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i

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y AGROINDUSTRIA

DISEÑO DE UNA PLANTA PILOTO PARA LA PRODUCCIÓN DE CRISOLES SEMIREFRACTARIOS A PARTIR DE DESECHOS

REFRACTARIOS INDUSTRIALES Y ARCILLAS ECUATORIANAS

PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERA

QUÍMICA

Olmos Valdez Jenny Maricela

[email protected]

DIRECTORA: Guevara Caiquetán, Alicia Del Carmen

[email protected]

Quito, diciembre 2014

ii

© Escuela Politécnica Nacional (2014)

Reservados todos los derechos de reproducción

iii

DECLARACIÓN

Yo, Jenny Maricela Olmos Valdez, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi

autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación

profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en

este documento.

La Escuela Politécnica Nacional puede hacer uso de los derechos

correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad

Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.

_____________________________

Jenny Maricela Olmos Valdez

iv

CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Jenny Maricela Olmos

Valdez, bajo mi supervisión.

________________________

Ing. Alicia Guevara (M.Sc.) DIRECTORA DE PROYECTO

v

AUSPICIO

La presente investigación contó con el auspicio financiero del proyecto semilla

(PIS 38-2012), que se ejecutó en el Departamento de Metalurgia Extractiva.

vi

AGRADECIMIENTO

A Dios y a mis padres Jorge y Yoly por darme la gran oportunidad de prepararme

para la vida y llegar a tener una profesión, acompañarme en todo momento, por

ser mi guía y mi consuelo, por no permitirme rendirme ante las adversidades.

A mi familia que me apoyó en todo momento y por confiar en mí.

A mis queridos profesores y amigos del DEMEX, quienes llegaron a ser una

segunda gran familia y compartimos gratos momentos.

A mis amigos y amigas de la poli, por ser mis compañeros de estudio, de

desveladas, de salidas, de risas, de lágrimas, de aciertos y desaciertos, que me

permitieron crecer y creer en una amistad sincera.

A mis amigas del colegio, con quienes a pesar del tiempo he mantenido una gran

amistad y las llevo en el corazón.

vii

DEDICATORIA

A mi familia y amigos por todo su apoyo y cariño demostrado a lo largo de este

largo caminar.

i

ÍNDICE DE CONTENIDOS

PÁGINA

RESUMEN 1-XVI INTRODUCCIÓN XVIII

1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 1

1.1 Propiedades y usos de los materiales refractarios 1 1.1.1 Composición química y comportamiento de los refractarios 4

1.1.1.1 Refractarios ácidos 4

1.1.1.2 Refractarios neutros 9

1.1.1.3 Refractarios básicos 11 1.1.2 Refractarios según el método de implementación 12

1.1.2.1 Materiales refractarios formados 12 1.1.2.2 Materiales refractarios no formados 12

1.1.3 Refractarios según la porosidad 13 1.1.3.1 Refractarios densos 13

1.1.3.2 Refractarios aislantes 13 1.1.4 Propiedades físicas, mecánicas, térmicas y químicas de los

refractarios 14 1.1.4.1 Conformabilidad 14 1.1.4.2 Densidad, porosidad y gravedad específica

aparente 15 1.1.4.3 Resistencia a la abrasión 16

1.1.4.4 Resistencia a la compresión en frío 16

1.1.4.5 El módulo de ruptura (MOR) 17

1.1.4.6 Cono pirométrico equivalente (PCE) 17 1.1.4.7 Conductividad térmica 18 1.1.4.8 Resistencia a la corrosión por escorias y vidrios

fundidos 19

1.2 Procesos de obtención de materiales refractarios 21 1.2.1 Control de calidad de las materias primas 21 1.2.2 Reducción de tamaño 22 1.2.3 Dosificación y mezclado 22

1.2.4 Formado 23 1.2.4.1 Prensado 23 1.2.4.2 Extrusión 24

1.2.4.3 Vaciado líquido o colado 25 1.2.5 Secado 25 1.2.6 Cocción 26

1.3 Crisoles semirefractarios, usos, aplicaciones y características 28 1.3.1 Crisoles de arcilla refractaria 30 1.3.2 Crisoles de carburo de silicio 30

xvi

xviii

ii

2. PARTE EXPERIMENTAL 32

2.1 Caracterización física, química y mineralógica de los desechos

refractarios industriales y las arcillas ecuatorianas empleadas 34 2.1.1 Caracterización física de las materias primas 35

2.1.1.1 Análisis granulométrico y determinación del d80 35

2.1.1.2 Determinación de la densidad real y aparente de las

materias primas 36 2.1.2 Caracterización química de las materias primas 37 2.1.3 Caracterización minerológica de las materias primas 37

2.2 Formulación de pastas cerámicas semirefractarias con desechos

refractarios industriales y arcillas ecuatorianas, y evaluación de sus

propiedades físicas, mecánicas y térmicas de las pastas obtenidas 38

2.2.1 Formulación de las pastas semirefractarias 38 2.2.2 Evaluación de las propiedades cerámicas de las pastas

semirefractarias 39 2.2.2.1 Determinación del límite líquido 39

2.2.2.2 Determinación del límite plástico 40 2.2.2.3 Determinación del índice de plasticidad 41

2.2.3 Evaluación de las propiedades físicas de las pastas

semirefractarias 41 2.2.3.1 Evaluación de los porcentajes de contracción lineal

y pérdida de peso de las pastas semirefractarias 42 2.2.3.2 Determinación de la porosidad, absorción y

densidad aparente de las pastas semirefractarias 43

2.3 Elaboración de crisoles semirefractarios de 230 cm3 de capacidad y

determinación de las propiedades físicas y térmicas 44 2.3.1 Evaluación de las propiedades físicas y térmicas de los

crisoles semirefractarios 45

2.3.1.1 Evaluación de los porcentajes de contracción lineal

y pérdida de peso de los crisoles semirefractarios 45 2.3.1.2 Determinación del coeficiente de conductividad

térmica 46 2.3.1.3 Evaluación de la resistencia al choque térmico 47

2.3.1.4 Evaluación de la resistencia a las escorias 47

2.4 Definición del diagrama de flujo y dimensionamiento de los equipos

necesarios para una planta piloto de producción de crisoles

semirefractarios de 1 500 kg/mes de capacidad 48

2.5 Evaluación de la prefactibilidad económica de la planta de producción

de crisoles semirefractarios 50

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 52

3.1 Resultados de la caracterización física, química y mineralógica de las

materias primas 52

iii

3.1.1 Resultados de la caraterización física de las materias primas 52

3.1.1.1 Resultados de los análisis granulométricos y

determinación del d80 53 3.1.1.2 Resultados de la determinación de la densidad real

y densidad aparente de las materias primas 54 3.1.2 Resultados de la caracterización química y mineralógica de

las materias primas 55 3.1.2.1 Resultados de la determinación de la composición

química por microscopía electrónica 55 3.1.2.2 Resultados de la caracterización mineralógica 56

3.2 Resultados de la formulación y evaluación de las pastas

semirefractarias 58 3.2.1 Resultados de la evaluación de las propiedades cerámicas de

las pastas semirefractarias 58 3.2.1.1 Resultados del ensayo para la determinación del

límite líquido 59 3.2.1.2 Resultados del ensayo para la determinación del

límite plástico 60 3.2.1.3 Resultados de la determinación índice de

plasticidad 61 3.2.2 Resultados de la evaluación de las propiedades físicas de las

pastas semirefractarias 63

3.2.2.1 Propiedades físicas de la pasta semirefractaria C,

secada y quemada a 1 000, 1 050, 1 100 y 1 150 °C 64

3.2.2.2 Propiedades físicas de la pasta semirefractaria D,

secada y quemada a 1 000, 1 050, 1 100 y 1 150 °C 66 3.2.2.3 Propiedades físicas de la pasta semirefractaria E,

secada y quemada a 1 000, 1 050, 1 100 y 1 150 °C 68 3.2.2.4 Fotografías de las probetas circulares formadas con

las pastas semirefractarias 70

3.2.3 Evaluacion general de las propiedades cerámicas y físicas de

las pastas semirefractrias 73

3.3 Resultados de la elaboración de los crisoles semirefractarios 78 3.3.1 Resultados de la evaluación de las propiedades físicas en el

proceso de secado y cocción de los crisoles 79 3.3.2 Resultados de la evaluación de las propiedades físico -

térmicas de la pasta D empleada para la producción de los

crisoles semirefractarios 81 3.3.2.1 Resultados de la determinación del coeficiente de

conductividad térmica 81 3.3.2.2 Resistencia al choque térmico 82

3.3.2.3 Resistencia a las escorias 83

3.4 Definición del diagrama de flujo y dimensionamiento de los equipos

necesarios para una planta piloto de producción de crisoles

semirefractarios de 1 500 Kg/mes de capacidad 85 3.4.1 Condiciones de operación de los procesos 85

iv

3.4.2 Balance de masa 87

3.4.3 Balance de energía 89 3.4.4 Dimensionamiento de equipos principales para la planta

piloto 89

3.5 Resultados del análisis de prefactibilidad económica la planta de

producción de crisoles semirefractarios 98

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 105

4.1 Conclusiones 105

4.2 Recomendaciones 106

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 108

ANEXOS 116

v

ÍNDICE DE TABLAS

PÁGINA

Tabla 1.1. Puntos de fusión de algunos materiales refractarios 3

Tabla 1.2. Temperatura de equivalencia de conos pirométricos 17

Tabla 1.3. Conductividad térmica de diversos materiales refractarios 19

Tabla 2.1. Serie de tamices empleados en el ensayo granulométrico 35

Tabla 2.2. Composiciones de las pastas semirefractarias 39

Tabla 2.3. Composición de la carga fundente estequiométrica empleada en el

ensayo al fuego y recuperación de metales preciosos 48

Tabla 3.1. Resultados de los análisis granulométricos de las materias primas 53

Tabla 3.2. Resultados de la densidad real y aparente del desecho refractario,

arcilla magra y caolín 54

Tabla 3.3. Resultados del análisis químico elemental semi-cuantitativo de las

materias primas mediante MEB 56

Tabla 3.4. Resultados de la caracterización mineralógica de las materias

primas: desechos refractarios (DRF), arcilla magra (ATF) y caolín

(APB) 57

Tabla 3.5. Resultados obtenidos durante el ensayo del límite líquido 59

Tabla 3.6. Resultados obtenidos durante el ensayo del límite plástico de las

pastas semirefractarias 60

Tabla 3.7. Límites de Atterberg de las pastas semirefractarias 61

Tabla 3.8. Datos experimentales obtenidos durante el ensayo para la

determinación del índice de consistencia 62

Tabla 3.9. Propiedades físicas de la pasta C formada con agua y con

aglomerante, seca y quemada a 1 000, 1 050, 1 100 y 1 150 °C 65

Tabla 3.10. Propiedades físicas de la pasta D formada con agua y con


Tabla 3.11. Propiedades físicas de la pasta formada E con agua y con


Tabla 3.12. Fotografías de las probetas obtenidas con las pastas formadas con

agua y con solución aglomerante (carboximetilcelulosa al 1 %),

vi

secas y cocidas a 1 150 °C 71

Tabla 3.13. Variación del peso de los crisoles en función del tiempo de secado 79

Tabla 3.14. Características del crisol obtenido con la pasta D formada con

agua, seca y quemada a 1 150 °C 81

Tabla 3.15. Clasificación de los materiales según la resistencia al choque

térmico 83

Tabla 3.16. Espesor de la capa formada por las escorias fundidas en el crisol

semirefractario 84

Tabla 3.17. Condiciones de operación de los equipos de reducción y

clasificación de tamaño 86

Tabla 3.18. Condiciones de operación para el de amasado 87

Tabla 3.19. Condiciones de operación para el moldeo 87

Tabla 3.20. Condiciones de operación para el secado y cocción 87

Tabla 3.21. Balance de energía de equipos principales 89

Tabla 3.22. Nomenclatura de los equipos por áreas 90

Tabla 3.23. Resultados para el área de molienda 90

Tabla 3.24. Parámetros para la humidificación y maduración de la pasta 93

Tabla 3.25. Distribución de crisoles, placas y separadores dentro del horno. 94

Tabla 3.26. Parámetros del proyecto de inversión de la planta para la

producción de crisoles semirefractarios 98

Tabla 3.27. Sueldos de la mano de obra directa e indirecta de la planta 99

Tabla 3.28. Costos fijos de producción anuales 99

Tabla 3.29. Costos de materias primas, insumos y servicios 100

Tabla 3.30. Costo de equipos principales de la planta de producción de crisoles

semirefractarios 100

Tabla 3.31. Monto de la inversión total para la planta de producción de crisoles


Tabla 3.32. Monto de ingresos por ventas de los crisoles semirefractarios 101

vii

Tabla 3.33. Estado de pérdidas y ganancias 101

Tabla 3.34. Resultados de los índices financieros 102

Tabla 3.35. Flujo de caja para el proyecto para la implementación de la planta

piloto de crisoles semirefractarios 104

Tabla A.I.1. Resultados del análisis granulométrico de la alimentación de DRF 117

Tabla A.I.2. Resultados del análisis granulométrico del producto de DRF 118

Tabla A.I.3. Parámetros para la determinación de la densidad real de DRF 118

Tabla A.I.4. Parámetros para la determinación de la densidad aparente de DRF 118

Tabla A.I.5. Resultados del análisis granulométrico de la alimentación de ATF a

la molienda 119

Tabla A.I.6. Resultados del análisis granulométrico del producto de ATF de la

molienda 120

Tabla A.I.7. Parámetros para la determinación de la densidad real de ATF 120

Tabla A.I.8. Parámetros para la determinación de la densidad aparente de ATF 120

Tabla A.I.9. Resultados del análisis granulométrico de la alimentación de APB a

la molienda 121

Tabla A.I.10. Resultados del análisis granulométrico del producto de APB de la

molienda 122

Tabla A.I.11. Parámetros para la determinación de la densidad aparente de APB 122

Tabla A.I.12. Parámetros para la determinación de la densidad aparente de APB 122

Tabla A.III.1. Datos experimentales obtenidos durante el ensayo para la

determinación del límite líquido de la pasta A 126


determinación del límite líquido de la pasta B 126


determinación del límite líquido de la pasta C 127


determinación del límite líquido de la pasta D 128


determinación del límite líquido de la pasta E 129

viii


determinación del límite líquido de la pasta F 130


determinación del límite plástico para la pasta A 131


determinación del límite plástico para la pasta B 131


determinación del límite plástico para la pasta C 131


determinación del límite plástico para la pasta D 132


determinación del límite plástico para la pasta E 132


determinación del límite plástico para la pasta F 132

Tabla A.III.13. Datos experimentales obtenidos para la determinación del índice de

plasticidad 133

Tabla A.III.14. Clasificación de las pastas según su índice de consistencia 133

Tabla A.IV.1. Ciclos de cocción para las pastas semirefractarias propuestas 134

Tabla A.V.1. Contracción lineal de la pasta semirefractaria C en el proceso de

secado y cocción a T = 1 000 °C 136







Tabla A.V.5. Contracción lineal de la pasta semirefractaria D en el proceso de






ix



Tabla A.V.9. Contracción de la pasta semirefractaria E en el proceso de secado y

cocción a T = 1 000 °C 144

Tabla A.V.10. Contracción lineal de la pasta semirefractaria E en el proceso de






Tabla A.V.13. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria C en el proceso de








Tabla A.V.17. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria D en el proceso de








Tabla A.V.21. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria E en el proceso de







x


Tabla A.V.25. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria C

quemada a 1 000 °C 160







Tabla A.V.29. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria D






Tabla A.V.32. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria E










Tabla A.VI.1. Variación de peso de los crisoles semirefractarios, secos y quemados a

1 150 °C 172

Tabla A.VI.2. Variación del diámetro exterior de los crisoles semirefractarios, secos y

quemados a 1 150 °C 172

Tabla A.VI.3. Variación del diámetro inferior de los crisoles semirefractarios, secos y

quemados a 1 150 °C 172

Tabla A.VI.4. Variación de la altura de los crisoles semirefractarios, secos y quemados

a 1 150 °C 173

xi

Tabla A.VII.1. Datos obtenidos en el ensayo para la determinación del coeficiente

de conductividad térmica 177

Tabla A.VIII.1. Potencia requerida por los equipos de reducción de tamaño 181

xii

ÍNDICE DE FIGURAS PÁGINA

Figura 1.1. Aplicaciones industriales de los materiales refractarios según su

rango de temperatura 2

Figura 1.2. Diagrama binario sílice - alúmina 6

Figura 1.3. Diagrama de plasticidad de Casagrande 15

Figura 1.4. Esquema de la técnica de prensado 24

Figura 1.5. Esquema de las técnicas de extrusión 24

Figura 1.6. Esquema de la técnica de vaciado líquido o colado 25

Figura 1.7. Forma de presentación de agua en las arcillas 26

Figura 1.8. Dilatación térmica de materiales refractarios 27

Figura 1.9. Diagrama esquemático mostrando la cantidad de constituyentes

cuando se calienta el caolín bien cristalizado 28

Figura 1.10. Formas generales de crisoles refractarios 31

Figura 2.1. Esquema de la metodología empleada para la elaboración de

crisoles semirefractarios 33

Figura 2.2. Esquema seguido para la reducción de tamaño de las materias

primas 34

Figura 2.3. Esquema del ensayo para la determinación del límite líquido 40

Figura 2.4. Formación de las probetas cilíndricas con las pastas 42

Figura 2.5. Medición de la masa de la probeta saturada en agua en la balanza

analítica 44

Figura 2.6. Esquema seguido para el moldeo del crisol semirefractario 45

Figura 2.7. Esquema del Aparato de Lee 46

Figura 2.8. Parámetros considerados para la evaluación de la prefactibilidad

económica de la planta para la producción de crisoles

semirefractarios 50

Figura 3.1. Pasta semirefractaria A (no plástica) y C (plástica) 60

Figura 3.2. Estructura química de la carboximetilcelulosa (CMC) 63

xiii

Figura 3.3. Contracción lineal (%) vs. temperatura de cocción (°C) de las

pastas semirefractarias formadas con agua y aglomerante 74

Figura 3.4. Pérdida de peso (%) vs. temperatura de cocción (°C) de las pastas

semirefractarias formadas con agua y aglomerante 74

Figura 3.5. Porosidad aparente (%) vs. temperatura de cocción (°C) de las


Figura 3.6. Absorción aparente (%) vs. temperatura de cocción (°C) de las


Figura 3.7. Moldes de yeso para la elaboración de crisoles semirefractarios 78

Figura 3.8. Variación del peso del crisol a diferentes tiempos de secado 80

Figura 3.9. Probeta de la pasta D en el ensayo de la resistencia al choque

térmico 83

Figura 3.10. Fotografías de los crisoles después de la fusión a 850 y 900 °C,

respectivamente 85

Figura 3.11. Diagrama de bloques del proceso producción de crisoles

semirefractarios 88

Figura 3.12. Diagrama de flujo del proceso (PFD) 91

Figura 3.13. Esquema de la amasadora de arcillas 93

Figura 3.14. Esquema del horno eléctrico de mufla para la cocción de los

crisoles semirefractarios. 95

Figura 3.15. Diagrama Lay Out de la planta para la producción de crisoles

semirefractarios 97

Figura 3.16. Punto de equilibrio del proyecto para la producción de crisoles


Figura A.III.1. Curva de fluidez para la pasta semirefractaria C 1036

Figura A.III.2. Curva de fluidez para la pasta semirefractaria D 1037

Figura A.III.3. Curva de fluidez para la pasta semirefractaria E 1038

Figura A.III.4. Curva de fluidez para la pasta semirefractaria F 1039

Figura A.IV.1. Ciclos de cocción de las diferentes pastas 10333

Figura A.VIII.1. d80 del producto del DRF antes de la molienda en seco 103

126

126 127

128

129

133

178

xiv

Figura A.VIII.2. d80 del producto del ATF antes de la molienda en seco 103

Figura A.VIII.3. d80 del producto del DRF antes de la molienda en seco 10379

178

179

xv

ÍNDICE DE ANEXOS

PÁGINA

ANEXO I

Análisis granulométrico y determinación de la densidad real y aparente

116

ANEXO II

Determinación de la composición química elemental de las materias primas mediante

lectura en el microscopio electrónico de barrido (MEB)

122

ANEXO III

Determinación de las características cerámicas de las pastas semirefractarias –

determinación de los Límites de Atterberg

125

ANEXO IV

Ciclos de cocción para la quema de las diferentes pastas semirefractarias

133

ANEXO V

Determinación de los porcentajes de contracción lineal y en peso, porosidad,

absorción y densidad aparente de las pastas semirefractarias quemadas a 1 000,

1 050, 1 100 y 1 150 °C

134

ANEXO VI

Determinación de la composición química elemental de las materias primas mediante

lectura en el microscopio electrónico de barrido (MEB)

171

ANEXO VII

Características dimensionales de los crisoles semirefractarios durante los procesos de

secado y cocción

173

ANEXO VIII

Determinación de la potencia de los equipos de reducción de tamaño

177

ANEXO IX

Hojas de especificaciones de equipos principales para la planta de producción de

crisoles semirefractarios

181

xvi

RESUMEN

El presente proyecto tiene como objetivo diseñar una planta piloto para la

producción de crisoles semirefractarios a partir de desechos refractarios y arcillas

ecuatorianas. Los desechos refractarios fueron obtenidos de los soportes

empleados en la cocción de productos de una industria dedicada a la fabricación

de materiales cerámicos para la construcción, estos desechos actualmente no

tienen ninguna utilidad y son eliminados al relleno sanitario. Además, se empleó

arcillas ecuatorianas utilizadas para la obtención de cerámica artesanal,

denominadas arcilla magra (Imbabura) y caolín (Pastaza).

Se realizó una caracterización física, química y mineralógica de las materias

primas y sobre esta base se formularon pastas semirefractarias formadas con

agua y con solución aglomerante (carboximetilcelulosa al 1 %), a las que se

evaluaron las características de plasticidad, contracción lineal, pérdida de peso,

porosidad, absorción y densidad aparente en función de varios ciclos de secado y

cocción.

La pasta semirefractaria que brinda las mejores características para la producción

de los crisoles corresponde a una mezcla de materiales de tamaño de partícula

inferior a 180 µm y cuya composición comprende 25 % de desechos refractarios,

20 % de arcilla magra y 55 % de caolín, la pasta formada contiene una humedad

de 24 %. Debido a la plasticidad de la mezcla, los crisoles de 230 cm3 de

capacidad son obtenidos mediante presión en moldes de yeso y quemados a

1 150 °C, después del proceso de cocción presentan una contracción lineal de

3,6 %, pérdida de peso de 12,2 % y absorción aparente de 19,6 %. Las

dimensiones finales de los crisoles fueron: diámetro exterior, inferior y altura:

95,1 ± 0,1, 60,7 ± 0,5 y 120,0 ± 0,2 mm respectivamente, el coeficiente de

conductividad térmica del material es de 0,376 W/°C.m y mediante una

comparación de resultados se determinó que el material presenta un buen grado

de resistencia al choque térmico y a las escorias.

Finalmente, se definió el diagrama de flujo, se dimensionaron y seleccionaron los

xvii

equipos principales como son: trituradora de mandíbulas, molino de rodillos y de

bolas, amasadora de arcillas y horno cerámico. Se determinó la prefactibilidad

económica de la implementación de una planta piloto para la producción de

1 500 kg/mes de crisoles semirefractarios, que requiere una inversión de USD

98 289,4 con una Tasa Interna de Retorno (TIR) de 67 %, el cual es superior a la

tasa de 10 % de interés entregada por los bancos, por lo que se concluye que el

proyecto es rentable. Además, se obtuvo un Valor Actual Neto (VAN) de

USD 587 859,55 y el tiempo de retorno de la inversión es de 5 meses

aproximadamente.

xviii

INTRODUCCIÓN

Los materiales refractarios constituyen un conjunto de productos intermedios

indispensables en toda la actividad industrial en la que se dan condiciones de

operación severas con temperaturas elevadas en procesos como la cocción, la

fusión, afinado de cualquier tipo de material, la calcinación, la clinkerización, entre

otros.

En nuestro país, si se analizan cifras de importación versus exportación de los

materiales refractarios durante 10 años (2003 - 2013), según las estadísticas del

Banco Central del Ecuador con los códigos Nandina se determina que las

importaciones ascienden a 19 098 190 t, mientras las exportaciones para los

mismos años son 1 349 710 t (Banco Central del Ecuador, 2013, p. 1).

Lo que representa a nivel nacional que existe una demanda de 17 748 480 t de

productos refractarios entre ellos ladrillos, retortas, crisoles, toberas, tapones,

copelas, tubos, dentro de los materiales con un contenido de alúmina (Al2O3), de

sílice (SiO2) o de una mezcla o combinación de estos productos, superior al 50 %

en peso. Según norma NTE INEN 0609 (1981) que define a los refractarios por su

contenido de aluminio no menor del 25 % ni mayor del 30 % y lo clasifica como

poco refractario al material con un C.P.E., no inferior al del cono Orton

No. 15 (1 430 °C) (p. 3).

Actualmente en el país no se han desarrollado procesos industriales que permiten

obtener dichos productos, debido principalmente a la falta de investigación de

materias primas apropiadas para la fabricación de los mismos. Sin embargo, al

reutilizar los desechos de los materiales refractarios como constituyente de las

nuevas pastas cerámicas semirefractarias garantiza cumplir con las principales

propiedades físicas, mecánicas y térmicas de los productos (Romero,

2005, p. 19).

Los crisoles empleados para la fundición de metales tienen varias finalidades,

entre ellas contener la colada, disminuir las pérdidas de calor, soportar la

xix

temperatura máxima de operación y cambios bruscos de temperatura, resistir a la

erosión causada por el torrente de gases ascendentes, el descenso de las cargas

y de la escoria, además ser materiales químicamente neutros y sobre todo que no

pierdan solidez durante su utilización (Ochoa 2006, p. 22; Rosero, 2006, p. 30).

Por lo que la presente propuesta pretende satisfacer la demanda de este tipo de

materiales, suministrando productos nacionales de alta calidad, y establecer una

alternativa tecnológica que cumpla con las normas INEN para productos

refractarios tanto para requerimientos de investigación o a nivel industrial, acorde

a las necesidades de los consumidores a precios accesibles.

1

1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA

1.1 PROPIEDADES Y USOS DE LOS MATERIALES

REFRACTARIOS

Los refractarios son materiales formados por compuestos no metálicos, que

tienen la capacidad de soportar elevadas temperaturas sin fundirse, ablandarse o

descomponerse, resistentes a la erosión, abrasión, ataque químico, impacto,

acción de gases corrosivos, cambios bruscos de temperatura, entre otros

(Harbison y Walker, 2005, p. 5).

Los materiales refractarios tienen estructuras heterogéneas en cuanto al tamaño

de grano que lo conforman, presentan un esqueleto formado por partículas de

material grueso (con una media de tamaño de grano de pocos milímetros)

conectados por una matriz de tamaño de grano fino, constituyendo una fase vítrea

o cristalina, sumado a estos componentes, una fase porosa característica de la

cerámica, lo que contribuye en gran medida a la fijación de las propiedades físicas

(porosidad y resistencia mecánica), químicas (inversiones mineralógicas) y

térmicas de los materiales una vez que alcancen la temperatura de sinterización

(Chaouki, Iz-Eddine y Abderrahman, 2014, p. 94).

De todos los elementos existentes en la corteza terrestre, solo algunos de ellos

poseen las cualidades de abundancia y capacidad para formar compuestos

refractarios estables, estos son: silicio, aluminio, magnesio, calcio, cromo, circonio

y carbono y formar óxidos útiles: SiO2, Al2O3, MgO y ZrO2. Las materias primas

empleadas para la obtención los productos refractarios son de diversa naturaleza

mineralógica y química, su clasificación depende en gran medida de los campos

de aplicación con las respectivas propiedades requeridas por los mismos

(Harbison y Walker, 2005, p. 10; Norton, 1972, p. 37).

En la Figura 1.1 se muestra los rangos de temperaturas de uso para numerosas

aplicaciones industriales que emplean materiales refractarios según un informe

2

sobre las tecnologías de hornos en EE.UU (Hemrick, Wayne, Angelini, Moore y

Headrick, 2005, p. 10).

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600

Refractory metal

Graphite and SiC

Baking of carbon

Phosphates decompose

Portland cement

Sintering of carbides

Fusion process

Sintering of ceramics

Smelting of oxides

Sulfates descompose

Carbonate calcining

Al and Mg

Heat treating and annealing

Salt glazing of ceramics

Sulfides ore roasting

Metal carbide and nitride

Glass melting and forming

Carbon combustion

Hydroxide calcining

Petrochemical operations

Industrial drying

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600

Temperature (°C)

Figura 1.1. Aplicaciones industriales de los materiales refractarios

según su rango de temperatura (Hemrick et al., 2005, p. 10)

En general, los materiales empleados en la producción de refractarios se dividen

en arcillas magras, semiplásticas, plásticas y caolín. Las arcillas magras y

semiplásticas, son materiales de alta y muy alta refractariedad y tienen un cono

pirométrico equivalente (CPE) de 33 a 35, pero además presenta una baja

contracción de secado y de cocción. Las arcillas magras tienen poca plasticidad,

se aglomeran con arcillas refractarias plásticas dotadas de un CPE de 29 a 33. El

caolín tiene una elevada contracción de cocción, con un CPE aproximadamente

34, por lo que se lo utiliza con adiciones de arcilla calcinada o chamota,

complemento que le permite reducir la contracción durante la cocción y le confiere

mayor estabilidad durante su utilización (NTE INEN 0608, 1981, p. 4).

Las arcillas refractarias están constituidas por silicatos de aluminio hidratados

cuya fórmula es Al2O3 . 2SiO2

. 2H2O, y contiene aproximadamente 39,5 % de

alúmina (Al2O3), 46,5 % de sílice (SiO2) y 14 % de agua (H2O), producto de la

3

descomposición de rocas feldespáticas y otras impurezas, este mineral molido,

mezclado y amasado con una cantidad de agua adquiere plasticidad, endurece al

secarse y toma aspecto vítreo cuando se somete a suficiente temperatura de

cocción produciendo por ejemplo mullita cristalina y una fase amorfa rica en sílice

(Chaouki et al., 2014, p. 93).

La caolinita (grupo kandita) es un mineral que a altas temperaturas elimina el

agua combinada y se convierte teóricamente en 45,9 % de alúmina y 54,1 % de

sílice, cuyo color después de cocida, es generalmente blanco y posee alta

refractariedad. Estos materiales deben contener en mínimas cantidades

impurezas de álcalis como óxidos de: sodio (Na2O), potasio (K2O), litio (Li2O),

hierro (Fe2O3) y titanio (TiO2), ya que reaccionan con la sílice para formar un vidrio

de bajo punto de fusión afectando a la calidad y el rendimiento de los materiales

(Harbison y Walker, 2005, p. 19; NTE INEN 0608, 1981, p. 6).

En la Tabla 1.1 se presenta los valores de los puntos de fusión o de

reblandecimiento de algunos óxidos y compuestos más empleados en la industria

de los refractarios (Harbison y Walker, 2005, p. 16; Norton, 1972, p. 247).

Tabla 1.1. Puntos de fusión de algunos materiales refractarios

Nombre del mineral Fórmula Punto de fusión (°C)

Alúmina (Corindón) Al2O3 2 050

Óxido de calcio CaO 2 570

Óxido crómico Cr2O3 2 270

Magnesia (Periclasa) MgO 2 830

Sílice SiO2 1 173

Zirconia (Zircita) ZrO2 2 710

Óxido de titanio TiO2 1 840

Grafito C 3 525

Espinela Mg Al2O3

2 135

Mullita 3Al2O3 2SiO2 1 800

(Harbison y Walker, 2005, p. 16; Norton, 1972, p. 247)

4

Las propiedades características de los materiales refractarios dependen de la

naturaleza de éstos y para su entendimiento se analizará bajo una clasificación

por: composiciones químicas (ácidas, básicas y especiales), métodos de

implementación (formados y no formados) y porosidad (porosos y densos)

(Chaouki et al., 2014, p. 83).

1.1.1 COMPOSICIÓN QUÍMICA Y COMPORTAMIENTO DE LOS

REFRACTARIOS

Los materiales refractarios se clasifican de acuerdo con su carácter ácido, neutro

y básico en función de la composición química de los óxidos y compuestos

predominantes (NTE INEN 0609, 1981, p. 3).

1.1.1.1 Refractarios ácidos

Corresponden a materiales compuestos por sílice (SiO2), en forma libre o

combinada y en diferentes proporciones. Se clasifican en los siguientes tipos:

Silícicos

Los materiales refractarios silícicos se adaptan apropiadamente altas

temperaturas debido a su alta refractariedad, alta resistencia mecánica,

resistencia a la abrasión y al choque térmico, invariabilidad de volumen por sobre

los 1 200 °C, rigidez a temperaturas cercanas a las de los puntos de fusión,

además presentan buena resistencia a escorias ácidas (Harbison y Walker, 2005,

p. 21).

Las materias primas más utilizadas para la producción de refractarios de sílice

son: cuarzo (contiene de 96 a 97 % SiO2) y la cuarcita. Estos materiales tienen

una alta capacidad estructural a temperaturas elevadas y son empleados en la

5

industria del vidrio en las bóvedas y techos arqueados de los hornos, no son

aptos para estar en contacto con el vidrio fundido, son resistentes a la fluencia a

temperatura elevada lo que les permite ser usados para los periodos prolongados

de tiempo a temperaturas cercanas a la temperatura de fusión (Chaouki et al.,

2014, p. 85; Harbison y Walker, 2005, p. 21).

Se emplean también en la industria siderúrgica en las cúpulas de las estufas

Cowper de los altos hornos, donde se alcanzan temperaturas desde 1 650

a 1 710 °C (González, 2000, p. 5).

Además son utilizados en hornos de inducción sin núcleo para diversos tipos de

fundiciones, debido a que al ser resistentes a las escorias ricas en sílice

(denominadas escorias ácidas) son empleados como recipientes para

contenerlas. Sin embargo, a temperaturas inferiores a 650 °C, presentan menor

resistencia al choque térmico, y son fácilmente atacables por escorias básicas con

alta proporción de CaO y/o MgO (Harbison y Walker, 2005, p. 22; Ochoa, 2006,

p. 23).

Sílico – aluminosos

Los refractarios de sílice - alúmina requiere la síntesis de mullita a partir de

arcillas refractarias, minerales de silimanita, bauxita y mezclas de alúmina y arena

de sílice. Este tipo de materiales tienen varias aplicaciones como: revestimiento

de hornos de rotatorios, horno de molido de acero, hornos de vidrio, hornos de

cerámica, hornos para pan, revestimientos de calderas, soportes refractarios,

aislamiento térmico, entre otras y es un parámetro importante para su elección es

la relación costo con el tiempo de vida del material (Chaouki et al., 2014, p. 84).

Estos materiales pueden ser analizados en el diagrama de fases SiO2 - Al2O3.

Donde la composición eutéctica (7,7 % en peso de Al2O3) es muy cercana al

extremo del diagrama de fases (sílice pura), muy pequeñas cantidades de Al2O3

disminuyen la temperatura liquidus de forma significativa, lo cual indica que

6

cantidades importantes de líquido pueden estar presentes a temperaturas que

superen los 1 600 °C, como se puede observar en la Figura 1.2 (Ochoa, 2006,

p. 259).

Figura 1.2. Diagrama binario sílice - alúmina (Ochoa, 2006, p. 259)

Los materiales refractarios sílico - aluminosos a su vez se clasifican en dos tipos,

de acuerdo a la cantidad de alúmina, descritos a continuación:

Sílico - aluminosos con un tenor de alúmina (Al2O3) entre 20 y 45 %

Existe una gran variedad de productos fabricados con esta composición, mismos

que son elaborados con arcillas naturales entre ellas: caolinita

(2SiO2 Al2O3 2H2O), montmorillonita (3SiO2 Al2O3 (Mg,Ca,Na,K)O H2O + nH2O)

que es poco refractaria pero buen aglomerante, illita (4SiO2 Al2O3

(Fe,Mg,K,Ra)O nH2O) que presenta poca refractariedad, flint-clay es poco

plástica pero rica en alúmina, ball-clay que tiene buena plasticidad y

refractariedad (NTE INEN 0609, 1981, p. 3).

