MATERIALES REFRACTARIOSde los refractarios . Materiales de baja conductividad son usados como Ailt...
47
MATERIALES REFRACTARIOS REFRACTARIOS Conceptos Básicos Propiedades Definiciones Definiciones Jlm / 06-12-2007
Transcript of MATERIALES REFRACTARIOSde los refractarios . Materiales de baja conductividad son usados como Ailt...
MATERIALES REFRACTARIOSREFRACTARIOS
Conceptos Básicos PropiedadesDefinicionesDefiniciones
Jlm / 06-12-2007
• Definiciones
Indice
• Definiciones• Funciones
Cl ifi ió• Clasificación• Materias primas principales• Propiedades Físicas y Químicas• Tipos de ligasp g• Selección de refractarios
Determinación del MaterialMétodo de InstalaciónAnclajes Proceso de Secado
• Ejemplos de Análisis comparativoj p p
Que es un material refractario?
Los materiales refractarios son aquellos que pueden ser expuestos a altas temperaturas sin perder sus funcionesexpuestos a altas temperaturas sin perder sus funciones ,es decir aquellos cuya PRINCIPAL característica es la
Resistencia al CalorREFRACTARIOResistencia al Calor
Su instalación es imprescindible en temperaturas deSu instalación es imprescindible en temperaturas de proceso > 1000°C ya que los metales no las resisten
Pueden ser definidos también como :
Materiales No metálicos que son difíciles de fundir a altas temperaturas. En general lo constituyen oxidos de
t lp g y
metales :
Ej. Al (aluminio) : Punto de fusión 660 °CAl2O3 (alumina) : Punto de fusión 2050 °C
Si bi h t i l i dSi bien hay materiales que parecieran encuadrarse en eta definición NO son considerados como refractarios , ej. : cerámicas , materiales de construcción , alfarería , fire-proff ,etc. Esto tiene que ver con :, q
EL DESTINO FINAL PARA EL CUAL ESTAN DISEÑADOS
KAOLITE 2200 HS CARBOXITE 27
RA RA
Aislante RefractarioAislanteK = 0.3
RefractarioK = 1.3
(*) Conductividad : Valores Aprox. en W / º K. m
Clasificación de los Refractarios : Según distintas formas de clasificarlosSegún distintas formas de clasificarlos
Por Tipo :AGLOMERADOS MONOLITICOS PREFORMADOS FIBRAS
Clasificación de los Refractarios : Según distintas formas de clasificarlosSegún distintas formas de clasificarlos
Cl ifi ió Q í i
Por Tipo :
Clasificación Química :
RO2 ROACIDOS ( PH <7) BASICOS ( PH >7)
R OSiO2 , ZrO2 CaO , MgO
NEUTROS ( PH 7)
R2O3
Al2O3 Cr2O3Al2O3 , Cr2O3
R + O =
ACID Zirconia ZrO2
Zircon ZrO2 . SiO2
Clasificación Química :
2 2
Silica SiO2 Semi-Silica SiO2 + Fireclay Kaolin Aluminous Fireclay Sillimanite SiO2 . Al2O3 Mullite 3Al2O3 . 2SiO2 NEUTRAL Bauxite Al2+ Alumina Al2O3 Carbon C Silicon Carbide SiC Chrome Cr2O3+ Chrome-Alumina Cr2O3. Al2O3 Chrome-Magnesite BASIC Magnesite-Chrome Spinel Al2O3 . MgO Magnesite MgO+
Periclase MgO Periclase MgO Dolomite MgO.CaO
Punto de Fusión - Clasificación según Temperatura :Las principales materias primas son Oxidos que tienen un altopunto de fusión , en general mayor al requerido por el proceso :
Periclasa MgO 2800°CEspinela MgO.Al2O3 2135°CF t it 2M O SiO 1890°CForsterita 2MgO.SiO2 1890°CMullita 3Al2O3.2SiO2 1850°C
Estas temperaturas son válidas únicamente para materias puras. En la práctica los refractarios contienen contaminaciones , como así también , son fabricados de varios componentes , por lo que , p , p qsu punto de fusión siempre es menor que el componente puro de mayor valor.
Punto de Fusión - Clasificación según Temperatura :
Aprovechando esta propiedad , podemos clasificar a los refractarios dependiendo de la temperatura, en la cual los conos refractarios se calientan, hasta doblarse.
SK 10 Temp.de doblado 1330°C PCE 133 (1330°C )SK 20 1560°C 156SK 20 1560°C 156SK 30 1680°C 168SK 40 1900°C 190SK 40 1900°C 190
De acuerdo a la norma DIN Standard 51 060 los refractarios deben mostrar un SK > 17 (PCE 150) Esta es una clasificación antigua que es válida fundamentalmente para ladrillos de alúmina y tiene el límite mayor es SK = 42 (temp. doblado = 1980 º C) , además la resistencia mecánica cae mucho antes de la temperatura de doblado.
