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5/13/2018 Presentacion Refractarios Ind. Del Vidrio - Cog - slidepdf.com

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Refractarios

Microestructura de un Refractario Ligado

Refractario

Convencional (Ligado)

• Tiene una porosidad mínima 10-12%

• Porcentaje de fase vítrea 5-10%

• Elevada Conductividad térmica.

• Elevada resistencia al desgaste.• Interfase refractario/fundido mínima.



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• El único propósito del ligante en los refractarios es mantener juntos los materiales agregados refractarios en el “estado crudo” ó “en verde”(sin quemar). Cuando luego, éstos materiales se sujetan a temperaturas elevadas, éstos materiales ligantes se deshidratan, ó se volatilizan ó sesinterizan, dejando como residuo un material refractario.

• Se han desarrollado una variedad de agentes de liga disponibles para aplicaciones refractarias, de los cuales, el más común es el Aluminatode Calcio. Los agntes de liga se seleccionan tomando siempre en cuenta la atmósfera y condiciones del lugar en el que se apliquen.

TIPOS DE LIGA EN REFRACTARIOS MONOLÍTICOS:

La siguiente tabla resume los tipos de liga más usados como ligantes en refractarios monolíticos:

Tipo de Liga Naturaleza de la LIGA que se forma Materiales de liga

• Cemento Liga Hidráulica Cemento de Aluminato de Calcio• Aluminas activadas Liga Hidráulica Pseudo boehmita• Colloides Liga Hidráulica Coloides de Alumina y Silica• Liga Fosfórica Liga Química Fosfato de Mono-Aluminio• Liga de Silicato Liga Química Silicato de Sodio ó Potasio• Liga de resina Liga Orgánica Resinas fenólicas• Adesivos Pegamentos y adesivos Dextrina, azúcares, asfaltos,

Alcohol plivinílico, Carbo -methyl cellulosa, Goma arábica

• Ceramica Liga Ceramica Todos los materiales refractarios, despues de sujetarse aaltas temperaturas

LIGA CERAMICA• Se le llama al desarrollo de resistencia (mecánica) que es resultado de la acción de sinterizado de fases cristalinas después de la

deshidratación, ó posterior a la formación (y solidificación) de fases vítreas (líquidas). En general, lasligas cerámicas se basan en una arcillacomo “promotor” de la liga y se usan (las ligas cerámicas) para la consolidación de agregados resistentes al calor.

• Durante el proceso de secado y calentamiento de los materiales refractarios, el agua libre en la mezcla se evapora primero aaproximadamente 110 OC, enseguida, el agua cristalina (ó de composición) se evapora también entre los 500 a 600 OC. Finalmente, los

agregados se sinterizarán (ó fundirán) con la arcilla de liga. La temperatura real de sinterización depende de las “impurezas” de bajo punto defusión (álcalis, tierras alkalinas, Fe2O3, etc) ó específicamente de los puntos de fusión (ó suavidad) de los agentes de liga que se usen(arcillas ó fundentes).



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Refractarios

Refractarios electrofundidos



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Propiedades de los refractarioselectrofundidos

Refractarios

• Tiene una porosidad mínima 1-2%

Refractarioelectrofundido

• Porcentaje de fase vítrea 10-12%

• Elevada Conductividad térmica.

•

Elevada resistencia al desgaste.• Interfase refractario/fundido mínima.



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Refractarios

SiO2 Al2O3mullita

mullita



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Refractarios

Refractarios electrofundidostipo eutéctico Al2O3-ZrO2



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Refractarios

Diagrama de equilibrio Al2O3-ZrO2



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Refractarios

Refractarios electrofundidos

Tipo AZS



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Refractarios

mullitaELECTROFUNDIDO AZS

Ejemplo:

2ZrSiO4 + 3Al2O3 → Al6Si2O15 + m-ZrO2



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Refractarios

m-ZrO2

fase eutéctica

m-ZrO2

fase eutécticaLíquido remanente

Microestructura tipo AZS



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Refractarios

Composiciones Típicas de algunos refractarios electrofundidos

Material ZrO2 Al2O3 SiO2 Cr2O3 Na2O

A-Z-S36

41

48

46

15

12

--

--

0.5

0.8

A-C-Z-S 18-20 37 10 26-30 --

β-Al2O3 -- 94 -- -- 4-5

ZrO2 94 -- 3-4 -- --



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Refractarios: Colado de los refractarios electrofundidos

Lugar de colado

Porosidad residual

•REGULAR CAST (RC)

•DEEP CAST (DC)

•TILT CAST ó TILT ANNEAL (TA ó TC)



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Refractarios: Colado de los refractarios electrofundidos



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Refractarios

Alúmina



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Refractarios

Materias primas para la fabricación derefractarios de alta alúmina

•

Alúmina calcinada: se obtiene por fusión en hornoseléctricos de arco a 1900°C.

• Alúmina tabular: Son alúminas puras obtenidas por

sinterización de alúmina calcinada justo por debajo de latemperatura de fusión (1870-1900°C).

•

Alúmina electrofundida:Corindón blanco: la materia prima es alúmina calcinada.Corindón marrón: la materia prima es una bauxita.



