ladrillo- ceramica

Universidad Nacional de IngenieríaFacultad de ingeniería Geológica, Minera y Metalúrgica

I. OBJETIVOS.

Conocer el método para prepara un ladrillo refractario por prensado en seco.Conocer además los componentes para realizar un ladrillo, es decir, materia prima, ligantes y sus contenidos presentes en él.Determinar los parámetros de nuestro ladrillo hallado, porcentaje de contracción lineal, contracción superficial, contracción volumétrica, plasticidad, etc.Aprender a determinar la cantidad de aglutinante necesario para la mezcla de una manera práctica.

II. FUNDAMENTO TEORICO.

Materiales CerámicosSon aquellos materiales que se usan para la fabricación de materiales cerámicosentre ellos los refractarios.

Sílice (SiO2)Material considerado el mejor antiplástico, abridor de poros (facilita la adherencia al barniz cerámico), reduce contracción (merma), da mayor consistencia. Material refractario.Uso de la Sílice: En pastas, barbotinas, esmaltes.Nota:- Pasta Cerámica: (%S = 80; 90 %) (%L = 10; 20%)-Barbotina Cerámica: (%S = 60; 70 %) (%L = 30; 40%)-Esmalte Cerámico: Barniz (Bizcochos), Esmalte (Metales)-Bizcocho: Producto de Monococción-Cerámica: Fina (80% -m200), Gruesa (80% +m200)Si se tiene -200m (finamente molido) se incrementa dilatación produciéndose rajaduras.Es recomendable trabajar con tamaños +200m.La sílice debe ser pura (¸ 95%) porque sino se producen manchas o partes vidriadas en los objetos cerámicos.La sílice sufre polimorfismo (alotropía) con cambios de temperatura:Por encima de 600-650oC el objeto cerámico es resistente al choque térmico.

Los Mineralizadores son materiales que hacen que el cambio brusco de Alfa y Beta sea menos brusco a pesar de la velocidad alta de cocción. Estos son: Álcalis Na+;K+;CaO; Fe2O3.Se dice Pasta Triaxial al compuesto formado por Feldespato, Arcilla y Sílice(Cemento, Vidrio, Fibra de Vidrio).

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FeldespatosSon fundentes. Entre ellos tenemos:Albita: Na2O. Al 2O 3.6SiO2 DispersanteOrtoclasa: K2O.Al 2 3.6SiO2 DispersanteAnortita: CaO. Al 2O 3.2SiO2 FloculanteTambién se da el caso de KNaO.Al2O3.6SiO2 Feldespato Sódico-Potásico.Es el mejor material antiplástico después del silicio (Da consistencia hasta un% luego se deforma). Es un fundente de alta temperatura, a bajas temperaturas es inerte, pasados los 1100 °C es fundente. Su acción es bajar la temperatura de cocción de los otros materiales. Su principal uso es en la fabricación de porcelanas. La porcelana tiene una temperatura de sinterización de 1350 - 1450 oC a esta temperatura ocurre la vitrificación del material, los feldespatos le dan traslucidez a la porcelana. Por eso es que la porcelana posee mayor calidad que la losa.También se usa los feldespatos para la fabricación de barbotinas, pasta cerámica, esmaltes.Nota:Los óxidos básicos: FundentesLos óxidos ácidos y neutros: Dan mayor resistencia

Caolín (Al2O3.2SiO2.2H2O)Es una arcilla formada por procesos residuales. Es un material refractario. Es un material antiplástico. Cuando se trabaja a tamaño fino (80% -m200) ocurre la

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plastificación. Es un material que favorece el desprendimiento de la pieza moldeada en yeso. El 10 - 15% de peso de calín contrarresta la deformación por exceso de feldespato o de sílice (antiplásticos). El feldespato da consistencia sólo hasta un% luego se producen deformaciones.

