La utilización de los aglomerantes

fosfaticos en la fabricación de

productos conformados y no

conformados"^ ENRIQUE DE MIGUEL FERNANDEZ

Dr. Ingeniero de Minas Director de Refractarios Especiales, S. A.

RESUMEN

Se estudia la bibliografía más interesante en los últimos años, sobre los ligantes fosfaticos y se describen algunos resultados obtenidos en productos aluminosos y de alto contenido en alúmina. Se incluyen, para terminar, al­gunos casos prácticos de utilización.

SUMMARY

The most interesting bibliography of the last few years, concerning the phosphate bonding is studied. Results obtained with aluminous and high-alu­mina products are described. Finally, sorne practical cases of utilization are indued.

I. Introducción

Como saben todos los fabricantes y consumidores de refractario, desde que se prepara un producto hasta que se conoce su funcionamiento, pueden pasar varios meses e incluso más de un año. Nuestras experiencias más frecuentes con los ligados fosfaticos, se han producido a partir de 1967 y cada día encontramos

* Conferencia presentada a la IX Reunión de la Sociedad Española de Cerámica, San Sebastián, 5-8 de octubre de 1969.

MAYO-JUNIO 1970 311

LA UTILIZACIÓN DE LOS AGLOMERANTES FOSFÁTICOS...

nuevas aplicaciones a estos productos, aunque, a decir verdad, las cantidades utilizadas son reducidas y siempre para casos especiales.

Quiero adelantar pues, que no se ve un desarrollo de grandes tonelajes con productos de ligazón fosfática. Más bien, su utilización en lugares muy especia­les y en pequeñas cantidades, pues no debemos olvidar que en un horno, una parte del refractario que falle, puede suponer una parada de toda la instalación, aunque el resto del revestimiento esté en buenas condiciones. Creemos que es, dentro de este criterio, donde debemos ver estos productos que, si son refrac­tarios conformados, poseen unas características generales ligeramente superio­res a los de fabricación normal y que, si no son conformados, resuelven algunos de los graves problemas que se producen en los hornos.

La mayor experiencia con estos productos, la hemos realizado con bases de alta alúmina y aluminosos, pero en la bibliografía que citamos, se pueden com­probar experimentos con todo tipo de materiales refractarios.

En la gama de alta alúmina y aluminosos, la principal ventaja es la resistencia mecánica que adquieren estos productos, por encima de 500° C, similar a la de los productos cocidos a alta temperatura; su gran resistencia a la abrasión y al ataque de escorias de clínqueres de cemento y de hierro, que permiten hacer suponer un desarrollo notable en cementos de este tipo, para evitar ataques por las juntas.

Un problema importante es el precio del ligante que hace subir los costos de las mezclas en cantidades que oscilan entre 2.000 y 3.000 ptas/Tm. Esto supone una limitación importante en el uso y por ello, como hemos indicado antes, su utilización sólo se produce en casos especiales.

Conviene pasar revista a las más importantes publicaciones sobre el tema, para que se pueda apreciar que los estudios realizados han sido amplios. Cual­quier interesado puede adquirir más amplia información con su consulta.

La primera exposición completa sobre los ligantes fosfáticos se debe a W. D. Kingery (1) y (2). Comprobó a 200° C las reacciones de los óxidos de aluminio, cromo, magnesio y circonio con el ácido fosfórico, para dar productos de ligazón y observando que estos productos endurecían por el secado. Asi­mismo estudió los ligantes producidos por las reacciones del hidróxido de aluminio, arcilla y ácido fosfórico, tanto como las adiciones de hidróxido de aluminio al zircon, para reaccionar las mezclas con el ácido.

En sus trabajos, hay un estudio sobre la absorción del ácido por la arcilla según su grado de finura, y la emigración de los ligantes a las superficies exte­riores. En la parte final, Kingery comprueba el comportamiento de los morteros ligados con fosfato de monoaluminio y fosfato de monomagnesio (P04H2)3A1 y ( P 0 Ä ) 2 M g ) .