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Sílico - aluminosos con un tenor de alúmina (Al2O3) de entre un 55 y 100%

Este tipo de materiales se obtienen al agregar alúmina a las arcillas naturales,

entre las materias primas que aportan Al2O3 se encuentran: andalucita (Al2OSiO4

sistema cristalino ortorrómbico), silimanita (Al2O SiO4 sistema cristalino

ortorrómbico), cianita (Al2SiO5, sistema cristalino triclínico), gibsita (Al(OH)3,

sistema cristalino monoclínico prismático), bauxita (AlOx(OH)3-2x, donde x puede

ser un número entre 0 y 1), diásporo (AlO(OH) sistema cristalino triclínico),

corindón (Al2O3, sistema cristalino trigonal), etc las cuales se utilizan como inertes

previamente calcinadas (Ochoa, 2006, p. 258).

Con el aumento del porcentaje de alúmina, mejora la resistencia del material a la

temperatura y lo vuelve inerte a escorias básicas o ácidas, debido a que la

alúmina es anfótera, además mejora la resistencia a los gases de combustión y

aumenta la conductividad térmica. Esta relación se describe mejor por el

diagrama de fase de Al2O3 - SiO2, en la Figura 1.2 (Harbison y Walker, 2005,

p. 16; Ochoa, 2006, p. 259).

Los materiales refractarios de alta alúmina son relativamente de bajo costo y alto

rendimiento, se fabrican por diferentes métodos como: moldeo con barbotina,

prensado, moldeo por inyección, etc y no requiere de equipos costosos tales

como hornos con atmósfera controlada. En general, este tipo de materiales se

caracterizan por tener una baja expansión térmica y buena resistencia al

astillamiento. Se utilizan en la fabricación de los revestimientos de altos hornos,

cucharas de arrabio y cucharas de acero termo. Hay varias otras clases de

refractarios especiales de alta alúmina, como ladrillos de: mullita, consolidados

con fosfato, alúmina-cromo y espinela (Harbison y Walker, 2005, p. 17).

Ladrillos de mullita

Contienen predominantemente la fase mineral mullita (3Al2O3 2SiO2) con

contenidos aproximados de 71,8 % de Al2O3 y 28,2 % de SiO2, estos materiales

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soportan las aplicaciones más extremas debido a que tienen un bajo coeficiente

de expansión térmica, lo que le permite tener una alta resistencia al choque

térmico. Se emplean en la industria química, la industria del vidrio y en

aplicaciones de incineración de sólidos y gases altamente sucios, sus

características más relevantes son la estabilidad en volumen y resistencia al

ataque químico. Estos ladrillos no absorben las escorias, sino que estas forman

con los ladrillos una capa protectora de alta densidad que evita más desgaste

(Juettner, Heinrich, Svinka y Svinka, 2006, p. 1435).

Ladrillos de alúmina consolidados con fosfato

Estos materiales forman ortofosfato de aluminio (AlPO4) a temperaturas

relativamente bajas, se emplean en hornos eléctricos y en la industria del

cemento. Presentan buena resistencia a escorias ácidas, alta conductividad

térmica, resistencia al choque térmico y excelente propiedades ante el desgaste

mecánico (Hemrick et al., 2005, p. 39).

Ladrillo de alúmina - cromo

Formados por altos contenidos de cromo y bajo de impurezas, presentan alta

resistencia térmica y baja velocidad de fluencia, resistencia a escorias ácidas y a

la corrosión. Estos materiales son utilizados en las industrias del acero líquido,

aluminio, cemento, cal, entre otros (Hemrick et al., 2005, pp. 50-57).

Ladrillos de espinela

Son productos con alto contenido de alúmina con espinelas de magnesio

sintéticas, son idóneos en contacto con metales líquidos, en atmósferas

reductoras y en hornos de funcionamiento continuo bajo la influencia de

compuestos alcalinos y alcalinotérreos y presentan buena resistencia al choque

9

térmico. Para aplicaciones en contacto con acero líquido, estos ladrillos son

bañados en alquitrán para reducir su porosidad superficial (Harbison y Walker,

2005, p. 16; Hemrick et al., 2005, p. 32).

1.1.1.2 Refractarios neutros

Entre los materiales más comunes empleados en las diferentes industrias están

los refractarios de carburo de silicio, cromita, carbono-grafito y zircón.

Carburo de silicio

El carburo de silicio (SiC) se obtiene por electrofusión de carbono y silicio a

temperaturas mayores a 2 000 °C, este compuesto es relativamente inerte, tiene

alta potencialidad de uso en hornos y sistemas de calentamiento dada su alta

conductividad térmica, refractariedad, baja expansión térmica y estabilidad

mecánica a temperaturas de hasta 1 650 °C. Este tipo de materiales son usados

en retortas, muflas y tubos de recuperadores de calor, también en zonas de

hornos que requieran buena resistencia mecánica, resistencia al choque térmico y

a la abrasión, baja expansión térmica y buena dureza (Vargas, López, López,

Areiza y Monsalve, 2009, pp. 233-234).

Cromita

Se presenta como Cr2O3 FeO y contiene alrededor de 50 % de Cr2O3, es

químicamente neutro. Estos refractarios tienen una temperatura de ablandamiento

del orden de los 2 100 °C, se emplean en los hornos para separar refractarios

ácidos de los básicos y tienen alta resistencia a la corrosión. El mineral está

compuesto por dos estructuras, una de ellas consiste de una solución sólida de

espinelas altamente refractaria, representados por la fórmula general XO Y2O3,

10

donde X y Y pueden ser (Mg,Fe)O (Cr,AI,Fe)2O3 y la otra estructura menos

refractaria está compuesta principalmente por serpentina (silicato de magnesio

hidratado, 3MgO 2SiO2 2H2O) que está presente como impureza (Guzmán,

2001, pp. 5-6; Harbison y Walker, 2005, p. 13).

Carbono y grafito

Este tipo de refractarios está compuesto básicamente por carbono, debido a que

la temperatura de disociación de este elemento es superior a 3 700 °C, en estado

amorfo o cristalino, es decir como carbono o grafito, juegan un papel importante

en el mecanismo de resistencia al desgaste de materiales refractarios, ya que

permite que el material tenga baja mojabilidad al estar en contacto con la escoria,

vidrio o metales fundidos, presentan alta resistencia al choque térmico (Guzmán,

2001, p. 13).

Dentro de las principales aplicaciones que tienen este tipo de materiales están:

células electrolíticas para la obtención de aluminio, revestimientos inferiores de

altos hornos, moldes de refractarios de colado por fusión, electrodos del horno de

arco eléctrico, las láminas de grafito natural se mezclan con arcilla refractaria y se

utilizan en forma de crisoles y retortas. Sin embargo, su uso se limita a

aplicaciones donde se empleen atmósferas reductoras y temperaturas

relativamente bajas para evitar la combustión del carbono (Harbison y Walker,

2005, pp. 13-22; Norton, 1972, p. 193).

Zircón

El zircón es un silicato de zirconio (Zr2SiO2), con un 67 % de zirconia (ZrO2) y un

33 % de sílice (SiO2). El mineral más empleado para la producción de estos

materiales es el silicato de zirconio ZrSiO4 cuya temperatura de fusión es de

1 540 °C, y se descompone en ZrO2 y cristobalita, o bien en ZrO4 y vidrio de sílice

(Hemrick et al., 2005, p. 50; Norton, 1972, p. 192).

11

Los materiales refractarios de zircón son de uso poco común, son débiles ácidos y

bajo ciertas condiciones se comportan como neutros. Se utilizan en procesos

especiales como en la producción de ladrillos de alúmina pura por electrofusión,

que se produce a 2 000 °C y en crisoles para refinar aleaciones especiales, sin

embargo se emplea mayoritariamente como aditivo a otros refractarios para

aumentar la resistencia al choque térmico y a la acción de escorias (Harbison y

Walker, 2005, p. 24).

1.1.1.3 Refractarios básicos

Los refractarios básicos son materiales que presentan alta resistencia a la

corrosión debido a reacciones con escorias básicas y ácidas, entre ellos están los

refractarios de dolomita y magnesita.

Dolomita

Este mineral carbonato doble de calcio y magnesio (CaMgCO3), al ser calcinado

contiene 58 % de CaO y 42 % de MgO. En estado puro su punto de fusión es de

2 300 °C, tiene alta resistencia a las escorias básicas y excelente resistencia al

choque térmico, sin embargo tiene una alta sensibilidad a la hidratación después

de su calcinación. Este fenómeno es reducido llevando la calcinación hasta los

1 700 °C, obteniéndose así una parcial sinterización o empleando alquitrán. Este

tipo de materiales son usados en hornos rotatorios para la producción de cemento

y ofrecen un equilibrio entre bajo costo y buena refractariedad (Chesters,


Magnesita

La materia prima para la producción de refractarios de magnesita es el carbonato

de magnesio (MgCO3) que al ser calcinado se obtiene óxido de magnesio (MgO) y

12

dióxido de carbono (CO2). La magnesita tiene alta refractariedad y es muy

resistente al ataque de escorias básicas, sin embargo es poco resistente al

choque térmico (Chesters, 1993, p. 118; Harbison y Walker, 2005, p. 11).

Este tipo de materiales se aplican en las paredes de los Hornos Siemens Martín,

paredes y soleras de hornos eléctricos y los revestimientos de trabajo de los

convertidores LD y OBM en industria del acero, paredes de hornos rotatorios para

la producción de cal y cemento, entre otros (Ochoa, 2006, p. 24; Chesters, 1993,

p. 166).

1.1.2 REFRACTARIOS SEGÚN EL MÉTODO DE IMPLEMENTACIÓN

Los refractarios según los métodos de implementación se dividen en: formados y

no formados.

1.1.2.1 Materiales refractarios formados

Los materiales refractarios formados son las mezclas de componentes refractarios

con forma y volumen definidos, de acuerdo a diferentes requerimientos. Entre las

diversas líneas de refractarios están los ladrillos, crisoles, losetas de carburo de

silicio para hornos, soportes para hornos, bloques para hornos de forjado, bloques

para quemadores, bloques para purgadores y salidas de colada, etc (Hemrick

et al., 2005, p. 55).

1.1.2.2 Materiales refractarios no formados

Estos son materiales a granel producto de mezclas refractarias en polvo o en

pasta húmeda y se elaboran directamente en el lugar donde se requiere su uso,

se instala apisonando para formar revestimientos completos o parches y se

adaptan a cualquier forma, contorno o espesor, por ende se pueden emplear en

13

bóvedas de hornos eléctricos, hornos con fases corrosivas, bloques quemadores,

hornos de laminación, fosas de molinos, deltas de hornos, etc según Fycomex,

una industria de que elabora materiales para la fundición y siderúrgica (Hemrick

et al., 2005, p. 32).

1.1.3 REFRACTARIOS SEGÚN LA POROSIDAD

Los refractarios de acuerdo a la porosidad se dividen en refractarios densos y

aislantes (Chaouki et al., 2014, p. 83).

1.1.3.1 Refractarios densos

Son los refractarios que presentan una porosidad total inferior a 40 %, la baja

porosidad permite una buena solidificación de los materiales aumentando la

resistencia mecánica (Norton, 1972, p. 320).

1.1.3.2 Refractarios aislantes

Este tipo de materiales tiene una porosidad total de por lo menos 45 %, por lo

tanto tiene baja conductividad térmica y baja capacidad térmica. Los materiales

aislantes se hacen porosos por medio de varios métodos a fin de romper los

caminos por los cuales el calor viaja a través del sólido (Norton, 1972, p. 320).

Los primeros hornos de cocción cerámica y de fusión fueron construidos con

paredes muy gruesas con refractarios muy densos debido a que era difícil

conseguir un buen aislamiento para evitar el sobrecalentamiento del

revestimiento. Sin embargo, hoy en día se trabajan a temperaturas más altas, por

lo que se requiere el uso de paredes más delgadas con menores pérdidas de

calor, es decir que con una reducción de superficie y de volumen de refractarios

14

se consigue un ahorro de combustible debido al menor almacenamiento de calor

en las paredes (Norton, 1972, p. 321).

1.1.4 PROPIEDADES FÍSICAS, MECÁNICAS, TÉRMICAS Y QUÍMICAS DE

LOS REFRACTARIOS

1.1.4.1 Conformabilidad

La conformabilidad se refiere a la propiedad por la cual mediante la adición de

una cierta cantidad de agua los materiales arcillosos adquieren la forma deseada.

La elevada plasticidad de las arcillas es consecuencia, de su morfología laminar,

tamaño de partícula del orden de micras que tienen amplia área superficial y alta

capacidad de hinchamiento. La plasticidad puede ser cuantificada mediante la

determinación de los Límites de Atterberg (limite líquido, limite plástico e índice de

plasticidad). Estos límites marcan una separación entre los cuatro estados de

comportamiento de un suelo sólido, semisólido, plástico y semilíquido o viscoso

(Gómez y Cirvini, 2003, p. 18).

La relación existente entre los límites y el índice de plasticidad ofrece una gran

información sobre la composición granulométrica, comportamiento, naturaleza,

calidad y utilidad de la arcilla. Atterberg definió un "índice de plasticidad" calculado

como la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico, y los definió de la

siguiente manera (Andrade, Al-Qureshi y Hotza, 2010, p. 1).

Friables o desmenuzables (IP < 1)

Débilmente plásticos (1 < IP < 7)

Medianamente plásticos (7 < IP < 15)

Altamente plásticos (IP > 15)

El conocer los límites de Atterberg de una arcilla no indica cual es el agua óptima

de amasado, sin embargo señala los límites entre los que se debe buscar la

humedad adecuada (Osorio, 2010, p. 1).

15

La plasticidad de una arcilla y por ende de una mezcla de materiales arcillosos es

representada en la Figura 1.3 denominado Diagrama de Casagrande, en él se

clasifica al material de acuerdo a las diferentes zonas formadas en función del

límite líquido e índice de plasticidad (Santos et al., 2009, p. 55).

Figura 1.3. Diagrama de plasticidad de Casagrande (Santos et al., 2009, p. 55)

1.1.4.2 Densidad, porosidad y gravedad específica aparente

La densidad, la absorción de agua y la porosidad de los productos cocidos están

influenciados por muchos factores como: el tipo y la calidad de las materias

primas, el tamaño de las partículas, la humedad contenida en el momento de

prensado, la presión de prensado, la temperatura y la duración de la cocción,

atmósfera del horno y la velocidad de enfriamiento (Harbison y Walker, 2005,

p. 34).

La densidad aparente es una medida de la relación del peso de un refractario con

respecto al volumen que ocupa. La densidad de los refractarios es un parámetro

indirecto de su capacidad o habilidad para almacenar el calor y es particularmente

importante en aplicaciones tales como las instalaciones de regeneración, es el

caso particular de ladrillos refractarios para hornos (Harbison y Walker, 2005,

p. 34).

16

La porosidad aparente es una medida de los poros abiertos o interconectados en

un refractario y tiene un efecto sobre su capacidad para resistir la penetración de

metales, escorias y fundentes, y en general cuanto mayor sea la porosidad mayor

será el efecto aislante del refractario. La porosidad real representa una ligereza

total de la muestra, y considera tanto los poros abiertos como los cerrados. La

porosidad cerrada se refiere a la porosidad dentro de los granos gruesos, que no

se puede determinar fácilmente. Además se puede hacer una distinción entre los

poros abiertos, que se presentan a temperaturas inferiores a la de maduración o

estabilización, y los poros cerrados que aparecen a veces por encima de dicha

temperatura de maduración (Norton, 1972, p. 184; Richerson, 1981, p. 129).

1.1.4.3 Resistencia a la abrasión

Esta propiedad de los refractarios mide la resistencia que la superficie refractaria

demuestra hacia las acciones de desgaste relacionadas con el movimiento de

cuerpos, superficies o materiales en contacto con ella, por lo tanto es requerida en

materiales refractarios que son sometidos a impacto por piezas pesadas cuando

son cargadas en el horno, además se produce abrasión por contacto con sólidos

metálicos o no metálicos, choque directo con polvos abrasivos o gases a alta

velocidad (Harbison y Walker, 2005, p. 34; Hemrick et al., 2005, pp. 28-41).

1.1.4.4 Resistencia a la compresión en frío

Es una propiedad de los materiales refractarios que tiene estrecha relación con la

compacidad, grado de vitrificación interna, granulometría y porosidad, así como

las demás características mecánicas. Posterior a la determinación de esta

propiedad se puede realizar pruebas de resistencia a temperaturas elevadas que

permitan evaluar la capacidad de un material para soportar las tensiones

causadas por la expansión térmica, carga mecánica, resistencia a la abrasión,

resistencia a la corrosión por metales y escorias, entre las principales (Harbison y

Walker, 2005, p. 34).

17

1.1.4.5 El módulo de ruptura (MOR)

El módulo de ruptura se define como la tensión máxima que un espécimen de

prueba rectangular puede soportar en una prueba de flexión de 3 puntos hasta

que se rompe, expresado en N/mm2 o MPa. El método de prueba estándar

internacional se describe en la norma ISO 5013:1985 destinada a los productos

refractarios, además determina la carga máxima sometida a altas temperaturas,

como una propiedad termofísica que proporciona un parámetro importante para el

control de calidad y del desarrollo de revestimientos refractarios (Hemrick et al.,

2005, pp. 29-32).

1.1.4.6 Cono pirométrico equivalente (PCE)

Debido a la heterogeneidad de su composición y estructura, los refractarios de

cerámica no exhiben un punto de fusión uniforme. La refractariedad está

caracterizada por la determinación óptica del cono pirométrico equivalente (PCE),

es decir identificar la temperatura en la que la punta de un cono fabricado con el

material de prueba se ablanda hasta tocar la base del mismo. En la Tabla 1.2 se

diferencian dos tipos de conos: Orton adoptado como patrón normalizado por

Estados Unidos y Seger normalizado por Alemania (Hemrick et al., 2005, p. 31;

NTE INEN 0608, 1981, p. 12).

Tabla 1.2. Temperatura de equivalencia de conos pirométricos

Cono Orton

No.

Temperatura

(°C)

Cono Orton

No.

Temperatura

(°C)

Cono Orton

No.

Temperatura

(°C)

12 1 337 26 1 621 34 1 763

13 1 349 27 1 640 35 1 785

14 1 398 28 1 646 36 1 804

15 1 430 29 1 659 37 1 820

16 1 491 30 1 665 38 1 835

17 1 512 31 1 683 39 1 865

18 1 522 31½ 1 699 40 1 885

19 1 541 32 1 717 41 1 970

20 1 564 32½ 1 727 42 2 015

(NTE INEN 0575, 1981, p. 8)

18

1.1.4.7 Conductividad térmica

Es una de las propiedades determinantes para la transferencia de calor de los

materiales refractarios, es así que cuando se calienta un horno, los flujos de

energía causan una diferencia de temperatura entre el interior y exterior de las

superficies de las paredes y techos, parte de esta energía térmica se almacena en

el refractario y luego se pierde en el aire exterior por radiación y convección,

convirtiéndose en un importante factor en la economía del proceso (Harbison y

Walker, 2005, p. 38).

La energía térmica de un material es consecuencia de la transferencia de energía

por vibración y rotación que tiene los átomos dentro del material, cambio de

niveles de energía de los electrones en la estructura, cambios en las posiciones

atómicas durante la formación de defectos en la red de las microestructuras que

lo conforman (Richerson, 1981, p. 135).

La conductividad térmica de los refractarios puede ser alterada durante el servicio

por cambios minerales o vitrificación del material refractario, o por absorción de

escorias, metales u otros materiales, por el desgaste del material o formación de

nuevas capas sólidas, por el tipo de atmósfera empleada y las corrientes de

gases. Es así que atmósferas de hidrógeno cuya conductividad térmica es siete

veces mayor que la de aire, al entrar en contacto con un refractario poroso

aumenta la tasa de flujo de calor al doble (Harbison y Walker, 2005, pp. 42-43).

Algunos materiales refractarios empleados en paredes y en el techo requieren

que tengan una mínima transferencia de calor hacia el exterior, es decir deben

tener una baja conductividad térmica. Por el contrario, materiales como muflas o

crisoles de precocción requieren refractarios con un valor alto de conductividad

(Norton, 1972, p. 311).

La conductividad térmica en las arcillas es baja debido a la porosidad que

incrementa la dispersión cuyo valor de bibliografía a 400 °C es 0,030 W/m°C. En

la Tabla 1.3 se muestra los valores correspondientes a la conductividad térmica

19

de diversos materiales refractarios ensayados a diferentes temperaturas (Freire,


Tabla 1.3. Conductividad térmica de diversos materiales refractarios

Coeficiente de conductividad térmica W/m °C

Temperatura 316 °C 650 °C

Arcilla refractaria Súper servicio 0,436 0,441

Alto servicio 0,361 0,369

Alta alúmina

60 % alúmina 0,579 0,574

70 % alúmina 0,694 0,641

85 % alúmina 0,819 0,721

90 % alúmina 0,975 0,824

Sílice Súper servicio 0,401 0,450

Básicos

Magnesita 3,267 1,954

Magnesita-cromo

cocido 0,797 0,677

Cromo 0,677 0,668

Magnesita-cromo

no cocido 0,819 0,766

Magnesita-carbón 6,677 5,119

Zirconio 0,997 0,734

Carburo de silicio 5,395 4,986

(Harbison y Walker, 2005, p. 42)

1.1.4.8 Resistencia a la corrosión por escorias y vidrios fundidos

La corrosión es una de las propiedades químicas más importantes en los

materiales refractarios, principalmente en aplicaciones como revestimientos

empleados en procesos de reducción y afino en acerías, metales no férreos,

industria del vidrio u hornos con circulación de cenizas o escorias (Gutiérrez,

Barbés, Goñi, Alfonso, Parra y Verdeja, 2002, p. 1).

En este tipo de procesos la corrosión es un tema complejo por la diversidad de

mecanismos paralelos al ataque químico, termomecánico y procesos de desgaste

tribológico que pueden definir durante el servicio, sin embargo apreciable en

características físicas y químicas durante el ataque que no son uniformes por

tratarse de materiales y medios heterogéneos, en general el resultado del ataque

químico depende de las siguientes consideraciones termodinámicas: temperatura,

20

composición del fundido, composición de todas las fases refractarias, presión y

atmósfera del horno (De Aza, 1996, p. 87).

Esta corrosión implica fenómenos de disolución y precipitación de nuevas fases

cristalinas. Sin embargo, la interpretación de las observaciones microscópicas es

complejo debido a la cristalización de los vidrios líquidos durante el enfriamiento,

donde la microestructura de los minerales observados a temperatura ambiente no

necesariamente son los producidos a altas temperaturas. La composición de las

fases vítreas también cambia con la temperatura (Chaouki et al., 2014, p. 95).

Debido a las diferentes composiciones de las cargas fundentes empleadas para la

refinación de minerales y, en general cada uno de ellas tiene tantos elementos

presentes que es difícil unirlos en un solo sistema, cuando se añaden los

componentes del refractario, y los productos que derivan de dichas reacciones

resultan complejos (Harbison y Walker, 2005, p. 44; Norton, 1972, p. 287).

Sin embargo, en su mayoría los sistemas que son particularmente aplicables a las

reacciones escoria-refractario son:

SiO2 – Al2O3 – CaO [1.2]

SiO2 – Fe2O3 – CaO [1.3]

SiO2 – CaO – Na2O [1.4]

Además se debe considerar combinaciones con pequeñas cantidades de otros

materiales como litargirio (PbO) o bien fósforo (P) que influyen grandemente en la

acción de la escoria. Se ha demostrado en varios trabajos de investigación que se

establece una zona de reacción entre el refractario sólido y la escoria fluida, esta

zona tiene pocos milímetros de espesor en todos los casos, pero se vuelve más

delgada cuando la velocidad de flujo de la escoria aumenta y la velocidad del

corrosión del refractario aumenta (Norton, 1972, p. 289).

Otro factor importante a evaluar es la porosidad del refractario frente a la

resistencia de las escorias y vidrios fundidos pues, si el refractario es un material

21

denso, tendrá una superficie uniforme, pero si el refractario es poroso, la

superficie puede engrosar considerablemente debido a la penetración de la

escoria en los poros (Norton, 1972, p. 290).

Para determinar si una escoria en particular es ácida o básica, se analiza la

relación de cal - sílice y como regla general, si la relación de CaO/SiO2 (o CaO +

+ MgO/SiO2 relación Al2O3) es mayor que 1, la escoria se considera básica. Si la

relación es menor que 1, la escoria es considera ácida. Las arcillas refractarias

son utilizadas para trabajar con escorias ácidas, mientras que los refractarios de

alta alúmina, de magnesia, cromo o una mezcla de estos dos materiales se

emplean para flujos ligeramente básicos (Harbison y Walker, 2005, p. 44).

1.2 PROCESOS DE OBTENCIÓN DE MATERIALES

REFRACTARIOS

La fabricación de materiales refractarios tiene estrecha relación con el

conocimiento de la combinación adecuada de los compuestos químicos y

minerales responsables de la refractariedad, estabilidad térmica, resistencia a la

corrosión y expansión térmica requeridas.

Las tecnologías empleadas para la fabricación de los refractarios en general tiene

la misma secuencia de procesamiento que para la mayoría de cerámicas

tradicionales, las que incluyen: análisis físico-químicos, preparación de las

materias primas (reducción y homogenización del tamaño de partícula), procesos

de formado, secado y cocción (Guzmán, 2001, p. 23).

1.2.1 CONTROL DE CALIDAD DE LAS MATERIAS PRIMAS

El proceso de fabricación de los refractarios empieza por una adecuada selección

de las materias primas, mismas que son analizadas química y mineralógicamente

22

a fin de verificar su calidad pues puede contener componentes minoritarios que

afecten al rendimiento de los materiales refractarios (Harbison y Walker, 2005,

p. 34).

1.2.2 REDUCCIÓN DE TAMAÑO

La preparación de las materias primas comienza con operaciones de reducción de

tamaño mediante métodos físicos como: trituración y molienda. Estos

procedimientos facilitan el transporte de los materiales, operaciones físicas de

dosificación, mezclado, aglomeración y permiten las reacciones químicas. Además

la clasificación del tamaño de partícula denominado tamizado es una de las

operaciones más importantes, pues de ello depende lograr las propiedades

óptimas requeridas para cada aplicación; los refractarios requieren distribución de

tamaños de partículas bimodal o multimodal en el orden de cientos de micras

(Richerson, 1981, pp. 379-381).

1.2.3 DOSIFICACIÓN Y MEZCLADO

La dosificación de los refractarios depende de las composiciones de las pastas

refractarias y de las características a obtener, lo cual se rige a ciertos factores

como: refractariedad de las materias primas acompañadas de una formulación en

peso, volumen, molar y atómico de acuerdo al requerimiento de las propiedades a

desempeñar (Richerson, 1981, p. 413).

Las materias primas homogenizadas forman una mezcla refractaria, misma que

dependiendo de la plasticidad que presente o método de formado seleccionado

requiere una humedad adecuada y un tiempo necesario para la homogenización

de la humedad denominado maduración. La cantidad de agua a añadir, se

determina haciendo diversas pruebas con distintas adiciones y determinando en

cada caso la plasticidad y la moldeabilidad (De Aza, 2004, p. 101; Santos et al.,

2009, p. 52).

23

1.2.4 FORMADO

Los procesos de formado de los materiales refractarios depende de las

propiedades plásticas y de flujo de las pastas cerámicas, es decir de la

trabajabilidad de las mismas, por lo que los métodos de moldeo se dividen de

acuerdo a la condición de la pasta, según alguno de los tres procedimientos

detallados a continuación:

1.2.4.1 Prensado

Mediante el prensado se logra una distribución uniforme de la mezcla de material

en el molde empleando una presión suficientemente alta, para compactar la

mezcla en una unidad de dimensiones definidas, la cual pueda manejarse sin

romperse. Existen varios factores que influyen en la operación de prensado entre

ellos la granulometría empleada, la plasticidad de las materias primas, el

contenido de humedad, la forma de llenado de los moldes, la velocidad de

aplicación de la presión, la dirección de prensado, etc (De Aza, 2004, p. 88).

Se consideran como proceso de prensado las operaciones de moldeado a mano o

empleando moldes de yeso, para adquirir ciertas piezas donde se compacta la

pasta al dejar asentar el molde macho por gravedad antes de dar el primer golpe

y procurar que éste no sea muy intenso para así permitir que el aire salga.

Mientras que los golpes adicionales sirven para aumentar la compacidad de la

pieza, es obvio que todo o casi todo el efecto de desaireación se logra con el

primer golpe (De Aza, 2004, p. 102).

Los moldes generalmente se construyen teniendo ángulos de 90°, sin embargo,

por la experiencia, y a través de numerosas medidas sobre el producto, se

pueden construir de tal manera que teniendo ángulos diferentes a éste, den lugar

a piezas con sus ángulos perfectamente a escuadra, pero una solución de este

tipo requiere un profundo conocimiento de todo el proceso (De Aza, 2004, p. 106)

24

En la Figura 1.4 se muestra un esquema para el conformado de una pieza

mediante prensado, empleando moldes de escayola o de yeso y pasta en estado

plástico preamasada.

Figura 1.4. Esquema de la técnica de prensado (ASCER, 2012, p. 79)

1.2.4.2 Extrusión

La extrusión da forma a las piezas con una mayor densificación del producto final,

este método emplea pastas con contenidos de humedad de entre el 10 y 25 %. La

pasta es propulsada a través de una sección determinada y luego es cortada o

troquelada con las dimensiones requeridas (Borkosky, 2010, p. 7).

En la Figura 1.5, se muestra un esquema de las técnicas de extrusión, empleadas

para la producción de materiales cerámicos con secciones constantes.

Figura 1.5. Esquema de las técnicas de extrusión (ASCER, 212, p. 25)

25

1.2.4.3 Vaciado líquido o colado

Este método consiste en verter barbotina, que es un líquido newtoniano formado

por la mezcla de arcillas en agua en un molde poroso de yeso (2CaSO4 H2O). En

el caso de barbotinas con alto contenido de chamota, el peso específico es alto

comparado con muchas pastas para loza blanca, que generalmente se sitúan en

alrededor de 2,0. La barbotina es vertida en el molde, llenando todos los

recovecos y forma una capa de material firme en la superficie del molde, luego el

sobrante es retirado del molde (Borkosky, 2010, pp. 6-7).

En la Figura 1.6 se muestra un esquema de la técnica de vaciado.

Figura 1.6. Esquema de la técnica de vaciado líquido o colado (ASCER, 2012, p. 79)

1.2.5 SECADO

Este proceso es importante ya que elimina el agua no combinada (intersticial), la

no absorbida y la enlazada químicamente, como se muestra en la Figura 1.7, la

cual puede secarse al ambiente o empleando circulación de aire con humedad

controlada donde los valores de humedad y temperatura son inversamente

proporcionales (Muñoz, Muñoz, Mmancill y Rodríguez, 2007, p. 72).

El proceso de secado se puede realizar de varias maneras (convección, radiación,

microondas, etc), la velocidad de difusión del agua depende de la temperatura a

la que está expuesta la pieza, naturaleza mineralógica del material, magnitud y

26

forma de las partículas, porcentaje de agua en la pasta, estado higrométrico y

humedad relativa del aire, como se observa en la (Ricciardiello, Minichelli y

Battlistella, 2004, pp. 2-3).

Figura 1.7. Forma de presentación de agua en las arcillas

1.2.6 COCCIÓN

La cocción es una de las operaciones de vital importancia en el procesamiento de

materiales refractarios, donde se producen transformaciones de algunos

minerales, eliminación del agua ligada a las materias primas, oxidación de la

materia orgánica, eliminación de gases formados por las diversas reacciones y

cambios en el volumen, procesos detallados a continuación (Harbison y Walker,

2005, p. 20).

El caolín cristalizado al alcanzar la temperatura de 450 °C, sufre una pérdida de

peso del 14 % y una absorción de calor de 170 cal/g. A 550 °C se produce la

deshidroxilación de los grupos hidroxilos que contiene la caolinita, formando

metacaolinita:

[1.5]

A 573 °C se produce la transición de fase de cuarzo α a β, acompañada de una

considerable expansión o cambio de volumen cerca de un 0,9 %, como se

muestra en la Figura 1.8.

27

Figura 1.8. Dilatación térmica de materiales refractarios (Rosero, 2006, p. 19)

Aproximadamente a 950 °C, el metacaolín se transforma en una fase cristalina

denominada espinela y sílice amorfa libre. La estructura con un aluminosilicato

γ Al2O3 conteniendo alrededor de 8 % en peso de SiO2.

Por encima de 1 050 °C la espinela se transforma gradualmente en mullita y

cristobalita con una fase amorfa o vítrea. La mullita se denominada primaria, la

morfología de esta fase es escamosa y partículas muy pequeñas (< 0,5 µm).

A 1 200 °C se forma mullita en el residuo de las partículas de feldespato,

obteniéndose la denominada mullita secundaria, la morfología de esta fase es

acicular y las partículas son grandes (>1 µm).

A 1 350 °C la composición es de un 30 % de mullita, 15 % de cristobalita y un

55 % de fase vítrea. Esta secuencia de acontecimientos se representa en la

Figura 1.9 (Norton, 1972, p. 181).

28

Figura 1.9. Diagrama esquemático mostrando la cantidad de constituyentes

cuando se calienta el caolín bien cristalizado (Norton, 1972, p. 181)

Debido a ello, el proceso de sinterización debe contar con una apropiada curva de

calentamiento, en la cual se tenga presente las regiones más críticas para cada

refractario en función de las reacciones que pueden ocurrir, además de cumplir

rigurosamente con la curva de cocción tanto en la zona de calentamiento como de

enfriamiento a fin evitar tensiones y roturas. Así mismo, es importante tener en

cuenta la influencia de materiales fundentes como los álcalis, compuestos de

hierro, fluoruros, y tierras alcalinas que disminuyen la viscosidad de la fase vítrea

y permiten que tengan lugar las reacciones a velocidades mayores, o con la

misma velocidad a temperaturas inferiores (Norton, 1972, p. 183).

1.3 CRISOLES SEMIREFRACTARIOS, USOS, APLICACIONES Y

CARACTERÍSTICAS

Los crisoles jugaron un papel importante en el desarrollo de la metalurgia como

contenedores de cargas fundentes a las altas temperaturas y condiciones

necesarias para impulsar los procesos de fusión, como colectores para el metal

29

fundido. Al mismo tiempo, los primeros crisoles tenían que permitir ciertos

requerimientos, tales como espacios destinados para colocar sopletes o toberas

que permitan dejar fluir aire, crisoles de levantamiento con inclinación, en general

los primeros crisoles muestran una gran variedad de formas y decoraciones

(Thornton y Rehen, 2009, p. 2701).

Actualmente, existe una diversidad en cuanto a materiales, tamaños y

dimensiones. Para la elección del tipo de crisol a emplear se debe conocer el tipo

de aleación, metal y/o cargas fundentes que se van a procesar, el tipo de horno y

combustible a utilizar, todo relacionado a alcanzar una excelente conductividad

térmica y buena resistencia a la acción de las escorias, además de la capacidad

requerida por fundición (Rosero, 2006, p. 31).

Los refractarios de aluminosilicato presentan puntos de fusión altos y buenas

propiedades refractarias, razones por las que son usados en la industria de la

fusión de metales. Sin embargo, son propensos al fallo por choque térmico

causada por los cambios bruscos de temperatura al ser expuesto al exponerse de

repente a condiciones ambientales. Norton, Kingery y Hasselman fueron algunos

de los primeros que realizaron investigaciones sobre los efectos adversos del

choque térmico en cerámicas refractarias (Baker, Zimba, Akpan, Bashir, Watola

y Soboyejo, 2006, p. 2665).

En el procesamiento de metales líquidos a temperaturas elevadas, es importante

cubrir el metal con una fase de protección y de aislamiento térmico denominada

escoria, que es capaz de actuar como depositario de las impurezas que se

eliminan del metal líquido durante el refinado.

La escoria se mantiene normalmente en un estado fundido y se compone

principalmente de una mezcla de óxidos que sirven como fundentes. Esto ayuda a

lograr la posterior separación limpia del metal de las impurezas. Estas dos fases

líquidas, la escoria y el metal, se encuentran en un horno y en un reactor cuyo

material tiene un mayor punto de fusión (Cameron, 1987, pp. 1-2).

30

Los crisoles de carburo de silicio y grafito son ampliamente aplicados en la

industria de la fundición de metales no ferrosos como el aluminio, cobre y bronce,

a su vez estos se dividen en:

Crisoles de grafito - arcilla

Crisoles de carburo de silicio – grafito (Corona, 2007, p. 37).

