :Sistemas de Instalacin , Anclajes y Secado :Equipamiento para Instalaciones : G i d E i i I l i Gunitado

Gunitadoras

Tobera de gunitar

Bombas de agua

Seleccin de Materiales :Sistemas de Instalacin , Anclajes y Secado :Ejemplos de distintos mtodos de instalacin en horno CLAUSLADRILLO AISLANTE JM-28 HORMIGON CARBOXITE 66

LADRILLO CARBOMUL 202 HORMIGON KAOLITE 2600 LI GUNITABLE KAOTAB 95

HORMIGON KAOTAB 95

Seleccin de Materiales :Sistemas de Instalacin , Anclajes y Secado :Anclajes Tipo V

Anclajes Tipo Y Y

Otros Anclajes Metlicos

Anclas Cermicas

Seleccin de Materiales :Sistemas de Instalacin , Anclajes y Secado :Luego de ser instalados, TODOS los materiales que involucran contenido de agua , DEBEN SER SECADOS de modo programado. g p g

40 50 %

Agua de Exceso de Mezclado

< 100 C8 - 15 % 57% 45%

(H2O)

< 350 C

Agua de Reaccin g Qumica (combinada)

Hormign

% AGUA

Seleccin de Materiales :Sistemas de Instalacin , Anclajes y Secado :

Seleccin de Materiales :Sistemas de Instalacin , Anclajes y Secado :

Seleccin de Materiales :Sistemas de Instalacin , Anclajes y Secado :

Seleccin de Materiales :Proceso de desarrollo de aplicaciones

Accin Fsica

Accin Qumica

Temperatura

Costos

Medio Ambiente

METODO DE INSTALACION

DETERMINACION DE LA SOLICITACION

EXPERIENCIA PREVIA

PRUEBA PILOTO

ENSAYOS DE LABORATORIO

CORRECCION DEL ERROR

OKPRODUCTO SELECCIONADO

RESULTADO NO SATISFACTORIO