3 1 2 BOL. SOC. ESP. CERÁM., YOL. 9 - N.« 3

ENRIQUE DE MIGUEL FERNANDEZ

Posteriormente, W. H. Gitzen, L. D. Hart y G. McZura (3) estudiaron el comportamiento de masas ligadas químicamente en caliente y en frío, para tem­peraturas de hasta 1.880° C. Estas masas podían ser utilizadas en apisonado, enlucido o colado y también podían prepararse secas con pentóxido de fós­foro al que se le añadía agua. Las masas estudiadas estaban formadas por alú­mina tabular y ácido fosfórico para las mezclas de apisonado, y alúmina tabu­lar, alúmina Bayer y ácido fosfórico para las mezclas de enlucido y fraguado en frío. Se demostró que estas masas podían poseer una buena resistencia me­cánica y una estabilidad de dimensión notable. Entre LIOO '̂C y 1.500° C, ha­bía una disminución en la resistencia mecánica, imputable a una incipiente descomposición del ortofosfato de aluminio en alúmina, y pentóxido de fósforo, que se volatilizaba y también posiblemente a inversiones de fases cristalográficas que ocurren en el fosfato de aluminio.

En el trabajo de Gitzen, se comprobaba la gran resistencia a la abrasión que poseían estas masas y que les hacía particularmente útiles en hornos ver­ticales para la sinterización de alúmina y en calderas que utilizasen lignito como combustible.

En 1963, P. A. Gilham-Dayton, publicó su trabajo sobre la ligazón fosfática en materiales refractarios.

En él se estudian mezclas de sílice y moloquita que, como se sabe, es una chamota de 43 % de AI2O3 con poco óxido de hierro, con fosfato ácido de aluminio, y de muUita con ácido fosfórico, fosfato ácido de magnesio (P04H2)2Mg, y fosfato ácido de amonio [(PO4H2NH4) y PO^HÍNH^Ja], sobre mezclas de pe-riclasa y cromo-periclasa. Análogamente a lo que ocurría en los estudios de Gitzen entre 1.000° y 1.250° C hay una disminución en la resistencia mecánica.

Los trabajos rusos posteriores son muy interesantes y con una gran profu­sión de datos.

L. A. Tseitlin y T. E. Tarasova (5), investigan la colocación de masas fos-fáticas por gunitado, para la reparación de cámaras en coquerías, obteniendo duraciones entre 7 y 9 veces mayores que con productos con ligante de silicato.

O. M. Margulis y A. B. Kamenetskii (6), estudian mezclas de apisonado silico-aluminosas, aluminosas y de alta alúmina, con y sin ácido ortofosfórico, así como su comportamiento en crisoles de hornos de inducción para la fusión de aleaciones de aluminio.

G. N. Duderov (8), realiza ensayos con corindón electrofundido y zircon, que no reaccionan con el ácido ortofosfórico por debajo de 500° C.

Compara los resultados obtenidos en los cuerpos aluminosos empleando como ligante el ácido fosfórico y el fosfato ácido de aluminio, y encuentra que este último a 275°, da valores con corindón y zircon muy adecuados en la re-

MAYO-JUNIO 1970 313

LA UTILIZACIÓN DE LOS AGLOMERANTES F O S F Á T I C O S . . .

sistencia mecánica, que mejoran a los 550° C. Duderov estima muy superiores los resultados alcanzados, preparando un fosfato ácido de aluminio, tomando como base la alúmina hidratada, a los que se obtienen mezclando con el agrega­do la alúmina hidratada y el ácido fosfórico.

B. N. Bogomolov y V. M. Sergeeva (9), estudian la utilización del fosfato de aluminio trisustituido (PO4AI) como ligante para apisonados y piezas pren­sadas. Lo obtienen por reacción del hidróxido de aluminio con ácido ortofos-fórico. El fosfato de aluminio trisustituido, tiene un punto de fusión de 1.800° C, un Ta de 1.670 y ninguna post-contracción a 1.600° C durante dos horas. Su re­sistencia al ataque del clinquer de cemento era muy alta. Con un secado a 285° C de los productos ligados con este polímero, se obtienen resistencias de 450-500 Kg/cm^. A 1.600° C, prácticamente, no registran cambios en las propieda­des de las piezas.

N. D. Nazarenko y otros (10), investigan mezclas refractarias de periclasa y fosfato de magnesio monosustituido.

Piezas prensadas a 800 Kg/cm^ y secadas a 110° G, alcanzan resistencias en frío de 550-600 Kg/cm^ y una resistencia a los cambios bruscos superior a quince. A 600° C disminuye la resistencia mecánica y a 900° C es mínima (pero superior a 200 Kg/cm^). A 1.200° C vuelve a ser superior a 500 Kg/cm^ Reco­mienda estas mezclas para apisonados de periclasa.

J. E. Lyon, T. U. Fox y J. W. Lyons (11) estudian la forma de evitar el en­durecimiento de las masas aluminosas preparadas con adiciones de ácido oxá­lico. Con ello se consigue que masas, listas para su colocación, puedan guardarse durante varios meses.