1.3.1 Crisoles de arcilla refractaria

Los crisoles están formados por una mezcla de grafito y arcilla aglutinante, suelen

usarse para la fusión, la conservación del calor y la colada. Con respecto al

aluminio tienen un comportamiento neutro; sin embargo las paredes pueden ser

químicamente atacables por el flúor y dar lugar a una gasificación no deseada del

caldo. Esto se puede evitar mediante un vidriado protector externo que impida la

absorción de humedad y una combustión excesivamente fuerte del grafito por el

lado caliente del crisol. El tiempo de vida útil de los crisoles de grafito depende del

tipo de horno, tipo de calentamiento, aleación que se funde y de su temperatura

de fusión, a la vez que del tratamiento a que se someta el caldo (Hernández,

2008, p. 1).

1.3.2 Crisoles de carburo de silicio

El crisol de carburo de silicio aglutinado con carbono se ha desarrollado

ampliamente en los últimos años, a la vez que han mejorado sus características.

Tiene una ligera ventaja con respecto al crisol de arcilla grafitada, ya que la

conductividad calorífica y el rendimiento de fusión permanecen constantes, por lo

que no tiene límite su duración con relación a la conductividad. Además, tiene una

mayor resistencia a los cambios de temperatura. Son empleados para aleaciones

de latón y cobre, también en hornos de inducción y para tratamientos con

fundentes en fusiones intensas, presentan una excelente resistencia a la

oxidación y en general tienen larga vida de servicio (Hernández, 2008, pp. 1-2).

31

Existe una gran variedad de formas, dimensiones y composiciones de crisoles

refractarios, en función de las aplicaciones ya sea empleados en ensayos de

laboratorio o a escala industrial, en la Figura 1.10 se observa una división general

en función de la forma de los crisoles.

Figura 1.10. Formas generales de crisoles refractarios (Terminex S.A. de C.A., 2009)

32

2. PARTE EXPERIMENTAL

Actualmente la industria cerámica genera diversos residuos industriales y uno de

los principales y quizás con mayor valor económico corresponde al desecho de

cerámicos refractarios, que hasta el momento no ha sido aprovechado mediante

reciclado, reutilización, recuperación o cualquier otra acción destinada a la

valorización del mismo. El objetivo del presente trabajo es utilizar los desechos

industriales de materiales refractarios y, mediante una formulación con arcillas

nacionales, establecer un proceso tecnológico para fabricar crisoles

semirefractarios de 230 cm3 de capacidad que posteriormente serán empleados

en procesos de fusión de metales y escorias a escala laboratorio.

Para el desarrollo de esta investigación se emplearon tres materias primas

denominadas desechos refractarios (DRF), arcilla magra (ATF) y caolín (APB) a

las cuales se las caracterizó física, química y mineralógicamente. Seguidamente

se formularon pastas cerámicas semirefractarias y se evaluaron sus propiedades

cerámicas y físicas, tales como determinación de los límites de Atterberg,

contracción lineal, pérdida de peso, porosidad, absorción y densidad aparente de

pastas quemadas a diferentes temperaturas de cocción. A partir de los resultados

obtenidos, se seleccionó las condiciones que permitan obtener las mejores

características de conformabilidad (plasticidad) y la temperatura de cocción que

proporcione el menor porcentaje de absorción aparente y se elaboraron los

crisoles, se determinaron sus propiedades físicas y térmicas, así como las

dimensiones generales, coeficiente de conductividad térmica, resistencia a

choque térmico y a las escorias.

Finalmente se definieron el diagrama de flujo, el dimensionamiento de los equipos

necesarios como: trituradora de mandíbulas, molinos de rodillos y de bolas,

amasadora de arcillas y horno cerámico. Se evaluó la prefactibilidad económica a

través de la determinación de los índices económicos como VAN, TIR y B/C para

la implementación de la planta piloto para la producción de crisoles

semirefractarios de 1 500 kg/mes de capacidad.

33

En la Figura 2.1 se muestra un esquema general de las acciones que fueron

empleadas para la elaboración de los crisoles semirefractarios.

Caracterización física,

química y mineralógica

Amasado y maduración de

la pasta

Evaluación de

propiedades físicas

Moldeado

Secado

(T amb por 48 h

y a 80 °C por 4 h)

Cocción

(1000, 1050, 1100

y 1150 °C)

Molienda

(45 min, 50 % de carga)

Secado

(48 h a T amb)

Agua

(CMC al 1 %)

Dosificación y

homogenización de la pasta

Evaluación de propiedades

físicas, químicas y térmicas

Selección de la pasta y

elaboración de lo crisoles

Diseño de la

planta piloto

Pasta

residual

Agua

Reducción y

homogenización del tamaño

Materias primas

(DRF, ATF, APB)

dp ≥ 50 mm

≤ 180 µm

Agua y

pérdidas por

calcinación

Figura 2.1. Esquema de la metodología empleada para la elaboración

de crisoles semirefractarios

34

2.1 CARACTERIZACIÓN FÍSICA, QUÍMICA Y MINERALÓGICA

DE LOS DESECHOS REFRACTARIOS INDUSTRIALES Y LAS

ARCILLAS ECUATORIANAS EMPLEADAS

Los desechos refractarios fueron obtenidos de una industria dedicada a la

producción de materiales cerámicos para la construcción localizada en Calacalí

provincia de Pichincha, los cuales eran empleados como soportes para la cocción

de diferentes materiales en las vagonetas utilizadas en los hornos. La arcilla

magra fue proveniente de la provincia de Imbabura y el caolín de Pastaza.

Las materias primas secas fueron sometidas a una reducción de tamaño por

separado como se muestra en la Figura 2.2, se emplearon una trituradora de

mandíbulas marca BRAUM CHIPMUNK VD67, un molino de rodillos y un molino

de bolas ambos de fabricación nacional. Los materiales obtenidos fueron

tamizados por una malla No. 80 (180 µm) en un tamiz vibratorio, con un circuito

cerrado de reducción de tamaño, donde se clasificó los materiales homogéneos

menores a 180 µm que es tamaño recomendable por De Aza (2004), en función

del tamaño de las piezas a formar (p. 101).

> 180 µm

Trituración

primaria

Molienda

(100 rpm, 4 h,

50 % de carga)

Tamizado

ATF

dp ≥ 50 mm

APB

dp ≥ 50 mm

DRF

dp ≥ 50 mm

DRF

dp≤180 µm

ATF

dp≤180 µm

APB

dp≤180 µm

Figura 2.2 Esquema seguido para la reducción de tamaño de las materias primas

35

2.1.1 CARACTERIZACIÓN FÍSICA DE LAS MATERIAS PRIMAS

La caracterización física de las materias primas denominadas: desechos

refractarios (DRF), arcilla magra (ATF) y caolín (APB) comprendió análisis

granulométricos según Norma ASTM C 136-01 y la determinación de la densidad

real y aparente según la Norma NTE INEN 0572.

2.1.1.1 Análisis granulométrico y determinación del d80

Se realizó un análisis del tamaño de partícula de las materias primas después de

la reducción de tamaño primaria, a la alimentación y producto de las moliendas

según sea el caso, se clasificó los materiales dentro de un rango de

granulometría, para lo cual se aplicó la Norma ASTM C 136-01, detallada a

continuación:

Se secaron 250 g de muestra a una temperatura de 110±5 °C en la mufla

eléctrica por 4 h, posteriormente se enfrió a temperatura ambiente.

Se armó el juego de tamices en orden decreciente de tamaños de abertura de

la malla, detallados en la Tabla 2.1.

Tabla 2.1. Serie de tamices empleados en el ensayo granulométrico

No. Malla

ASTM 20 30 40 50 60 70 80 100 150 180 200 270

Abert. del

tamiz (µm) 850 600 425 300 250 212 180 150 100 85 75 53

Se colocó la muestra de ensayo en el tamiz superior del juego de mallas

(No. 20) y se encendió el vibrotamiz programado a 150 rpm por 15 min.

Se retiraron las porciones retenidas en cada malla, se las pesó y se registró los

datos en la tabla de resultados.

Se determinó el porcentaje de retenido parcial, porcentaje de retenido

acumulado, acumulado que pasa y el d80 que corresponde a la abertura del

tamiz a la cual ha pasado el 80 % de la muestra.

36

2.1.1.2 Determinación de la densidad real y aparente de las materias primas

La densidad real se determina a partir de la relación de una cantidad conocida de

material seco para el volumen ocupado por las partículas sólidas descontando los

poros. La determinación de la densidad relativa real se realizó en base a la

Norma NTE INEN 572, con el siguiente procedimiento:

Se registró la masa del picnómetro seco y vacío G1.

Se agregó dentro del picnómetro 2 g de muestra seca y tamizada por la malla

No. 16 (2 mm), se cerró con su respectiva tapa y se registró su masa G2.

Se colocó agua destilada en el picnómetro, hasta la mitad de su capacidad y se

calentó el contenido a ebullición por un tiempo de 15 min.

Se enfrió el picnómetro y su contenido, se aforó con agua destilada y se

registró la masa G3.

Se lavó el picnómetro y se llenó con agua destilada, se secó el exterior de este

elemento con papel filtro y se registró su masa lleno con agua G4.

La densidad relativa real se determinó mediante la ecuación:

( ) ( ) [2.1]

Donde:

: Densidad relativa real a la temperatura del sólido y del agua (g/cm3)

: Masa del picnómetro con su tapa, vacío y seco (g)

: Masa del picnómetro con su tapa y la muestra (g)

: Masa del picnómetro con su tapa, la muestra y lleno de agua a 20 ± 5 °C (g)

: Masa del picnómetro con su tapa y lleno de agua a 20 ± 5 °C (g)

La densidad aparente se refiere a la densidad media de las partículas sólidas

incluyendo el volumen poroso de las mismas. Este parámetro es definido por el

peso de una unidad de volumen de material y es usada para el transporte al

granel de materiales.

37

Para la determinación de la densidad aparente se cumplió con el siguiente

procedimiento:

En una probeta se colocó un volumen conocido de material.

Se pesó la probeta con el material.

Se determinó la densidad como la relación de la masa para el volumen

ocupado por el material.

2.1.2 CARACTERIZACIÓN QUÍMICA DE LAS MATERIAS PRIMAS

Para la determinación de la composición química elemental de las materias

primas se pulverizaron las muestras a un tamaño de partícula inferior a 40 µm,

para lo cual se empleó un pulverizador mecánico Bleuler Mill NAEF.

Luego se utilizó el microscopio electrónico de barrido (Vega-Tescan) con

analizador de rayos X (Bruker), para realizar un análisis semicuantitativo de los

elementos: silicio, aluminio, hierro, magnesio, sodio, calcio, potasio, mediante el

programa Espirit 1.8.

2.1.3 CARACTERIZACIÓN MINEROLÓGICA DE LAS MATERIAS PRIMAS

Para la caracterización mineralógica de las materias primas, se emplearon

muestras pulverizadas con tamaño de partícula menor a 40 μm, se colocaron

sobre los porta muestras procurando obtener capas superficiales totalmente

planas y se introdujeron en el equipo de difracción de rayos X, modelo D8

Advance (Bruker).

Los difractogramas obtenidos se compararon con la base de datos ICCD y el

programa Diffrac plus, software de reconocimiento de compuestos con

cristalización definida presentes en las muestras.

38

2.2 FORMULACIÓN DE PASTAS CERÁMICAS

SEMIREFRACTARIAS CON DESECHOS REFRACTARIOS

INDUSTRIALES Y ARCILLAS ECUATORIANAS, Y

EVALUACIÓN DE SUS PROPIEDADES FÍSICAS, MECÁNICAS

Y TÉRMICAS DE LAS PASTAS OBTENIDAS

Se formularon y evaluaron pastas semirefractarias con diferentes proporciones de

las tres materias primas: desechos refractarios (DRF), arcilla magra (ATF) y caolín

(APB). La evaluación de estas mezclas comprendió ensayos para comparar

parámetros cerámicos (plasticidad o conformabilidad) y físicos (contracción lineal

y pérdida de peso).

2.2.1 FORMULACIÓN DE LAS PASTAS SEMIREFRACTARIAS

Para la formulación de las pastas cerámicas se emplearon 3 tipos de materiales

de diferentes comportamientos: desecho refractario (no plástico), arcilla magra

(poco plástica) y caolín (plástico), a partir de las cuales se probaron diferentes

composiciones de pastas variando la cantidad de desecho refractario (DRF)

desde el 10 al 60 %, añadiendo además las arcillas ecuatorianas y agua, a las

que se evaluó su comportamiento de plasticidad e inmediatamente se formaron

probetas para evaluar la contracción lineal, pérdida de peso y sobre todo cambios

en su superficie, observando en su mayoría fisuras o grietas en el proceso de

secado y cocción.

Sin embargo, según ASCER (2012) se debe considerar que las formulaciones

propuestas guardan absoluta correlación con las propiedades que se desean

obtener para la elaboración de los crisoles semirefractarios. Por lo que se decidió

trabajar con el 25 % de desechos refractarios debido a que dio como resultado

características apropiadas para el moldeo de las pastas. Una vez seleccionada la

proporción de desecho refractario en la mezcla, se combinarán 6 composiciones

detalladas en la Tabla 2.2 (p. 16).

39

Tabla 2.2. Composiciones de las pastas semirefractarias

COMPONENTES Formulación de las pastas semirefractarias

A B C D E F

Desechos refractarios DRF (%) 25 25 25 25 25 25

Arcilla magra ATF (%) 35 30 25 20 15 10

Caolín APB (%) 40 45 50 55 60 65

2.2.2 EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES CERÁMICAS DE LAS PASTAS

SEMIREFRACTARIAS

La evaluación de las propiedades cerámicas comprende la determinación de los

Límites de Atterberg que a su vez comprenden: el límite líquido, límite plástico y el

índice de plasticidad (Andrade et al., 2011, p. 2).

2.2.2.1 Determinación del límite líquido

La determinación del límite líquido de las muestras o formulaciones propuestas se

realizó con base a la Norma NTE INEN 0691, a través de la cual se determinó la

humedad necesaria para que adquiera cierta plasticidad, en el límite entre su

comportamiento líquido y plástico con el empleo del equipo denominado Copa de

Casagrande, de acuerdo al siguiente procedimiento:

Se tomaron 150 g de muestra tamizada en seco a través de la malla No. 40

ASTM (425 µm), se añadieron aproximadamente 38 mL de agua destilada, se

amasó hasta lograr una masa plástica homogénea, se almacenó en una bolsa

de plástico y se las dejó reposar de 12 a 24 h.

Se colocó con una espátula una porción de la muestra en la taza, evitando que

se incorporen burbujas de aire en las mezcla y se niveló con un máximo

espesor de aproximadamente a 10 mm.

Se dividió la mezcla con un acanalador, formando una ranura clara y bien

delineada, como se observa en la Figura 2.3 (a).

Se giró la manivela con una frecuencia de dos golpes por segundo, hasta que

40

las paredes de la ranura se unieron en un tramo de 10 mm, como se indica en

la Figura 2.3 (b). Se registró el número de golpes, en un rango de 10 a 45

golpes.

Se retiraron aproximadamente 10 g del material que se unió en el fondo del

surco como se observa en la Figura 2.3 (c) y se determinó la humedad

empleado un crisol de porcelana previamente tarado.

Se repitió la operación anterior por tres ocasiones, con diferente contenido de

humedad, para esto se empleó la misma mezcla sin rehumedecerla, el ensayo

se realizó desde la condición más húmeda a la más seca, cada 15 min.

Se determinó el límite líquido mediante la construcción de la curva de fluidez y

se estableció la humedad correspondiente a 25 golpes, obteniéndose el límite

líquido.

Figura 2.3. Esquema del ensayo para la determinación del límite líquido

2.2.2.2 Determinación del límite plástico

La determinación del límite plástico corresponde a la humedad de una mezcla

remoldeada en el límite entre los estados plástico y semisólido, se procedió de la

siguiente manera:

Se tomaron 10 g aproximadamente de las muestras preparadas para la

determinación del límite líquido, se amasó entre las manos hasta formar una

esfera, luego sobre una superficie lisa y con una leve presión, se formó un

cilindro.

41

Cuando el cilindro alcanzó un diámetro de 3 mm, se dobló, reamasó, y se

conformó nuevamente el cilindro, hasta que durante el amasado aparecieron

grietas y se desagregó en el orden de 0,5 a 1,0 cm de largo sin lograr

reconstituirse. Se reunió dichas fracciones y se determinó la humedad en un

crisol de porcelana previamente tarado. Este procedimiento se repitió por dos

ocasiones más y el resultado que se reportó resulta de una media simple de los

tres ensayos.

El límite plástico se calculó mediante la siguiente ecuación:

[2.2]

2.2.2.3 Determinación del índice de plasticidad

El índice de plasticidad es representado por:

[2.3]

Donde:

IP: Índice de plasticidad (%)

LL y LP: Límite líquido y plástico, respectivamente

Algunas de las mezclas no pudieron determinarse uno de los dos límites (LL o LP)

debido a que en los ensayos no se unieron las paredes de la masa a un número

de golpes menor a 45 o la pasta contenía excesiva humedad, por lo cual se

reportó el índice de plasticidad como NP (no plástico) (Vieira, 2011, p. 44).

2.2.3 EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DE LAS PASTAS

SEMIREFRACTARIAS

Para este estudio se seleccionaron las pastas semirefractarias que presentaron

un índice de fluidez de entre 0,65 y 0,80 donde el comportamiento de las arcillas

42

muestra facilidad para moldearse a mano. A estas pastas se les comparó el

comportamiento cerámico mezclado con un aglomerante (solución de

carboximetilcelulosa al 1 %) que permitió compactar por vía húmeda a los

materiales. Posteriormente, se evaluaron las propiedades físicas mediante la

comparación de los porcentajes de contracción lineal y pérdida de peso sometidas

procesos de secado y diferentes ciclos de cocción, además de los porcentajes de

porosidad, absorción y densidad aparente (Vieira, 2011, p. 44).

2.2.3.1 Evaluación de los porcentajes de contracción lineal y pérdida de peso de las

pastas semirefractarias

Se determinaron los porcentajes de contracción lineal y pérdida de peso de las

pastas semirefractarias tanto en el proceso de secado como en el de quema,

mediante el siguiente procedimiento:

Se prepararon 200 g de cada una de las formulaciones de las pastas con la

humedad definida según los ensayos para la determinación de los límites de

Attemberg, y se dejó madurar o macerar por 24 h en una bolsa plástica para

homogenizar y evitar la pérdida de humedad.

Se conformaron probetas cilíndricas en forma de pastillas, para lo cual se

empleó un molde de yeso donde se colocó la pasta, se presionó ligeramente

con la mano y con una espátula se retiró el exceso de pasta del molde, se

determinó el diámetro de la pastilla usando el calibrador pie de rey y el peso

inicial con la balanza analítica, como se muestra en la Figura 2.4.

Figura 2.4. Formación de las probetas cilíndricas con las pastas

43

Las probetas fueron secadas a temperatura ambiente por 24 h y en una estufa

a 105 °C por 4 h posteriormente se midieron sus diámetros y se registraron sus

pesos en seco.

Finalmente las probetas fueron quemadas a las diferentes temperaturas de

cocción propuestas, luego de lo cual se midieron sus diámetros y se registraron

sus pesos después de la cocción.

Los ciclos de cocción se detallan en el Anexo IV y cumplen con los programas

diseñados para la quema en el horno de la Planta Piloto de Cerámica de la

Escuela Politécnica Nacional, se empleó un horno programable, Marca:

Nabertherm Alemana, Modelo: HT 16/16 220 V, Tmáx: 1 600 °C, Potencia: 12 kW

(Romero, 2005, p. 54).

2.2.3.2 Determinación de la porosidad, absorción y densidad aparente de las pastas

semirefractarias

La determinación de la porosidad, absorción y densidad aparente de las pastas

semirefractarias se realizó a las probetas obtenidas anteriormente (quemadas), en

base a la Norma NTE INEN 0573, para lo cual se siguió el siguiente

procedimiento:

Se pesaron cada una de las probetas circulares quemadas y secas (Wc).

Se introdujeron las pastillas en una olla de presión con agua, se encendió la

fuente de calentamiento y se dejó hervir por 2 h, se apagó la fuente y se dejó

enfriar por 24 h.

Se preparó la balanza con un vaso con 120 mL de agua destilada y la

respectiva cesta dentro de la caja protectora y se enceró el equipo. Se pesaron

las probetas suspendidas en agua, previamente saturadas y enfriadas (Wss),

como se muestra en la Figura 2.5.

Se retiró con un paño húmedo, el agua depositada en la superficie de cada

probeta y se registró su peso (Wsa).

44

Figura 2.5. Medición de la masa de la probeta saturada en agua en la balanza analítica

Para la determinación de los parámetros mencionados de las pastas

semirefractarias se emplearon las ecuaciones de A.V.1 a la A.V.4, del Anexo V.

Luego se compararon los resultados obtenidos a fin de seleccionar la pasta

semirefractaria que permita elaborar los crisoles. Las características a elegir

corresponden a una adecuada plasticidad y temperatura de cocción que permita

obtener el menor porcentaje de porosidad y absorción aparente.

2.3 ELABORACIÓN DE CRISOLES SEMIREFRACTARIOS DE

230 cm3 DE CAPACIDAD Y DETERMINACIÓN DE LAS

PROPIEDADES FÍSICAS Y TÉRMICAS

Los crisoles semirefractarios tienen una capacidad de 230 cm3, cuyas

dimensiones aproximadas son: diámetro exterior, inferior y altura: 95, 60 y

120 mm, respectivamente, obtenidos por moldeo, según el siguiente

procedimiento:

Se prepararon 5 kg de pasta semirefractaria con la humedad determinada

anteriormente según los límites de Atterberg detallados en la sección 2.2.2.

Se tomaron aproximadamente 750 g de pasta a la que se le presionó

manualmente sobre el molde hembra, se colocó el molde macho para dar la

forma cónica del crisol, como se observa en la Figura 2.6.

Una vez aplicada la presión en el molde macho, se retiró las rebabas formadas

45

por el exceso de material, se separó los moldes y se obtuvo un crisol.

Los crisoles formados fueron secados a diferentes tiempos y temperaturas

hasta obtener el peso constante de los mismos.

Finalmente, los crisoles fueron quemados a la temperatura de cocción

seleccionada en la sección 2.2.5.

Figura 2.6. Esquema seguido para el moldeo del crisol semirefractario

2.3.1 EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS Y TÉRMICAS DE LOS

CRISOLES SEMIREFRACTARIOS

Para la evaluación de las propiedades físicas se determinaron los porcentajes de

contracción lineal y pérdida de peso de los crisoles tanto en el proceso de secado

como en el de cocción. Además se determinó el coeficiente de conductividad

térmica empleando el Aparato de Lee, la resistencia al choque térmico se realizó

mediante una adaptación de la Norma ASTM C 484-66, y finalmente, posterior a

los ensayos de fusión se determinó la resistencia a las escorias.

2.3.1.1 Evaluación de los porcentajes de contracción lineal y pérdida de peso de los


La determinación de los porcentajes de contracción lineal y de pérdida de peso de

los crisoles se efectuó tomando las dimensiones iniciales y finales de los

46

diámetros exterior, inferior y altura, y se registraron los pesos de los crisoles

semirefractarios en los procesos de secado y cocción.

2.3.1.2 Determinación del coeficiente de conductividad térmica

Para la determinación del coeficiente de conductividad térmica se utilizó el

Aparato de Lee PS-32, perteneciente al Laboratorio de Transferencia de Calor de

la Facultad de Ingeniería Mecánica de la EPN, en la Figura 2.7 se muestra un

esquema del equipo.

Figura 2.7. Esquema del Aparato de Lee

Donde:

A, B y C: Discos de cobre provistos de termocuplas.

S: Probeta del refractario de estudio

H: Elemento calefactor eléctrico de cobre (diámetro = 41,3 mm; espesor = 4 mm;

R= 2,1 )

Se cumplió el siguiente procedimiento:

Se elaboraron 4 probetas circulares con la pasta D de diámetro 40 mm y

espesor 7,4 mm, según lo detallado en la sección 2.2.3.1.

Se colocaron los discos A, B y C en el orden indicado, intercalando la

muestra S y el elemento calefactor H.

47

Se conectaron las terminales del aparato con la fuente de corriente contínua, el

amperímetro y el voltímetro. Se reguló el voltaje a 6 V y se dejó circular la

corriente por 2 h.

Se registró las lecturas de las temperaturas: TA, TB, TC y la Temperatura

ambiente cada 10 min hasta que se obtuvo constancia entre dos lecturas

consecutivas.

Se determinó el coeficiente de conductividad térmica según la aplicación de

ecuaciones correspondientes a los principios teóricos de la transferencia de

calor, detallada en el Anexo VII.

2.3.1.3 Evaluación de la resistencia al choque térmico

La determinación de este importante parámetro se realizó con base a la Norma

ASTM C 484-66, la cual está dirigida a determinar la resistencia al choque térmico

de baldosas vidriadas de cerámica, con esta prueba se determina la propiedad del

refractario a resistir cambios bruscos de temperatura sin romperse.

Se emplearon 8 probetas obtenidas según lo detallado en la sección 2.2.3.1 con

la pasta D, a las cuales se les introdujo en la mufla a 900 °C por 10 min, luego se

sacaron y colocaron en una base metálica a temperatura ambiente por 10 min,

comprendiendo así un ciclo de prueba para determinar la resistencia al choque

térmico. Se repitió este procedimiento varias veces y mediante la observación de

posibles resquebrajaduras y se compararon con la Tabla 3.15 que muestra las

características de los materiales al ser sometidos a diferentes ciclos de ensayo

(Hursh y Grigsby, 1968, p. 22).

2.3.1.4 Evaluación de la resistencia a las escorias

Para la evaluación de la resistencia de los crisoles a las escorias se prepararon

108 g de una carga fundente estequiométrica común empleada en la técnica

denominada “Ensayo al fuego y recuperación de metales preciosos” en el

48

Departamento de Metalurgia Extractiva, la cual esta detallada en la Tabla 2.3, se

homogenizó y se colocó dentro de un crisol (Lozada, 2006, p. 53).

Tabla 2.3. Composición de la carga fundente estequiométrica empleada en el ensayo al

fuego y recuperación de metales preciosos

Componente Fórmula Peso (g)

Bórax Na2B407 25

Carbonato de sodio Na2C03 40

Litargirio PbO 40

Carbón C 3

(Lozada, 2006, p. 53)

Se encendió la mufla eléctrica, se programó a 850 °C, alcanzada esa temperatura

se introdujo el crisol a la mufla por 45 min, después se vertió la mezcla fundida en

una lingotera cónica y se dejó enfriar el crisol a temperatura ambiente.

Posteriormente con un cortadora de rocas y minerales con disco de diamante y

refrigerado con agua Diamant Boart TS 350 FD se realizó cortes transversales al

crisol utilizado para la fundición, y mediante el microscopio óptico Optimus DS se

midió el espesor de la capa formada por la escoria en el material semirefractario,

esta metodología corresponde a estudios realizados por De Aza (1996), además

se realizó una nueva fusión a 900 °C empleando la misma composición de la

carga, para efectos de comparación entre las temperaturas más comunes de

operación (p. 99).

2.4 DEFINICIÓN DEL DIAGRAMA DE FLUJO Y

DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS NECESARIOS PARA

UNA PLANTA PILOTO DE PRODUCCIÓN DE CRISOLES

SEMIREFRACTARIOS DE 1 500 KG/MES DE CAPACIDAD

Actualmente la empresa dedicada a la producción de cerámica roja para la

construcción dispone de una pila de al menos 10 t de residuos de soportes

49

refractarios, mismos que semestralmente son reducidos de tamaño y enviados al

relleno sanitario. Se estima emplear alrededor de 5 t/año de dichos desechos

industriales para el procesamiento de 1 500 kg/mes de nuevos productos

denominados crisoles semirefractarios.

Para la definición del diagrama de flujo se seleccionaron las mejores condiciones

de operación obtenidas en los ensayos de laboratorio con relación a la

dosificación, humedad, moldeado, secado y cocción para la elaboración de los

crisoles semirefractarios.

Después de haber definido el diagrama de flujo de la planta, las operaciones

unitarias necesarias y los equipos principales, se procedió a realizar los balances

de masa y energía.

El dimensionamiento de los equipos se realizó tomando en cuenta criterios como:

capacidades requeridas y máxima eficiencia energética con lo que se determinó el

tiempo de operación de cada equipo considerando además los tiempos de carga y

descarga entre cada operación.

Los procesos a efectuarse en la planta son de tipo batch, por lo que la capacidad

de la trituradora de mandíbulas, molino de rodillos, molino de bolas y vibrotamiz

se determinó para una carga por semana, además por factores de seguridad se

sobredimensionó los equipos en un 20 % y posteriormente se investigó en

catálogos los mismos que se adaptaron a las capacidades calculadas.

La amasadora para la formación de la pasta debe tener una longitud de entre 2,0

a 2,5 m y el tiempo de amasado depende esta longitud, la inclinación de las palas,

las revoluciones de trabajo y del ancho de la amasadora. El horno de cocción

debe trabajar de forma intermitente de manera que funcione por ciclos,

considerando las fases de carga de producto, precalentamiento, cocción,

enfriamiento y descarga por lo que se requiere un horno eléctrico de mufla,

construidos de refractarios de silita o similares (carburo de silicio), con

temperaturas de operación de hasta 1 300 °C (Vargas et al., 2009, p. 3).

50

2.5 EVALUACIÓN DE LA PREFACTIBILIDAD ECONÓMICA DE

LA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE CRISOLES

SEMIREFRACTARIOS

La prefactibilidad económica se evaluó una vez que se definió el diagrama de

flujo, los balances de masa y energía y el dimensionamiento de los equipos, a

través de resultados de índices económicos tales como Valor Actual Neto (VAN),

Tasa Interna de Retorno (TIR) y la Relación Beneficio/Costo (B/C), para lo cual se

determinó la inversión total, capital de operación, los costos fijos y el flujo de caja,

considerando los parámetros mostrados en la Figura 2.8.

Figura 2.8. Parámetros considerados para la evaluación de la prefactibilidad económica de

la planta para la producción de crisoles semirefractarios

El flujo de caja se definió por el ingreso que se puede percibir por la venta de los

materiales semirefractarios. El Valor Actual Neto (VAN), que se obtiene mediante

la aplicación de la fórmula:

Prefactibilidad económica

Costos de operación

Costos

fijos

Mano de obra

(directa e indirecta)

Depreciación de equipos

Mantenimiento de equipos e instalaciones

Imprevistos

Costos variables

Materia prima e insumos

Total de inversión

Maquinaria y equipo

Capital de operación

Suministros

Arriendo del espacio

51

∑

( ) [2.4]

: Flujos de fondos en cada período t

: Tasa de corte o de descuento (costo de capital)

: Inversión inicial

: Número de períodos considerado

La Tasa Interna de Retorno (TIR), nos mostró la rentabilidad que tiene el proyecto

y es igual al interés cuando VAN es 0. La Relación Beneficio-Costo (B/C) muestra

la ganancia que se tendría frente a los gastos de inversión y de operación.

52

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Este capítulo presenta los resultados obtenidos en los diferentes ensayos

realizados a nivel laboratorio, tanto de las caracterizaciones de las materias

primas, evaluaciones de las propiedades físicas y térmicas de las formulaciones y

de la elaboración de los crisoles semirefractarios. Además se incluye el diagrama

de flujo propuesto con base en los mejores resultados y el análisis de

prefactibilidad económica de la implementación de una planta para la producción

de 1 500 kg/mes de crisoles semirefractarios mediante la determinación de

indicadores económicos como el Valor Actual Neto (VAN), Tasa interna de

Retorno (TIR) y la Relación Beneficio/Costo (B/C).

3.1 RESULTADOS DE LA CARACTERIZACIÓN FÍSICA, QUÍMICA

Y MINERALÓGICA DE LAS MATERIAS PRIMAS

Las materias primas empleadas corresponden a desechos refractarios industriales

y arcillas ecuatorianas. Los desechos refractarios (DRF) resultan de la rotura de

los soportes empleados para la cocción de productos cerámicos rojos para la

construcción, ya sea por una sobrecarga o fracturas que sufren durante su

empleo. Las arcillas ecuatorianas denominadas arcilla magra (ATF) presenta una

textura grumosa de color amarillo pardo claro y el caolín (APB) es ligeramente

pastoso de color blanco orquídea, y ambas fueron empleadas para la producción

de cerámica artesanal.

3.1.1 RESULTADOS DE LA CARATERIZACIÓN FÍSICA DE LAS MATERIAS

PRIMAS

Los resultados de las caracterizaciones físicas incluyen: análisis granulométricos

para la determinación del d80, densidad real y aparente de las materias primas:

desechos refractarios (DRF), arcilla magra (ATF) y caolín (APB)

53

3.1.1.1 Resultados de los análisis granulométricos y determinación del d80

Una vez que las materias primas fueron reducidas de tamaño mediante molienda,

se realizaron los análisis granulométricos a través de ensayos por tamizado de

agregados fino y grueso por procedimientos mecánicos. El análisis granulométrico

de un agregado separa las partículas constitutivas según diversos tamaños, de tal

manera se logra conocer las cantidades en peso de cada tamaño que aporta al

peso total, los datos obtenidos en los ensayos se encuentran procesados en el

Anexo I y los resultados se presentan en la Tabla 3.1.

Tabla 3.1. Resultados de los análisis granulométricos de las materias primas

Materia prima d80 (µm)

Desechos refractarios (DRF) 370

Arcilla magra (ATF) 270

Caolín (APB) 220

Como se observa en la Tabla 3.1, el tamaño de partícula del caolín (APB) es

menor si se compara con los desechos refractarios (DRF) y la arcilla magra (ATF),

debido a su característica inherente de tamaño fino de las arcillas caoliníticas, es

decir la distribución granulométrica obtenida obedece también a la composición

química de las materias primas. Además el caolín contiene caolinita que es de

naturaleza blanda, presenta una dureza de alrededor de 1,5 en la escala de Mohs

y poco abrasiva (González, 2000, p. 17).

Los desechos refractarios (DRF) denominados también chamota, al ser un

material que para su procesamiento fue sometido a altas temperaturas, contiene

minerales como mullita y cristobalita, ambos con considerable dureza por lo que la

reducción de tamaño muestra un d80 de 370 µm, el cual es mayor que las arcillas

ecuatorianas (Chaouki et al., 2014, p. 93).

La arcilla magra (ATF) tiene un d80 de 270 µm y depende de la composición

química y mineralógica del material, ya que contiene también caolinita y surte el

mismo efecto del caolín explicado anteriormente. En general, los materiales

54

arcillosos tienen tamaños de partículas pequeños menores a 2 µm, mientras que

la fracción desgrasante constituidos por limos y arenas tiene un tamaño de

partícula entre 10 a 60 µm (Semma, 2011, p. 13).

La formación de las pastas cerámicas requiere de minerales arcillosos con

diferentes tamaños de partículas, es así que el caolín (APB) proporciona

materiales finos y brinda plasticidad, mientras que los materiales desengrasantes

como los desechos refractarios (DRF) y arcilla magra (ATF) presentan tamaños

intermedios y son los responsables de disminuir la contracción en el proceso de

secado (Semma, 2011, p. 5).

3.1.1.2 Resultados de la determinación de la densidad real y densidad aparente de

las materias primas

Los datos obtenidos para la determinación de las densidades real y aparente de

los materiales empleadas se detallan en el Anexo I y los resultados se muestran

en la Tabla 3.2.

Tabla 3.2. Resultados de la densidad real y aparente del desecho refractario,

arcilla magra y caolín

Material Densidad real (g/cm3) Densidad aparente (g/cm

3)

Desechos refractarios (DRF) 2,94 1,75

Arcilla magra (ATF) 1,90 1,15

Caolín (APB) 1,29 0,71

En la Tabla 3.2, se observa que la densidad real y aparente de los desechos de

materiales refractarios (DRF) es mayor que los valores correspondientes a la

arcilla magra (ATF) y el caolín (APB), los desechos refractarios denominados

también chamota corresponden a arcillas u otros materiales refractarios

calcinados, cocidos y sinterizados a altas temperaturas los cuales han sufrido

transformaciones químicas y mineralógicas aumentando su densidad formando

por ejemplo mullita y cristobalita, mientras tanto, la arcilla magra (ATF) y el caolín

55

(APB) son materiales naturales, no sometidos a ningún tratamiento térmico y al

ser obtenidos de minas a cielo abierto pueden contener fracciones de materia

orgánica (Chaouki et al., 2014, p. 92).

Es importante considerar que la densidad real es un parámetro que no toma en

cuenta los todos los espacios entre las partículas del material por lo que tiene un

valor mayor que la densidad aparente, siendo ésta última un parámetro que

permite calcular el volumen que ocupa cada materia prima en los respectivos

lugares de almacenamiento. Además la densidad tiene un efecto marcado en la

distribución de tamaño de partícula y porosidad de los materiales, influyendo en

los procesos de secado de los productos convirtiéndolos en más porosos o

fragmentados (Chesters, 1973, p. 374).