Caliza (CaCO3)Es el fundente de baja temperatura más utilizado (700 - 800 °C). CaCO3 →CaO + CO2 " Es material antiplástico.Abridor de poros por presencia de gas que es aproximadamente 44% CO2. Se utiliza en baja proporción (< 15 %) Se utiliza en tamaño de grano fino (para evitar cal libre que se desmorona fácilmente). Favorece adherencia de esmaltes. Aumenta la dilatación térmica del bizcocho. No es aducuado para la fabricación de barbatina por que se requiere dispersión en la pulpa. El Ca2 actúa como floculante, para partículas.

Dolomita (CaCO3MgCO3 = CaMg(CO3)2)Tiene propiedades idénticas a la caliza con la pequeña diferencia de que la dolomita es un mejor fundente, debido a que se calcina a menor temperatura que la caliza. Pero no da resistencia térmica. Si se puede utilizar en la fabricación de barbotina no hay problemas de floculación.

Bentonita (Al2O38SiO2nH2O)No tiene molécula definida de agua, porque constantemente absorbe agua del medio ambiente. Arcilla Secundaria (Proviene de las cenizas volcánicas) Material de alta plasticidad debido a que proviene de las cenizas volcánicas teniendo una granolometría muy fina. Se usan en pequeñas porcentajes (%peso < 5 %)Tipos:Na+ Sódica (Dispersante o Defloculante) Presenta mayor hinchabilidadK+ Potásica (Dispersante o Defloculante) Presenta hinchabilidadCa2+ Cálcica (Floculante)Vuelve plásticas a las arcillas magras (las que tienen dificultad a ser moldeadas)Evita la sedimentación de esmaltes. Al objeto cerámico hace que tenga resistencia al choque térmico. Es fundente de baja temperatura.

Talco (3Mg4SiO2:H2O) (4Mg5SiO2:H2O)Silicato de Magnesio. Buen fundente a bajas temperaturas. Se usa para la fabricación de esmaltes, barbatinas, barnices. Otorga resistencia térmica (choque térmico) Es más fácil encontrar el talco. Para propiedades refractarias se recomienda (5-15 %) para barnices (40-60 %)

Pirofilita (Al2O34SiO2:H2O)Idénticas propiedades al talco pero es más estable químicamente. Mayor resistencia a los ácidos, o a las escorias básicas. Tiene buena estabilidad volumétrica no se dilata apreciablemente. Tiene baja conductibilidad térmica (Sirve para materiales aislantes).

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RefractariosEs un material y producto fabricado con refractarios que resisten altas temperaturas, resisten a la corrosión (por parte del metal y de las escorias)y resistencia a los gases (resistencia mecánica).Son difíciles de fundir. La selección de un refractario depende de la aplicación a la que se destine. Además debe considerarse los factores relacionados a la operación del horno, material a procesar, función del horno, velocidad de operación, fuente de calor, ataque químico, condiciones de calentamiento, aislamiento, factores económicos, etc.Clasificación de los Refractarios (Resistencia a las escorias)

R.ÁcidosSoporta la escoria ácida pero es atacada por las escorias básicas. Son de colores claros. Menor costo, menor temperatura de servicio (menos refractario) Entre ellos tenemos: Sílice, semisílice, Arcilla refractaria (depende del contenido de Alúmina), Caolín (grano grueso), Sillimanita, Mullita

R.BásicosResistentes a las escorias básicas pero no a las ácidas. Son de colores oscuros (negro ligeramente verdosos).Tenemos a la magnesita, magnesita-cromo (% Mg es mayor), cromo-magnesita (% de Cr es mayor), cromita (Cr2O3) óxido neutro es uno de los refractarios más conocidos, forsterita, dolomita. Sabemos que tanto la magnesita como la dolomita siguen las siguientes ecuaciones respectivamenteMgCO3 →MgO + CO2 CaCO3→CaO + CO2 " Para que lleguen a ser refractarios se calcinan a muerte.

R.NeutrosResistencia a ambos tipos de escorias. Son de colores variados (negro, blancos).Se hacen en base de carbón, grafito, carburo de silicio (CSi). Existen muy pocos se usan para la fabricación de crisoles y electrodos (transmisión de calor y electricidad). El carburo de silicio se prepara a partir del C y del SiO2. Su nombre comercial es el Carburundum.Nota:Los refractarios más livianos son los ácidos y son menos caros.Los refractarios más densos son los neutros y son los más caros. Son los quesoportan más temperatura.