Los últimos autores (12) estudian la ligazón fosfática de los refractarios de periclasa, que tiene mayor resistencia en la gama de temperaturas de 400° a 1.100° C, que otros ligantes como el silicato y el oxisulfato u oxicloruro de mag­nesio y es menos atacado por los metales fundidos. El ácido fosfórico no puede emplearse por producir una reacción demasiado rápida y los autores utilizan el fosfato sódico. La longitud de cadena utilizada variaba de 6 a 50 átomos de fósforo por molécula. A medida que aumentaba la longitud de la cadena se incrementaba la resistencia mecánica en frío. En cambio, en la resistencia me­cánica en caliente, ocurría lo contrario, por lo que los ligantes de cadena más corta, son los más aptos para el servicio en caliente. El (POaNa)^ a niveles por debajo del 3 %, ofrece los más aceptables resultados.

Los mejores valores se obtienen cuando el ligante está disuelto, en lugar de estar seco. El ligazón del MgO entre 260° C y 1.200° C está causado por fosfato amorfo vitreo. De 1.200° C a 1.260° C, el ligante se hace más cristalino con la

3 1 4 BOL. SOG. ESP. CERÁM., YOL. 9 - N.° 3

ENRIQUE DE MIGUEL FERNÁNDEZ

formación del ortofosfato de magnesio (Mg^iFOJ^) con pérdida de resistencia, lo que demuestra que no es buen agente de ligazón.

S. R. Zamyatin y otros (13), estudian los refractarios silico-aluminosos ligados con arcilla y ácido fosfórico. La resistencia piroscópica desciende al aumentar la proporción de ácido fosfórico añadido. La temperatura de deformación bajo carga aumenta y la porosidad disminuye (figura núm. 1). Se estudian en este

z 4 o Conl-cnido de ácido [%]

o E .

B o D "o

CL

1400

1300

1200̂

1100

K.

>J

1 2 3 4 Conl"cnido d(z ácido [VJ

28

TO D

O L_ O

CL

20

Q

iV T O ^ 4 .

1 2 3 4 5 Confcnido de ácido [7o]

FiG. 1 (según Zamyatin) {13).—Al aumentar el porcentaje de ácido fosfórico disminuye el punto de fusión y aumenta la temperatura de deformación bajo carga. Damos este ejemplo como demostrativo de que la temperatura de deformación bajo carga es una característica a estudiar en cada caso y que no es válida la costumbre tan ex­tendida de pensar que mayor temperatura de deformación bajo carga, mejora el comportamiento del refractario en servicio por resistir

mayores temperaturas.

trabajo la inñuencia del porcentaje de arcilla, presión de prensado, finura de la chamota y la temperatura de secado. Las adiciones óptimas oscilan entre el 2 y el 3 % de ácido ortofosfórico (al 85 % de riqueza). La temperatura mínima de secado para conseguir productos estables, es de 400° C. Si no se alcanza dicha temperatura, los cuerpos pierden su resistencia por la destrucción, debida a la humedad, del ácido pirofosfórico que actúa como ligante hasta esa temperatura.

A. H. Bremser y J. A. Nelson (14) publican en 1967 sus estudios sobre la ligazón fosfática con la circona. La mezcla de circona y fosfato ácido de amo­nio, produce piezas que secadas a 530''C dan 100 Kg/cm^ de resistencia me-

MA YO-JUNIO 1970 315

LA UTILIZACIÓN DE LOS AGLOMERANTES FOSFÁTICOS...

canica, pero a temperatura superior, la ligazón se deteriora. Tanto el acido hexafluorofosfórico como el monofluorofosfórico, reaccionan con la circona a la temperatura ambiente, para dar un producto duro y denso. Mezclas de cir­cona, fosfato ácido de amonio (que sirve de retardador de la reacción) y ácido monofluorofosfórico, secadas a 150° C, dan una resistencia mecánica de 270 Kg/cm^ a la temperatura ambiente. El ligante formado es monofosfato de zirconio. Este cuerpo es estable hasta 1.380° C, a cuya temperatura se descompone para formar (P2O7) (ZrOjg (zirconil-pirofosfato) que es estable has­ta 1.600° C; los experimentos se hicieron con circona sin estabilizar y con cir­cona estabilizada con cal.

A la temperatura ambiente, las probetas hechas con circona estabilizada, te­nían entre 250 y 300 Kg/cm^. Con circona no estabilizada, las resistencias oscilaban entre 85 y 100 Kg/cm^.