Diagramas de Fases - Clasificación según Materias Primas :
Dependiendo de las Materias Primas utilizadas , los refractarios pueden ser :Ejemplo : Sistema Binario Alúmina – Silice (Al2O3 – SiO2)
Basados en Materias Primas NaturalesRefractario Fundido
Basados en Materias Primas Sintéticas 100% Basados en Materias Primas Sintéticas100% Sílice
Alúmina
Mulita
Diagramas de Fases :
Ejemplo : Sistema Ternario Alúmina – Silice – Oxido de Ca (Al2O3 – SiO2 – CaO )( )
Principales Materias Primas:Naturales Aluminosas
Al2O3% Tempº CVermiculita 12 1100Vermiculita 12 1100Perlita 14 1200Arcillas 21/41 1300Arcillas 21/41 1300Chamotte 42/48 1600Andalusita 58/60 1650Sillimanita 63/65 1550Mullita 70 1700Bauxita 80/88 1700
Principales Materias Primas:Naturales No Aluminosas
Tempº CCarbon C > 3000Carbon C > 3000Cromita C2O3 2275Silice SiO2 1725Silice SiO2 1725Magnesitas MgO 2800Dolomitas MgO – CaO > 2000
Principales Materias Primas:Sintéticas
Tempº CAlumina Electrofundidas 1800Aluminas Tabulares 1800Aluminas Marrones 1700Carb ro de Silicio 1500Carburo de Silicio 1500Oxidos de Zircono 1650Magnesitas (agua de mar) 1550Magnesitas (agua de mar) 1550Espinelas 1700Aluminas Bubble 1800Cementos Cálcico-aluminosos
Propiedades Físicas y Químicas :Densidad , Porosidad,
Densidad Aparente =V (cm3) M (gr /cm3)
V
Densidad Específica = MVE (cm3)
vv-
(gr /cm3)
M (gr)
pVE
VE (cm3) (g /c 3)
P id d A tv
x 100 ( % )Porosidad Aparente = Vx 100 ( % )
DE - DAPorosidad Total =
DE DADE
x 100 ( % )
Propiedades Físicas y Químicas :
Resistencia a las Resistencia a Resistencia a las Solicitaciones Físicas : la Compresión
(CCS)ASTM C 133ASTM C 133
Resistencia a la Flexión (MOR)Resistencia a ( )
la Abrasión (Indice de Abrasión)
ASTM C 133
)ASTM C 704
Propiedades Físicas y Químicas - EROSION :
Según la Norma ASTM C-704 , el Indice que mide
la resistencia a la erosión se expresa en c.c.C i # 36Csi # 36
V0V1 100 x100x 25 mm
1 kg de Csi Malla 36
450 Segundos
65 psi de presión
Tobera de vidrio (una por vez)
IA = V0 – V1
Propiedades Físicas y Químicas - EROSION :
Material Competencia CARBOMUL 202
Propiedades Físicas y Químicas - EROSION :RESISTENCIA A LA EROSION de los Hormigones Refractarios
16 - 18 c.c.KAOTUFF
10 c.c.
3 c cACTCHEM
3 c.c.
Hormigones Convencionales
De Bajo Cemento y Antierosivos Semiaislantes
Antierosivo
RESISTENCIA A LA ABRASION EN FRIO Aplicación en CEREALERASPropiedades Físicas y Químicas - ABRASION :
RESISTENCIA A LA ABRASION EN FRIO Aplicación en CEREALERAS
RESISTENCIA A LA CAVITACION de los Hormigones RefractariosPropiedades Físicas y Químicas - CAVITACION :
g
Hormigón Civil de Alta resistencia
Hormigón AntierosivoAntierosivo
RESISTENCIA A LA CAVITACION de los Hormigones RefractariosPropiedades Físicas y Químicas - CAVITACION :
g
Propiedades Físicas y Químicas :
Resistencia al Shock Térmico :Los Refractarios son materiales frágiles que no soportan los cambiostérmicos como lo hacen algunos metalestérmicos como lo hacen algunos metales .Si las tensiones que se generan superan la resistencia del material ,este se parte generando grietas progresivas hasta llegar a la rotura.
Método de Medición
En Agua En AireSe calienta hasta 950ºC y se lo enfría
i t h t lSe calienta hasta 950ºC y se lo enfría
i t iLadrillos Acidos > 5Ladrillos de Chamote > 15 Magnesia alto hierro > 10sucesivamente en agua ,hasta la rotura . Para LADRILLOS SILICO -ALUMINOSOS (ACIDOS)
sucesivamente con aire comprimido,hasta la rotura . Para LADRILLOS BASICOS.