R.EspecialesTambién conocidos como refractarios raros lo dan justo los materiales de la tabla periódica llamados raros. Son refractarios costosos debido a que son difíciles de conseguir la materia prima. Pueden ser ácidos, básicos o neutros. De temperaturas > 1800oC. Entre ellos tenemos:-Dióxido de Torio TR = 2250oC-Dióxido de Cerio TR = 1950oC-Óxido de Berilio TR = 2450oC

Propiedades de los Refractarios

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RefractariedadEs la resistencia al cambio de estado. Se obtiene por comparación por medio de los conos pirométricos equivalente (CPE). Para que sea material refractario debe conservar sus propiedades a temperaturas mayores a 1520 °C. 2.4.2. Conductividad Térmica La conductividad térmica puede ser por conducción, convección y por radiación. También se dice que son refractarios densos los buenos conductores y refractarios aislantes los no conductores.

Resistencia a Ataques QuímicosPuede ocurrir de la siguiente manera:

-Refractario-Refractario-Refractario-Metal líquido-Refractario-Gases-Refractario-Escoria

Resistencia MecánicaTenemos resistencia a la comprensión, resistencia a la flexión y resistencia a la tracción. El más importante es la resistencia a la comprensión. Para hacer ensayos y no se dispone de equipo se usa el mismo equipo para ensayos de metales pero se realiza una corrección.

Productos Refractarios

Ladrillos RefractariosSe fabrican en dos calidadesLadrillos Refractario Densos: Son aquellos ladrillos que tienen la propiedad de transferir el calor. Son compactos y mantienen el calor.Ladrillos Refractario Aislantes: Evitan la transferencia de calor. Son más porosos. Para obtener la porosidad se utilizan en este tipo de ladrillos materiales orgánicos. Los materiales orgánicos se volatilizan en el proceso de sinterización dejando espacios vacíos (abridor de poros). Entre los materiales orgánicos usados tenemos cáscara de café, cáscara de trigo, cáscara de arroz (contiene

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grandes cantidades de sílice le da además refractariedad) aserrín (posee desventajas debido a que es un material plano y deja por lo tanto espacios planos). También se usan materiales metálicos como billas de aluminio como abridor de poros al fundirse y volatilizarse por su baja temperatura de fusión. También el aluminio da propiedades de resistencia mecánica porque con el oxígeno se forma la alúmina.Los ladrillos refractarios están estandarizados.

Morteros Refractarios (Argamasas Refractarias < ¡100m)Los morteros se usan para unir ladrillos refractarios. Pueden ser:Mortero Refractario de Fragua en Frio Hidráulica (por humedad se endurece. Es necesario adicionar un ligante sólido (Silicato de Sodio (Óptimo-Se endurece más rápido), Cal, Fosfatos

Mortero Refractario de Fragua Térmica No se necesita adicionar nada. Necesita solo una ∆TCaracterísticas de los morteros refractarios:Deben poseer un espesor · 3mmLa composición del mortero y del ladrillo deber ser idéntica. Esto debido a que tengan la misma dilatación la misma comprensión y no se produzca reacciones químicas.

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La instalación del mortero y ladrillo se hacen por:Badilejo: Masa fluida (Similar a la colocación de ladrillos con cemento)Inmersión: Se coge un ladrillo, se coloca la cara del ladrillo sobre la barbatina (pulpa de mortero más agua) durante un tiempo calculado para obtener un espesor adecuado. Para cada ladrillo basta 2 caras inmersas.Contracción debe ser mínima. Formas juntas y resistentes y estables. Impermeables a métales líquidos-escorias (gases).

Gastables RefractariosLlamados también concretos refractarios, tienen una granulometría mayor -4m por lo general, puede ser mayor. Sirve de recubrimiento de las paredes de los hornos y también para la reparación de los hornos. Debe tener las mismas propiedades químicas el mortero y el ladrillo. La instalación es por badilejo (albañeria).