La resistencia de la circona estabilizada, disminuye entre 200 y 400° C al elevarse la temperatura. Vuelve a recuperarse entre 400 y 600° C para bajar a 900° C y se recupera a 1.000° C para volver a descender. A 1.240° C, las probe­tas se deforman bajo su propio peso.

Las piezas hechas con circona no estabilizada, prácticamente no pierden la resistencia mecánica.

L. B. Khoroshavin y otros (16), han realizado ensayos sobre el efecto del ácido fosfórico sobre la periclasa, cromita, espinela sintética, alumina, corindón electrofundido, dunita, zircon y cuarcita, después de un secado a 120° C y un calentamiento a 800° C (1 hora) y a 1.580° C (5 horas).

V. D. Zaikina, S. I. Shcheglov y L. P. Zatsepina (17) han estudiado el efecto del fosfato de magnesio monosustituido para la fabricación de refractarios de forsterita. Estos refractarios poseen una elevada resistencia a la hora del pren­sado. Después de veinticuatro horas, la resistencia mecánica aumenta entre 2 y 7 veces para los refractarios de dunita y para la forsterita sintética fabricada a partir de magnesia caustica y cuarcita de 4 a 12 veces. Estas piezas mantienen buenas características en el calentamiento.

El ligante de fosfato de magnesio, preserva la resistencia en el intervalo 500-900° C, para piezas fabricadas a partir de forsterita sintética y puede ser usado en refractarios con esta base, pero no se obtienen mejoras en la resistencia con la periclasa y la dunita.

Como podemos observar, por la anterior bibliografía que damos resumida, durante los últimos años, ha habido una cantidad notable de estudios sobre la ligazón fosfática, pero por lo que conocemos, el desarrollo en la aplicación no ha sido tan espectacular como pudiera parecer, por los resultados obtenidos teóricamente.

3 1 6 BOL. SOC. ESP. CERÁM., VOL. 9 - N.° 3

ENRIQUE DE MIGUEL FERNÁNDEZ

Las técnicas de fabricación han conseguido por otros derroteros, valores muy similares a los que se obtienen con la ligazón fosf ática, y el ahorro de combustible que pudiera obtenerse no compensa ni con mucho, el costo del ligante.

Podemos indicar, por ejemplo, que en productos aluminosos ligados quí­micamente, el costo de la mezcla se incrementa en unas 3.000 ptas/Tm por el precio de un buen ligante, y la economía en la cochura no pasará contando la mano de obra, combustible y electricidad de las 600 ptas./Tm., si se fa­brican sólo con un calentamiento hasta 600° C, desapareciendo si se cuecen, después de añadir un ligante fosfórico, a temperaturas elevadas.

Quedan, por tanto, estos productos exclusivamente para algunas utiliza­ciones muy concretas, donde el incremento del precio no tiene ninguna impor­tancia, bien por la rapidez con que interesa realizar la instalación, bien porque los resultados sean extraordinariamente mejores que con las calidades ac­tuales.

En los Estados Unidos, hemos podido comprobar en una fábrica que pro­ducía unas 60.000 Tm. de alta alúmina, que sólo unas 5.000 Tm. eran de piezas ligadas químicamente para la industria del aluminio. Incluso en este tipo de industria, los trabajos de W. T. Bakker y J. G. Lindsay (18), apuntan a la utilización de productos ligados con alúmina, pues como sabemos, el alu­minio y las aleaciones de aluminio que contienen magnesio, atacan fuerte­mente la sílice. También en Inglaterra, hemos observado la utilización de la ligazón fosfática en piezas especiales de colada y utilizaciones similares.

Nuestra opinión, en estos momentos, es que, al ser técnica de difícil apli­cación, su utilización queda reducida a un campo limitado, sobre todo de masas de apisonado y enlucido, así como de gunitados, pero que resuelve pro­blemas que es difícil solucionar con los procedimientos tradicionales. También puede ser muy interesante en los cementos (19).

Vamos a dar una pequeña explicación teórica del funcionamiento de los ligantes fosfáticos con distintos materiales, pero centrándonos sobre todo en los aluminosos. Para información amplia puede consultarse la bibliografía re­señada.

IL Teorías sobre las reacciones fosfáticas

El ácido ortofosfórico PO4H3, reacciona con bastantes óxidos, bien a la temperatura ambiente, bien a bajas temperaturas.