3.1.2 RESULTADOS DE LA CARACTERIZACIÓN QUÍMICA Y

MINERALÓGICA DE LAS MATERIAS PRIMAS

La evaluación de las características químicas y mineralógicas juega un papel

importante dentro de la formulación de materiales refractarios, puesto que estos

parámetros influyen directamente en las propiedades de los productos cerámicos

obtenidos (Santos et al., 2009, p. 51).

3.1.2.1 Resultados de la determinación de la composición química por microscopía

electrónica

Para la determinación de la composición química elemental semi-cuantitativa por

microscopía electrónica de barrido se empleó cada uno de las materias primas

(desechos refractarios, arcilla magra y caolín) secos y pulverizados. Es importante

considerar que el equipo con analizador de rayos X acoplado al microscopio

electrónico de barrido (Vega-Tescan) tiene un límite de detección del 1 %. Los

espectros obtenidos de cada ensayo se presentan en el Anexo II. En la Tabla 3.3

se presentan los resultados de la caracterización química de las materias primas.

56

Tabla 3.3. Resultados del análisis químico elemental semi-cuantitativo

de las materias primas mediante MEB

Elemento Desechos refractarios

(DRF)

Arcilla magra

(ATF)

Caolín

(APB)

Si (%) 36,9 34,8 32,8

Al (%) 16,6 15,4 25,3

Fe (%) 1,7 1,5 -

Mg (%) 1,3 1,3 -

K (%) - - 1,4

Ti (%) - - 1,6

Na (%) - 6,6 -

Las tres materias primas presentan un alto contenido de silicio (Si) y aluminio (Al),

éstas al ser combinadas en diferentes proporciones y quemadas a altas

temperaturas pueden generar semirefractarios y refractarios de tipo

silicoaluminosos, materiales con características resistentes al choque térmico y a

las escorias, como se detalló en la sección 1.1.1.1.

La presencia de los alcalinos como sodio (Na) y potasio (K), hierro (Fe) y titanio

(Ti) combinados en forma de óxidos son considerados como fundentes y son

indeseables en la producción de refractarios, ya que reaccionan con la sílice y

disminuyen la temperatura de formación de la fase líquida, afectando a la calidad

y el rendimiento de los materiales, sin embargo, en todos los casos los valores

son menores al 2,0 % con excepción del sodio (Na), cuyo valor es 6,6 % pero que

dentro de las composiciones de las pastas a formularse este valor no es

representativo.

3.1.2.2 Resultados de la caracterización mineralógica

El análisis mineralógico obtenido complementa a los análisis químicos realizados

a las materias primas, permite pronosticar las posibles interacciones que pueden

darse en las formulaciones de las pastas propuestas, y comparar las propiedades

estructurales de las materias primas. En la Tabla 3.4 se muestra los análisis

57

mineralógicos de las tres materias primas, representados por composiciones

porcentuales de los minerales constituyentes de cada una de los materiales.

Tabla 3.4. Resultados de la caracterización mineralógica de las materias primas:

desechos refractarios (DRF), arcilla magra (ATF) y caolín (APB)

Mineral Fórmula DRF

(%)

ATF

(%)

APB

(%)

Tridimita SiO2 9

Cuarzo SiO2 15 25 5

Grupo plagioclasa

(anortita,, albita) (Na, Ca) Al (Si, Al) Si2O8 18 8

Montmorillonita (Al, Mg, Na)(OH)2 Si4O10 4H2O 13

Caolinita Al2(Si2O5) (OH)4 29 55

Muscovita KAl2(Al Si3O10) (OH)2 7 4

Gibbsita Al(OH)3 6

Plogopita K(Mg, Fe)3 Si3 AlO10 (F,OH)2 8 2

Clinocloro (Mg, Fe)5 Al(Si, Al)4 O10 (OH)8 2 4

Halloysita Al2(Si2O5) (OH) H2O 3

Cordierita Mg2Al4Si5O18 3 1

Enstatita Mg2Si2O6 4

Vermiculita (Mg, Fe,

Al)6(OH)4(Al,Si)8O204H20 6

Cristobalita SiO2 35

Actinolita Ca2(Mg, Fe)5(OH) Si8O22 4

Mullita Al6Si2O13 30

Andalucita Al2(SiO4)O 4

En la Tabla 3.4 se observa que los desechos refractarios (DRF) contiene 35 % de

cristobalita y 30 % de mullita, minerales silico aluminosos que proporcionan las

características de refractariedad y resistencia mecánica (Santos et al., 2009,

p. 53).

La arcilla magra (ATF) contiene 29 % de caolinita, mineral que proporciona

refractariedad y buena resistencia mecánica, 25 % de cuarzo, material de

contextura arenosa utilizado como desengrasante para la preparación de las

pastas cerámicas y 18 % de minerales correspondientes al grupo de plagioclasas

considerados como fundentes debido que pueden reaccionar con la sílice,

disminuyendo la temperatura de sinterización de los materiales, sin embargo, la

arcilla magra no es empleada de forma individual.

58

El caolín (APB) contiene 55 % de caolinita lo que permite obtener productos

cerámicos con carácter refractario, coloración clara y buena resistencia mecánica.

La presencia del 13 % de montmorillonita le confiere plasticidad a las pastas

cerámicas, permite un fácil conformado de piezas y proporciona contracción de

las mismas durante el secado y la sinterización (NTE INEN 0608, 1981, p. 4;

Santos et al., 2009, p. 50).

3.2 RESULTADOS DE LA FORMULACIÓN Y EVALUACIÓN DE

LAS PASTAS SEMIREFRACTARIAS

La formulación de las pastas cerámicas contemplan 3 materias primas de

diferentes comportamientos: DRF (no plástico), ATF (poco plástica) y APB

(plástica), debido a que según Santos et al. (2009), las arcillas con altos

contenidos de caolinita aportan con el carácter refractario y buena resistencia

mecánica, arcillas con montmorillonita confieren plasticidad, y el material

desengrasante (chamota o refractario molido) es usado para ajustar la plasticidad

y la contracción durante el secado y la cocción (p. 50).

A partir de lo mencionado anteriormente, se trabajó con 6 composiciones

detalladas en la Tabla 2.2 y a continuación se presentan los resultados de la

evaluación de las propiedades cerámicas (plasticidad) y físicas (contracción lineal

y pérdida de peso), porosidad, absorción y densidad aparente de cada una de las

pastas semirefractarias propuestas y obtenidas a diferentes condiciones.

3.2.1 RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES

CERÁMICAS DE LAS PASTAS SEMIREFRACTARIAS

Las propiedades cerámicas se evaluaron mediante la determinación de los límites

de Atterberg que comprenden el límite líquido, límite plástico e índice de

plasticidad. La plasticidad es un parámetro importante a controlar y se refiere a la

59

propiedad que tienen las arcillas de formar una masa plástica con el agua, como

se explicó en la sección 1.1.4.1.

3.2.1.1 Resultados del ensayo para la determinación del límite líquido

En la Tabla 3.5 se muestra los resultados obtenidos durante el ensayo del límite

líquido de las diferentes pastas semirefractarias formuladas según la Tabla 2.2, el

procesamiento de los datos de los ensayos se detalla en el Anexo III.

Tabla 3.5. Resultados obtenidos durante el ensayo del límite líquido

Pasta Número de golpes Límite líquido

A Más de 45 golpes No plástica

B Más de 45 golpes No plástica

C 25 27

D 25 27

E 25 30

F 25 26

De acuerdo a la Tabla 3.5 las pastas semirefractarias A y B se las denomina

como no plásticas debido a que no se registró el límite líquido, ya que contienen

en mayor proporción materias primas desengrasantes (DRF y ATF) dentro de sus

composiciones, es decir contienen gran cantidad de sílice lo que no permite

absorber el agua suficiente para que la arcilla adquiera la plasticidad necesaria

para realizar el ensayo (Santos et al., 2009, p. 55).

En la Figura 3.1 (a) se muestra la fotografía correspondiente a la pasta

semirefractaria A, donde se puede observar que no tiene buena compactación al

momento de formar una barra y doblarla, lo que no permitió determinar el límite

líquido y fue denominada como no plástica. En la Figura 3.1 (b), se muestra la

pasta semirefractaria C, que muestra plasticidad y facilidad de compactación a

pesar de contener la misma humedad que A, aproximadamente 24 % de agua en

cada pasta y sometidas a maduración o maceración por 24 h como se detalló en

la sección 2.2.2.1.

60

Figura 3.1. Pasta semirefractaria A (no plástica) y C (plástica)

Las pastas C, D, E, y F poseen límites líquidos de 27, 27, 30 y 26,

respectivamente, y representa la máxima cantidad de humedad en el límite entre

su comportamiento líquido y plástico (NTE INEN 0691, 1982, p. 3).

3.2.1.2 Resultados del ensayo para la determinación del límite plástico

En la Tabla 3.6 se muestra los resultados obtenidos durante el ensayo del límite

plástico de las diferentes pastas semirefractarias formuladas según la Tabla 2.2,

el procesamiento de los datos obtenidos en los ensayos se detalla en el Anexo III.

Tabla 3.6. Resultados obtenidos durante el ensayo del límite plástico

de las pastas semirefractarias

Pasta Límite plástico

A 14

B 11

C 17

D 16

E 10

F 9

Las pastas A y B presentan los límites plásticos de 14 y 11, respectivamente, a

pesar de que no fue posible determinar sus límites líquidos. Por ello no son

consideradas con la adecuada plasticidad para efectuar el resto de ensayos.

Ambas pastas muestran bajo nivel de compactación debido a que sus

61

composiciones poseen mayores cantidades de material desengrasante (desechos

refractarios y arcilla magra).

Las pastas semirefractarias C y D presentan los mayores límites plásticos, y

determinan una frontera entre los estados plástico y semisólido, así mismo

muestran mayor nivel de compactación o plasticidad para amasarlas. Las pastas

E y F, presentan mayor facilidad para ser amasadas, sin embrago se debe tomar

en cuenta que su composición contiene mayor cantidad de caolín y menor de

material desengrasante, lo cual no es favorable por las características de

contracción que presentan y se detallan posteriormente.

3.2.1.3 Resultados de la determinación índice de plasticidad

El índice de plasticidad se determinó como la diferencia entre el límite líquido y el

plástico de los ensayos anteriores y se presentan en la Tabla 3.7.

Tabla 3.7. Límites de Atterberg de las pastas semirefractarias

Muestra Límite

líquido

Límite

plástico

Índice de

plasticidad

A No plástica 14 -

B No plástica 11 -

C 27 17 10

D 27 16 11

E 30 10 20

F 26 9 17

De acuerdo a la Tabla 3.7, las pastas C, D y F con un índice de plasticidad entre

7 y 15 se denominan medianamente plásticos y la pasta E es altamente plástica,

de acuerdo con lo expuesto en la sección 1.1.4.1.

En general, la plasticidad de las pastas aumenta con el incremento en la arcilla

caolinítica denominado caolín y con la disminución de la cantidad de materiales

desengrasantes (desechos refractarios y arcilla magra).

62

Las pastas C, D, E, y F tienen un índice de plasticidad mayor a 10 %, y según

Santos et al. (2009) se las denomina como de mediana plasticidad y son

apropiadas para la fabricación de materiales cerámicos por prensado y

extrusión (p. 55).

Las pastas E y F tienen en mayor proporción el caolín y en concordancia con los

análisis granulométricos reportados en la Tabla 3.1 se tiene un mayor contenido

de material muy fino y mayor área superficial, generando así mayor plasticidad.

Las pastas A, B, y C, contienen en mayor proporción los desechos refractarios y

la arcilla magra, los cuales según la Tabla 3.1 tienen un mayor tamaño de

partícula, a pesar de haber sido tamizados al mismo número de malla que el

caolín para el ensayo de determinación del límite líquido y plástico, es decir este

tipo de materiales desengrasantes les confiere menor plasticidad (Santos et al.,

2009, p. 55).

Los índices de consistencia de las pastas semirefractarias se detallan en la

Tabla 3.8 y son comparados con las características mostradas en la Tabla A.III.14

del Anexo III.

Tabla 3.8. Datos experimentales obtenidos durante el ensayo para

la determinación del índice de consistencia

Pasta Índice de consistencia Características

A - No plástica

B - No plástica

C 0,78 Plástica, moldeable a mano

D 0,72 Plástica, moldeable a mano

E 0,57 Plástica, moldeable a mano

F 0,39 Plástica, ligeramente pegajosa

Con las observaciones realizadas anteriormente, se confirma la moldeabilidad de

las pastas semirefractarias, definiendo a las pastas A y B como no plásticas,

mientras que las pastas C, D y E, son plásticas blandas y la pasta F plástica muy

blanda. A partir de estas consideraciones de plasticidad, se efectúan los

63

siguientes ensayos para determinar la porosidad, absorción y densidad aparente.

Las pastas C, D y E, presentaron un índice de fluidez o consistencia de entre 0,65

y 0,80, rango en el que las arcillas se tornan fácilmente moldeables a mano,

según lo expuesto en la sección 2.2.3. Además se confirma que la plasticidad de

las pastas es un parámetro muy importante a determinar pues con la humedad

adecuada se evita que se produzca una ruptura de la pieza en el momento del

secado (Romero, 2005, p. 20).

3.2.2 RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS

DE LAS PASTAS SEMIREFRACTARIAS

Se prepararon pastas formadas con agua y con aglomerante (solución de

carboximetilcelulosa al 1 %), a las que se les comparó el comportamiento

cerámico, y propiedades físicas y térmicas mediante la determinación de los

porcentajes de contracción lineal y pérdida de peso, porosidad, absorción y

densidad aparente de las probetas cilíndricas preparadas.

La carboximetilcelulosa (CMC) es un polímero semisintético, no tóxico cuando

está disuelto en agua, cuya fórmula estructural se muestra en la Figura 3.2. La

función de la solución aglomerante propuesta es ligar entre sí los granos o

partículas de las mezclas de materiales refractarios, este aditivo fluidificante fue

preparado con una concentración del 1 %, a 70 °C y con agitación permanente,

dando como resultado una solución viscosa capaz de aceptar electrolitos sin

modificar su estabilidad (Galán y Gómez, 2012, p. 4).

Figura 3.2. Estructura química de la carboximetilcelulosa (CMC) (Amtex. 2014, p. 1)

Donde R= H ó CH2COONa

64

Para las evaluaciones de las propiedades físicas, se conformaron probetas

cilíndricas o pastillas de 28 mm de diámetro y 7 mm de espesor mediante

prensado en un molde de yeso, se determinaron sus dimensiones y pesos

durante los procesos de secado y cocción.

La formación de las pastas semirefractarias con aglomerante (solución de

carboximetilcelulosa al 1 %) no resultaron favorables, pues presentaron

inadecuada plasticidad e inestabilidad de los agregados, tornándose pegajosas

tanto en el amasado como en el moldeado para la formación de las probetas

circulares (pastillas), por lo que las muestras obtenidas fueron muy blandas a

pesar de haberlas preparado con el mismo porcentaje de humedad que las

formadas con agua como aglomerante, adquiridas con mayor tiempo de formación

(4 min) sobre el molde para que la humedad sea absorbida por el mismo,

generando probetas flexibles, fácil de deformarse y dificultosas para la extracción

de la matriz de yeso.

A continuación se muestran los resultados de las evaluaciones de la contracción

lineal, pérdida de peso, porosidad, densidad y absorción aparente, de las

probetas circulares formadas con agua y con aglomerante (solución de

carboximetilcelulosa al 1 %) secas y quemadas según los ciclos de cocción

detallados en el Anexo IV, el procesamiento de los datos se detalla en el Anexo V.

3.2.2.1 Propiedades físicas de la pasta semirefractaria C, secada y quemada a 1 000,

1 050, 1 100 y 1 150 °C

En la Tabla 3.9 se presentan los resultados de las principales propiedades físicas:

contracción lineal, pérdida de peso, porosidad, absorción y densidad aparente

evaluadas en las probetas obtenidas con la pasta C, formadas con agua y

solución aglomerante (carboximetilcelulosa al 1 %), secadas al ambiente por 24 h

y en una mufla a 105 °C por 4 h, finalmente sometidas a los diferentes ciclos de

cocción: 1 000, 1 050, 1 100 y 1 150 °C.

65

Como se observa en la Tabla 3.9, no existe mayor diferencia del porcentaje de

contracción lineal y de pérdida de peso en el proceso de secado entre las pastas

semirefractarias formadas con agua y las formadas con aglomerante, sin embargo

esta diferencia es más notoria después de la cocción, donde el aglomerante al ser

una sustancia orgánica ocupa mayor volumen dentro de las pastas, y al alcanzar

los 750 °C se calcina totalmente la materia orgánica presente.

Tabla 3.9. Propiedades físicas de la pasta C formada con agua y con aglomerante,

seca y quemada a 1 000, 1 050, 1 100 y 1 150 °C

Pasta C formada con agua

Temperatura de cocción

(°C) 1 000 1 050 1 100 1 150

% Contracción lineal en el

proceso de secado 3,5 2,9 2,8 2,6


proceso de cocción 0,1 1,2 1,9 3,6

% Pérdida de peso en el




% Porosidad aparente 41,4 38,4 38,2 33,1

% Absorción aparente 26,3 23,1 22,9 18,4

% Densidad aparente 1,6 1,7 1,7 1,8

Pasta C formada con aglomerante












La solución aglomerante (carboximetilcelulosa al 1 %) ocupa un volumen

considerable dentro las pastas, y luego de la cocción de las mismas se mantienen

la tendencia de mayor porcentaje de porosidad y absorción aparente comparada

con las pastas formadas con agua, de igual manera se debe a la calcinación total

de la materia orgánica contenida en ellas. La tendencia de estos parámetros

66

analizados en las probetas se mantiene en todas las temperaturas de cocción

propuestas.

Sin embargo, al compararlas entre ellas, se puede observar que los porcentajes

de contracción lineal y de pérdida de peso de las pastas quemadas a 1 150 °C

son ligeramente mayores que las quemadas a 1 100 °C, y éstas a su vez mayores

que las pastas cocidas a 1 050 y 1 000 °C. En general, conforme avanza la

cocción los poros van cerrándose progresivamente y un incremento en la

temperatura de cocción permiten que aumenten los porcentajes de contracción

lineal, pérdida de peso, porosidad, absorción y densidad aparente, es decir los

procesos de sinterización no dependen solo de la granulometría y composición de

las pastas, sino también de la temperatura de cocción establecida.

3.2.2.2 Propiedades físicas de la pasta semirefractaria D, secada y quemada a 1 000,

1 050, 1 100 y 1 150 °C

A continuación, de la Tabla 3.10 se muestran los resultados de las principales

propiedades físicas que comprenden los porcentajes de contracción lineal,

pérdida de peso, porosidad, absorción y densidad aparente evaluadas en las

probetas circulares obtenidas con la pasta semirefractaria D formadas con agua y

solución aglomerante (carboximetilcelulosa al 1 %), secadas al ambiente por 24 h

y en una mufla a 105 °C por 4 h, finalmente sometidas a los diferentes ciclos de

cocción: 1 000, 1 050, 1 100 y 1 150 °C.

Los parámetros analizados en la Tabla 3.9 mantienen la tendencia con la

Tabla 3.10 en cuanto al incremento los porcentajes de contracción lineal, pérdida

de peso, porosidad, absorción y densidad aparente de las pastas quemadas con

el aumento de la temperatura de cocción.

Si se comparan los resultados obtenidos en la Tabla 3.9 correspondiente a la

pasta C y Tabla 3.10 correspondiente a la pasta D, ambas quemadas a la misma

temperatura (1 000 °C), se observa a pesar de que sus composiciones difieren

67

cercanamente, no presentan mayor diferencia en los porcentajes de contracción

lineal y pérdida de peso, sin embargo, en las propiedades de porosidad y

absorción aparente, la pasta D es mayor en aproximadamente dos puntos a la

pasta C, lo que nos muestra que un aumento de 5 % de caolín (APB) en la

composición de la pasta aumenta la propiedad de porosidad.

Tabla 3.10. Propiedades físicas de la pasta D formada con agua y con aglomerante,


Pasta D formada con agua


(°C) 1 000 1 050 1 100 1 150












Pasta D formada con aglomerante












La composición en peso de las pastas difieren en un 5 % de caolín (APB), es

decir la pasta C (50 % de caolín) y D (55 % de caolín), material con menor

densidad real y aparente de entre todos las materias primas como se determinó

en la sección 3.1.1.2, lo que explica la diferencia en la contracción lineal y en peso

de las mismas. Debido a que la fracción correspondiente a materiales

desengrasantes: desechos refractarios (DRF) y arcilla magra (APB) es menor,

68

hace que disminuya la conductibilidad capilar lo cual explica el aumento en los

porcentajes de contracción lineal, pérdida de peso, porosidad, absorción y

densidad aparente entre las pastas C y D.

3.2.2.3 Propiedades físicas de la pasta semirefractaria E, secada y quemada a 1 000,

1 050, 1 100 y 1 150 °C

A continuación, en la Tabla 3.11 se muestran los resultados de las propiedades

físicas: contracción lineal, pérdida de peso, porosidad, absorción y densidad

aparente evaluadas en las probetas obtenidas con la pasta semirefractaria E

Tabla 3.11. Propiedades físicas de la pasta formada E con agua y con aglomerante,


Pasta E formada con agua


(°C) 1 000 1 050 1 100 1 150












Pasta E formada con aglomerante












69

Las probetas fueron formadas con agua y solución aglomerante

(carboximetilcelulosa al 1 %), secadas al ambiente por 24 h y en una mufla a 105

°C por 4 h, finalmente sometidas a los diferentes ciclos de cocción: 1 000, 1 050,

1 100 y 1 150 °C.

Al comparar la Tabla 3.9 correspondiente a la pasta C y la Tabla 3.11 de la

pasta E, ambas quemadas a la temperatura de cocción de 1 000 °C, nos muestra

que la pasta E difiere en un 10 % la proporción del caolín y las propiedades de

porosidad y absorción aparente son ligeramente mayores comparadas con la

pasta semirefractaria C. y esta tendencia es marcada en el resto de ensayos

realizados a las diferentes temperaturas de cocción.

Los parámetros analizados en la Tabla 3.11 mantienen la tendencia con los

resultados mostrados en la Tabla 3.9 y Tabla 3.10 en cuanto al incremento de los

porcentajes de contracción lineal, pérdida de peso, porosidad, absorción y

densidad aparente de las pastas quemadas con el aumento de la temperatura de

cocción.

La composición en peso de las pastas semirefractarias C y E difieren en un 10 %

de caolín (APB), es decir la pasta C (50 % de caolín) y E (60 % de caolín),

material con menor densidad real y aparente de entre todos las materias primas

como se determinó anteriormente en la sección 3.1.1.2, lo que explica la

diferencia en la contracción lineal y pérdida de peso de las mismas.

Además que la fracción correspondiente a los materiales desengrasantes:

desechos refractarios (DRF) y arcilla magra (APB) es menor, también explica el

aumento en los porcentajes de contracción lineal, pérdida de peso, porosidad,

absorción y densidad aparente entre las pastas C y E.

Las pastas A, B, y F no fueron considerados para el estudio por cuanto no

permitían obtener probetas circulares o pastillas apropiadas para la determinación

de las propiedades físicas estudiadas dentro de este trabajo. Las pastas

semirefractarias A y B, fueron clasificadas como no plásticas a pesar de haberse

70

probado también con solución aglomerante (carboximetilcelulosa al 1 %), mientras

que la pasta F presentó alta plasticidad por contener 65 % de caolín (APB) lo cual

no es muy favorable para obtener las características de refractariedad.

3.2.2.4 Fotografías de las probetas circulares formadas con las pastas

semirefractarias

En la Tabla 3.12 se muestra una colección de fotografías correspondientes a las

probetas circulares obtenidas con las pastas semirefractarias formadas con agua

denominadas: C, D y E, y las pastas formadas con solución aglomerante

(carboximetilcelulosa al 1 %) denominadas: C’, D’ y E’, secadas y cocidas a 1 000,

1 050, 1 100 y 1 150 °C.

En general, se observa que las probetas formadas con solución aglomerante

presentan ciertas imperfecciones como rotura de los filos, además al tacto se

siente en las caras presencia de material fino no adherido, es decir que no hubo

una completada cohesión de todo el material que lo conforma, no así con las

probetas formadas con agua que luego de la cocción mantuvieron las

características de rigidez y dureza. Las fotografías de las probetas corresponden

a las muestras secas después del ensayo para la determinación de la porosidad,

absorción y densidad aparente, por lo que la acción de la ebullición del agua a

presión pudo haber generado las imperfecciones en los bordes de las probetas.

Las probetas formadas tanto con agua como son solución aglomerante

(carboximetilcelulosa al 1 %) cocidas a 1 000 y 1 050 °C, presentan un color

rosáceo si se comparan con las probetas cocidas a 1 100 y 1 150 °C cuyo color

es blanco hueso, característica que indica que las probetas no están

completamente quemadas, además, se puede comprobar esta aseveración con

los valores de porosidad y absorción aparente determinadas en las secciones de

la 3.2.2.1 a la 3.2.2.3 , en los cuales los parámetros obtenidos a temperatura de

cocción de 1 000 °C son mayores que a los obtenidos a 1 150 °C.

71

Tabla 3.12. Fotografías de las probetas obtenidas con las pastas formadas con agua

y con solución aglomerante (carboximetilcelulosa al 1 %), secas y cocidas a

1 000, 1 050, 1 100 y 1 150 °C

Pastas

Temp.

de

cocción

Pastas formadas

con agua

Pastas formadas

con aglomerante

Observaciones Fotografía Observaciones Fotografía

C -

C’

25 %

DR

F,

25 %

AT

F y

50

% A

PB

1 000 °C

Color rosáceo,

ligeramente

frágil, totalmente

compacta

Color rosáceo,

frágil, con roturas

en los bordes, baja

adherencia de los

materiales

1 050 °C

Color rosáceo,

totalmente

compacta

Color rosáceo,

frágil, con roturas

en los bordes, baja

adherencia de los

materiales

1 100 °C

Color blanco

hueso, totalmente

compacta, rígido

y duro

Color blanco hueso,

menos frágil que la

quemada a

1 050 °C y roturas

en los bordes,

mediana adherencia

de los materiales

1 150 °C

Color blanco

hueso, totalmente

compacta, rígida

y dura

Color blanco hueso,


quemada a

1 100 °C y roturas

en los bordes,

mediana adherencia

de los materiales

D -

D’

25

% D

RF

, 2

0 %

AT

F y

55 %

AP

B

1 000 °C Color rosáceo,

ligeramente frágil

Color rosáceo,

frágil y roturas en

los bordes, baja

adherencia de los

materiales

1 050 °C

Color rosáceo,

ligeramente frágil

Color rosáceo,


los bordes, baja

adherencia de los

materiales

72

Tabla 3.12. Fotografías de las probetas obtenidas con las pastas formadas con agua

y con solución aglomerante (carboximetilcelulosa al 1 %), secas y cocidas a

1 000, 1 050, 1 100 y 1 150 °C (continuación...)

D- D’

25

% D

RF

, 2

0 %

AT

F y

55

% A

PB

1 100 °C

Color blanco

hueso, totalmente

compacta, rígida

y dura

Color blanco hueso,


quemada a

1 050 °C y roturas

en los bordes,

mediana adherencia

de los materiales

1 150 °C

Color blanco

hueso, totalmente

compacta, rígida

y dura

Color blanco hueso,


quemada a

1 100 °C y roturas

en los bordes,

mediana adherencia

de los materiales

E -

E’

25

% D

RF

, 15 %

AT

F y

60 %

AP

B

1 000 °C

Color rosáceo.

ligeramente frágil

Color rosáceo,


los bordes, baja

adherencia de los

materiales

1 050 °C Color rosáceo.

Color rosáceo,


los bordes, baja

adherencia de los

materiales

1 100 °C

Color blanco

hueso, totalmente

compacta, rígida

y dura

Color blanco hueso,


quemada a

1 050 °C y roturas

en los bordes,

mediana adherencia

de los materiales

1 150°C

Color blanco

hueso, totalmente

compacta, rígida

y dura

Color blanco hueso,


quemada a

1 100 °C y roturas

en los bordes,

mediana adherencia

de los materiales

73

Por ejemplo, para la pasta C los parámetros de porosidad y absorción aparente

son 41,4 % y 26,3 % quemadas a 1 000 °C mientras que quemadas a 1 150 °C

son 33,1 % y 18,4 %, respectivamente.

En general las probetas o pastillas obtenidas con agua tienen mejor consistencia

que las obtenidas con solución de aglomerante (carboximetilcelulosa al 1 %).

3.2.3 EVALUACION GENERAL DE LAS PROPIEDADES CERÁMICAS Y

FÍSICAS DE LAS PASTAS SEMIREFRACTRIAS

Para un análisis más completo, a continuación se presenta un resumen de las

propiedades obtenidas con las pastas semirefractarias C, D y E preparadas con

agua y con solución aglomerante (carboximetilcelulosa al 1 %), secas, quemadas

a diferentes temperaturas de cocción y evaluadas los porcentajes de contracción

lineal, pérdidas de peso, porosidad y absorción aparente, estos resultados se

muestran en las Figura 3.3 a la Figura 3.6 respectivamente. Cabe señalar que las

pastas formadas con agua corresponden a las denominadas C, D y E, mientras

que las pastas formadas con solución aglomerante son denominadas C’, D’ y E’.

En la Figura 3.3 se observa el porcentaje de contracción lineal de las diferentes

pastas formadas con agua y con solución aglomerante (carboximetilcelulosa al

1 %) quemadas a 1 000, 1 050, 1 100 y 1 150 °C.

El mayor porcentaje de contracción lineal se produce a la máxima temperatura de

cocción propuesta en este trabajo (1 150 °C), sin embargo, es necesario además

revisar la dependencia con la pérdida de peso, según la Figura 3.4.

La contracción es un problema tanto en el proceso de secado como en la cocción,

porque el agua aporta volumen a la pieza y cuando se retira, el volumen se

reduce notablemente y puede generar agrietamientos o fisura, por lo que es

necesario establecer las mejores condiciones de operación antes de procesar las

pastas semirefractarias.

74

Figura 3.3. Contracción lineal (%) vs. temperatura de cocción (°C) de las pastas

semirefractarias formadas con agua y aglomerante

Figura 3.4. Pérdida de peso (%) vs. temperatura de cocción (°C) de las pastas


9

10

11

12

13

14

15

1 000 1 050 1 100 1 150

P

érd

ida d

e p

eso

(%

)

Temperatura de cocción (°C)

Pasta C

Pasta C'

Pasta D

Pasta D'

Pasta E

Pasta E'

75

Como se observa en la Figura 3.4 los porcentajes de pérdida de peso están en un

mismo rango, entre el 9 y 14 %, esta reducción del peso se consideró en el

proceso de cocción de las pastas semirefractarias. Sin embargo, es notorio que

para las muestras formadas con la pasta E presentan una mayor contracción

tanto lineal como pérdida de peso que las pastas C y D, lo que según

Romero (2005) implica una mayor probabilidad de que las piezas sufran fracturas,

grietas o fisuras durante el período de secado y posteriormente en la cocción Por

lo que la pasta E es descartada para la elaboración de los crisoles

semirefractarios (p. 80).

En la Figura 3.5 se muestra los resultados obtenidos con respecto a la porosidad

aparente de las pastas semirefractarias formadas con agua y solución

aglomerante (carboximetilcelulosa al 1 %), secas y quemadas a diferentes

temperaturas a 1 000, 1 050, 1 100 y 1 150 °C.

Figura 3.5. Porosidad aparente (%) vs. temperatura de cocción (°C) de las pastas


La porosidad es una variable microestructural que depende de las interacciones y

comportamiento de las fases efectuadas en la sinterización. Este parámetro debe

30

35

40

45

50

1 000 1 050 1 100 1 150

Pro

so

dad

ap

are

nte

(%

)


Pasta C

Pasta C'

Pasta D

Pasta D'

Pasta E

Pasta E'

76

ser controlado para producir un material refractario, debido a que al reducir la

porosidad, la resistencia mecánica y la resistencia al ataque corrosivo aumentan.

Al mismo tiempo, las características de aislamiento térmico y de resistencia al

choque térmico disminuyen. La porosidad óptima depende de las condiciones de

servicio (Chaouki et al., 2014, p. 94).

Debido a que una característica fundamental para elegir la mejor pasta para la

elaboración de los crisoles semirefractarios es presentar una baja porosidad

aparente, pues de esta manera se evita que la escoria fundente penetre a las

paredes del mismo, reduciendo las condiciones de transferencia de calor para una

adecuada fusión de la carga fundente. Por lo que se elige la máxima temperatura

de cocción propuesta, pues a 1 150 °C se logran las mejores condiciones con

relación a la porosidad aparente, a pesar de alcanzar también los mayores

porcentajes de contracción lineal y en peso.

Se observa en la Figura 3.5, los porcentajes de porosidad aparente de las pastas

semirefractarias C y D quemadas a 1 150 °C son similares (33,1 y 34,7 %,

respectivamente), para los fines consiguientes del presente trabajo puede

trabajarse con cualquiera de ellas, sin embargo, una propiedad importante que

puede ser decisiva es la plasticidad de las mismas y presentar las características

idóneas para el moldeo, en este caso se decide proceder a la elaboración de los

crisoles semirefractarios con la pasta D.

La densidad aparente, es la relación expresada entre la masa de la muestra y el

volumen aparente que es la parte sólida del material más el de los poros cerrados

y abiertos. En la Figura 3.6 se muestra las tendencias con relación a la densidad

aparente que tienen cada una de las pastas formadas con agua y con solución

aglomerante (carboximetilcelulosa al 1 %), secas y quemadas a 1 000, 1 050,

1 100 y 1 150 °C.

La pasta D presenta un valor de la absorción aparente de 19,6 %, quemadas a la

máxima temperatura de ensayos propuesta (1 150 °C), al momento no se dispone

de datos bibliográficos sobre este importante parámetro como requerimiento para

77

crisoles semirefractarios. La pasta C presenta un menor valor de porcentaje de

absorción aparente 18,4 % quemada a 1 150 °C, sin embargo hay que considerar

el resto de parámetros como la trabajabilidad (plasticidad).

Figura 3.6. Absorción aparente (%) vs. temperatura de cocción (°C) de las pastas


Además la pasta D, presenta 6,2 % de contracción lineal después de los procesos

de secado y cocción, mientras que las pastas C y E, presentan 6,1 y 7,6 %,

respectivamente. Por lo mencionado anteriormente, la primera opción de pasta

óptima para la fabricación de los crisoles semirefractarios corresponde a la

pasta D, tomando en cuenta que también es posible obtener buenos cerámicos

semirefractarios con la pasta C.

Para efectos del presente trabajo se seleccionó la formulación de la mezcla

semirefractaria D conformada por: 25 % desechos refractarios (DRF), 20 % arcilla

magra (ATF) y 55 % de caolín (APB), pasta con 24 % de humedad, misma que

permite un moldeo apropiado de los crisoles, y una temperatura de cocción de

1 150 °C, que proporciona buenas características en cuanto a contracción lineal y

pérdida de peso, como se mencionó anteriormente.

0

10

20

30

40

50

1 000 1 050 1 100 1 150

Ab

so

rció

n a

pare

nte

(%

)


Pasta C

Pasta C'

Pasta D

Pasta D'

Pasta E

Pasta E'

78

3.3 RESULTADOS DE LA ELABORACIÓN DE LOS CRISOLES

SEMIREFRACTARIOS

Para la elaboración de los crisoles semirefractarios de 230 cm3 de capacidad,

cuyas dimensiones finales corresponden a: 95,1 mm de diámetro exterior,

60,7 mm de diámetro inferior y 120,4 mm de altura, se emplearon moldes de yeso

con un sobredimensionamiento del 6 % con los que se obtuvo los crisoles para

después evaluar las características físicas y térmicas de los mismos.

Los moldes de yeso empleados para la fabricación de los crisoles semirefractarios

presentan las siguientes dimensiones internas para la formación del crisol:

diámetro exterior 101,0 mm, diámetro inferior 65,5 mm y altura 125,7 mm, además

el peso total de los moldes es 3,41 kg. En la Figura 3.7 se muestran las

fotografías de los moldes empleados con las respectivas dimensiones para la

fabricación de los crisoles semirefractarios. La pasta D presenta las mejores

características de plasticidad para el moldeo de los crisoles, éstos fueron

obtenidos mediante prensado. Para reducir el tiempo de moldeo, el molde debe

estar completamente seco para que la absorción de humedad por parte del yeso

sea rápida y evitar que la pasta se pegue en los moldes.