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Refractarios

Refractarios de Magnesia



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Refractarios

Propiedades de la magnesia MgO

- Temperatura de fusión: 2800ºC- Módulo de elasticidad: 300 GPa- Tenacidad: 1 MPa m-1/2

- Conductividad térmica (1000ºC):5 w m-1K-1

- Coeficiente de dilatación (0-1000ºC):13,5·10-6 K-1

- Resistencia al choque térmico: mala



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Refractarios

Refractarios deMagnesita

Impurezas:CaO,SiO2,Al2O3,Fe2O3

Naturales:Magnesita: Mg(CO3)

Dolomita: MgCa(CO3)2Brucita: Mg(OH)2

Refractarios dePericlasa

Impurezas:Al2O3,Fe2O3,B2O3

De síntesis:Magnesita de

Agua de Mar {MgCl2; MgSO4 }



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Refractarios

FACTORES MICROESTRUCTURALES QUE AFECTANA LOS MATERIALES DE MAGNESITA

-

Razón molar CaO/SiO2 de la fase ligante- Contenido de impurezas- Tamaño de partícula de los granos de MgO

MgO

Ca2SiO4



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Refractarios

Refractarios de Magnesia- Espínela



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Refractarios

CaCr2O4

Ca2SiO4

Mg2SiO4

MgCr2O4

Ca3MgSiO8 CaMgSiO4

Cr2O3

MgO

SiO2CaO

Refractarios de espínela de cromo

Marti R.I., Brown P.W.J.Am.Ceram.Soc.

80, 1263-1266, (1997)



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Refractarios

Un refractario está expuesto a:Ataque químico-

La carga del horno.- La temperatura y atmósfera del horno.- El polvo en suspensión.- La acción de los fundidos.

Tensiones térmicas originadas- Durante el calentamiento y enfriamiento- Choques térmicos.-

Tensiones resultantes de las reacciones entre elrefractario y cualquiera de los posibles agentesatacantes.



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SELECCIÓN DE REFRACTARIOS

• Uno de los principales problemas en la fabricación de vidrio es el de contarcon los materiales adecuados para la construcción de hornos para su fusión y

preparación.

• TODOS LOS MATERIALES REFRACTARIOS CONOCIDOS SEDILUYEN, A MAYOR Ó MENOR VELOCIDAD, EN EL VIDRIO QUECONTIENEN Y QUE SE ESTÁ FUNDIENDO.

• Para el caso en que los materiales de que están compuestos los refractarios yque se disuelven en el vidrio afecten las propiedades del mismo, deberá usarse,en todo caso, el platino, que es casi insoluble en el vidrio.

• Esta "solubilidad" ó, más específicamente, la razón a la que los refractarios se

diluyen en el vidrio, varía, dependiendo de las condiciones de temperatura y ellugar en el que estén en el horno y, desde luego, del tipo de refractario de quese trate.

• y al descascaramiento (spalling).



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SELECCIÓN DE REFRACTARIOS• En consecuencia, el refractario ideal debería tener, cuando menos, las

siguientes características:

– La habilidad de resistir la acción del calor sin deformarse y sin pérdida depropiedades mecánicas.

– Deberá ser suficientemente homogéneo para disolverse uniformemente en elvidrio.

– Contar con una lenta razón de solubilidad en la composición de vidrioparticular que se esté fundiendo y en el que se está disolviendo.

– Su composición química debe ser tal que no sea una fuente de decoloraciónquímica del vidrio que se está fundiendo.

– Deberá tener baja conductividad térmica, factor importante para la eficienteutilización del combustible que se use para la fusión.

– Contar con una alta resistencia a los esfuerzos térmicos



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SELECCIÓN DE REFRACTARIOS

• No existe un tipo de refractario que, sólo, cumpla con todos éstos

requerimientos para todas las partes del horno ó unidad de fusión.

• Por ésta razón, para enfrentar diferentes parámetros y condiciones, secuenta con una amplia variedad de calidades, expresadas éstas endiferentes composiciones químicas y presentaciones de refractarios; es

entonces labor de quien diseña el horno el seleccionar, de entre éstascalidades, las adecuadas para cada área del horno, con elpropósito de “zonificar”, con éstas calidades, las diferentes áreas delmismo.

• Se selecciona pues la óptima combinación de calidades y costos de laspresentaciones disponibles buscando siempre, a fin de cuentas, elmenor costo por tonelada de vidrio producido por la unidad defusión.



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• Hace 40 años (los 60’s), los hornos para fusión de vidrio con quemado decombustibles fósiles, tenían campañas de 4 ó 5 años. En el presente, no sonraras las campañas de 14 - 16 años, mínimo 10.

• Las razones son:• Mejora en la calidad específica de la oferta de refractarios:

– ELECTROFUNDIDOS: Mejores Técnicas de vaciado: EVF– Prensados Isostáticos y prensados en Prensa hidráulica y quemados a altastemperaturas con Cromo, Zircón, Sílica Fundida, etc.

• Diferentes técnicas para mantenimiento de los refractarios con la unidadoperando > extensión de la vida útil del horno

– Masas refractarias: Vaciables que se pueden "bombear". Sin liga cerámicainicialmente; se desarrolla posteriormente, en el mismo horno en el que se aplican.

– Para aplicarse también "en caliente", es decir, con el horno operando, sin paro deproducción, pero siempre POR FUERA DEL HORNO.

– Reparación y mantenimiento de áreas dañadas con aplicación de SOLDADURA

CERÁMICA. SIEMPRE POR EL INTERIOR DEL HORNO– Aplicación de revestimientos de trabajo (Overcoat liner) en la Linea de Metal del

fundidor principalmente, usando placas de 3" de espesor de AZS electrofundido óligado.



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¿Problemas que necesitan investigación?- Estudios fundamentales de corrosión fundido –

refractario.

- Diseño de las zonas de mayor corrosión como:

la garganta o zonas de distribución del fundido

- Desarrollo de refractarios específicos para elcontacto con vidriados y esmaltes.

- Aislamiento de la zona de contacto fundido

refractario.- Efecto del enfriamiento sobre la velocidad de

corrosión.

Refractarios

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