En la ñgura 2, podemos encontrar los resultados obtenidos por L. B. Kho-roshavin; P. N. D'Yachkov; B. V. Ponomarev; L. Ya. Pivnik y V. K. Boga-

MAYO-JUNIO 1970 317

LA UTILIZACIÓN DE LOS AGLOMERANTES FOSFATICOS...

AL2O3 - 0

5300 - 3 / ^ 3300 - o > 1300 1000 y ^ s

2 K^ sW 800 'h / ß

\ 600 y / 400

200

0 1 1 —L

CORINDON ELECTROFUNDIDO

SILICE

70 10 40 70 10 40 70

Concentración de ácido fosTórico [7ol

FiG. 2 (según Khoroshavin) (16).—Efecto de la concentración del ácido fosfórico sobre el endurecimiento, fragilidad y sinterización de materiales refractarios fi­namente molidos: 1) después del secado; 2) después de cocer a 800'' C mantenien­do esta temperatura una hora; 3) después de cocer a 1.580'^ C manteniendo esta

temperatura cinco horas.

318 BOL. SOC. ESP. CERÁM., VOL. 9 - N.° 3

ENRIQUE DE MIGUEL FERNÁNDEZ

tikova (16). El tamaño de los granos utilizados en este trabajo, oscilaba entre 4 y 7 /x y el porcentaje de ácido ortofosfórico con distintas concentraciones, era del 15 %. Las piezas secadas veinticuatro horas a temperatura normal se calentaban dos días a 120° C. y después se mantenían una hora a 800''C y cinco horas a 1.580° C. Puede observarse que el porcentaje óptimo de la con­centración de ácido, oscila alrededor del 70 %.

Según el trabajo que venimos citando, con la concentración óptima se ob­tienen valores interesantes de resistencia mecánica a baja temperatura con la alúmina, espinela (MgO, AI2O3), cromita, corindón y dunita. También ca­lentando el zircon por encima de 800° C, se obtienen buenas resistencias me­cánicas. El ácido reacciona fuertemente con el MgO, por lo que conviene reducir su actividad, pues, si no, la resistencia mecánica que se obtiene es bajísima.

Calentando las probetas a 1.580° C, desciende la resistencia de la cromita, corindón, dunita y cuarcita.

Observadas al microscopio, las probetas cocidas a 1.580° C, se ve que el PO4H3 forma una fase vitrea entre 0,01 y 0,03 mm. de espesor, entre los granos y el material.

En el zircon, dunita y cuarcita, los granos son corroídos por la fase vitrea. La periclasa, cromita, corindón y alúmina, tienen formas angulares o redon­deadas sin ataque. Por lo tanto, el ligante fosfático reacciona intensamente con los materiales ácidos y menos con los básicos.

Dentro de la gama de cuerpos ligados químicamente con fosfato, nos in­teresa fundamentalmente toda la gama de materiales aluminosos, pues es donde vemos mayor número de aplicaciones prácticas.

Las reacciones del ácido fosfórico con la alúmina, son las siguientes, según J. E. Lyon, T. U. Fox y J. M. Lyons (11):

AI2O3 + 6PO4H -> 2A1(H2P0,)3 + 6H2O (1)

Al(H2PO,-)3 T± AIPO4 • H^O + 2H3PO^ (2)

A1(H,P0 J3 257° C A1,(H,P,0,)3 + 3H,0 (3) ^

A1,(H,P,0,)3 500« C (Al {FO,%)x + 3/2 x H , 0 (4) ^

El (P04H2)3 Al, es soluble en agua y es el material de partida de la ligazón fosfática para obtener, primero el pirofosfato, y después el fosfato. Es viscoso y áspero a la temperatura normal.

MAYO-JUNIO 1970 319

LA UTILIZACIÓN DE LOS AGLOMERANTES FOSFÁTICOS...

Mientras se mantenga el (P04H2)3A1 en la mezcla refractaria, se puede tra­bajar con ella. Si se pasa por calentamiento al pirofosfato, se endurece. Si se sigue el camino de la reacción (2), se produce ortofosfato que también en­durece. Hay diferentes métodos para ralentizar esta reacción, entre ellos adi­ciones de ácido oxálico. Puesto que el ortofosfato no es soluble en agua, el grado de facilidad de prensado o colocación de la pasta, es proporcional a la cantidad de elementos solubles.

Con adiciones de ácido oxálico, pueden durar las mezclas preparadas hasta tres meses.