Figura 3.7. Moldes de yeso para la elaboración de crisoles semirefractarios

79

3.3.1 RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS

EN EL PROCESO DE SECADO Y COCCIÓN DE LOS CRISOLES

El proceso de secado es una de las etapas más importantes dentro del proceso

de producción de todo material cerámico, y este caso no es la excepción, por lo

que se evaluó mediante dos etapas:

La primera etapa denominado secado al ambiente, donde la velocidad de secado

es rápida y constante, ya que se evapora el agua de la superficie, se produce una

contracción significativa, con el riesgo de deformación y agrietamiento en varios

sectores de la pieza debido a ello los crisoles fueron secados al ambiente bajo

sombra por 48 h. Según Borkosky (2010), la segunda etapa donde la velocidad de

secado es lenta y decrece, el contenido de humedad es menor y los granos están

en contacto, por lo que la contracción es mínima y se produce en cámaras de

calentamiento donde se controla las condiciones de temperatura y humedad, por

lo que los crisoles semirefractarios fueron secados en una estufa Memmert por

4 h (p. 8).

En la Tabla 3.13 se muestran los registros de los pesos tomados a 5 muestras de

crisoles moldeados y sometidos a diferentes tiempos de secado, en este proceso

es importante observar posibles fisuras que puedan producirse para de ser el

caso curar la pieza o darle de baja y ser reprocesado. Los resultados reportados

corresponden a los crisoles formados con la pasta semirefractaria D y que no

sufrieron ningún tipo de fisuras.

Tabla 3.13. Variación del peso de los crisoles en función del tiempo de secado

Muestra Tiempo de secado (h)

0 24 48 49 50 51 52

1 742,2 701,4 660,8 636,8 627,7 616,8 617,7

2 740,5 700,5 665,6 637,1 628,5 618,1 618,5

3 741,3 702,3 653,2 637,3 628,7 618,3 618,7

4 739,6 684,5 631,3 637,4 629,0 618,4 619,0

5 739,7 692,3 680,5 637,5 628,3 617,5 618,3

Promedio 740,7 696,2 658,3 637,2 628,4 617,8 618,4

80

En la Figura 3.8 se representa la variación del peso de los crisoles evaluado a

diferentes tiempos de secado, como se detalló anteriormente mediante dos

etapas de secado a temperatura ambiente por 48 h y 80 °C las siguientes 4 h.

Al cumplir adecuadamente con el ciclo de secado propuesto, se observa que los

crisoles no presentan ninguna alteración como fisuras ni grietas para que sean

considerados como rechazados para su posterior reprocesamiento, y sufren

únicamente cambios con relación al tamaño y peso de los mismos.

Figura 3.8. Variación del peso del crisol a diferentes tiempos de secado

Al término del proceso de secado, los crisoles crudos se denominan piezas en

“verde”, pues carecen de dureza y resistencia. Las piezas en verde se sometieron

al tratamiento térmico que sinteriza el material para fijar las propiedades de

dureza y estabilidad. La cocción de los crisoles semirefractrios se realizó con base

a la curva de cocción detallada en el Anexo IV, a la temperatura de 1 150 °C.

En la Tabla 3.14 se muestran los resultados promedios de las características

obtenidas de los crisoles semirefractarios en el proceso de secado y cocción,

cuyos datos se encuentran procesados en el Anexo VI.

600

620

640

660

680

700

720

740

760

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52

Peso

del

cri

so

l (g

)

Tiempo de secado (h)

81

Tabla 3.14. Características del crisol obtenido con la pasta D formada con agua,

seca y quemada a 1 150 °C

Secado

Inicial Final Contracción (%)

Masa del crisol (g) 740,6 618,4 16,5

Diámetro exterior (mm) 101,0 97,6 3,4

Diámetro inferior (mm) 65,5 64,0 2,3

Altura (mm) 125,7 122,3 2,7

Cocción

Inicial Final Contracción (%)

Masa del crisol (g) 618,4 545,0 11,9

Diámetro exterior (mm) 97,6 95,0 2,7

Diámetro inferior (mm) 64,0 60,7 5,1

Altura (mm) 122,3 120,4 1,5

Como se observa en la Tabla 3.14 las dimensiones finales del crisol a obtener son

ligeramente mayores a las propuestas inicialmente, de diámetro exterior, inferior y

altura: 95, 60 y 120 mm respectivamente, esto se debe al sobredimensionamiento

que tiene la matriz de yeso, y en general las dimensiones actuales sobrepasan en

un 3,8 %, lo cual es aceptable pues presenta la misma capacidad.

3.3.2 RESULTADOS DE LA EVALUACIÓN DE LAS PROPIEDADES FÍSICO -

TÉRMICAS DE LA PASTA D EMPLEADA PARA LA PRODUCCIÓN DE

LOS CRISOLES SEMIREFRACTARIOS

3.3.2.1 Resultados de la determinación del coeficiente de conductividad térmica

La determinación del coeficiente de conductividad térmica se realizó a la pasta

seleccionada D para la producción de los crisoles semirefractarios, con el uso del

Aparato de Lee, y su resultado se comparó con datos de bibliografía mostrados

en la Tabla 1.3 la cual presenta los coeficientes de conducción de algunos

materiales refractarios.

Este método se basa en la comparación entre los gradientes térmicos

establecidos entre dos probetas patrón y la muestra a ensayar situada entre

82

ambas. El diseño del equipo se ha abordado considerando la solución de la

ecuación del calor en régimen estacionario para el caso de un flujo de calor

unidimensional, sin sumideros ni fuentes de calor. La configuración experimental

más empleada consiste en un cilindro en el que se impone un gradiente de

temperaturas entre los dos extremos (Barea, Marín, Osendi, Martínez y Miranzo,

2006, p. 81).

Se determinó el promedio del coeficiente de conductividad térmica obtenido

experimentalmente para la pasta D, es de 0,376 W/°C m, y está dentro de los

límites de los coeficientes presentados para la arcilla refractaria de súper y alto

servicio, los cuales están de 0,362 a 0,436 W/°C m. el procesamiento de los datos

obtenidos en el ensayo se detallan en el Anexo VII.

3.3.2.2 Resistencia al choque térmico

Las pruebas de la resistencia al choque térmico se realizaron con base a la

Norma ASTM C 484-66, dirigida a determinar la resistencia al choque térmico de

las baldosas vidriadas de cerámica adaptada a materiales refractarios, para lo

cual se empleó 8 probetas circulares de 28 mm de diámetro por 7 mm de espesor,

formadas con la pasta semirefractaria seleccionada (Pasta D) para la elaboración

de los crisoles, mismas que son secas y quemadas a 1 150 °C.

Las probetas fueron sometidas al calentamiento y enfriamiento brusco, donde el

rango de la gradiente de temperatura de ensayo fue entre 900 °C y temperatura

ambiental (aproximadamente 20 °C), y el tiempo de estabilización de las probetas

en cada ciclo de prueba fue de 10 min.

En la Tabla 3.15 se muestra una clasificación de los materiales para determinar la

resistencia al choque térmico, a través de la cual se realiza una comparación de

resultados obtenidos en el ensayo.

83

Tabla 3.15. Clasificación de los materiales según la resistencia al choque térmico

No. de ciclos en los que se produce

la rotura de las probetas

Grado de resistencia al

choque |térmico

De 1 a 5 Mala resistencia

De 5 a 10 Mediocre resistencia

De 10 a 15 Mediana resistencia

De 15 a 20 Buena resistencia

De 20 a 25 Muy buena resistencia

> 25 ciclos Excelente resistencia (Hursh y Grigsby, 1968, p. 22)

La pasta cerámica refractaria D, resistió 16 ciclos al término de los cuales se

apreció ligeros daños y resquebrajamientos en los filos de las probetas, sin

embargo según la este material es calificado como de buena resistencia al

choque térmico para la fabricación de los crisoles semirefractarios.

En la Figura 3.9 se muestra una de las probetas fisuras al cumplir el décimo sexto

ciclo, donde se observa también unas coloraciones anaranjadas que

corresponden a impurezas por posible contaminación con las superficies en las

que fue expuesta para estabilizarse ya sea en el interior o exterior de la mufla

eléctrica.

Figura 3.9. Probeta de la pasta D en el ensayo

de la resistencia al choque térmico

3.3.2.3 Resistencia a las escorias

La evaluación de la resistencia a las escorias se realizó, midiendo el espesor de la

capa formada por la escoria fundida en las paredes de los crisoles

semirefractarios, producto de la fusión de la carga fundente estequiométrica

84

empleada en la técnica denominada “Ensayo al fuego y recuperación de metales

preciosos” en el Departamento de Metalurgia Extractiva, la cual esta detallada en

la Tabla 2.3.

Este parámetro se midió en crisoles utilizados en los procesos de fusión a 850 y

900 °C, temperaturas de operación más comunes dentro del procesamiento

pirometalúrgico una vez que alcanzaron la temperatura ambiental y los resultados

se muestran en la Tabla 3.16.

Tabla 3.16. Espesor de la capa formada por las escorias fundidas

en el crisol semirefractario

Temperatura de fusión 850 °C 900 °C

Profundidad de penetración (µm) (µm)

Base del crisol 3 200 2 920

Parte intermedia 1 010 980

Parte del vertido o colado 1 200 1 300

Los espesores de las escorias formadas en las paredes internas de los crisoles

semirefractarios varían debido a que una vez cumplida la función del crisol, la

escoria remanente se fija en el fondo de la pieza, de igual manera, en la parte

superior o boca del crisol por el tiempo requerido para colar o verter la carga

fundente en la lingotera, la viscosidad aumenta por el descenso de la temperatura

y por ende se fija también mayoritariamente.

En las Figura 3.10 (a) y Figura 3.10 (b) se muestran las fotografías de uno de los

crisoles que fundieron la carga fundente a 850 y 900 °C, respectivamente, a partir

de los cuales se realizaron los cortes tranversales correspondientes para medir el

espesor de la capa formada por la escoria fundida.

Los espesores de las capas formadas por las escorias en materiales

semirefractarios empleados en fusiones a 850 °C son mayores que 900 °C,

debido a la menor energía térmica que recibe la carga fundente y

consecuentemente mayor viscosidad que a 900 °C.

85

Figura 3.10. Fotografías de los crisoles después de la fusión

a 850 y 900 °C, respectivamente

3.4 DEFINICIÓN DEL DIAGRAMA DE FLUJO Y

DIMENSIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS NECESARIOS PARA

UNA PLANTA PILOTO DE PRODUCCIÓN DE CRISOLES

SEMIREFRACTARIOS DE 1 500 KG/MES DE CAPACIDAD

Para la definición del diagrama de flujo y el dimensionamiento de los equipos de

la planta piloto como trituradora de mandíbulas, molino de rodillos y de bolas, se

consideró las mejores condiciones de operación obtenidas a nivel laboratorio.

Además, se presenta una descripción de las operaciones unitarias, y balances de

masa y energía de los procesos involucrados para la producción de 1 500 kg/mes

de crisoles semirefractarios, como son: reducción y homogenización del tamaño

de las materias primas, dosificación y mezclado de la pasta en seco,

humidificación y maduración de la pasta, moldeado, secado y cocción de los

crisoles

3.4.1 CONDICIONES DE OPERACIÓN DE LOS PROCESOS

Las operaciones de reducción de tamaño de las materias primas permitieron

obtener una granulometría que permite compactar materias primas a un tamaño

menor a 180 µm. Se decidió realizar una reducción de tamaño de materiales por

86

separado debido a que cada uno de ellos presenta características diferentes en

cuanto a dureza, obteniendo granulometrías diferentes a las deseadas de acuerdo

a la composición porcentual de la pasta semirefractaria, y las condiciones

requeridas en este proceso se detallan en la Tabla 3.17.

Tabla 3.17. Condiciones de operación de los equipos de reducción

y clasificación de tamaño

Trituradora de

mandíbulas

Molino de

rodillos

Molino de

bolas Vibro tamiz

Materia prima a procesar DRF, ATF, APB APB DRF, ATF DRF, ATF, APB

Tamaño de entrada y

salida de las partículas

(mm) (*µm)

≤ 50,0

≤ 25,4

≤ 25,4

≤ 2,0

≤ 25,4

≤ 2,0

≤ 2,0

≤ 0,18

≤ 180 *

Porcentaje de carga (%) 50

Tiempo de molienda (h) 4,10

Capacidad (kg/mes) 1 678,2 923,0 755,2 1 678,2

Las condiciones de dosificación, mezclado y humidificación se realizan para

obtener una pasta semirefractaria cuya composición es: 25 % de desechos

refractarios, 20 % arcilla magra y 55 % de caolín, mientras que la humidificación

corresponde al 24 % de agua sobre el total del material seco. Posterior a la

humidificación, la pasta semirefractaria reposa 24 h antes de ser utilizada en el

moldeado, este proceso se denomina maduración o maceración y tiene el objetivo

de homogenizar la humedad.

Las condiciones para la moldeabilidad de los crisoles requieren plasticidad que

permita distribuir la pasta en el molde de yeso, y a través de la presión obtener las

piezas completas con la forma requerida, según las condiciones mostradas en las

Tabla 3.18 y Tabla 3.19.

El proceso de secado de los crisoles semirefractarios comprende dos etapas, la

primera efectuada a temperatura ambiente por 48 h y el segundo a 80 °C en una

estufa por 4 h. La cocción debe cumplir un ciclo definido para productos

refractarios, la temperatura de cocción seleccionada corresponde a 1 150 °C. Las

condiciones para los procesos de secado y cocción de los crisoles

semirefractarios se detallan en la Tabla 3.20.

87

Tabla 3.18. Condiciones de operación para el de amasado

Flujo másico material seco (kg/mes) 1 678,20

Flujo másico de agua (kg/mes) 529,96

Humedad de la pasta (%) ≥ 24

Tabla 3.19. Condiciones de operación para el moldeo

Tiempo de moldeo por crisol (min) 4

Humedad de la pasta (%) 24

Masa de pasta por crisol (kg) 0,74

Densidad de la pasta (kg/m3) 1 600

Tabla 3.20. Condiciones de operación para el secado y cocción

Tiempo de secado a T ambiente (h) 48

Tiempo de secado a 80 °C (h) 4

Contracción lineal en seco (%) 16,5

Tiempo de calentamiento (h) 4,9

Tiempo de cocción a T = 1 150 °C (h) 1,0

Tiempo de enfriamiento (h) 6,8

3.4.2 BALANCE DE MASA

El balance de masa de la planta piloto, considera un flujo másico mensual de

1 678,20 kg/mes de desechos refractarios (DRF), arcilla magra (ATF) y caolín

(APB), materiales que durante la cocción presentan una pérdida de peso de

10,6 %, representando finalmente 1 500 kg de producto semirefractario, definidas

en el diagrama de bloques (BFD) que se presenta en la Figura 3.11.

El balance de masa considera las condiciones de operación en los diferentes

procesos mencionados anteriormente, y se realizó en función de los mejores

resultados obtenidos a escala de laboratorio, sin embargo para el proceso de

amasado se realizaron algunas consideraciones según las especificaciones dadas

por el fabricante, pues en la EPN no se cuenta con equipos de similares

88

características para la aplicación cerámica.

TRITURACIÓN

PRIMARIA

TRITURACIÓN

SECUNDARIA

TAMIZADO

(Eficiencia = 80 %)

DOSIFICACIÓN Y

HOMOGENIZACIÓN

MOLDEADO DE

CRISOLES

SECADO

(48 h a T amb

y 4 h a 80 °C)

TRITURACIÓN

PRIMARIA

TRITURACIÓN

PRIMARIA

TRITURACIÓN

SECUNDARIAMOLIENDA

TAMIZADO

(Eficiencia = 80 %)

TAMIZADO

(Eficiencia = 80 %)

COCCIÓN

(1 150 °C)

DRF

419,6 kg/mes, ≥ 50 mm

ATF

335,6 kg/mes, ≥ 50 mm

APB

923,0 kg/mes, ≥ 50 mm

Agua

529,9 kg/mesAMASADO DE LA PASTA

(24 % humedad)

> 180 µm > 180 µm > 180 µm

≤ 180 µm

≤ 180 µm

≤ 180 µm

Agua y Pérdidas

por calcinación

178,2 kg/mes

Agua

529,9 kg/mes

Crisoles semirefractarios

1 500 kg/mes

≤ 25,4 mm

Mezcla seca

1 678,2 kg/mes

ALMACENAJE Y

MADURACIÓN (24 h)

Pasta

2 208,2 kg/mes

≤ 25,4 mm ≤ 25,4 mm

≤ 2,0 mm ≤ 2,0 mm ≤ 2,0 mm

Figura 3.11. Diagrama de bloques del proceso producción de


89

3.4.3 BALANCE DE ENERGÍA

El balance de energía se realizó en base a las capacidades de los equipos y sus

tiempos de operación determinados en la sección 3.4.4 y los resultados se

detallan en la Tabla 3.21.

Tabla 3.21. Balance de energía de equipos principales

Equipos Cantidad Potencia

(kWh)

Tiempo de

operación

(h/mes)

Energía

consumida

(kWh/mes)

Trituradora de mandíbulas 1 3,00 10,0 30,00

Molino de rodillos 1 1,50 1,3 1,95

Molino de bolas 1 18,50 4,1 75,85

Vibrotamiz 2 0,56 5.0 5,60

Amasadora 1 11,00 4,0 44,00

Horno eléctrico de mufla 1 110,00 54,0 5 940,00

Total 6 097,40

3.4.4 DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS PRINCIPALES PARA LA PLANTA

PILOTO

En el dimensionamiento de los equipos principales de la planta piloto para la

fabricación de 1 500 kg/mes de crisoles semirefractarios, se definieron cuatro

áreas de producción las cuales se presentan en la Tabla 3.22, donde además se

muestra la nomenclatura de los equipos.

El área de reducción de tamaño considera dos etapas para molienda gruesa y

molienda fina para cada tipo de materia prima. La molienda gruesa se realiza en

una trituradora de mandíbulas donde se la reducción de tamaño se efectúa hasta

alrededor de 25,4 mm (1 pulg), mientras que la molienda fina se refiere a la

subdivisión de los materiales a niveles de gran finura que pasen la malla No. 80

(180 µm). En general, la operación de reducción de tamaño, se rige por el

requerimiento mensual de las materias primas, las cuales deben ser procesadas

una vez al mes con una carga circulante del 250 %.

90

Tabla 3.22. Nomenclatura de los equipos por áreas

Área Nomenclatura Equipo

Reducción

y clasificación de

tamaño

TM-101 Trituradora de mandíbula

MR-101 Molino de rodillos

MB-101 Molino de bolas

VT-101 Vibrotamiz para DRF y ATF

VT-102 Vibrotamiz para APB

Dosificación,

humidificación

y amasado

BZ-201 Balanza

TA-201 Tanque para la dosificación y mezclado

MZ-201 Amasadora

Moldeo

TA-301 Tanque para almacenamiento de pasta

MC-301 Moldes de yeso

SC-301 Estantería

Secado y cocción CC-401 Horno cerámico

La trituración primaria efectuada en la trituradora de mandíbulas puede regular la

salida del tamaño de partícula, al igual que el molino de rodillos. Sin embargo, se

requiere el empleo de un molino de bolas, cuya operatividad depende de la

dureza del material, tiempo de molienda y velocidad de giro del tambor, por lo que

en general se trabaja con una carga circulante del 250 % para todo el circuito de

reducción de tamaño. En la Tabla 3.23 se muestran los resultados obtenidos a

nivel laboratorio para el área de molienda de las materias primas. El transporte de

las materias primas se realiza con carretillas industriales de 145 kg de capacidad.

Tabla 3.23. Resultados para el área de molienda

Desechos refractarios

(DRF)

Arcilla magra

(ATF)

Caolín

(APB)

Material procesado (kg/mes) 419,6 335,6 923,0

Carga circulante 2,5 2,5 2,5

Reciclo (kg/mes) 629,3 503,5 1 384,5

Carga total (kg/mes) 1 048,9 839,1 2 307,5

Capacidad del molino (kg/h) 650 650 650

En la Figura 3.12 se presenta el diagrama de flujo del proceso (PFD), en el que se

detallan los principales equipos, su nomenclatura, el flujo de los productos y la

tabla de corrientes.

1

Desechos refractarios

Arcilla Magra

Caolín

1

2

3

5

6

4

7

8

9

13

Agua

15

161719Crisoles

Agua y PC

21

20 Agua 18

TM-101

MB-101

MR-101

10

11

12

14

VT-102

VT-101

TA-201

MZ-201

TA-301MC-301

SC-301

CC-401


FACULTAD DE INGENIERÍA

Y AGROINDUSTRIA



Y AGROINDUSTRIA

Diagrama PDF de planta de producción de crisoles semirefractarios

a partir de desechos refractarios industriales y arcillas ecuatorianas.

1/1

PFD

Jenny Olmos Valdez

10 de noviembre de 2014

N. Línea 1 2 3 4=7=10 5=8=11 6=9=12 13 14 15=16=17 18 19 20 21

Estado S S S S S S S L Pasta V S V S

Temperatura °C 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20

Desechos refractarios kg/mes 419,6 0 0 0 0 419,6 0 0 0 0 0 0 0

Arcilla magra kg/mes 0 335,6 0 0 335,6 0 0 0 0 0 0 0 0

Caolín kg/mes 0 0 923,0 923,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Pasta semirefractaria kg/mes 0 0 0 0 0 0 1678,2 0 2207,2 0 1678,2 0 1500,0

Agua kg/mes 0 0 0 0 0 0 0 529,0 0 529 0 0 0

Pérdidas por Calcinaciónkg/mes 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 178,2 0

Figura 3.12. Diagrama de flujo del proceso (PFD) 9

1

92

De acuerdo a los resultados generales sobre la reducción de tamaño se define las

capacidades de la trituradora de mandíbulas, molino de rodillos y molino de bolas

y se seleccionaron los equipos especificados en el Anexo XIII. Se requieren de

dos vibrotamices, uno de los cuales será empleado para la clasificación de

tamaño de los desechos refractarios (DRF) y la arcilla magra (ATF), mientras que

la otra está destinada para la clasificación del caolín, ambas poseen un tamaño

de partícula de 180 µm, tamaño necesario para el proceso de mezclado de las

materias primas. Las características de los vibrotamices utilizados se muestran en

la hoja de especificaciones técnicas en el Anexo XIII.

A partir de la operación de dosificación, mezclado y humidificación se debe

considerar que la operación de moldeo es manual, por lo hay que distribuir el flujo

másico para cuatro semanas, a fin de mantener la humedad de la pasta requerida

para la fabricación de los crisoles.

Las operaciones de dosificación y mezclado se realizan de manera manual,

empleando una carretilla y una balanza. En esta área se requiere de tanque o

una tina industrial para la mezcla de las materias primas y para su

dimensionamiento se determinó el volumen tomando en cuenta la densidad

promedio de la mezcla y un coeficiente de seguridad de 1,2, como se muestra en

la ecuación 3.1.

[3.1]

Se utilizará tinas de polipropileno con capacidad de 500 L con lo que se tiene un

sobre dimensionamiento del 17 % que es aceptable, cuyas dimensiones son

diámetro 500 mm y altura 640 mm.

En la Figura 3.13 se presenta un esquema de la maxaladora o amasadora de

arcillas empleada para la humidificación y amasado de las materias primas

mezcladas.

93

En la Tabla 3.24 se resumen los parámetros a considerar durante el proceso de

humidificación y maduración de la pasta antes de la fabricación de los crisoles

semirefractarios, y el equipo seleccionado de catálogo se muestra en el

Anexo XIII.

Tabla 3.24. Parámetros para la humidificación y maduración de la pasta

Parámetro Valor

Materia prima total seca (kg/semana) 419,6

Agua (kg/semana) 132,5

Densidad de la pasta (kg/m3) 1 600

Volumen de almacenamiento de la pasta (m3) 0,5

Tiempo de amasado (h) 0,9

Tiempo de maduración de la pasta (h) 24,0

Figura 3.13. Esquema de la amasadora de arcillas

El tiempo aproximado para el amasado depende de la capacidad mostrada según

el fabricante del equipo, sin embargo se puede modificar en función de la

alimentación de la mezcla sólida de los materiales.

[3.2]

En el proceso de moldeo de los crisoles, las matrices a emplearse son elaborados

con yeso, el tiempo requerido para el moldeo del crisol es de 3 min por unidad,

además la pieza formada debe permanecer por 4 min adicionales en el molde de

yeso, para que éste absorba humedad de la pasta y se proceda al retiro del crisol

94

sin ningún defecto. Cada matriz de yeso permite un moldeo de hasta 12 unidades,

luego de lo cual éste debe someterse a un secado. Por lo antedicho, se destinará

dos días a la semana para el moldeado de los crisoles. La producción de

1 500 kg/mes de crisoles semirefractarios, representa una 688 crisoles semanales

o 138 diarios.

[3.3]

Además se empleará el siguiente número de moldes o matrices de yeso:

[3.4]

Para el proceso de secado se empleará dos estanterías que por facilidad de

trasporte tendrán ruedas, y sus dimensiones son: altura × ancho × profundidad:

1 470×2 500×230 mm, con 7 divisiones con 50 crisoles cada una, almacenando

350 crisoles por estantería, los cuales serán sometidos a los ciclos de secado

empleando el aire caliente generado del proceso de cocción.

Finalmente, los crisoles son llevados al proceso de cocción para lo cual se

utilizará un horno intermitente denominado horno eléctrico de mufla cuya máxima

temperatura de operación es de 1 300 °C. Las dimensiones internas del horno

son: ancho, alto y profundidad: 1 000×1 600×1 400 mm, respectivamente, la

capacidad neta del horno es de 2,14 m3, el cual es seleccionado y detallado en el

Anexo XIII. En el horno se empleará 14 placas refractarias con los respectivos

separadores que sirvan de soporte para los crisoles y optimizar el espacio, las

dimensiones de las placas son 800×650 mm, formaran 7 capas de soportes y la

distribución se realizará según lo mostrado en la Tabla 3.25.

Tabla 3.25. Distribución de crisoles, placas y separadores dentro del horno.

Espesor de la placa (mm) 30,0

Altura del crisol (mm) 125,7

Espacio entre crisol y siguiente placa (mm) 60,0

95

Espacio entre la base del horno y primera placa (mm) 60,0

En la Figura 3.14 se muestra un esquema del horno eléctrico de mufla para la

cocción de los crisoles semirefractarios.

Figura 3.14. Esquema del horno eléctrico de mufla para la cocción

de los crisoles semirefractarios.

Se considera que de acuerdo al área de cada placa refractaria y al diámetro

aproximado de los crisoles en crudo (101 mm), cada capa contendrá 100 crisoles,

es decir se realizara una quema semanal de 700 crisoles. El horno tendrá un

sobredimensionamiento del 1,7 %, lo cual es aceptable. En la Figura 3.17 se

muestra el diagrama Lay Out de la planta para la producción de crisoles

semirefractarios.

96

97

MB-101

6 500 mm

1 70

0 m

m Área de

almacenamiento

de materias

primas

1 800 mm670 mm

1 00

0 m

m

900

mm

600 mm

600

mm

Área de pesaje y

dosificación

2 500 mm

2 00

0 m

m

600 mm

600

mm

600 mm

1 350 mm

750 mm

2 550 mm

2 250 mm

1 650 mm

Área de moldeado

Área de secado

TM-101

VT-101

VT-102

MR-101

TA-101

MZ-201TA-301

MC-301

SC-301

CC-401

Área de despacho

de productosSS-HH

7 200 mm

Denominación Equipos Denominación Equipos

TM-101 Trituradora de mandíbulas MZ-201 Amasadora

MB-101 Molino de bolas TA-301 Tanque para almacenamiento de pasta

MR-101 Molino de rodillos MC-301 Molde de yeso

VT-101 Vibrotamiz para DRF y ATF SC-301 Secadero

TA-201 Tanque para dosificación y mezclado CC-401 Horno cerámico



Y AGROINDUSTRIA



Y AGROINDUSTRIA

Diagrama Lay Out de planta de producción de crisoles

semirefractarios a partir de desechos refractarios industriales y

arcillas ecuatorianas.

Escala 1:80

Jenny Olmos Valdez

10 de noviembre de 2014

BZ-101

96

Figura 3.15. Diagrama Lay Out de la planta para la producción de crisoles semirefractarios

98

3.5 RESULTADOS DEL ANÁLISIS DE PREFACTIBILIDAD

ECONÓMICA LA PLANTA DE PRODUCCIÓN DE CRISOLES

SEMIREFRACTARIOS

Para la evaluación económica se utilizó diversos criterios de matemática

financiera, en la cual se calcularan los costos fijos y variables de operación y el

flujo de caja para determinar la factibilidad de implementar la planta de

procesamiento de crisoles semirefractarios. Los parámetros del proyecto se

detallan en la Tabla 3.26 a partir de los cuales se determinan los costos del

proyecto.

Tabla 3.26. Parámetros del proyecto de inversión de la planta para la producción de


Nombre del Parámetro Unidad Valor del

Parámetro

Aporte de socios USD 50 000

Aporte patronal a IESS % de valor sueldo o salario 11,15

Duración de capital de

operación Meses 3

Imprevistos % de costos de producción 3

Interés bancario por anualidad % 10

Mantenimiento de maquinaria

y equipos % valor de maquinaria y equipos 5

Reparación de maquinaria % inversión en maquinaria y

equipos 2

Amortización de maquinaria y

equipo Años 5

Dentro de los parámetros del proyecto se consideró que se iniciará con un capital

financiado por socios que asciende a un total de USD 50 000, con respecto al

aporte patronal al IESS se debe tener en cuenta cumplir con el Código de trabajo

y leyes conexas, la duración del capital de 3 meses depende del tiempo de pagos

de facturas y de la velocidad de arranque del proyecto, el 3 % de los costos de

producción que corresponde a imprevistos es considerado un colchón para cubrir

cualquier necesidad que se presentare y es recomendado entre el 2 y 5 %, con

respecto al mantenimiento de la maquinaria y equipos corresponde al 5 % ya que

el mantenimiento preventivo debe darse desde el primer día de operación y el 2 %

99

para la reparación de maquinaria, estos parámetros son fijados por el Ministerio

de Finanzas del Ecuador.

Los costos de operación son determinados por los costos fijos y variables. Dentro

de los costos fijos se determina el costo total anual por sueldos de la mano de

obra directa e indirecta de la planta, detallados en la Tabla 3.27.

Tabla 3.27. Sueldos de la mano de obra directa e indirecta de la planta

Puesto de

trabajo N.

Sueldo

(USD)

Aporte al IESS

11,15 % (USD)

Vacaciones,

13avo, 14avo, fondos

de reserva (USD)

Gran total

anual (USD)

Gerente 1 700,00 78,05 1 825,22 11 161,82

Operario 2 318,00 35,46 1 019,26 10 521,49

Total 21 683,31

En la Tabla 3.28 se presentan parámetros complementarios considerados para

determinar los costos fijos de producción anuales para la evaluación económica

preliminar de la planta de producción de crisoles semirefractarios. Cabe recalcar

que no se considera el costo de los desechos refractarios industriales como

materia prima, ya que no tiene un valor comercial definido.

Tabla 3.28. Costos fijos de producción anuales

Detalle Valor anual %

Materiales directos 644,43 2,61

Mano de obra 21 683,31 87,08

Materiales indirectos 30,00 0,12

Depreciación de los equipos 60,00 0,24

Mantenimiento de equipos 13,20 0,06

Mantenimiento de instalaciones 36,00 0,15

Suministros 1 475,93 5,98

Imprevistos 718,77 2,91

Total 24 677,63 100,00

Los costos variables consideran los costos de las materias primas, insumos y

servicios industriales, mostrados en la Tabla 3.29. En la Tabla 3.30 se presentan

los costos de los equipos principales de la planta de producción de crisoles, en

100

ella están considerados los parámetros del proyecto en cuanto a amortización de

maquinaria y equipo.

Tabla 3.29. Costos de materias primas, insumos y servicios

Detalle Unidad Costo

unitario

Cantidad

mensual

Costo

mensual

Costo

anual

Arcilla magra kg 0,05 335,64 16,78 201,38

Caolín kg 0,04 923,01 36,92 443,04

Agua potable m3 0,72 40,00 28,80 345,60

Energía eléctrica kW-h 0,06 6 097,40 365,80 4 390,13

Total 5 380,15

Tabla 3.30. Costo de equipos principales de la planta de producción de crisoles

semirefractarios

Designación del

equipo

Unidad

Productiva

Unidade

s

Valor

Unitario

Valor

Total

Dividendo de

Amortizació

n

Trituradora de

mandíbulas

Reducción de

tamaño 1 4 000,00 4 000,00 800,00

Molino de bolas Reducción de

tamaño 1 4 000,00 4 000,00 800,00

Molino de rodillos Reducción de

tamaño 1 4 500,00 4 500,00 900,00

Vibro tamiz Reducción de

tamaño 2 1 100,00 2 200,00 440,00

Mezcladora Mezclado 1 2 500,00 2 500,00 500,00

Moldes de yeso Prensado 6 70,00 420,00 84,00

Horno eléctrico de

mufla Cocción 1 20 000,00 20 000,00 4 000,00

Balanza Pesaje 1 600,00 600,00 120,00

Tanques de mezcla Almacenamient

o 3 100,00 300,00 60,00

Total 38 520,00

La planta piloto para la producción 1 500 kg/mes de crisoles semirefractarios no

requiere de un área extensa, de tal manera para arrancar con la producción se

requiere de un galpón de no más de 90 m2, razón por la cual no se estima el costo

del terreno ni de la obra civil a construir, y se decide arrendar un galpón cuyo

costo mensual equivale a USD 300 y anual asciende a USD 3 600, además el

101

resto de parámetros considerados en el monto de la inversión total se muestra en

la Tabla 3.31.

Tabla 3.31. Monto de la inversión total para la planta de producción de crisoles

semirefractarios

Denominación Valor %

Arriendo de galpón 3 600,00 7,46

Maquinaria y equipo 38 520,00 79,77

Capital de operación 6 169,41 12,78

Total 48 289,41 100,00

Además, para realizar el flujo de caja se debe considerar los ingresos por ventas

del producto detallados en la Tabla 3.32.

Tabla 3.32. Monto de ingresos por ventas de los crisoles semirefractarios

Designación del

Producto

Cantidad de

producto

producido por

mes (kg)

Cantidad de

producto

producido por

año (kg)

Precio de

venta

(USD/kg)

Ingresos

anuales

por venta

(USD)

Crisoles semirefractarios

de 230 cm3

1 500 18 000 3,50 63 000,00

Total 63 000,00

En la Tabla 3.33 se muestra el estado de pérdidas y ganancias del proyecto para

la implementación de la planta para la producción de crisoles semirefractarios.

Tabla 3.33. Estado de pérdidas y ganancias

Designación Valor Porcentaje

sobre ventas

Ventas 63 000,00 100,0

(-) Costos de producción 24 677,63 39,2

Utilidad bruta por ventas 38 322,37 60,8

(-) Gastos por ventas 0,00 0,0

Utilidad neta por ventas 38 322,37 60,8

(-) Gastos de administración 11 161,82 17,7

Utilidad bruta en operaciones 27 160,56 43,1

(-) Impuesto a la renta 6 790,14 10,8

Utilidad Neta en Operaciones 20 370,42 32,3

102

Como se observa en la Tabla 3.33 que los ingresos por la venta de los crisoles

semirefractarios son superiores al costo de producción, dando muestras de ser un

proyecto viable y económicamente rentable, sin embargo, para complementar

este análisis se evalúo el proyecto con los índices financieros Tasa Interna de

Retorno (TIR), Valor Actual Neto (VAN) y la Relación Beneficio/Costo (B/C), que

son herramientas de análisis que permiten observar el comportamiento y

desarrollo interno del proyecto, cuyos resultados se muestran en la Tabla 3.34.

Tabla 3.34. Resultados de los índices financieros

Índices financieros

TIR (%) 67

VAN (USD) 587 859,55

B/C 1,13

El TIR de 67 % del proyecto es mayor que el interés entregada por los bancos

mismo que es del 10 % anual, el proyecto se torna viable y además indica el

porcentaje de rentabilidad que obtendrán los inversionistas como premio a la

decisión de invertir en esta alternativa de inversión.

De igual manera, una vez cubierto los gastos del capital inicial de los socios,

costos de producción, impuestos y depreciación de equipos la ganancia a obtener

es de USD 587 859,55. Sin embargo, la relación beneficio costo corresponde

a 1,13, lo que convierte al proyecto en aconsejable, lo que permite considerar la

posibilidad de incrementar la producción o incursionar en la fabricación de nuevos

productos que tengan mayor valor económico.