Plásticos RefractariosSon masas plásticas vienen en bloques (mercado) son fáciles de moldear. Los plásticos requieren por lo general anclajes. Sirven para recubrimientos de hornos para reparaciones y para hacer piezas especiales de refractarios.

III. MATERIALES Y EQUIPOS.

Arcilla refractaria ACR-2C. Arcilla refractaria RA-2C. Cascote refractario. Ligante Methocel. Malla 10 Balanza. Una lona. Una bandeja. Una probeta. Maquina prensadora. Horno eléctrico.

IV.II. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL. El ladrillo refractario que se va a preparar será de 500 gramos y tiene el

siguiente contenido en pesos de cada componente.

Material % en peso (%)

Peso (gramos)

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Arcilla refractaria ACR-2C

30 150

Arcilla refractaria RA-2C

30 150

Cascote refractario 40 200

Pasamos inicialmente el cascote a través de la malla 10, ya que inicialmente lo tenemos en una granulometría muy gruesa.

Estos pesos descritos en la primera parte, serán pesado con cuidado por medio de la balanza.

Teniendo ya los pesos, homogeneizamos la mezcla de estos materiales por medio de la lona, hasta obtener un color homogéneo, lo cual nos indicará que la mezcla es correcta.

Ahora con la ayuda de una probeta medimos la cantidad del ligante Methocel, este contenido de Methocel se irá variando hasta obtener una buena mezcla con el material.

Amasamos la mezcla de tal manera que el compuesto tenga una plasticidad adecuada, una vez obtenido se coloca dentro de la maquina prensadora para obtener nuestro ladrillo refractario en verde.

Una vez obtenido el ladrillo pasará, inicialmente, al proceso de secado para luego continuar con la quema, determinando así dimensiones que nos ayudarán a determinar los parámetros descritos en nuestros objetivos.

V. CALCULOS Y RESULTADOS.

Longitud inicial del ladrillo:22.2 cm=Lp Longitud del ladrillo seco:22.1 cm=Ls Longitud del ladrillo quemado: 22.05 cm=Lq Temperatura de cocción: 1120ºC Fórmulas químicas:

%contracción al secado=Lp−LsLp

x 100%=0.45%

%contracción a laquema=Ls−LqLs

x100%=0.2262%

%contracción final=Lp−LqLp

x 100%=0.676%

%contracción superficial=2%C L−%CL100

=1.347

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%contracción volumetrica=3%C L−3%CL

2

100−%CL

3

1002=2.014

%de humedad=W H−W s

W H

x 100%=¿

%Plasticidad=W H 2O

utilizado

W Material seco

x100%

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VI. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES.

La mezcla de las arcillas con el ligante debe realizarse de tal forma tal

que permita obtener una mezcla homogénea, para que de esta forma

nuestro ladrillo refractario posea las mismas propiedades en cualquier

parte en donde se las mida.

En la elaboración de nuestro ladrillo refractario el agua empleado 45 ml

fue el ligante de los 3 tipos de arcillas utilizados para forma la mezcla

que posteriormente fue llevada a los moldes.

Para el prensado del ladrillo refractario se hiso necesario la aplicación de

15 golpes con el contrapeso, esto con la finalidad de obtener un ladrillo

rectangular y compacto que no se desintegre al realizar las etapas de

secado y quemado.

La porosidad adquirida por nuestro ladrillo refractario es debido a que la

mezcla no estuvo compuesta en su totalidad por material fino sino

también por material grueso de diferentes granulometrías

En la determinación de la humedad de la mezcla se debe considerar

también la humedad adquirida por las arcillas al estar expuestas al

medio ambiente, ya que estas se hidratan con la humedad del aire

El exceso de agua en el ladrillo cerámico se evidencia teniendo un

ladrillo con rajaduras esto debido a que el agua al evaporarse origina

presión interna con la finalidad de expulsar el vapor de agua.

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