Según W. H. Gitzen (3), el ácido fosfórico a 215'*C pasa a pirofosfórico (P2O7H4). Este, a 320-430° C reacciona con la alúmina para formar PO4AI, eliminándose el agua de combinación a los 215^*0. Dicha eliminación es im­portante para el control de secado.

Por debajo de 350° C, la ligazón es higroscópica e inestable, pues el ácido pirofosfórico no ha pasado a fosfato. El ácido pirofosfórico da ortofosfórico con la humedad y se destruye la ligazón.

Como hemos explicado anteriormente, pueden emplearse como productos de ligazón, el fosfato ácido de aluminio o el fosfato de aluminio.

El fosfato de aluminio puede obtenerse mediante la reacción de la alúmina hidratada con el ácido fosfórico mediante la siguiente reacción :

A1(0H)3 + PO4H3 -^ PO4AI + 3H2O

manteniendo un exceso del 10 % sobre la cantidad teórica de hidróxido de aluminio.

El fosfato ha dado buenos resultados en la fabricación de aluminosos y carburo de silicio y entre 275 y 285° C solidifica.

III. Ejemplos de resultados de laboratorio sobre cementos refractarios y productos conformados

1. CEMENTOS

Cementos fabricados con bauxita Demerara Rase y fosfato de aluminio, endurecen con el tiempo debido a la formación de PO^Al-HaO, según las reacciones estudiadas anteriormente.

Manteniendo mediante adiciones básicas en la mezcla un pH de 3,0, la resistencia mecánica a las seis horas (sobre probetas conformadas con una pequeña máquina de laboratorio) es de 26 Kg/cm^; a las doce horas es de 39 Kg/cm^ y a las veinticuatro horas, 55 Kg/cm^.

3 2 0 BOL. SOC. ESP. CERÁM., VOL. 9 - N.° 3

ENRIQUE DE MIGUEL FERNANDEZ

Si el pH pasa a 4,1, la masa endurece rápidamente y las resistencias me­cánicas a las seis, doce y veinticuatro horas son de 29, 39 y 50 Kg/cm^. (Un mortero normal con ligante de arcilla y siguiendo el mismo método, nos da 16 Kg/cm^ a las seis horas.

Li;: T^^^^H

^^^^^^E^^^^^^^^^

"^""'^'" .™> <̂ .X'^^^^^ilsï^^^B '̂̂ '̂ ^^IHI^^^HIHH^^M '--- ' "^""'^'" .™> <̂ .X'^^^^^ilsï^^^B

^^¿^ '--- ' "^""'^'"

.™> <̂ .X'^^^^^ilsï^^^B

^^H^l

FIG . 3.^Apisonado para vagonetas: Debido a las temperaturas de la parte baja de las vagonetas, en un horno túnel calentado a 1.500^ C, las masas de hormigón se agrietan y parten al cabo de varias pa­sadas. El resultado obtenido con el apisonado ligado con fosfato de aluminio, ha sido muy superior. En la fotografía puede observarse la zona fabricada por este método. El material se colocó de una forma

similar a la de un hormigón.

2. PRODUCTOS CONFORMADOS CON GIBBSITA

Mezclas de bauxita Demerara Rase con alúmina y fosfato de aluminio, dan los siguientes valores después de calentar a 400° C.

AI2O3 87 % Da 2,72 gr/cm^ Pt 22,2 % RM 610 Kg/cm^ Ta 1.540 °C

La porosidad y la post-dilatación son inferiores a los productos fabricados con ligante arcilloso, puesto que se evita la dilatación producida por la for-

MAYO-JUNIO 1970 321

LA UTILIZACIÓN DE LOS AGLOMERANTES FOSFÁTICOS...

mación de mullita secundaria. El punto de fusión, lógicamente es mayor y la resistencia a escorias que atacan la sílice, como en el caso de los clínqueres de cemento y escorias ferruginosas, es mucho mayor que los refractarios nor­males.

¿MÜ^M

y ¿MÜ^M

y FiG. 4.—Tubo de quemador de un horno enmuflado túnel para la cochura de sanitarios. Obsérvense las dimensiones comparándolas con las del ''palleV de al lado. Está fabricado con mullita sinterizada y ligante fosfático y cocido después a 1.600" C. La duración en servicio es mucho más elevada que los fabricados por procedimientos clásicos

o los hechos con hormigones,

3. PRODUCTOS DE MULLITA

Hemos realizado ensayos con mullita sinterizada de origen inglés, ligada con fosfato de aluminio y hemos comparado los valores que se obtienen con un ligante arcilloso.