El punto de equilibrio corresponde a la cantidad de producción en que los

ingresos totales son iguales a los costos totales y este se alcanza con la

producción de 7 200 kg de crisoles semirefractarios, es decir en el primer año de

funcionamiento de la planta.

Cabe señalar que el proyecto no muestra cambios en el costo de materias primas,

nómina y suministros, lo que se considera una salvedad para la estimación

realizada.

103

Finalmente en la Figura 3.16 se muestra la gráfica para la determinación del punto

de equilibrio, que es una técnica para estudiar las relaciones entre costos fijos

variables y los beneficios.

Figura 3.16. Punto de equilibrio del proyecto para la producción de


En la Tabla 3.35 se muestra el flujo de caja para el proyecto para un plazo de 10

años, realizado con las consideraciones de los parámetros antes detallados.

0

20 000

40 000

60 000

80 000

0 5 000 10 000 15 000 20 000

Co

sto

s t

ota

les (

US

D)

Unidades producidas por año

Costos Fijos Anuales Costos totales Ventas

104

Tabla 3.35. Flujo de caja para el proyecto para la implementación de la planta piloto de crisoles semirefractarios

Flujo de Caja

Designación Año 0 Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 Año 6 Año 7 Año 8 Año 9 Año 10

Aportación de socios 50 000,0

Ventas 63 000,0 63 000,0 63 000,0 63 000,0 63 000,0 63 000,0 63 000,0 63 000,0 63 000,0 63 000,0 63 000,0

(-) Costo de Producción

24 677,6 24 677,6 24 677,6 24 677,6 24 677,6 24 677,6 24 677,6 24 677,6 24 677,6 24 677,6

(-) Gasto de venta

0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

(-) Gasto de Administración

11 161,8 11 161,8 11 161,8 11 161,8 11 161,8 11 161,8 11 161,8 11 161,8 11 161,8 11 161,8

Flujo bruto

27 160,6 27 160,6 27 160,6 27 160,6 27 160,6 27 160,6 27 160,6 27 160,6 27 160,6 27 160,6

Dividendo de financiamiento 98 289,4 15 996,1 15 996,1 15 996,1 15 996,1 15 996,1 15 996,1 15 996,1 15 996,1 15 996,1 15 996,1

Flujo antes de impuestos

43 156,7 43 156,7 43 156,7 43 156,7 43 156,7 43 156,7 43 156,7 43156,7 43 156,7 43 156,7

(-) Impuesto a la renta

10 789,2 10 789,2 10 789,2 10 789,2 10 789,2 10 789,2 10 789,2 10 789,2 10 789,2 10 789,2

Flujo después de impuestos

32 367,5 32 367,5 32 367,5 32 367,5 32 367,5 32 367,5 32 367,5 32 367,5 32 367,5 32 367,5

Flujo Acumulativo

-15 921,9 16 445,7 48 813,2 81 180,7 113 548,2 145 915,8 178 283,3 210 650,8 243 018,4 275 385,9

Inversión total -48 289,4 1

03

105

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

4.1 CONCLUSIONES

Se determinó mediante la caracterización química de los tres materiales

empleados tienen naturaleza silico-aluminosa, los desechos refractarios (DRF)

presentan un contenido de 37,0 % de Si y 16 % de Al, la arcilla magra (ATF)

34,7 % de Si y 15,4 % de Al y el caolín (APB) 32,8 % de Si y 25,3 % de Al.

La caracterización mineralógica de los materiales muestran que los desechos

refractarios (DRF) contienen el 35 % de cristobalita y 30 % de mullita,

minerales que proporcionan las características de alta resistencia al choque

térmico y ataque químico, la arcilla magra (ATF) contiene 29 % caolinita y

25 % de cuarzo que le confieren refractariedad pero a la vez baja plasticidad

en la preparación de las pastas, mientras que el caolín (APB) tiene 55 % de

caolinita y 13 % de montmorillonita responsables de la refractariedad y buen

conformado de las piezas, respectivamente.

La formación de las pastas semirefractarias con composiciones de 25 % de

desechos refractarios (DRF), de 15 a 25 % de arcilla magra (ATF) y de 50 a

60 % de caolín (APB), obtenidas con solución aglomerante

(carboximetilcelulosa al 1 %) presentan baja cohesividad de las partículas y

mayor valor en cuanto a las propiedades de contracción lineal y pérdida de

peso después de la cocción, comparadas con las pastas formadas con iguales

composiciones pero obtenidas con agua como aglomerante, es decir la

pérdida de peso difiere en aproximadamente 2,4 %, con lo que se

incrementaron los valores correspondientes a la porosidad en 3,2 % y

absorción aparente en 4,1 %, mientras que la densidad aparente disminuyó en

0,2 %.

La pasta semirefractaria con las mejores características para la fabricación de

los crisoles corresponde a una mezcla de materiales de tamaño inferior a

106

180 µm cuya composición comprende: 25 % de desechos refractarios, 20 %

de arcilla magra y 55 % de caolín, pasta formada con 24 % de humedad

empleando agua como aglomerante.

Los crisoles de 230 cm3 de capacidad son obtenidos mediante presión en

moldes de yeso y quemados a 1 150 °C, después de la cocción presentan una

contracción lineal de 3,6 %, pérdida de peso de 12,2 % y absorción aparente

de 19,6 %. Las dimensiones finales de los crisoles son diámetro exterior,

inferior y altura: 95,1, 60,7 y 120,0 mm respectivamente, el coeficiente de

conductividad térmica del material es de 0,376 W/°C.m y el material presenta

un buen grado de resistencia al choque térmico y a las escorias.

El diseño y la evaluación de la prefactibilidad económica para la

implementación de la planta piloto para producir 1 500 kg/mes de crisoles

semirefractarios requiere de una inversión de USD 98 289,40, obteniendo una

Tasa Interna de Retorno (TIR) de 67 %, lo que demuestra que el proyecto es

rentable. Además se obtiene un Valor Actual Neto (VAN) de USD $ 587 859,55

y el tiempo de retorno de la inversión es de 5 meses aproximadamente.

4.2 RECOMENDACIONES

Comprobar la eficacia de aglomerantes cerámicos como: aglutinantes

inorgánicos (bentonita) y orgánicos (lignina-melaza, alquitrán, resinas,

aceites), entre otros para la formación de materiales refractarios y

semirefractarios,

Investigar sobre nuevos materiales como arcillas que puedan adicionarse a los

desechos refractarios, para formular y obtener diferentes productos como:

cápsulas para copelación, soportes, ladrillos y placas refractarias, entre otros

para diversas aplicaciones ya sea a escala de laboratorio o industrial, y

proporcionar características químicas, físicas, mecánicas o térmicas

requeridas.

107

Desarrollar otras alternativas tecnológicas que permitan reducir los costos por

procesamiento principalmente de los desechos refractarios, como molienda en

húmedo junto con el resto de materiales, esto dependerá de la composición a

alcanzar y especialmente de las características seleccionadas para la

formación de los nuevos materiales refractarios.

Considerar los costos por importación de los materiales refractarios en

general, ya que para ciertas aplicaciones no se requieren cumplir

estrictamente con composiciones químicas y mineralógicas, y se pueden

reemplazar con producto nacional que cumpla con el resto de características

físicas, mecánicas y térmicas a utilizar.

108

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116

ANEXOS

117

ANEXO I

FICHAS TÉCNICAS

FICHA TÉCNICA #1

NÚMERO DE ENSAYO 1

TÍTULO DE ENSAYO Caracterización física de los desechos refractarios

TIPO DE ENSAYO Análisis Granulométrico

Determinación de la densidad real y aparente

TIPO DE MUESTRA Desechos de soportes refractarios

IDENTIFICACIÓN DE LA MUESTRA DRF

OBJETIVO Determinar el d80, la densidad real y aparente

Tabla A.I.1. Resultados del análisis granulométrico de la alimentación de DRF

a la molienda

Malla No.

ASTM

Tam. de

partícula

(µm)

Peso

retenido

(g)

Retenido

parcial

(%)

Retenido

acumulado

(%)

Acumulado

que pasa

(%)

20 850 40,2 16,2 16,2 83,8

30 600 45,1 18,1 34,3 65,7

40 425 40,4 16,2 50,6 49,5

50 300 38,6 15,5 66,1 33,9

60 250 19,9 8,0 74,1 25,9

70 212 15,3 6,2 80,2 19,8

80 180 11,4 4,6 84,8 15,2

100 150 10,8 4,3 89,1 10,9

150 100 9,9 3,9 93,1 6,9

180 85 4,3 1,7 94,8 5,2

200 75 4,6 1,9 96,7 3,3

270 53 3,9 1,6 98,2 1,8

400 38 3,8 1,5 100,0 0,0

Total 248,2 100,0

118

Tabla A.I.2. Resultados del análisis granulométrico del producto de DRF

de la molienda

Malla No.

ASTM

Tam. de

partícula

(µm)

Peso

retenido

(g)

Retenido

parcial

(%)

Retenido

acumulado

(%)

Acumulado

que pasa

(%)

20 850 13,5 5,4 5,4 94,6

30 600 17,4 7,0 12,4 87,6

40 425 10,5 4,2 16,6 83,4

50 300 19,1 7,7 24,3 75,7

60 250 28,6 11,5 35,8 64,2

70 212 21,1 8,5 44,3 55,7

80 180 30,2 12,1 56,4 43,6

100 150 43,7 17,6 73,9 26,0

150 100 21,6 8,7 82,6 17,4

180 85 11,5 4,6 87,3 12,7

200 75 9,8 3,9 91,2 8,8

270 53 12,6 5,1 96,3 3,7

400 38 9,3 3,7 100,0 0,0

TOTAL 248,9 100,0

Tabla A.I.3. Parámetros para la determinación de la densidad real de DRF

Masa del picnómetro seco (g) G1 28,2567

Masa del picnómetro + muestra seca (g) G2 30,2688

Masa del picnómetro + muestra + agua (g) G3 54,2984

Masa del picnómetro + agua (g) G4 52,9705

Densidad real (g/cm3) Dr 2,94

Tabla A.I.4. Parámetros para la determinación de la densidad aparente de DRF

Volumen de la probeta (mL) V 250,0

Masa de la probeta (g) Mp 105,3

Masa de la probeta + muestra (g) Mpm 541,7

Masa de la muestra (g) Mm 436,4

Densidad aparente (g/cm3) Dap 1,75

119

FICHA TÉCNICA #2

NÚMERO DE ENSAYO 2

TÍTULO DE ENSAYO Caracterización física de la arcilla magra



TIPO DE MUESTRA Arcilla magra (poco plástica)

IDENTIFICACIÓN DE LA MUESTRA ATF

OBJETIVO

Determinar el d80, la densidad real y aparente

Tabla A.I.5. Resultados del análisis granulométrico de la alimentación de ATF a la

molienda

Malla No.

ASTM

Tam. de

partícula

(µm)

Peso

retenido

(g)

Retenido

parcial

(%)

Retenido

acumulado

(%)

Acumulado

que pasa

(%)

20 850 19,5 7,9 7,9 92,2

30 600 25,6 10,3 18,2 81,9

40 425 40,8 16,4 34,6 65,4

50 300 34,9 14,0 48,6 51,4

60 250 29,5 11,9 60,5 39,5

70 212 25,3 10,2 70,7 29,3

80 180 26,2 10,5 81,2 18,8

100 150 11,4 4,6 85,8 14,2

150 100 7,6 3,1 88,9 11,2

180 85 8,7 3,5 92,4 7,7

200 75 6,1 2,5 94,8 5,2

270 53 5,7 2,3 97,1 2,9

400 38 7,2 2,9 100,0 0,0

Total 248,5 100,0

120

Tabla A.I.6. Resultados del análisis granulométrico del producto de ATF de la molienda

Malla No.

ASTM

Tam. de

partícula

(µm)

Peso

retenido

(g)

Retenido

parcial

(%)

Retenido

acumulado

(%)

Acumulado

que pasa

(%)

20 850 6,9 2,8 2,8 97,2

30 600 11,1 4,5 7,2 92,8

40 425 6,5 2,6 9,8 90,2

50 300 11,5 4,6 14,5 85,5

60 250 27,5 11,1 25,5 74,5

70 212 9,9 3,9 29,5 70,5

80 180 8,6 3,5 32,9 67,1

100 150 9,9 3,9 36,9 63,1

150 100 13,6 5,5 42,4 57,6

180 85 3,4 1,4 43,8 56,2

200 75 10,4 4,2 47,9 52,1

270 53 17,4 7,0 54,9 45,1

400 38 112,2 45,1 100,0 0,0

Total 248,9 100,0

Tabla A.I.7. Parámetros para la determinación de la densidad real de ATF





Densidad real (g/cm3) Dr 1,90

Tabla A.I.8. Parámetros para la determinación de la densidad aparente de ATF





Densidad Aparente (g/cm3) Dap 1,15

121

FICHA TÉCNICA #3

NÚMERO DE ENSAYO 3

TÍTULO DE ENSAYO Caracterización física del caolín



TIPO DE MUESTRA Caolín

IDENTIFICACIÓN DE LA MUESTRA APB

OBJETIVO Determinar el d80, la densidad real y aparente

Tabla A.I.9. Resultados del análisis granulométrico de la alimentación de APB a la

molienda

Malla No.

ASTM

Tam. de

partícula

(µm)

Peso

retenido

(g)

Retenido

parcial

(%)

Retenido

acumulado

(%)

Acumulado

que pasa

(%)

20 850 25,8 10,3 10,3 89,7

30 600 38,5 15,5 25,8 74,2

40 425 18,3 7,3 33,1 66,9

50 300 44,6 17,9 51,1 48,9

60 250 21,4 8,6 59,6 40,4

70 212 14,4 5,8 65,4 34,6

80 180 7,3 2,9 68,3 31,7

100 150 16,4 6,6 74,9 25,1

150 100 21,3 8,5 83,4 16,6

180 85 15,9 6,4 89,8 10,2

200 75 4,5 1,8 91,6 8,4

270 53 17,6 7,1 98,7 1,3

400 38 3,3 1,3 100,0 0,0

Total 249,0 100,0

122

Tabla A.I.10. Resultados del análisis granulométrico del producto de APB de la molienda

Malla No.

ASTM

Tam. de

partícula

(µm)

Peso

retenido

(g)

Retenido

parcial

(%)

Retenido

acumulado

(%)

Acumulado

que pasa

(%)

20 850 14,3 5,8 5,8 94,2

30 600 13,2 5,3 11,1 88,9

40 425 9,2 3,7 14,8 85,2

50 300 22,0 8,9 23,7 76,3

60 250 22,9 9,2 32,9 67,1

70 212 20,0 8,1 40,9 59,1

80 180 56,4 22,7 63,7 36,3

100 150 26,0 10,5 74,2 25,8

150 100 21,3 8,6 82,7 17,3

180 85 15,9 6,4 89,1 10,9

200 75 8,7 3,5 92,6 7,4

270 53 15,1 6,1 98,7 1,3

400 38 3,2 1,3 100,0 0,0

Total 248,1 100,0

Tabla A.I.11. Parámetros para la determinación de la densidad aparente de APB





Densidad Real (g/cm3) Dr 1,29

Tabla A.I.12. Parámetros para la determinación de la densidad aparente de APB





Densidad Aparente (g/cm3) Dap 0,71

123

ANEXO II

DETERMINACIÓN DE LA COMPOSICIÓN QUÍMICA ELEMENTAL

MEDIANTE LECTURA EN EL MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE BARRIDO

(MEB)

FICHA TÉCNICA #4

Objetivo: Determinar la composición química elemental de los desechos

refractarios industriales (DRF)

RM-7704 RFD JOFecha:3/5/2014 9:30:36 AM HV:20.0kV D. imp.:13.50kcps

El AN Series unn. C norm. C Atom. C Compound Comp. C norm. Comp. C Error

[wt.%] [wt.%] [at.%] [wt.%] [wt.%] [wt.%]

---------------------------------------------------------------------------

O 8 K-series 30.21 42.07 56.24 0.00 0.00 1.3

Si 14 K-series 26.52 36.92 28.12 SiO2 78.99 56.72 1.2

Al 13 K-series 11.94 16.63 13.18 16.63 11.94 0.6

Fe 26 K-series 1.19 1.66 0.64 1.66 1.19 0.1

Mg 12 K-series 0.92 1.28 1.13 1.28 0.92 0.1

Ti 22 K-series 0.64 0.89 0.40 0.89 0.64 0.0

K 19 K-series 0.39 0.54 0.30 0.54 0.39 0.0

---------------------------------------------------------------------------

Total: 71.81 100.00 100.00

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

keV

0

5

10

15

20

25

30

35

40

cps/eV

O Si Al

Mg

Fe Fe

Ti

Ti

K

K

124

FICHA TÉCNICA #5

Objetivo: Determinar la composición química elemental de la arcilla magra (ATF)

rm-7704 ATF-JO 3 Fecha:3/5/2014 10:04:19 AM HV:20.0kV D. imp.:12.60kcps


[wt.%] [wt.%] [at.%] [wt.%] [wt.%] [wt.%]

---------------------------------------------------------------------------

O 8 K-series 27.16 39.64 53.03 0.00 0.00 1.2

Si 14 K-series 23.84 34.79 26.51 SiO2 74.43 51.00 1.0

Al 13 K-series 10.54 15.39 12.21 15.39 10.54 0.5

Na 11 K-series 4.49 6.55 6.10 6.55 4.49 0.3

Fe 26 K-series 1.04 1.52 0.58 1.52 1.04 0.1

Mg 12 K-series 0.87 1.27 1.12 1.27 0.87 0.1

Ca 20 K-series 0.58 0.85 0.45 0.85 0.58 0.0

---------------------------------------------------------------------------

Total: 68.52 100.00 100.00

rm-7704 ATF-JO 3 Fecha:3/5/2014 10:04:19 AM HV:20.0kV D.

imp.:12.60kcps


[wt.%] [wt.%] [at.%] [wt.%] [wt.%] [wt.%]

---------------------------------------------------------------------------

O 8 K-series 27.16 39.64 53.03 0.00 0.00 1.2

Si 14 K-series 23.84 34.79 26.51 SiO2 74.43 51.00 1.0

Al 13 K-series 10.54 15.39 12.21 15.39 10.54 0.5

Na 11 K-series 4.49 6.55 6.10 6.55 4.49 0.3

Fe 26 K-series 1.04 1.52 0.58 1.52 1.04 0.1

Mg 12 K-series 0.87 1.27 1.12 1.27 0.87 0.1

Ca 20 K-series 0.58 0.85 0.45 0.85 0.58 0.0

---------------------------------------------------------------------------

Total: 68.52 100.00 100.00

125

FICHA TÉCNICA #6

Objetivo: Determinar la composición química elemental del caolín (APB)

Spectrum: RM-7704 JENNY OLMOS 2 (corregido)

Element Series unn. C norm. C Atom. C Error (1 Sigma)

[wt.%] [wt.%] [at.%] [wt.%]

--------------------------------------------------------

Oxígeno K-series 15.96 37.36 51.32 1.78

Silicio K-series 14.01 32.79 25.66 0.65

Aluminio K-series 10.82 25.32 20.63 0.57

Potasio K-series 0.58 1.36 0.77 0.04

Titán K-series 0.67 1.58 0.72 0.05

Hierro K-series 0.33 0.78 0.31 0.04

Magnesio K-series 0.08 0.20 0.18 0.03

Azufre K-series 0.26 0.61 0.42 0.04

--------------------------------------------------------

Total: 42.73 100.00 100.00

5 10 15 20 25 30

keV

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

cps/eV

O Al K K

Ti

Ti

Fe

Fe

Mg S

S

126

ANEXO III

DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS CERÁMICAS DE LAS

PASTAS SEMIREFRACTARIAS - DETERMINACIÓN DE LOS LÍMITES DE

ATTERBERG

Objetivo: Determinar los Límites de Atterberg de las pastas semirefractarias

formadas con desechos refractarios industriales, arcilla magra y caolín.

DETERMINACIÓN DEL LÍMITE LÍQUIDO

En la determinación del límite líquido se registró en un gráfico semi-logarítmico la

humedad en el eje de la ordenada y el número de golpes en el eje de las

abscisas, para formar la curva de fluidez de donde se obtiene el límite líquido a

una humedad correspondiente a un número de 25 golpes.

Muestra A: pasta formada por 25 % DRF, 35 % ATF y 40 % APB

Tabla A.III.1. Datos experimentales obtenidos durante el ensayo para la determinación del

límite líquido de la pasta A

Humedad (%) Número de golpes

- Más de 45 Golpes

- Más de 45 Golpes

- Más de 45 Golpes

Muestra B: pasta formada por 25 % DRF, 30 % ATF y 45 % APB


límite líquido de la pasta B

Humedad (%) Número de golpes

- Más de 45 Golpes

- Más de 45 Golpes

- Más de 45 Golpes

127

Muestra C: pasta formada por 25 % DRF, 25 % ATF y 50% APB

Tabla A.III. 3. Datos experimentales obtenidos durante el ensayo para la determinación

del límite líquido de la pasta C

Prueba Peso

crisol (g)

Peso de muestra

húmeda más crisol (g)

Peso de muestra

seca más crisol (g)

Humedad

(%)

Número de

golpes

1 36,1918 51,0814 48,5000 21,0 34

2 35,6941 45,1649 43,3331 24,0 29

3 35,3705 46,1615 43,7997 28,0 22

Promedio 26,9 25

Figura A.III.1. Curva de fluidez para la pasta semirefractaria C

y = -41,5ln(x) + 160,6 R² = 0,9972

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 10 100

Hu

med

ad

(%

)

Número de golpes

128

Muestra D: pasta formada por 25 % DRF, 20 % ATF y 55 % APB


límite líquido de la pasta D

Prueba Peso

crisol (g)

Peso de muestra

húmeda más

crisol (g)

Peso de muestra


Humedad

(%)

Número

de golpes

1 36,1923 50,3289 48,1694 18,0 34

2 35,7040 44,9623 43,1722 24,0 28

3 35,3722 46,2597 43,6807 31,0 21

Promedio 26,5 25

Figura A.III.2. Curva de fluidez para la pasta D

y = -26,8ln(x) + 112,9 R² = 0,9962

0

5

10

15

20

25

30

35

1 10 100

Hu

med

ad

(%

)

Número de golpes

129

Muestra E: pasta formada por 25 % DRF, 15 % ATF y 60 % APB

Tabla A.III. 5. Datos experimentales obtenidos durante el ensayo para la determinación

del límite líquido de la pasta E

Prueba Peso

crisol (g)

Peso de muestra

húmeda más

crisol (g)

Peso de muestra


Humedad

(%)

Número

de golpes

1 36,1892 50,5251 47,9438 21,9 34

2 35,6899 44,9944 43,1323 25,0 30

3 35,3742 46,1638 43,7970 28,1 27

Promedio 30,0 25

Figura A.III. 3. Curva de fluidez para la pasta E

y = -26,6ln(x) + 115,6 R² = 0,9974

0

5

10

15

20

25

30

1 10 100

Hu

med

ad

(%

)

Número de golpes

130

Muestra F: pasta formada por 25 % DRF, 10 % ATF y 65 % APB


límite líquido de la pasta F

Prueba Peso

crisol (g)

Peso de muestra

húmeda más

crisol (g)

Peso de muestra

seca más crisol

(g)

Humedad

(%)

Número

de golpes

1 36,1895 50,3842 48,1058 19,1 32

2 35,6968 44,9334 43,2075 23,0 28

3 35,3724 46,0974 43,8775 26,1 25

Promedio 26,1 25

Figura A.III.4. Curva de fluidez para la pasta F

y = -28,29ln(x) + 117,20 R² = 1,00

0

5

10

15

20

25

30

1 10 100

Hu

med

ad

(%

)

Número de golpes

131

DETERMINACIÓN DEL LÍMITE DE PLASTICIDAD

El límite plástico se calculó mediante la siguiente ecuación A.III.1.

[A.III.1]


límite plástico para la pasta A

Prueba Peso

crisol (g)

Peso crisol más

muestra húmeda (g)

Peso crisol más

muestra seca (g)

Humedad

(%)

Límite

plástico

1 36,0055 38,58883 37,99185 14,2 14

2 36,1128 38,72845 37,82310 14,2 14

3 36,5209 39,22615 38,65370 13,7 14

Promedio 14


límite plástico para la pasta B

Prueba Peso

crisol (g)

Peso crisol más

muestra húmeda (g)

Peso crisol más

muestra seca (g)

Humedad

(%)

Límite

plástico

1 36,0121 39,2542 37,9821 11,5 11

2 36,2495 39,4608 37,9810 11,8 12

3 36,5109 39,8915 38,6540 11,2 11

Promedio 11

Tabla A.III.9. Datos experimentales obtenidos durante el ensayo para la determinación

del límite plástico para la pasta C

Prueba Peso

crisol (g)

Peso crisol más

muestra húmeda (g)

Peso crisol más

muestra seca (g)

Humedad

(%)

Límite

plástico

1 36,0221 40,2542 39,9906 8,6 9

2 36,2398 39,9749 38,7181 10,0 10

3 36,4989 39,9429 38,6324 11,0 11

Promedio 10

132


del límite plástico para la pasta D

Prueba Peso

crisol (g)

Peso crisol más

muestra húmeda (g)

Peso crisol más

muestra seca (g)

Humedad

(%)

Límite

plástico

1 36,0122 39,2446 39,0016 11,2 11

2 36,2287 39,5649 39,0190 11,0 11

3 36,5107 39,8443 39,0012 11,2 11

Promedio 11


del límite plástico para la pasta E

Prueba Peso

crisol (g)

Peso crisol más

muestra húmeda (g)

Peso crisol más

muestra seca (g)

Humedad

(%)

Límite

plástico

1 36,0202 40,2677 39,0164 8,8 9

2 36,2182 40,0290 39,9960 9,5 10

3 36,5071 39,9983 39,1250 10,7 11

Promedio 10


del límite plástico para la pasta F

Prueba Peso

crisol (g)

Peso crisol más

muestra húmeda (g)

Peso crisol más

muestra seca (g)

Humedad

(%)

Límite

plástico

1 36,0220 40,2007 39,0164 8,9 9

2 36,2101 40,1319 39,2096 9,5 9

3 36,4987 40,9831 39,3351 8,5 9

Promedio 9

DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE DE PLASTICIDAD

El índice de plasticidad se calcula mediante la diferencia entre el límite líquido y el

límite plástico, mediante la siguiente ecuación A.III.2.

[A.III.2]

133

Tabla A.III.13. Datos experimentales obtenidos para la determinación

del índice de plasticidad

Muestra

Límite

líquido

(LL)

Límite

plástico

(LP)

Índice de

plasticidad

(IP)

A No plástica 14 -

B No plástica 11 -

C 27 10 17

D 27 11 16

E 30 10 20

F 26 9 17

El índice de consistencia se calcula mediante la siguiente ecuación A.III.3.

[A.III.3]

Donde:

: Índice de consistencia

: Límite líquido

: Humedad de la pasta (%)

: Índice de plasticidad

Tabla A.III. 14. Clasificación de las pastas según su índice de consistencia

Índice de Consistencia Consistencia

≤ 0 Líquida

0,00 y 0,50

Plástica

Muy blanda

0,50 y 0,75 Blanda

0,00 y 1,00 Tierna

≥ 1,00 Semidura (Vieira, 2011, p. 126)

134

ANEXO IV

CICLOS DE COCCIÓN PARA LA QUEMA DE LAS DIFERENTES PASTAS

SEMIREFRACTARIAS

Tabla A.IV.1. Ciclos de cocción para las pastas semirefractarias propuestas

Tiempo (h) Ciclos de cocción

1 000 (°C) 1 050 (°C) 1 100 (°C) 1 150 (°C)

0,00 21 21 21 21

1,23 269 269 269 269

3,68 667 667 667 667

5,75 1 000 1 050 1 100 1 150

6,75 1 000 1 050 1 100 1 150

8,86 600 600 600 600

9,92 550 550 550 550

13,51 23 23 23 23

Figura A.IV. 1. Ciclos de cocción de las diferentes pastas

135

ANEXO V

DETERMINACIÓN DE LOS PORCENTAJES DE CONTRACCIÓN LINEAL Y

PÉRDIDA DE PESO, POROSIDAD, ABSORCIÓN Y DENSIDAD APARENTE

DE LAS PASTAS SEMIREFRACTARIAS QUEMADAS A 1 000, 1 050, 1 100 Y

1 150 °C

La determinación de los porcentajes de contracción lineal y en peso se determina

con los valores iniciales y finales de los mismos, mientras que la determinación

de los porcentajes de porosidad, absorción y densidad aparente se determinan

mediante las ecuaciones A.V.1, A.V.2, A.V.3 y A.V.4.

[A.V.1]

[A.V.2]

[A.V.3]

[A.V.4]

Donde:

Va: Volumen aparente (cm3)

Wsa: Masa de la probeta saturada de agua de superficie húmeda (g).

Wss: Masa de la probeta saturada suspendida en agua (g).

Wc: Masa de la probeta quemada y seca (g).

ρ(agua a 4°C) : Densidad del agua a 4 °C (1 g/cm3)

Pa: Porosidad aparente (%)

A: Absorción de agua (%)

Paa: Densidad aparente (%)

136

Tabla A.V.1. Contracción lineal de la pasta semirefractaria C en el proceso de secado y

cocción a T = 1 000 °C

Muestras

formadas

con agua

Di

(mm)

Df seco

(mm)

Df

cocido

(mm)

Contracción

en crudo

(%)

Contracción

en quema

(%)

Contracción

total

(%)

1 28,80 27,75 27,72 3,6 0,1 -3,7

2 28,80 27,90 27,88 3,1 0,1 -3,2

3 28,80 27,45 27,42 4,7 0,1 -4,8

4 28,80 27,45 27,43 4,7 0,1 -4,8

5 28,40 27,70 27,68 2,5 0,1 -2,5

6 28,80 27,85 27,83 3,3 0,1 -3,4

7 28,70 27,80 27,74 3,1 0,2 -3,3

8 28,70 28,15 28,12 1,9 0,1 -2,0

9 28,90 27,70 27,62 4,2 0,3 -4,4

10 28,30 27,30 27,24 3,5 0,2 -3,8

Promedio 28,70

± 0,19

27,71

± 0,25

27,67

± 0,25 3,5 0,1 -3,6

Muestras

formadas

con

aglomerante

Di

(mm)

Df seco

(mm)

Df

cocido

(mm)

Contracción

en crudo

(%)

Contracción

en quema

(%)

Contracción

total

(%)

1 28,50 27,30 27,20 4,2 0,4 -4,6

2 28,40 27,20 27,10 4,2 0,4 -4,6

3 28,40 27,20 27,00 4,2 0,7 -4,9

4 28,30 26,90 26,70 4,9 0,7 -5,7

5 28,50 27,10 27,00 4,9 0,4 -5,3

6 28,40 26,90 26,70 5,2 0,7 -5,9

Promedio 28,42

± 0,08

27,10

± 0,17

26,95

± 0,21 4,6 0,6 -5,2

137



Muestra

formada

con agua

Di

(mm)

Df seco

(mm)

Df

cocido

(mm)

Contracción

en crudo

(%)

Contracción

en quema

(%)

Contracción

total

(%)

1 28,20 27,50 27,20 2,5 1,1 -3,6

2 28,50 27,55 27,30 3,3 0,9 -4,2

3 28,30 27,55 27,10 2,7 1,6 -4,2

4 28,80 27,40 27,30 4,9 0,4 -5,2

5 28,40 27,60 27,20 2,8 1,4 -4,2

6 28,50 27,70 27,60 2,8 0,4 -3,2

7 28,55 27,85 27,40 2,5 1,6 -4,0

8 28,30 27,50 27,20 2,8 1,1 -3,9

9 28,40 27,75 27,30 2,3 1,6 -3,9

10 28,40 27,70 27,30 2,5 1,4 -3,9

Promedio 28,44

± 0,17

27,61

± 0,14

27,29

± 0,14 2,9 1,2 -4,0

Muestras

formadas

con

aglomerante

Di

(mm)

Df seco

(mm)

Df

cocido

(mm)

Contracción

en crudo

(%)

Contracción

en quema

(%)

Contracción

total

(%)

1 28,40 27,40 27,10 3,5 1,1 -4,6

2 28,50 27,50 27,30 3,5 0,7 -4,2

3 28,40 27,40 27,10 3,5 1,1 -4,6

4 28,30 26,90 26,70 4,9 0,7 -5,7

5 28,50 27,90 27,70 2,1 0,7 -2,8

6 28,50 27,40 27,10 3,9 1,1 -4,9

Promedio 28,43

± 0,08

27,42

± 0,36

27,17

± 0,36 3,6 0,9 -4,5

138



Muestra

formada

con agua

Di

(mm)

Df seco

(mm)

Df

cocido

(mm)

Contracción

en crudo

(%)

Contracción

en quema

(%)

Contracción

total

(%)

1 28,60 27,90 27,50 2,5 1,4 -3,9

2 28,50 27,70 27,10 2,8 2,1 -4,9

3 28,20 27,50 27,30 2,5 0,7 -3,2

4 28,30 27,60 27,10 2,5 1,8 -4,2

5 28,30 27,70 27,20 2,1 1,8 -3,9

6 28,70 27,80 27,20 3,1 2,2 -5,2

7 28,70 27,90 27,00 2,8 3,2 -5,9

8 28,70 27,60 27,20 3,8 1,5 -5,2

9 28,60 27,80 27,20 2,8 2,2 -4,9

10 28,50 27,60 27,00 3,2 2,2 -5,3

Promedio 28,51

± 0,15

27,71

± 0,17

27,18

± 0,17 2,8 1,9 -4,7

Muestras

formadas

con

aglomerante

Di

(mm)

Df seco

(mm)

Df

cocido

(mm)

Contracción

en crudo

(%)

Contracción

en quema

(%)

Contracción

total

(%)

1 27,90 26,80 26,40 3,9 1,5 -5,4

2 28,00 26,70 26,30 4,6 1,5 -6,1

3 27,80 26,80 26,30 3,6 1,9 -5,4

4 27,80 26,70 26,40 3,9 1,1 -5,0

5 27,90 26,80 26,40 3,9 1,5 -5,4

6 27,80 26,70 26,60 3,9 0,4 -4,3

Promedio 27,87

± 0,11

26,75

± 0,07

26,40

± 0,09 4,0 1,3 -5,3

139



Muestra

formada

con agua

Di

(mm)

Df seco

(mm)

Df

cocido

(mm)

Contracción

en crudo

(%)

Contracción

en quema

(%)

Contracción

total

(%)

1 28,60 27,90 26,70 2,5 4,3 -6,6

2 28,10 27,50 26,60 2,1 3,3 -5,3

3 28,10 27,50 26,60 2,1 3,3 -5,3

4 28,30 27,70 26,60 2,1 4,0 -6,0

5 28,70 27,80 26,50 3,1 4,7 -7,7

6 28,70 27,90 26,60 2,8 4,7 -7,3

7 28,10 27,20 26,70 3,2 1,8 -5,0

8 28,20 27,50 26,60 2,5 3,3 -5,7

9 28,30 27,70 26,50 2,1 4,3 -6,4

10 28,30 27,30 26,60 3,5 2,6 -6,0

Promedio 28,34

± 0,07

27,60

± 0,09

26,60

± 0,10 2,6 3,6 -6,1

Muestras

formadas

con

aglomerante

Di

(mm)

Df seco

(mm)

Df

cocido

(mm)

Contracción

en crudo

(%)

Contracción

en quema

(%)

Contracción

total

(%)

1 27,80 26,80 26,30 3,6 1,9 -5,4

2 27,90 26,70 26,30 4,3 1,5 -5,7

3 27,80 26,80 26,40 3,6 1,5 -5,0

4 27,80 26,70 26,30 4,0 1,5 -5,4

5 27,90 26,80 26,50 3,9 1,1 -5,0

6 27,90 26,70 26,20 4,3 1,9 -6,1

Promedio 27,85

± 0,07

26,75

± 0,15

26,33

± 0,17 4,0 1,6 -5,5

140

Tabla A.V.5. Contracción lineal de la pasta semirefractaria D en el proceso de secado y


Muestra

formada

con agua

Di

(mm)

Df seco

(mm)

Df

cocido

(mm)

Contracción

en crudo

(%)

Contracción

en quema

(%)

Contracción

total

(%)