LIGADA QUÍMICAMENTE LIGANTE ARCILLOSO

Cocida a 400' C Cocida a 1.450' C Cocida a 1,450^ C

Da . Pt . RM Ta .

2,43 gr/cm^ 21,1 %

464 Kg/cm^ 2 Kg/cm^

2,43 gr/cm^ 21,1 %

780 Kg/cm^ 1.640 °C

2,35-2,40 gr/cm« 23-25 ^/

350-500 Kg/cm^ 1.600 °C

322 BOL. SOG. ESP. CERÁM., VOL. 9 - N.° 3

ENRIQUE DE MIGUEL FERNÁNDEZ

De estos valores pudiera parecer que se obtiene una notable mejora con la utilización del ligante fosfático, pero hay otros sistemas de obtener buenas ca­racterísticas. Únicamente creemos que debe de considerarse, como hemos re­petido, en el caso de ataque por escorias, que deterioran productos con la li­gazón arcillosa normal.

FiG. 5.—Pieza de gran peso fabricada por medio de una ligazón fos-fática. El fraguado que adquiere a baja temperatura, hace que el manejo de estas piezas pueda hacerse con más facilidad que por el

procedimiento tradicional y con mucha más rapidez.

4. AISLANTES DE CORINDÓN ESFÉRICO

Estos aislantes con ligante fosfático presentan las siguientes características:

Da 1,36 gr/cm-^ Pt 52 % RM ','. 149 Kg/cm^

En cambio, con ligazón caolinítica, la resistencia mecánica es de 63 Kg/cm^, aunque se mantienen las demás características.

MAYO-JUNIO 1970 323

FIG. 6.—Gunitado de un producto con ligazón fos-fática, para la reparación de una cámara de coque. El desgaste puede apreciarse claramente en la pri­mera fotografía. En la segunda, durante la opera­ción de gunitado. Por falta de aire a suficiente presión, el gunitado sólo se hizo a 2 Kg/cm\ En la tercera fotografía se ha adherido la cámara re­parada. El material se ha adherido perfectamente y el rechazo que se ve en el suelo se debe a la baja

presión del aire.

ENRIQUE DE MIGUEL FERNÁNDEZ

5. PRODUCTOS DE 50 % DE AI2O3 CON BASE CHAMOTA DE LA UNIÓN SUDAFRICANA

Comparando mezclas con ligante fosfático y arcilloso normal, se obtienen los siguientes valores :

Densidad aparente Porosidad total Resistencia mecánica ...

Mezcla con ligante fosfático

2,24 gr/cm-^ 17,6 %

641 Kg/cm^

Mezcla con ligante arcilloso

2,20 gr/cm^ 20,5 %

435 Kg/cm^

FiG. 7.—Boquilla reparada de un quemador en un horno intermitente de cochura de porcelana electro­técnica. Temperatura normal de funcionamiento del horno, 1.380^ C (temperatura en la boquilla supe­rior a 1.500^ C). La composición del quemador está formada por un ligado fosfático con base mullita. La duración de la boquilla en el momento de sacar la fotografía era de cuatro meses con 20 cochuras. La temperatura máxima en cada co­chura se alcanzaba en el horno treinta horas después del encendido (diámetro máximo de la boquilla:

un metro).

IL K-'P.

6. COMPARACIÓN ENTRE LOS RESULTADOS OBTENIDOS CON DISTINTOS LIGANTES

Hemos realizado ensayos con fosfatos de aluminio puros y otros con una base de cromo, que mantiene el fosfato útil más tiempo, con porcentajes idén-

MAYO-JUNIO 1970 325

LA UTILIZACIÓN DE LOS AGLOMERANTES F O S F Á T I C O S . . .

ticos en las mezclas, exclusivamente a título de comparar valores obtenidos con

ambos tipos en laboratorio.

Estos ensayos, repetidos varias veces, han demostrado una diferencia no­

table a favor de los primeros, con valores en la resistencia mecánica casi del

doble, y en la temperatura de ablandamiento bajo carga de 1.590° C en la mu-

llita con los primeros, y 1.460*" C con los segundos.

En cambio el fosfato de aluminio puro precipita al cabo de varios meses

si no se utiliza. Este hecho se cita en la bibliografía citada y nosotros los hemos

comprobado personalmente.

Con esto no queremos indicar un mal resultado en servicio del ligado con

base de cromo. Precisamente, los montajes que hemos realizado con este ma­

terial, han sido muy satisfactorios.

BIBLIOGRAFÍA

1. KiNGERY, W. D.: "Fundamental Study of Phosphate Bonding in Refractories'*. Par­tes I, II y III, Jour, Amer, Ceram, Soc, 33 (8) 239-241 (1950).

2. KiNGERY, W. D. : "Fundamental Study of Phosphate Bonding in Refractories'*. Par­te IV, Jour. Amer, Ceram. Soc, 35 (3) 61-63 (1952).

3. GiTZEN, W. H.; HART, L. D . y MOZURA, G. : "Phosphate-bonded alumina castables: Some Properties and Applications", Amer. Ceram, Soc, Bull., 35 (6), 217-223 (1956).

4. GILHAM-DAYTON, P. A.: "The Phosphate Bonding of Refractory Materials", Trans. Brit. Ceram. Soc, 62 (11), 895-903 (1963).

5. TsEiTLiN, L. A. y TARASOVA, T . E. : "Gunning bodies with a phosphate bond", Og-nepoury, 177-182 (4), 179-183 (1964).

6. MARGULIS, O. M . y KAMENETSKII: "Use of aluminum phosphate as a bond for re­fractory corundum produis and washes", Ognepoury, 329-332 (7), 350-353 (1964).

7. TsEiTLiN, L. A. y ELTYSHEVA, A. A. : "Aluminosilicate ramming bodies with a phos­phate bond", Ognepoury, 361-364 (8), 384-386 (1964).

8. DuDEROv, G. N. : "Use of aluminophosphate bonds in the manufacture of unfired refractories", Ognepoury, 460-465 (10), 485-491 (1964).

9. BoGOMOLOV, B. N. y SERGEEVA, V. M. : "Nonfired refractories with a polymer bin­der", Ognepoury, 520-523 (11), 559-561 (1964).

10. NAZARENKO, N . D . ; VLASKO, N . I.; TIKUSH, V. L. y SKRYABINSKAYA, I. V.: "Highly refractory unfired produts with a magnesium-phosphate bond", Ognepoury, 59-61 (3), 184-185 (1966).

11. LYON, J. E.; Fox, T. U. y LYONS, ]. W. : "An inhibited Phosphoric Acid for Use in High Alumina Refractories", Amer. Ceram, Soc. Bull, 45 (7), 661-665 (1966).

12. LYON, ]. E.; Fox, T. U. y LYONS, J. W. : "Phosphate bonding of Magnesia Refrac­tories", Amer. Ceram. Soc. Bull., 45 (12), 1078-1081 (1966).

13. ZAMYATIN, S. R . ; TRIFONOV, O. V. y MELNIKOV, G. S. : "Investigating and testing phosphate bonded firebrick", Ognepoury, 4-10 (6), 340-345 (1967).

14. BREMSER, A. H. y NELSON, J. A.: "Phosphate bonding of zirconia", Ceram, Soc, Bull., 46 (3), 280-282 (1967).

15. TSEITLIN, L. A . y MERKULOVA, E. V.: "High alumina ramming bodies for copper smelting induction furnaces", Ognepoury, 34-38 (8), 488-491 (1967).

16. KHOROSHAVIN, L. B. y otros: "Effect of Phosphoric acid concentration on some

326 BOL. SOG. ESP. CERÁM., VOL. 9 - N.° 3

ENRIQUE DE MIGUEL FERNÁNDEZ

properties of finelly milled refractory materials", Ognepoury, 40-43 (3), 166-169 (1968).

17. ZAIKINA, V. D.; SHCHEGLOV, S. I. y ZATSEPINA, L. P. : "Studying the strength of unfired phosphate bonded forsterite refractories", Ognepoury, 50-53 (6), 382-384 (1968).

18. BARKER, W . T . y LINDSAY, J. G. : "Alumina-Bonded Refractories", Amer. Ceram. Soc. Bull, 46 (6), 565-569 (1967).

19. LA LONDE, R. E . y ANTHONY, G. H . : "Factors affecting slag penetration of refrac­tory mortar joints", Amer, Ceram: Sac. Bull, 47 (12), 1128-1133 (1968).

MAYO-JUNIO 1970 327

Sociedad Anónima de Hornos Automáticos

Vía Layetana, 30 - Tel. 310 01 61 - Barcelona-3 - España

Arcas automáticas para recocer y decorar vidrio

Hornos cámara con circulación forzada de aire, ciclo rápido, para decorar vidrio en producciones limitadas.

Hornos para la fusión continua del vidrio con recuperador, calentados a fuel-oil, gas natural y electricidad.