1 27,90 27,60 27,40 1,1 0,7 -1,8

2 28,60 27,15 27,10 5,1 0,2 -5,3

3 28,55 27,60 27,50 3,3 0,2 -3,5

4 28,70 27,70 27,60 3,5 0,3 -3,8

5 28,70 27,80 27,60 3,1 0,7 -3,8

6 28,60 27,25 27,20 4,7 0,2 -4,9

7 28,70 27,55 27,50 4,0 0,2 -4,2

8 28,50 27,50 27,40 3,5 0,4 -3,9

9 28,50 27,70 27,60 2,8 0,2 -3,0

10 28,80 27,65 27,40 4,0 0,9 -4,9

Promedio 28,56

± 0,25

27,55

± 0,21

27,46

± 0,21 3,5 0,3 -3,8

Muestras

formadas

con

aglomerante

Di

(mm)

Df seco

(mm)

Df

cocido

(mm)

Contracción

en crudo

(%)

Contracción

en quema

(%)

Contracción

total

(%)

1 28,40 27,00 26,80 4,9 0,7 -5,6

2 28,40 26,90 26,70 5,3 0,7 -6,0

3 28,30 26,80 26,30 5,3 1,9 -7,1

4 28,20 26,60 26,50 5,7 0,4 -6,1

5 28,10 26,80 26,70 4,6 0,4 -5,0

6 28,30 26,70 26,60 5,7 0,4 -6,1

Promedio 28,28

± 0,09

26,80

± 0,21

26,60

± 0,21 5,2 0,8 -6,0

141



Muestra

formada

con agua

Di

(mm)

Df seco

(mm)

Df

cocido

(mm)

Contracción

en crudo

(%)

Contracción

en quema

(%)

Contracción

total

(%)

1 27,90 27,70 27,00 0,7 2,5 -3,2

2 28,20 27,45 27,00 2,7 1,6 -4,3

3 28,40 27,65 27,20 2,6 1,6 -4,2

4 28,20 27,50 27,10 2,5 1,5 -3,9

5 28,10 27,70 26,80 1,4 3,3 -4,7

6 28,30 27,30 27,20 3,5 0,4 -3,9

7 28,65 27,90 27,20 2,6 2,5 -5,1

8 28,20 27,40 26,90 2,8 1,8 -4,6

9 28,30 27,70 27,40 2,1 1,1 -3,2

10 28,50 27,70 27,30 2,8 1,4 -4,2

Promedio 28,28

± 0,21

27,60

± 0,19

27,11

± 0,19 2,4 1,8 -4,1

Muestras

formadas

con

aglomerante

Di

(mm)

Df seco

(mm)

Df

cocido

(mm)

Contracción

en crudo

(%)

Contracción

en quema

(%)

Contracción

total

(%)

1 28,50 27,10 26,90 4,9 0,7 -5,6

2 28,40 27,30 26,70 3,9 2,2 -6,1

3 28,50 27,10 26,40 4,9 2,6 -7,5

4 28,30 26,90 26,50 4,9 1,5 -6,4

5 28,40 27,30 26,70 3,9 2,2 -6,1

6 28,40 27,10 26,50 4,6 2,2 -6,8

Promedio 28,42

± 0,08

27,13

± 0,16

26,62

± 0,18 4,5 1,9 -6,4

142



Muestra

formada

con agua

Di

(mm)

Df seco

(mm)

Df

cocido

(mm)

Contracción

en crudo

(%)

Contracción

en quema

(%)

Contracción

total

(%)

1 28,30 27,40 27,10 3,2 1,1 -4,2

2 28,40 27,50 26,80 3,2 2,6 -5,6

3 28,40 27,50 26,80 3,2 2,6 -5,6

4 28,50 27,50 26,80 3,5 2,6 -5,9

5 28,90 27,90 26,90 3,5 3,6 -6,9

6 28,80 27,80 27,20 3,5 2,2 -5,6

7 28,80 27,60 27,40 4,2 0,7 -4,9

8 28,30 27,50 26,80 2,8 2,6 -5,3

9 28,40 27,70 27,10 2,5 2,2 -4,6

10 28,60 27,80 27,20 2,8 2,2 -4,9

Promedio 28,54

± 0,19

27,62

± 0,07

27,01

± 0,09 3,2 2,2 -5,4

Muestras

formadas

con

aglomerante

Di

(mm)

Df seco

(mm)

Df

cocido

(mm)

Contracción

en crudo

(%)

Contracción

en quema

(%)

Contracción

total

(%)

1 28,00 26,80 26,30 4,3 1,9 -6,2

2 28,40 26,80 26,30 5,6 1,9 -7,5

3 28,00 26,90 26,50 3,9 1,5 -5,4

4 28,20 26,70 26,40 5,3 1,1 -6,4

5 28,10 26,80 26,30 4,6 1,9 -6,5

6 28,10 26,70 26,00 4,9 2,6 -7,5

Promedio 28,13

± 0,15

26,78

± 0,09

26,30

± 0,10 4,8 1,8 -6,5

143



Muestra

formada

con agua

Di

(mm)

Df seco

(mm)

Df

cocido

(mm)

Contracción

en crudo

(%)

Contracción

en quema

(%)

Contracción

total

(%)

1 28,60 27,90 26,70 2,5 4,3 -6,8

2 28,10 27,50 26,60 2,1 3,3 -5,4

3 28,10 27,50 26,60 2,1 3,3 -5,4

4 28,30 27,70 26,60 2,1 3,9 -6,0

5 28,70 27,80 26,50 3,1 4,7 -7,8

6 28,70 27,90 26,60 2,8 4,7 -7,5

7 28,10 27,20 26,70 3,2 1,8 -5,0

8 28,20 27,50 26,60 2,5 3,3 -5,8

9 28,30 27,70 26,50 2,1 4,3 -6,4

10 28,30 27,30 26,60 3,5 2,6 -6,1

Promedio 28,34

± 0,09

27,60

± 0,13

26,60

± 0,15 2,6 3,6 -6,1

Muestras

formadas

con

aglomerante

Di

(mm)

Df seco

(mm)

Df

cocido

(mm)

Contracción

en crudo

(%)

Contracción

en quema

(%)

Contracción

total

(%)

1 27,90 26,70 26,00 4,3 2,6 -6,9

2 27,90 26,70 26,10 4,3 2,3 -6,6

3 27,80 26,80 26,10 3,6 2,6 -6,2

4 27,90 26,70 26,00 4,3 2,6 -6,9

5 27,80 26,70 26,10 3,9 2,3 -6,2

6 27,80 26,60 26,00 4,3 2,2 -6,5

Promedio 27,85

± 0,15

26,70

± 0,07

26,05

0,09 4,1 2,4 -6,5

144

Tabla A.V.9. Contracción de la pasta semirefractaria E en el proceso de secado y


Muestra

formada con

agua

Di

(mm)

Df seco

(mm)

Df cocido

(mm)

Contracción

en crudo (%)

Contracción

en quema

(%)

Contracción

total

(%)

1 28,40 27,55 27,40 3,0 0,5 -3,5

2 28,65 27,70 27,60 3,3 0,4 -3,7

3 28,45 27,55 27,50 3,2 0,2 -3,4

4 28,65 27,80 27,50 3,0 1,1 -4,1

5 28,45 27,70 27,60 2,6 0,4 -3,0

6 28,65 27,65 27,40 3,5 0,9 -4,4

7 28,45 27,50 27,40 3,3 0,4 -3,7

8 28,60 27,65 27,50 3,3 0,5 -3,8

9 28,55 27,80 27,60 2,6 0,7 -3,3

10 28,55 27,55 27,40 3,5 0,5 -4,0

Promedio 28,54

± 0,10

27,65

± 0,10

27,49

± 0,09 3,1 0,6 -3,6

Muestras

formadas con

aglomerante

Di

(mm)

Df seco

(mm)

Df cocido

(mm)

Contracción

en crudo (%)

Contracción

en quema

(%)

Contracción

total

(%)

1 28,30 26,80 26,60 5,3 0,8 -6,1

2 28,20 26,40 26,20 6,4 0,8 -7,2

3 28,40 26,90 26,70 5,3 0,7 -6,1

4 28,30 26,60 26,50 6,0 0,4 -6,4

5 28,20 26,40 26,20 6,3 0,8 -7,1

6 28,40 26,50 26,40 6,7 0,4 -7,1

Promedio 28,30

± 0,09

26,60

± 0,09

26,43

± 0,21 6,0 0,6 -6,6

145

Tabla A.V.10. Contracción lineal de la pasta semirefractaria E en el proceso de secado y


Muestra

formada con

agua

Di

(mm)

Df seco

(mm)

Df cocido

(mm)

Contracción

en crudo (%)

Contracción

en quema

(%)

Contracción

total

(%)

1 28,60 27,50 27,40 3,9 0,4 -4,3

2 28,35 27,70 27,40 2,3 1,1 -3,4

3 28,70 28,00 27,80 2,4 0,7 -3,1

4 28,40 27,75 27,40 2,3 1,3 -3,6

5 28,30 27,55 27,10 2,7 1,6 -4,3

6 28,50 27,85 27,40 2,3 1,6 -3,9

7 28,30 27,50 27,10 2,8 1,5 -4,3

8 28,50 27,80 27,30 2,5 1,8 -4,3

9 28,10 27,60 27,10 1,8 1,8 -3,6

10 28,50 27,65 27,30 2,9 1,3 -4,2

Promedio 28,43

± 0,18

27,69

± 0,17

27,33

± 0,22 2,6 1,3 -3,9

Muestras

formadas con

aglomerante

Di

(mm)

Df seco

(mm)

Df cocido

(mm)

Contracción

en crudo (%)

Contracción

en quema

(%)

Contracción

total

(%)

1 28,40 27,00 26,60 4,9 1,5 -6,4

2 28,30 26,40 26,10 6,7 1,1 -7,8

3 28,40 26,90 26,60 5,3 1,1 -6,4

4 28,30 26,50 26,20 6,4 1,1 -7,5

5 28,30 26,30 26,10 7,1 0,8 -7,9

6 28,40 26,50 26,10 6,7 1,5 -8,2

Promedio 28,35

± 0,06

26,60

± 0,18

26,28

± 0,25 6,2 1,2 -7,4

146



Muestra

formada con

agua

Di

(mm)

Df seco

(mm)

Df cocido

(mm)

Contracción

en crudo (%)

Contracción

en quema

(%)

Contracción

total

(%)

1 28,30 27,40 27,20 3,2 0,7 -3,9

2 28,80 27,70 26,90 3,8 2,9 -6,7

3 28,30 27,40 26,80 3,2 2,2 -5,4

4 28,40 27,50 27,00 3,2 1,8 -5,0

5 28,50 27,50 26,80 3,5 2,6 -6,1

6 28,60 27,60 26,90 3,5 2,5 -6,0

7 28,60 27,50 27,10 3,9 1,5 -5,4

8 28,20 27,20 26,70 3,6 1,8 -5,4

9 28,20 27,10 26,80 3,9 1,1 -5,0

10 28,45 27,44 26,90 3,6 1,9 -5,5

Promedio 28,30

± 0,06

27,40

± 0,13

27,20

± 0,15 3,2 0,7 -3,9

Muestras

formadas con

aglomerante

Di

(mm)

Df seco

(mm)

Df cocido

(mm)

Contracción

en crudo (%)

Contracción

en quema

(%)

Contracción

total

(%)

1 28,20 26,50 26,10 6,0 1,5 -7,5

2 28,20 26,40 26,00 6,4 1,5 -7,8

3 28,40 26,50 26,10 6,7 1,5 -8,1

4 28,30 26,60 26,30 6,0 1,1 -7,1

5 28,10 26,40 26,00 6,1 1,5 -7,5

6 28,40 26,50 26,10 6,7 1,5 -8,1

Promedio 28,27

± 0,07

26,48

± 0,10

26,10

± 0,12 6,3 1,5 -7,8

147



Muestra

formada con

agua

Di

(mm)

Df seco

(mm)

Df cocido

(mm)

Contracción

en crudo (%)

Contracción

en quema

(%)

Contracción

total

(%)

1 28,60 27,50 26,30 3,9 4,4 -8,3

2 28,30 27,40 26,20 3,2 4,4 -7,6

3 28,80 27,70 26,60 3,8 3,9 -7,7

4 28,30 27,40 26,20 3,2 4,4 -7,7

5 28,40 27,50 26,40 3,2 4,0 -7,2

6 28,50 27,50 26,40 3,5 4,0 -7,4

7 28,60 27,60 26,40 3,5 4,4 -7,9

8 28,60 27,50 26,30 3,9 4,4 -8,3

9 28,20 27,20 26,20 3,6 3,7 -7,3

10 28,20 27,10 25,80 3,9 4,8 -8,7

Promedio 28,45

± 0,17

27,44

± 0,15

26,28

± 0,15 3,5 4,1 -7,6

Muestras

formadas con

aglomerante

Di

(mm)

Df seco

(mm)

Df cocido

(mm)

Contracción

en crudo (%)

Contracción

en quema

(%)

Contracción

total

(%)

1 27,80 26,70 26,00 3,9 2,6 -6,5

2 27,90 26,80 26,10 3,9 2,6 -6,5

3 27,80 26,50 25,80 4,7 2,6 -7,3

4 27,80 26,70 26,00 3,9 2,6 -6,5

5 27,90 26,70 26,00 4,3 2,6 -6,9

6 27,80 26,60 25,90 4,3 2,6 -6,9

Promedio 27,83

± 0,09

26,67

± 0,11

25,97

± 0,09 4,1 2,6 -6,7

148

DETEMINACIÓN DEL PORCENTAJE DE PÉRDIDA DE PESO DE LAS PASTAS

SEMIREFRACTARIAS QUEMADAS A 1 000, 1 050 1 100 Y 1 150 °C

Tabla A.V.13. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria C en el proceso de secado y


Muestras

formadas

con agua

Peso

húmedo

(g)

Peso

seco

(g)

Peso

quemado

(g)

% Pérd.

del peso

en crudo

% Pérd.

del peso

quemado

Peso

sumergida

- saturada

en agua (g)

Peso

saturado

en agua (g)

1 7,4510 5,9932 5,4100 19,6 9,7 3,4253 6,8045

2 7,5260 6,0900 5,4985 19,1 9,7 3,4625 6,8820

3 7,4516 6,0062 5,4270 19,4 9,6 3,4169 6,8164

4 7,4483 5,9660 5,3889 19,9 9,7 3,3924 6,7723

5 7,5894 6,0885 5,4972 19,8 9,7 3,4605 6,9144

6 7,7230 6,2592 5,6540 18,9 9,7 3,5664 7,0494

7 7,5723 6,1220 5,5318 19,2 9,6 3,4825 6,9316

8 7,8631 6,3345 5,7421 19,4 9,4 3,6157 7,1925

9 7,3329 5,8942 5,3256 19,6 9,7 3,3563 7,1925

10 7,4013 5,9506 5,3719 19,6 9,7 3,3791 6,6931

Promedio 7,54

± 0,16

6,07

± 0,14

5,48

± 0,13 19,5 9,7

3,46

± 0,08

6,92

± 0,17

Muestras

formadas

con

aglomerante

Peso

húmedo

(g)

Peso

seco

(g)

Peso

quemado

(g)

% Pérd.

del peso

en crudo

% Pérd.

del peso

quemado

Peso

sumergida

- saturada

en agua (g)

Peso

saturado

en agua (g)

1 6,2247 4,6479 4,0312 25,3 13,3 2,5942 5,2403

2 6,1075 4,6540 4,0450 23,8 13,1 2,4206 5,2912

3 6,1121 4,6570 4,1103 23,8 11,7 2,5100 5,2860

4 6,1789 4,5670 4,0122 26,1 12,1 2,4934 5,2450

5 6,1802 4,6589 4,0380 24,6 13,3 2,5201 5,2423

6 6,1689 4,5438 4,0242 26,3 11,4 2,4752 5,2163

Promedio 6,16

± 0,04

4,62

± 0,05

4,04

± 0,03 25,0 12,5

2,50

± 0,06

5,25

± 0,03

149



Muestras

formadas

con agua

Peso

húmedo

(g)

Peso

seco

(g)

Peso

quemado

(g)

% Pérd.

del peso

en crudo

% Pérd.

del peso

quemado

Peso

sumergida

- saturada

en agua (g)

Peso

saturado

en agua (g)

1 7,4224 6,0020 5,4062 19,1 9,9 3,4043 6,6590

2 7,3423 5,8802 5,2969 19,9 9,9 3,3438 6,5342

3 7,5742 6,0840 5,4725 19,7 10,1 3,4706 6,7298

4 7,5722 6,0985 5,4918 19,5 9,9 3,4544 6,7687

5 7,4255 5,9879 5,3909 19,4 9,9 3,3944 6,6421

6 7,5774 6,1607 5,5413 18,7 10,1 3,4901 6,7867

7 7,4370 6,0008 5,4004 19,3 10,0 3,4003 6,6532

8 7,2524 5,9077 5,3156 18,5 10,0 3,3468 6,5271

9 7,3521 5,9111 5,3164 19,6 10,1 3,3464 6,5427

10 7,5131 6,0273 5,4203 19,8 10,1 3,4067 6,6692

Promedio 7,45

± 0,11

6,01

± 0,09

5,41

± 0,08 19,4 10,0

3,41

± 0,05

6,65

± 0,09

Muestras

formadas

con

aglomerante

Peso

húmedo

(g)

Peso

seco

(g)

Peso

quemado

(g)

% Pérd.

del peso

en crudo

% Pérd.

del peso

quemado

Peso

sumergida

- saturada

en agua (g)

Peso

saturado

en agua (g)

1 6,2214 4,6423 4,0530 25,4 12,7 2,5205 5,2108

2 6,2245 4,6470 4,0565 25,3 12,7 2,5254 5,2060

3 6,1421 4,6490 4,0210 24,3 13,5 2,5167 5,2081

4 6,1539 4,6399 4,0371 24,6 13,0 2,5209 5,2141

5 6,2320 4,6603 4,0237 25,2 13,7 2,5208 5,2050

6 6,1689 4,5407 4,0135 26,4 11,6 2,5187 5,2088

Promedio 6,19

± 0,04

4,63

± 0,01

4,03

± 0,03 25,2 12,9

2,52

± 0,01

5,21

± 0,02

150



Muestras

formadas

con agua

Peso

húmedo

(g)

Peso

seco

(g)

Peso

quemado

(g)

% Pérd.

del peso

en crudo

% Pérd.

del peso

quemado

Peso

sumergida

- saturada

en agua (g)

Peso

saturado

en agua (g)

1 7,1152 5,7192 5,2150 19,6 8,8 3,3035 6,4470

2 7,2345 5,8404 5,2000 19,3 10,9 3,3580 6,5506

3 7,0833 5,6841 5,1061 19,8 10,2 3,4134 6,6149

4 7,1154 5,6997 5,0716 19,9 11,0 3,3953 6,6501

5 7,2727 5,8536 5,0567 19,5 13,6 3,4210 6,6951

6 7,0634 5,6871 5,0540 19,5 11,1 3,4387 6,7157

7 7,3198 5,9188 5,0950 19,1 13,9 3,2692 6,3936

8 7,0955 5,7355 5,1089 19,2 10,9 3,3279 6,5183

9 7,3344 5,8770 5,0168 19,9 14,6 3,4464 6,7112

10 7,1456 5,7707 5,0866 19,2 11,9 3,3461 6,5213

Promedio 7,18

± 0,05

5,78

± 0,08

5,10

± 0,10 19,5 11,7

3,37

± 0,03

6,58

± 0,07

Muestras

formadas

con

agomerante

Peso

húmedo

(g)

Peso

seco

(g)

Peso

quemado

(g)

% Pérd.

del peso

en crudo

% Pérd.

del peso

quemado

Peso

sumergida

- saturada

en agua (g)

Peso

saturado

en agua (g)

1 6,2247 4,4489 3,8080 28,5 14,4 2,0945 4,5506

2 6,1075 4,3945 3,6220 28,1 17,6 2,3569 5,0796

3 6,1121 4,3976 3,9231 28,1 10,8 2,3485 5,1156

4 6,1789 4,4346 3,9310 28,2 11,4 2,2134 5,0302

5 6,1802 4,3989 3,8524 28,8 12,4 2,3201 5,0802

6 6,1689 4,4152 3,8305 28,4 13,2 2,1906 5,0973

Promedio 6,16

± 0,06

4,42

± 0,09

3,83

± 0,08 28,4 13,3

2,25

± 0,11

4,99

± 0,13

151



Muestras

formadas

con agua

Peso

húmedo

(g)

Peso

seco

(g)

Peso

quemado

(g)

% Pérd.

del peso

en crudo

% Pérd.

del peso

quemado

Peso

sumergida

- saturada

en agua (g)

Peso

saturado

en agua (g)

1 7,2771 5,9202 5,1045 18,7 13,8 3,2144 6,0600

2 7,2588 5,9244 5,2150 18,4 11,9 3,2897 6,1735

3 7,3584 6,0116 5,0738 18,3 15,6 3,1896 5,9919

4 7,3589 5,9786 5,0874 18,8 14,9 3,1999 6,0265

5 7,5030 6,0697 5,2264 19,1 13,9 3,2814 6,1576

6 7,4704 6,0709 5,0769 18,7 16,4 3,1854 5,9950

7 7,2174 5,7931 5,2838 19,7 8,8 3,3275 6,2905

8 7,2936 5,8602 5,1235 19,7 12,6 3,2166 6,0545

9 7,4778 6,0615 5,2494 18,9 13,4 3,3007 6,2283

10 7,3306 5,9092 5,1520 19,4 12,8 3,2423 6,0851

Promedio 7,36

± 0,13

5,96

± 0,11

5,16

1,15 18,9 13,4

3,25

± 0,07

6,11

± 0,08

Muestras

formadas

con

aglomerante

Peso

húmedo

(g)

Peso

seco

(g)

Peso

quemado

(g)

% Pérd.

del peso

en crudo

% Pérd.

del peso

quemado

Peso

sumergida

- saturada

en agua (g)

Peso

saturado

en agua (g)

1 6,2105 4,3860 3,7728 29,38 13,98 2,0945 5,0400

2 6,1815 4,3945 3,7720 28,91 14,17 2,3569 4,5943

3 6,1707 4,3876 3,7793 28,90 13,86 2,3485 5,0030

4 6,1247 4,3940 3,7756 28,26 14,07 2,2134 5,0302

5 6,2182 4,3880 3,7808 29,43 13,84 2,3201 5,0802

6 6,1987 4,3870 3,7603 29,23 14,29 2,1906 5,0973

Promedio 6,18

± 0,08

4,39

± 0,08

3,77

± 0,10 29,02 14,03

2,25

± 0,11

4,97

± 0,09

152

Tabla A.V.17. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria D en el proceso de secado y


Muestras

formadas

con agua

Peso

húmedo

(g)

Peso

seco

(g)

Peso

quemado

(g)

% Pérd.

del peso

en crudo

% Pérd.

del peso

quemado

Peso

sumergida

- saturada

en agua (g)

Peso

saturado

en agua (g)

1 7,2504 5,7752 5,2010 20,4 9,9 3,2769 6,4970

2 7,1494 5,6636 5,1050 20,8 9,9 3,1818 6,3258

3 7,1061 5,7032 5,1440 19,7 9,8 3,2317 6,4136

4 7,0362 5,6436 5,0889 19,8 9,8 3,1787 6,3081

5 7,2476 5,8046 5,2272 19,9 9,9 3,2580 6,4689

6 7,0906 5,6221 5,0602 20,7 10,0 3,1879 6,3297

7 7,5658 6,0530 5,4518 20,0 9,9 3,4336 6,7783

8 7,5799 6,0552 5,4638 20,1 9,8 3,4452 6,8066

9 7,4081 5,9153 5,3323 20,2 9,9 3,3607 6,6586

10 7,3957 5,9078 5,3195 20,1 9,9 3,4065 6,6205

Promedio 7,28

± 0,09

5,81

± 0,10

5,24

± 0,08 20,2 9,9

3,29

± 0,10

6,52

± 0,12

Muestras

formadas

con

aglomerante

Peso

húmedo

(g)

Peso

seco

(g)

Peso

quemado

(g)

% Pérd.

del peso

en crudo

% Pérd.

del peso

quemado

Peso

sumergida

- saturada

en agua (g)

Peso

saturado

en agua (g)

1 6,2231 4,4607 3,9640 28,3 11,1 2,4156 5,2157

2 6,2215 4,5309 4,0243 27,2 11,2 2,4313 4,9182

3 6,0788 4,3620 3,8738 28,2 11,2 2,4028 5,0937

4 6,1998 4,4472 3,9820 28,3 10,5 2,4127 5,2038

5 6,2034 4,4974 4,0114 27,5 10,8 2,3900 4,9931

6 6,0673 4,3730 3,9983 27,9 8,6 2,3820 5,1109

Promedio 6,17

± 0,13

4,45

± 0,15

3,98

± 0,11 27,9 10,6

2,41

± 0,08

5,09

± 0,06

153



Muestras

formadas

con agua

Peso

húmedo

(g)

Peso

seco

(g)

Peso

quemado

(g)

% Pérd.

del peso

en crudo

% Pérd.

del peso

quemado

Peso

sumergida

- saturada

en agua (g)

Peso

saturado

en agua (g)

1 7,0157 5,6418 5,0625 19,6 10,3 3,1943 6,2052

2 7,3135 5,8955 5,2881 19,4 10,3 3,3350 6,4707

3 7,0344 5,6600 5,0781 19,5 10,3 3,3663 6,2188

4 6,9770 5,6190 5,0452 19,5 10,2 3,1785 6,1779

5 7,7240 6,1752 5,5428 20,1 10,2 3,4942 6,7693

6 7,6712 6,1854 5,5503 19,4 10,3 3,4965 6,7465

7 7,4306 6,0232 5,4192 18,9 10,0 3,4174 6,5909

8 7,2592 5,8534 5,2698 19,4 9,9 3,3187 6,4151

9 7,2998 5,9282 5,3366 18,8 9,9 3,2012 6,4494

10 7,1058 5,9152 5,1205 16,8 13,4 3,2255 6,2486

Promedio 7,28

± 0,19

5,89

± 0,20

5,27

± 0,16 19,1 10,5

3,32

± 0,13

6,43

± 0,15

Muestras

formadas

con

aglomerante

Peso

húmedo

(g)

Peso

seco

(g)

Peso

quemado

(g)

% Pérd.

del peso

en crudo

% Pérd.

del peso

quemado

Peso

sumergida

- saturada

en agua (g)

Peso

saturado

en agua (g)

1 6,2054 4,4543 3,9568 28,2 11,2 2,4060 5,0209

2 6,2492 4,5249 3,9692 27,6 12,3 2,4092 5,0195

3 6,1870 4,4362 3,9587 28,3 10,8 2,4050 5,0807

4 6,1960 4,4439 3,9606 28,3 10,9 2,4076 5,0938

5 6,2182 4,4870 3,9676 27,8 11,6 2,3829 4,9650

6 6,1870 4,5173 3,9585 26,9 12,4 2,3890 4,9740

Promedio 6,21

± 0,14

4,48

± 0,16

3,96

± 0,18 27,9 11,5

2,40

± 0,10

5,03

± 0,13

154



Muestras

formadas

con agua

Peso

húmedo

(g)

Peso

seco

(g)

Peso

quemado

(g)

% Pérd.

del peso

en crudo

% Pérd.

del peso

quemado

Peso

sumergida

- saturada

en agua (g)

Peso

saturado

en agua (g)

1 7,1945 5,7306 5,0881 20,4 11,2 3,1442 6,1723

2 7,1339 5,6757 5,0840 20,4 10,4 3,1944 6,3029

3 7,1752 5,6958 5,0760 20,6 10,9 3,2154 6,3259

4 7,1400 5,6831 4,9969 20,4 12,1 3,1291 6,1761

5 7,3366 5,7685 5,0103 21,4 13,1 3,1780 6,2494

6 7,0424 5,6338 5,0390 20,0 10,6 3,1874 6,2641

7 6,9408 5,5474 5,0383 20,1 9,2 3,1793 6,2717

8 7,0912 5,6898 5,0179 19,8 11,8 3,0676 6,0434

9 7,1635 5,7221 5,0390 20,1 11,9 3,2783 6,4171

10 7,2148 5,7733 5,2694 19,9 8,7 3,3246 6,5202

Promedio 7,14

± 0,22

5,69

± 0,18

5,07

± 0,16 20,3 11,0

3,19

± 0,12

6,27

± 0,15

Muestras

formadas

con

aglomerante

Peso

húmedo

(g)

Peso

seco

(g)

Peso

quemado

(g)

% Pérd.

del peso

en crudo

% Pérd.

del peso

quemado

Peso

sumergida

- saturada

en agua (g)

Peso

saturado

en agua (g)

1 6,2231 4,4607 3,9737 28,3 10,9 2,4656 5,2040

2 6,2215 4,5309 3,8698 27,2 14,6 2,3130 4,9982

3 6,0788 4,3620 3,7814 28,2 13,3 2,4128 5,1867

4 6,1998 4,4472 3,8520 28,3 13,4 2,4131 5,1728

5 6,2034 4,4974 3,9473 27,5 12,2 2,3827 4,9931

6 6,0673 4,3730 3,9483 27,9 9,7 2,3898 5,1409

Promedio 6,17

± 0,08

4,44

± 0,10

3,90

± 0,10 27,9 12,4

2,40

± 0,15

5,12

± 0,12

155



Muestras

formadas

con agua

Peso

húmedo

(g)

Peso

seco

(g)

Peso

quemado

(g)

% Pérd.

del peso

en crudo

% Pérd.

del peso

quemado

Peso

sumergida

- saturada

en agua (g)

Peso

saturado

en agua (g)

1 7,1304 5,7107 5,0680 19,9 11,3 3,2092 6,1001

2 7,3241 5,8470 5,0184 20,2 14,1 3,1737 6,0066

3 7,1331 5,7004 5,0340 20,1 11,7 3,1833 6,0304

4 7,0295 5,5827 5,0201 20,6 10,1 3,1781 5,9979

5 7,2191 5,7264 5,0975 20,7 10,9 3,2253 6,1177

6 7,0882 5,6647 4,9740 20,1 12,2 3,1421 5,9396

7 7,0932 5,6588 4,8958 20,2 13,5 3,0886 5,8393

8 7,0435 5,6404 5,0226 19,9 10,9 3,1786 5,9913

9 7,2797 5,8483 5,0516 19,7 13,6 3,1919 6,0328

10 7,3727 5,9196 5,0952 19,7 13,9 3,2099 6,0622

Promedio 7,17

± 0,12

5,73

± 0,15

5,03

± 0,20 20,1 12,2

3,18

± 0,15

6,01

± 0,12

Muestras

formadas

con

aglomerante

Peso

húmedo

(g)

Peso

seco

(g)

Peso

quemado

(g)

% Pérd.

del peso

en crudo

% Pérd.

del peso

quemado

Peso

sumergida

- saturada

en agua (g)

Peso

saturado

en agua (g)

1 6,1899 4,3870 3,8405 29,1 12,5 2,4656 4,6917

2 6,1880 4,3800 3,8421 29,2 12,3 2,3130 4,6873

3 6,1870 4,3789 3,8402 29,2 12,3 2,4028 4,6782

4 6,1928 4,3764 3,8373 29,3 12,3 2,4127 4,6520

5 6,1870 4,3699 3,8340 29,4 12,3 2,3290 4,6791

6 6,1750 4,3870 3,8399 28,9 12,5 2,3980 4,6794

Promedio 6,19

± 0,15

4,38

± 0,12

3,84

± 0,11 29,2 12,4

2,38

± 0,03

4,68

0,08

156

Tabla A.V.21. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria E en el proceso de secado y


Muestras

formadas

con agua

Peso

húmedo

(g)

Peso

seco

(g)

Peso

quemado

(g)

% Pérd.

del peso

en crudo

% Pérd.

del peso

quemado

Peso

sumergida

- saturada

en agua (g)

Peso

saturado

en agua (g)

1 7,0109 5,8432 5,0666 16,7 13,3 3,1996 6,3558

2 7,1426 5,738 5,1708 19,7 9,9 3,314 6,467

3 7,0727 5,6744 5,115 19,8 9,9 3,2246 6,4124

4 7,3069 5,8728 5,293 19,6 9,9 3,3323 6,6168

5 7,3893 5,9625 5,3674 19,3 9,9 3,3842 6,7259

6 7,4492 5,9549 5,3602 20,1 10,0 3,3841 6,7229

7 7,5126 6,035 5,4325 19,7 9,9 3,5157 6,8062

8 7,2966 5,8616 5,2753 19,7 10,0 3,3226 6,6244

9 7,5753 6,1282 5,516 19,1 9,9 3,4803 6,907

10 7,1695 5,7841 5,2038 19,3 10,1 3,2829 6,7165

Promedio 7,29

± 0,06

5,88

± 0,01

5,28

± 0,07 19,3 10,3

3,34

± 0,03

6,64

± 0,06

Muestras

formadas

con agua

Peso

húmedo

(g)

Peso

seco

(g)

Peso

quemado

(g)

% Pérd.

del peso

en crudo

% Pérd.

del peso

quemado

Peso

sumergida

- saturada

en agua (g)

Peso

saturado

en agua (g)

1 6,0456 4,2656 3,7716 29,4 11,6 2,3982 5,0638

2 6,0774 4,3137 3,8137 29,0 11,6 2,3663 4,9133

3 6,1216 4,3902 3,8804 28,3 11,6 2,4070 5,0762

4 6,1186 4,2236 3,7672 30,9 10,8 2,2842 4,7154

5 6,1203 4,2670 3,8608 30,3 9,5 2,3376 5,0365

6 6,1345 4,3328 3,8261 29,4 11,7 2,3527 5,0034

Promedio 6,10

± 0,08

4,29

± 0,06

3,82

± 0,06 29,6 11,1

2,36

± 0,01

4,96

± 0,06

157



Muestras

formadas

con agua

Peso

húmedo

(g)

Peso

seco

(g)

Peso

quemado

(g)

% Pérd.

del peso

en crudo

% Pérd.

del peso

quemado

Peso

sumergida

- saturada

en agua (g)

Peso

saturado

en agua (g)

1 7,0529 5,7019 5,1166 19,2 10,3 3,2249 6,3181

2 7,0533 5,7189 5,1300 18,9 10,3 3,2343 6,3553

3 7,5915 6,2182 5,5793 18,1 10,3 3,515 6,8994

4 7,3521 5,8996 5,2948 19,8 10,3 3,4047 6,5497

5 7,0067 5,6339 5,0663 19,6 10,1 3,4296 6,2371

6 7,0286 5,6720 5,0862 19,3 10,3 3,2096 6,2740

7 7,2338 5,9108 5,2680 18,3 10,9 3,4509 6,5142

8 7,5387 6,0784 5,4528 19,4 10,3 3,4386 6,7159

9 7,2675 5,8632 5,2570 19,3 10,3 3,3161 6,4565

10 7,1533 5,7592 5,1643 19,5 10,3 3,2531 6,3588

Promedio 7,23

± 0,03

5,85

± 0,07

5,24

± 0,08 19,13 10,3

3,35

± 0,07

6,47

± 0,06

Muestras

formadas

con

aglomerante

Peso

húmedo

(g)

Peso

seco

(g)

Peso

quemado

(g)

% Pérd.

del peso

en crudo

% Pérd.

del peso

quemado

Peso

sumergida

- saturada

en agua (g)

Peso

saturado

en agua (g)

1 6,2054 4,4543 3,9706 28,2 10,9 2,4502 5,1002

2 6,2492 4,5249 3,9920 27,6 11,8 2,4587 5,1050

3 6,1870 4,4362 3,9870 28,3 10,1 2,4607 5,0762

4 6,1960 4,4439 3,9820 28,3 10,4 2,4606 5,1354

5 6,2182 4,4870 3,9976 27,8 10,9 2,4632 5,1403

6 6,1870 4,5173 3,9853 26,9 11,8 2,4396 5,1034

Promedio 6,21

± 0,01

4,48

± 0,05

3,98

± 0,04 27,9 10,9

2,46

± 0,04

5,11

± 0,06

158



Muestras

formadas

con agua

Peso

húmedo

(g)

Peso

seco

(g)

Peso

quemado

(g)

% Pérd.

del peso

en crudo

% Pérd.

del peso

quemado

Peso

sumergida

- saturada

en agua (g)

Peso

saturado

en agua (g)

1 7,2855 5,7330 5,1603 21,3 9,9 3,2607 6,3823

2 6,9717 5,5133 4,7084 20,9 14,6 2,9774 5,9034

3 7,2984 5,7544 4,9576 21,2 13,9 3,1170 6,1679

4 7,0593 5,5751 4,8478 21,0 13,1 3,0730 6,0809

5 7,1087 5,6334 4,7696 20,8 15,3 3,0318 6,0067

6 7,0685 5,5749 5,0268 21,1 9,8 3,1784 6,2643

7 7,0078 5,5193 5,1345 21,2 6,9 3,2533 6,3910

8 7,1785 5,6669 5,0598 21,1 10,7 3,1654 6,2497

9 6,9634 5,5566 4,9731 20,2 10,5 3,1532 6,2571

10 7,0256 5,4660 4,9034 22,2 10,3 3,1233 6,1714

Promedio 7,10

± 0,16

5,60

± 0,23

4,95

± 0,15 21,1 11,5

3,13

± 0,12

6,19

± 0,14

Muestras

formadas

con

aglomerante

Peso

húmedo

(g)

Peso

seco

(g)

Peso

quemado

(g)

% Pérd.

del peso

en crudo

% Pérd.

del peso

quemado

Peso

sumergida

- saturada

en agua (g)

Peso

saturado

en agua (g)

1 6,0456 4,2656 3,7716 29,4 11,6 2,2984 4,8638

2 6,0774 4,3137 3,8137 29,0 11,6 2,3230 4,6133

3 6,1216 4,3902 3,8804 28,3 11,6 2,3107 4,8762

4 6,1186 4,2236 3,7022 30,9 12,3 2,2942 4,8540

5 6,1203 4,2670 3,8308 30,3 10,2 2,3076 4,8765

6 6,1345 4,3328 3,8261 29,4 11,7 2,3127 4,8334

Promedio 6,10

± 0,06

4,29

± 0,10

3,80

± 0,12 29,6 11,5

2,31

± 0,12

4,82

± 0,11

159



Muestras

formadas

con agua

Peso

húmedo

(g)

Peso

seco

(g)

Peso

quemado

(g)

% Pérd.

del peso

en crudo

% Pérd.

del peso

quemado

Peso

sumergida

- saturada

en agua (g)

Peso

saturado

en agua (g)

1 7,2855 5,7330 5,0030 21,3 12,7 3,1879 6,0737

2 6,9717 5,5133 4,8105 20,9 12,8 3,0570 5,8342

3 7,2984 5,7544 5,0236 21,2 12,7 3,1954 6,0751

4 7,0593 5,5751 4,8640 21,0 12,8 3,0873 5,8830

5 7,1087 5,6334 4,9150 20,8 12,8 3,1179 5,9503

6 7,0685 5,5749 4,8635 21,1 12,8 3,0924 5,9031

7 7,0078 5,5193 4,8136 21,2 12,8 3,0613 5,8471

8 7,1785 5,6669 4,9414 21,1 12,8 3,1433 5,9654

9 6,9634 5,5566 4,7665 20,2 14,2 3,0210 5,7766

10 7,0256 5,4660 4,8456 22,2 11,4 3,0753 5,8323

Promedio 7,10

± 0,08

5,60

± 0,10

4,88

± 0,08 21,1 12,8

3,10

± 0,08

5,91

± 0,10

Muestras

formadas

con

aglomerante

Peso

húmedo

(g)

Peso

seco

(g)

Peso

quemado

(g)

% Pérd.

del peso

en crudo

% Pérd.

del peso

quemado

Peso

sumergida

- saturada

en agua (g)

Peso

saturado

en agua (g)

1 6,1789 4,3587 3,8097 29,4 12,6 2,2184 4,8638

2 6,1877 4,3588 3,8091 29,6 12,6 2,1463 4,6133

3 6,1870 4,3509 3,8105 29,7 12,4 2,2107 5,0762

4 6,1860 4,3688 3,8078 29,4 12,8 2,2152 4,8540

5 6,1940 4,3583 3,8098 29,6 12,6 2,2246 4,7650

6 6,1860 4,3667 3,8009 29,4 12,9 2,2247 5,0134

Promedio 6,19

± 0,12

4,36

± 0,11

3,81

± 0,10 29,5 12,7

2,21

± 0,15

4,86

± 0,12

160

DETERMINACIÓN DE LA POROSIDAD, ABSORCIÓN

Y DENSIDAD APARENTE


quemada a 1 000 °C

Muestra

formada

con agua

Volumen

aparente

(cm3)

Porosidad

aparente

(%)

Absorción

de agua

(%)

Densidad

aparente

(g/cm3)

3,38 41,3 25,8 1,6

2 3,42 40,5 25,2 1,6

3 3,40 40,9 25,6 1,6

4 3,38 40,9 25,7 1,6

5 3,45 41,0 25,8 1,6

6 3,48 40,1 24,7 1,6

7 3,45 40,6 25,3 1,6

8 3,58 40,6 25,3 1,6

9 3,84 48,7 35,1 1,4

10 3,31 39,9 24,6 1,6

Promedio 3,47 41,4 26,3 1,6

Muestra

formada

con

aglomerante

Volumen

aparente

(cm3)

Porosidad

aparente

(%)

Absorción

de agua

(%)

Densidad

aparente

(g/cm3)

1 2,65 45,7 29,9 1,5

2 2,87 43,4 30,8 1,4

3 2,78 42,4 28,6 1,5

4 2,75 44,8 30,7 1,5

5 2,72 44,2 29,8 1,5

6 2,74 43,5 29,6 1,5

Promedio 2,75 44,0 29,9 1,5

161


quemada a 1 050 °C

Muestra

formada

con agua

Volumen

aparente

(cm3)

Porosidad

aparente

(%)

Absorción

de agua

(%)

Densidad

aparente

(g/cm3)

1 3,25 38,5 23,2 1,7

2 3,19 38,8 23,4 1,7

3 3,26 38,6 22,9 1,7

4 3,31 38,5 23,3 1,7

5 3,25 38,5 23,2 1,7

6 3,30 37,8 22,5 1,7

7 3,25 38,5 23,2 1,7

8 3,18 38,1 22,8 1,7

9 3,20 38,4 23,1 1,7

10 3,26 38,3 23,0 1,7

Promedio 3,25 38,4 23,0 1,7

Muestra

formada

con

aglomerante

Volumen

aparente

(cm3)

Porosidad

aparente

(%)

Absorción

de agua

(%)

Densidad

aparente

(g/cm3)

1 2,69 43,0 28,6 1,5

2 2,68 42,9 28,3 1,5

3 2,69 44,1 29,5 1,5

4 2,69 43,7 29,2 1,5

5 2,68 44,0 29,4 1,5

6 2,69 44,4 29,8 1,5

Promedio 2,69 43,7 29,1 1,5

162


quemada a 1 100 °C

Muestra

formada

con agua

Volumen

aparente

(cm3)

Porosidad

aparente

(%)

Absorción

de agua

(%)

Densidad

aparente

(g/cm3)

1 3,14 39,2 23,6 1,7

2 3,19 42,3 25,9 1,6

3 3,20 47,1 29,6 1,6

4 3,25 48,5 31,1 1,6

5 3,27 50,0 32,4 1,6

6 3,28 50,7 32,9 1,6

7 3,12 41,6 25,5 1,6

8 3,19 44,2 27,6 1,6

9 3,26 51,9 33,8 1,5

10 3,18 45,2 28,2 1,6

Promedio 3,21 46,1 29,1 1,6

Muestra

formada

con

aglomerante

Volumen

aparente

(cm3)

Porosidad

aparente

(%)

Absorción

de agua

(%)

Densidad

aparente

(g/cm3)

1 2,46 30,2 19,5 1,6

2 2,72 53,5 40,2 1,3

3 2,77 43,1 30,4 1,4

4 2,82 39,0 27,9 1,4

5 2,76 44,5 31,9 1,4

6 2,91 43,6 33,1 1,3

Promedio 2,74 42,3 30,5 1,4

163


quemada a 1 150 °C

Muestra

formada

con agua

Volumen

aparente

(cm3)

Porosidad

aparente

(%)

Absorción

de agua

(%)

Densidad

aparente

(g/cm3)

1 2,85 33,6 18,7 1,8

2 2,88 33,2 18,4 1,8

3 2,80 32,8 18,1 1,8

4 2,83 33,2 18,5 1,8

5 2,88 32,5 17,8 1,8

6 2,81 32,7 18,1 1,8

7 2,96 33,9 19,1 1,8

8 2,84 32,8 18,2 1,8

9 2,93 33,4 18,7 1,8

10 2,84 32,8 18,1 1,8

Promedio 2,86 33,1 18,4 1,8

Muestra

formada

con

aglomerante

Volumen

aparente

(cm3)

Porosidad

aparente

(%)

Absorción

de agua

(%)

Densidad

aparente

(g/cm3)

1 2,95 43,0 33,6 1,3

2 2,24 36,8 21,8 1,7

3 2,65 46,1 32,4 1,4

4 2,82 44,5 33,2 1,3

5 2,76 47,1 34,4 1,4

6 2,91 46,0 35,6 1,3

Promedio 2,72 43,9 31,8 1,4

164


quemada a 1 000 °C

Muestra

formada

con agua

Volumen

aparente

(cm3)

Porosidad

aparente

(%)

Absorción

de agua

(%)

Densidad

aparente

(g/cm3)

1 2,85 33,6 18,7 1,8

2 2,88 33,2 18,4 1,8

3 2,80 32,8 18,2 1,8

4 2,83 33,2 18,5 1,8

5 2,88 32,4 17,8 1,8

6 2,81 32,7 18,2 1,8

7 2,96 33,9 19,2 1,8

8 2,84 32,8 18,2 1,8

9 2,93 33,4 18,7 1,8

10 2,84 32,8 18,1 1,8

Promedio 2,86 33,1 18,4 1,8

Muestra

formada

con

aglomerante

Volumen

aparente

(cm3)

Porosidad

aparente

(%)

Absorción

de agua

(%)

Densidad

aparente

(g/cm3)

1 2,80 44,7 31,6 1,4

2 2,49 35,9 22,2 1,6

3 2,69 45,3 31,5 1,4

4 2,79 43,8 30,9 1,4

5 2,60 37,7 24,5 1,5

6 2,73 40,78 27,8 1,5

Promedio 2,68 41,4 28,0 1,5

165


quemada a 1 050 °C

Muestra

formada

con agua

Volumen

aparente

(cm3)

Porosidad

aparente

(%)

Absorción

de agua

(%)

Densidad

aparente

(g/cm3)

1 3,01 37,9 22,6 1,7

2 3,14 37,7 22,4 1,7

3 2,85 39,9 22,5 1,7

4 3,00 37,8 22,5 1,7

5 3,28 37,5 22,1 1,7

6 3,25 36,8 21,6 1,7

7 3,17 36,9 21,6 1,7

8 3,10 36,9 21,7 1,7

9 3,25 34,3 20,9 1,6

10 3,02 37,3 22,0 1,7

Promedio 3,11 37,3 21,9 1,7

Muestra

formada

con

aglomerante

Volumen

aparente

(cm3)

Porosidad

aparente

(%)

Absorción

de agua

(%)

Densidad

aparente

(g/cm3)

1 2,61 40,6 26,9 1,5

2 2,61 40,2 26,5 1,5

3 2,68 41,9 28,3 1,5

4 2,69 42,2 28,6 1,5

5 2,58 38,6 25,1 1,5

6 2,59 39,3 25,7 1,5

Promedio 2,63 40,5 26,9 1,5

166


quemada a 1 100 °C

Muestra

formada

con agua

Volumen

aparente

(cm3)

Porosidad

aparente

(%)

Absorción

de agua

(%)

Densidad

aparente

(g/cm3)

1 3,03 35,8 21,3 1,7

2 3,11 39,2 23,9 1,6

3 3,11 40,2 24,6 1,6

4 3,05 38,7 23,6 1,6

5 3,07 40,3 24,7 1,6

6 3,08 39,8 24,3 1,6

7 3,09 39,9 24,5 1,6

8 2,98 34,5 20,4 1,7

9 3,14 43,9 27,4 1,6

10 3,20 39,1 23,7 1,6

Promedio 3,08 39,2 23,9 1,6

Muestra

formada

con

aglomerante

Volumen

aparente

(cm3)

Porosidad

aparente

(%)

Absorción

de agua

(%)

Densidad

aparente

(g/cm3)

1 2,74 44,9 30,9 1,5

2 2,69 42,0 29,2 1,4

3 2,77 50,7 37,2 1,4

4 2,76 47,9 34,3 1,4

5 2,61 40,1 26,5 1,5

6 2,75 43,4 30,2 1,4

Promedio 2,72 44,8 31,4 1,4

167


quemada a 1 150 °C

Muestra

formada

con agua

Volumen

aparente

(cm3)

Porosidad

aparente

(%)

Absorción

de agua

(%)

Densidad

aparente

(g/cm3)

1 2,89 35,7 20,4 1,8

2 2,83 34,9 19,7 1,8

3 2,85 35,0 19,8 1,8

4 2,82 34,7 19,5 1,8

5 2,89 35,3 20,0 1,8

6 2,80 34,5 19,4 1,8

7 2,75 34,3 19,3 1,8

8 2,81 34,4 19,3 1,8

9 2,84 34,5 19,4 1,8

10 2,85 33,9 18,9 1,8

Promedio 2,83 34,7 19,6 1,8

Muestra

formada

con

aglomerante

Volumen

aparente

(cm3)

Porosidad

aparente

(%)

Absorción

de agua

(%)

Densidad

aparente

(g/cm3)

1 2,23 38,2 22,2 1,7

2 2,37 35,6 22,0 1,6

3 2,28 36,8 21,8 1,7

4 2,24 36,4 21,2 1,7

5 2,35 35,9 22,0 1,6

6 2,28 36,8 21,9 1,7

Promedio 2,29 36,6 21,9 1,7

168


quemada a 1 000 °C

Muestra

formada

con agua

Volumen

aparente

(cm3)

Porosidad

aparente

(%)

Absorción

de agua

(%)

Densidad

aparente

(g/cm3)

1 3,16 40,9 25,5 1,6

2 3,15 41,1 25,1 1,6

3 3,19 40,7 25,4 1,6

4 3,28 40,3 25,0 1,6

5 3,34 40,6 25,3 1,6

6 3,34 40,8 25,4 1,6

7 3,29 41,8 25,3 1,7

8 3,30 40,9 25,6 1,6

9 3,43 40,6 25,2 1,6

10 3,43 44,1 29,1 1,5

Promedio 3,29 41,2 25,7 1,6

Muestra

formada

con

aglomerante

Volumen

aparente

(cm3)

Porosidad

aparente

(%)

Absorción

de agua

(%)

Densidad

aparente

(g/cm3)

1 2,67 48,5 34,3 1,4

2 2,55 43,2 28,8 1,5

3 2,67 44,8 30,8 1,5

4 2,43 39,0 25,2 1,5

5 2,70 43,6 30,5 1,4

6 2,65 44,4 30,8 1,4

Promedio 2,61 43,9 30,1 1,5

169


quemada a 1 050 °C

Muestra

formada

con agua

Volumen

aparente

(cm3)

Porosidad

aparente

(%)

Absorción

de agua

(%)

Densidad

aparente

(g/cm3)

1 3,09 38,8 23,5 1,7

2 3,12 39,3 23,9 1,6

3 3,38 39,0 23,7 1,7

4 3,15 39,9 23,7 1,7

5 2,81 41,7 23,1 1,8

6 3,06 38,8 23,4 1,7

7 3,06 40,7 23,7 1,7

8 3,28 38,5 23,2 1,7

9 3,14 38,2 22,8 1,7

10 3,11 38,5 23,1 1,7

Promedio 3,12 39,3 23,4 1,7

Muestra

formada

con

aglomerante

Volumen

aparente

(cm3)

Porosidad

aparente

(%)

Absorción

de agua

(%)

Densidad

aparente

(g/cm3)

1 2,65 42,6 28,5 1,5

2 2,65 42,1 27,9 1,5

3 2,62 41,6 27,3 1,5

4 2,67 43,1 28,9 1,5

5 2,68 42,7 28,6 1,5

6 2,66 41,9 28,1 1,5

Promedio 2,65 42,4 28,2 1,5

170


quemada a 1 100 °C

Muestra

formada

con agua

Volumen

aparente

(cm3)

Porosidad

aparente

(%)

Absorción

de agua

(%)

Densidad

aparente

(g/cm3)

1 3,12 39,2 23,7 1,6

2 2,93 40,8 25,4 1,6

3 3,05 39,7 24,4 1,6

4 3,01 41,0 25,4 1,6

5 2,97 41,6 25,9 1,6

6 3,09 40,1 24,6 1,6

7 3,14 40,1 24,5 1,6

8 3,08 38,6 23,5 1,6

9 3,10 41,4 25,8 1,6

10 3,05 41,6 25,9 1,6

Promedio 3,05 40,4 24,9 1,6

Muestra

formada

con

aglomerante

Volumen

aparente

(cm3)

Porosidad

aparente

(%)

Absorción

de agua

(%)

Densidad

aparente

(g/cm3)

1 2,57 42,6 28,9 1,5

2 2,29 34,9 20,9 1,7

3 2,57 38,8 25,7 1,5

4 2,56 45,0 31,1 1,5

5 2,57 40,7 27,3 1,5

6 2,52 39,9 26,3 1,5

Promedio 2,51 40,3 26,7 1,5

171


quemada a 1 150 °C

Muestra

formada

con agua

Volumen

aparente

(cm3)

Porosidad

aparente

(%)

Absorción

de agua

(%)

Densidad

aparente

(g/cm3)

1 2,89 37,1 21,4 1,7

2 2,78 36,9 21,3 1,7

3 2,88 36,5 20,9 1,7

4 2,80 36,5 20,9 1,7

5 2,83 36,5 21,1 1,7

6 2,81 36,9 21,4 1,7

7 2,79 37,1 21,5 1,7

8 2,82 36,3 20,7 1,7

9 2,76 36,7 21,2 1,7

10 2,76 35,8 20,4 1,7

Promedio 2,81 36,6 21,1 1,7

Muestra

formada

con

aglomerante

Volumen

aparente

(cm3)

Porosidad

aparente

(%)

Absorción

de agua

(%)

Densidad

aparente

(g/cm3)

1 2,65 39,9 27,7 1,4

2 2,47 32,6 21,1 1,5

3 2,87 44,2 33,2 1,3

4 2,64 39,7 27,5 1,4

5 2,54 37,6 25,1 1,5

6 2,79 43,5 31,9 1,3

Promedio 2,66 39,6 27,7 1,4

172

ANEXO VI

CARACTERÍSTICAS DIMENSIONALES DE LOS CRISOLES

SEMIREFRACTARIOS DURANTE LOS PROCESOS DE SECADO Y COCCIÓN

Tabla A.VI.1. Variación de peso de los crisoles semirefractarios,

secos y quemados a 1 150 °C

Muestra Peso en

húmedo (g)

Peso en

seco (g)

Peso

quemado (g)

Cont. en

el secado (%)

Cont. en

la quema (%)

1 742,2 617,7 544,6 16,8 11,8

2 740,5 618,5 543,0 16,5 12,2

3 741,3 618,7 545,2 16,5 11,9

4 739,6 619,0 546,1 16,3 11,8

5 739,7 618,3 546,0 16,4 11,7

Promedio 740,7 ± 1,1 618,4 ± 0,5 545,0 ± 1,2 16,5 11,9

Tabla A.VI.2. Variación del diámetro exterior de los crisoles semirefractarios,


Muestra Diámetro en

húmedo (g)

Diámetro

en seco (g)

Diámetro

quemado (g)

Cont. en

el secado (%)

Cont. en

la quema (%)

1 101,40 97,50 95,20 3,9 2,4

2 102,00 98,60 95,40 3,3 3,3

3 102,20 99,00 95,50 3,1 3,5

4 99,80 96,20 94,00 3,6 2,5

5 99,80 96,60 95,20 3,2 1,5

Promedio 101,04 ± 1,17 97,58 ± 1,22 95,06 ± 0,61 3,4 2,6

Tabla A.VI.3. Variación del diámetro inferior de los crisoles semirefractarios,


Muestra Diámetro en

húmedo (g)

Diámetro

en seco (g)

Diámetro

quemado (g)

Cont. en

el secado (%)

Cont. en

la quema (%)

1 65,40 63,80 60,40 2,5 5,3

2 65,60 64,00 61,00 2,4 4,7

3 65,60 64,20 61,20 2,1 4,7

4 65,60 64,00 61,00 2,4 4,7

5 65,40 64,00 60,00 2,1 6,3

Promedio 65,52 ± 0,11 64,00 ± 0,15 60,72 ± 0,25 2,3 5,1

173

Tabla A.VI.4. Variación dela altura de los crisoles semirefractarios,


Muestra

Diámetro en

húmedo

(g)

Diámetro

en seco

(g)

Diámetro

quemado

(g)

Cont. en

el secado

(%)

Cont. en

la quema

(%)

1 125,80 122,40 120,60 2,7 1,5

2 125,60 122,40 120,40 2,6 1,6

3 125,80 122,20 120,20 2,9 1,6

4 125,80 122,40 120,60 2,7 1,5

5 125,40 122,20 120,40 2,6 1,5

Promedio 125,68 ± 0,18 122,32 ± 0,11 120,44 ± 0,17 2,7 1,5

174

ANEXO VII

DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

Principios teóricos:

Para la determinación del coeficiente de conductividad térmica se hace referencia

a los principios teóricos de transferencia de calor de conducción unidimensional

de calor en estado estable, convección libre.

Conducción unidimensional de calor en estado estable, dada por la ecuación

A.VII.1:

[A.VII.1]

Donde:

: Coeficiente de conductividad térmica

: Área de la pared por donde se realiza la transferencia de calor

: Diferencia de temperaturas entre las dos paredes, planas y paralelas, del

elemento por donde se realiza la transferencia de calor.

: Espesor de la pared

: Cantidad de calor transmitido

Convección libre, determina la transferencia de la cantidad de calor de un sólido

a un fluido, dada por la ecuación A.VII.2:

( ) [A.VII.2]

Donde:

: Coeficiente de transferencia de calor por convección

: Área de convección

: Temperatura del sólido

: Temperatura del fluído

Efecto Joule aplicado a un conductor eléctrico, representado por la ecuación

A.VII.3.

175

[A.VII.3]

Donde:

: Cantidad de calor producida por el conductor eléctrico por unidad de tiempo

(cal/s)

: Voltaje aplicado al conductor eléctrico (V)

: Intensidad de corriente (A)

Para la determinación del coeficiente de conductividad térmica se utilizó el

Aparato de Lee PS-32, en la Figura 2.5 se muestra un esquema del equipo. En

estado estable las temperaturas de A, B, C sobre la temperatura ambiente son:

TA, TS, TC y h (cal/°C.s.cm) es el coeficiente de transferencia de calor por

convección, además se asume que la temperatura a la que se encuentra S está

dada por el promedio de TA y TB, la cantidad de calor total disipada por segundo

será:

(

) (

) [A.VII.4]

Donde:

y : Áreas de las superficies expuestas al ambiente de A, B C y S,

respectivamente.

Esta cantidad de calor es producida por un elemento calefactor eléctrico H y se

puede, representada por la ecuación [A.VII.5]:

(

) [A.VII.5]

Donde:

: Cantidad de calor producida por el conductor eléctrico por unidad de tiempo

(cal/s)

: Voltaje (V)

: Intensidad de corriente (A)

176

: Equivalente mecánico del calor J= 4,18 (J/cal)

Igualando las ecuaciones A.VII.1 y A.VII.2, se obtiene:

[ (

) ]

(

) [A.VII.6]

La cantidad de calor que fluye por conducción a través de S, está dado por:

( )

[A.VII.7]

Donde:

: Espesor de la muestra S

: Coeficiente de conductividad térmica de S

El calor que pasa de S a B se representa por:

(

) (

) [A.VII.8]

El calor que pasa de S a A, se representa por:

(

) [A.VII.9]

Tomando la media de estas cantidades anteriores tenemos:

[A.VII.10]

[ (

) ] [A.VII.11]

Igualando las ecuaciones A.VII.4 y A.VII.8, se tiene:

( )

[ (

) ] [A.VII.12]

177

( ) [ (

) ] [A.VII.13]

Las ecuaciones fueron tomadas de: (Barea et al., 2006, p. 81).

Un parámetro crítico determinante de error de medida es el gradiente de

temperatura, por lo que resulta imprescindible la calibración periódica de los

termopares, y se debe asegurar una diferencia de potencias entre el patrón

superior y el inferior por debajo del 20 %. (Barea et al., 2006, p. 86)

.

La Tabla A.VII.1 registra los parámetros obtenidos para la determinación del

coeficiente de conductividad térmica.

Tabla A.VII.1. Datos obtenidos en el ensayo para la determinación del coeficiente de

conductividad térmica

No

D

(cm)

e

(cm)

TA

(°C)

TB

(°C)

TC

(°C)

Tamb

(°C)

As

(cm2)

h

(cal/°C s cm2)

k

( W/°C m)

1 4,06 0,74 54 60 73 28 25,76 9,11E-05 0,387

2 4,05 0,74 54 61 72 28 25,76 9,06E-05 0,333

3 4,05 0,74 55 61 72 28 25,89 9,01E-05 0,392

4 4,06 0,74 55 61 72 29 25,76 9,11E-05 0,390

Promedio 0,376 ± 0,10

178

ANEXO VIII

DETERMINACIÓN DE LA POTENCIA DE LOS EQUIPOS DE

REDUCCIÓN DE TAMAÑO

Tema: Determinación de las potencias de los equipos de la trituradora de

mandíbulas, molino de rodillos y molino de bolas.

La potencia absorbida según Bond para la trituradora de mandíbulas, molino de

rodillos y molino de bolas, viene dada por la ecuación XI.1.

(

√

√ ) [XI.1]

Donde:

Pa: Potencia absorbida (kW)

Wi: Work Index

P: d80 producto

F: d80 alimentación

Q: Capacidad de la trituradora o molino (t/h)

Los índices de Bond de las materias primas se tomaron como dato bibliográfico,

resultan ser datos aproximados y corresponden a: 12,1 para desechos refractarios

(DRF), 9,9 para la arcilla magra y 7,4 para el caolín (Mandujano, 2013, p. 3).

Para la determinación de la potencia requerida para la reducción de tamaño de

los equipos de molienda se determinó los d80 tanto de la alimentación como de la

salida del producto de la molienda en el molino de bolas U.S. STONEWARE de la

Planta Piloto de Cerámica de la EPN. A continuación en las Figuras A.VIII.1,

Figura A.VIII.2 y Figura A.VIII.3, se presentan los resultados del análisis

granulométrico y determinación del d80 de la alimentación de las materias primas

al molino de bolas. Para el ensayo de molienda se ocupó 2 kg de materia prima, a

una velocidad de 80 rpm durante 4 h, para cada una de ellas.

179

Figura A.VIII.1. d80 del producto del DRF antes de la molienda en seco

Figura A.VIII.2. d80 del producto del ATF antes de la molienda en seco

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100 1 000

Po

rcen

taje

(%

)

Tamaño de partícula (µm)

% Retenido acumulado % Pasado acumulado

d80= 800

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100 1 000

Po

rcen

taje

(%

)

Tamaño de particula (µm)


d80 = 600

180

Figura A.VIII.3. d80 del producto del APB antes de la molienda en seco

Para definir el flujo másico a reducir de tamaño a través de la trituradora de

mandíbulas es necesario primeramente definir la carga circulante a procesar en el

molino de bolas por cada tipo de materia prima, según la ecuación A.VIII.1.

A.VIII.1]

Donde:

F: Alimentación Fresca

CT: Carga Total

R: Reciclo

P: Producto

Considerando una carga circulante de 2,5 y un flujo másico de alimentación fresca

de 1 678,20 kg/mes.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100 1 000

Po

rcen

taje

(%

)

Tamaño de partícula (µm)


d80= 680

181

El tiempo de operación de la trituradora de mandíbulas se define por la cantidad

total de carga circulante y la capacidad de la misma.

El tiempo de operación del molino de bolas se determina con la capacidad del

molino de bolas seleccionado de 650 kg/h. sin embargo, se debe considerar que

este molino procesa a dos de las tres materias primas, éstas son: DRF y ATF.

El tiempo de operación del molino de rodillos se define por la capacidad del

equipo y la carga total a moler.

Se determinó la potencia requerida por los equipos de reducción de tamaño con la

ecuación X.1, y los resultados se presentan en la Tabla A.V.III.1.

Tabla A.VIII.1. Potencia requerida por los equipos de reducción de tamaño

Material

Wi

(kW-

h/tc)

F80

(µm)

P80

(µm)

Potencia de

trituradora

mandíbulas

(kW)

Potencia del

molino de bolas

(kW)

Potencia del

molino de

rodillos (kW)

DRF 12,1 800 370 0,013 0,144

ATF 9,9 600 270 0,013 0,014

APB 7,4 680 220 0,014

0,059

Suma parcial 0,041 0,158 0,059

TOTAL 0,258

182

ANEXO IX

HOJAS DE ESPECIFICACIONES DE EQUIPOS PRINCIPALES PARA LA

PLANTA DE PRODUCCIÓN DE CRISOLES SEMIREFRACTARIOS

HOJA DE ESPECIFICACIÓN Nº 1

Nombre del equipo: Trituradora de mandíbulas

Fabricante: Retsch

solutions in milling &

sieving

Modelo: BB – 300 Material de construcción: Acero Inox 316

Número en planta: TM-101

Dimensiones:

Dimensión global (mm) : 896×745×935

Peso (t): 0,8

Parámetros de diseño:

Capacidad 600 kg/h

Principio de funcionamiento:

Fragmentación de las partículas de tamaños superiores a 1 pulgada (1") .Mediante movimiento

oscilatorio y la presión de la placa de trituración, misma que está colocada de manera diagonal.

El mineral es introducido por la parte superior de la trituradora, que tiene una cavidad amplia que

se va reduciendo a medida que el mineral entra en la trituradora.

Modalidad de operación: Batch

Esquema del equipo:

Modelo

Granulometría

inicial

(mm)

Granulometría

final

(mm)

Recipiente

colector

(litros

Rendimiento

Velocidad

(a 50 Hz)

(rpm)

Potencia

(W)

BB 300 < 130 d80<5 27,5-35,4 Hasta 600

Kg/h 253 3000

Recuperado de: http://www.retsch.es/dltmp/www/2106-45a664126d12/brochure_jaw_crushers_

es.pdf (Agosto, 2014)

183


Nombre del equipo: Molino de bolas

Fabricante: Henan

Yuhui Mining

Machinery CO. LTD.

Modelo: Φ900×1800 Material de construcción: Acero Inox 316

Número en planta: MB-101

Dimensiones:

Dimensión global (mm) : Φ900×1800

Peso (t): 3,6

Parámetros de diseño: Capacidad 0,65-2 t/h


El giro del cilindro con bolas de acero permite reducir el tamaño de la materia prima hasta la fina

necesaria, mediante fuerzas centrifugas y mecánicas, las bolas de acero serán elevadas y después

caen para golpear y moler al material. El material ingresa en el eje vacío por el alimentador, el

material será tomado uniformemente y espiralmente en el primer silo, donde hay una placa

escala, para luego pasar al segundo silo donde hay placas planas, el material será refinado y

después se descarga a través de la placa de descarga.


Esquema del equipo:

Modelo

Velocidad

del cubo

(rpm)

Peso

de la

bola

(t)

Tamaño de

abertura de

la

alimentación

(mm)

Tamaño de

salida de

partícula

(mm)

Producción

(t/h)

Potencia

(kW)

Peso

(t)

900×1800 38 <

1,5

≤ 20 0,075-

0,890

0,65-2 18,5 3,6

Recuperado de: http://spanish.alibaba.com/p-detail/de-alta-producci%C3%B3n-de-

carb%C3%B3n-molino-de-bolas-para-la-venta-300003570508.html (Agosto, 2014)

http://spanish.alibaba.com/p-detail/de-alta-producci%C3%B3n-de-carb%C3%B3n-molino-de-bolas-para-la-venta-300003570508.html

http://spanish.alibaba.com/p-detail/de-alta-producci%C3%B3n-de-carb%C3%B3n-molino-de-bolas-para-la-venta-300003570508.html

184


Nombre del equipo: Molino de rodillos

Fabricante:

Proyecting S.A.

Ingeniería y Equipos

para minería

Modelo: Material de construcción: Acero Inox 316

Número en planta: MR-101

Dimensiones:

Dimensión global: 600×1350×900 mm

Peso: 450 kg/h

Parámetros de diseño: Capacidad 2,5 t/h


El molino en general consta de tres rodillos moledores, mismos que son mantenidos a presión

por medio de cilindros hidráulicos. El material a moler ingresa por la boca de alimentación y cae

directamente en las huellas de molido, a medida que el material cae, se desplaza por fuerza

centrífuga hacia los bordes del sistema giratorio, reduciendo de tamaño por presión de los

cilindros.


Esquema del equipo:

Modelo

Potencia

del

motor

(hp)

Velocidad

(rpm)

Peso

(kg)

Capacidad

proceso

(tmph)

Tam.

Máx.

Entrada

Tam.

Mín.

Ssalida

Ancho

(m)

Alto

(m)

Largo

(m)

8”×8” 2×2 920 450 2,50 ½” 1/32” 0,60 1,35 0,90

Capacidades nominales de proceso TMPH

Ajuste/Modelo 0,5 mm 1,0 mm 1,5 mm 2,0 mm 2,5 mm

8”×8” 0,55 0,75 1,39 1,15 1,35

Recuperado de: http://www.proyecting.com/Catalogo%20General%20Equipos.pdf (Agosto,

2014)

185


Nombre del equipo: Criba vibratoria

Fabricante: Hebro Modelo: Material de construcción: Acero Inox 316

Número en planta: VT-101, VT-102

Dimensiones:

Dimensión global: 1100*1100 mm

Peso: 0,3 t


Poro del tamiz 180 µm

Potencia del motor: ¾ hp, 380V/50Hz

Frecuencia: horizontal 140 rpm

Amplitud onda vibrante (rpm): 5-9

Capacidad: 1 bastidor con malla de 600 ×400

aprox, con malla a elección.


Chute receptor metálico para recibir material fino.

Chute receptor metálico para recibir material grueso. La vibración es producida en las mallas

inclinadas por un movimiento circular en un plano vertical de 1,5 a 6 mm de amplitud y 700 a

1 000 ciclos por minuto.


Esquema del equipo:

Recuperado de: http://ivr-global.com/LabtecHebro.pdf (Agosto, 2014)


186

Nombre del equipo: Amasadora

Fabricante:

Domenech Machinery

& Systemsg

Modelo: Serie F Material de construcción: Acero Inox 316

Número en planta: MZ-201

Dimensiones:

Dimensión global: 750×2550 mm

Peso: 1,95 t


Capacidad: 0,8-0,16 m3/h


La pasta semirefractaria entra en la amasadora de doble eje de la extrusora, donde las palas de

mezclado de efecto “pala contra pala” realizan la homogenización del material. La mezcla y la

humidificación de las partículas se lleva a cabo a grandes presiones y movimientos de las palas

mezcladoras. Bomba de agua 0,55 kW y potencia del motor 5,5 kW


Esquema del equipo:

Modelo

Dimensiones

cuba

(ancho/largo)

(mm)

N. palas

mezcladores

Diámetro

ejes

amasado

(mm)

Producción

(m3/h)

Potencia

(hp) Peso

(kg)

F-140 750×2550 58 140 0,8 - 0,16 25 3100

Recuperado de: http://www.domenechmaquinaria.com (Agosto, 2014)


187

Nombre del equipo: Horno eléctrico de mufla

Fabricante: Nabertherm

Modelo:

N 2200

Material de construcción: Acero Inox 316,

carburo de silicio

Número en planta: CC-401

Dimensiones:

Dimensión internas y externas (mm) : 1 000×1 400×1 600; 2 120×4 400×4 000


Temperatura máxima de operación:

1 300 °C

Capacidad: 2 200 L


Horno intermitente de vagoneta denominado horno eléctrico de mufla de calentamiento

indirecto, en el cual, el material es calentado por radiación, por convección y/o por conducción

mediante resistencias colocadas de forma adecuada. La carga a calentar y las resistencias se

encuentran contenidas en una cámara aislada térmicamente por medio de materiales refractarios

y aislantes. Emplea resistencias no metálicas que puede ser tubos a base de carburo de silicio

para temperaturas de hasta 1 300 °C o silicato de molibdeno para temperaturas de hasta 1700 °C.

Las resistencias no metálicas están constituidas por tubos fijados horizontalmente entre dos

paredes del horno o verticalmente entre el piso y la cubierta.


Esquema del equipo:

Modelo Tmáx Dimensiones internas

(mm) Volumen Potencia Peso

(°C) Anch. Prof. Alt. (L) (kW) (kg)

N 2200 1 300 1 000 1 400 1 600 2 200 75 3 100

Recuperado de: http://www.nabertherm.com/produkte/details/es/glas_oefen-mit-strahlu

ngsbeheizung (Agosto, 2014)

escuela politÉcnica nacionalbibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/8858/3/cd-5933.pdf1.3 crisoles...

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