Ladrillos de Chamote > 15 Ladrillos de Alúmina > 15Ladrillos de Mulita > 20L d ill d C i 25
Magnesia alto hierro > 10 Magnesia bajo hierro > 25Magnesia Cromo > 30E i l i C 50Ladrillos de Csi > 25 Espinelas sin Cromo > 50
Propiedades Físicas y Químicas :Conductividad Térmica :La Conductividad térmica es el valor que determina el Poder Aislantede los refractarios . Materiales de baja conductividad son usados comoAi l t i t l d d f t i
Carburo de Silicio
W / K . m
Aislantes , mientras los de de mayor , como refractarios.
CarbónCarburo de Silicio
Magnesia 60%
CorundumCorundum
Carbón de Silicio 40%
SíliceCromita
Corundum 90%
99%
Ladrillos Sil-Alum.Zirconio
LadrillosLadrillos Aislantes
Propiedades Físicas y Químicas :Conductividad Térmica :
• Aislación de baja temp. 0.02 • Ladrillo MgO 5.0
• Fibra cerám. 0.07 • Ladrillo MgO-C 12.5
• Ladrillos Aislantes 0.15
• Ladrillos refr Baja alum 0 80
• Ladrillo Carbón BF 13.5
• Semi grafito 30• Ladrillos refr. Baja alum. 0.80
• Ladrillos Alta alum. 1.5
• Semi- grafito 30
• Grafito Alta conductividad 107
W/mKW/mK
Propiedades Físicas y Químicas :Calor Específico :pEl calor Específico es el factor de energía calorimétrico . Indica lacantidad de energía que necesita un gramo de un material para l d Kalcanzar un grado K . En kJ / kg . K
Propiedades Físicas y Químicas :Balance Energético de un Equipo:
PCHPCH
CCPC PCPACCPC PC
PTAC
PC = CC +PT+AC+PCH+PA+PLL
Propiedades Físicas y Químicas :Balance Energético de un Equipo:
PCHPCH
CCPC PCCCPC PC
PT
PC = CC +PT+ PCH
Propiedades Físicas y Químicas :Expansión Térmica :
Magnesia
Corundump
Los materiales experimentan cambios volumétricos bajo la influenciade la temperatura . Este valor se denomina Expansión Térmica Sílice
Corundum 99%
Reversible y no debe ser confundida con la Variación Lineal Permanente (VLP) que es el valor no-reversible que experimentan los refractarios al ser llevados a altas temperatura por primera vez.
Sílice
los refractarios al ser llevados a altas temperatura por primera vez.
Chamote
Carburo de Silicio
Refractoriedad Bajo Carga (RUL)
Refractoriedad Bajo Carga
Se somete a una probeta de 50 mm de diámetro y 50 mm Chamote p yde altura , a una carga de 0.2 N/mm2 , mientras se va calentando en una atmósfera reductora.Se grafican estas variaciones y se obtienen tres puntos
Chamote
SilimanitaSe grafican estas variaciones y se obtienen tres puntos clásicos :
Cromo-Magnesia
Silice
Temp. º CT0 T0.6 Tb
Tipos De Liga :Temperaturas de desarrollo de ligas
T º C
GA C A CA
1300
1500
1700
DESARROLLO DE
LIGA CERAMICA La LIGA CERAMICA es un mecanismo de unión cuyo proceso motriz es la REDUCCION DE LA
Í
900
1100
1300 DESARROLLO DELIGA CERAMICA ENERGÍA LIBRE SUPERFICIAL y
es acelerada por las altas temperaturas , algunos aditivos y los LIGA CERAMICA
500
700
SIN LIGA
contaminantes.
100
300
LADRILLOS
Tipos De Liga :Temperaturas de desarrollo de ligas
T º CLa liga Cerámica se
1300
1500
1700
LIGA CERAMICA
La liga Cerámica se produce por la REACCIÓN QUÍMICAentre un ARIDO y un
900
1100
1300
LIGA CERAMICASIN LIGA
entre un ARIDO y un CEMENTO cálcico-aluminoso . Es una reacción exotérmica de
500
700
DESARROLLO DELIGA
SIN LIGAalta resistencia inicial , que se va destruyendo a medida que secamos el
100
300 LIGA HIDRAULICA producto.
LADRILLOS MONOLITICOS
Tipos De Liga :Temperaturas de desarrollo de ligas
T º C
1300
1500
1700
DESARROLLO DE
LIGA CERAMICA
LIGA CERAMICA LIGA CERAMICA
900
1100
1300 DESARROLLO DELIGA CERAMICA
SIN LIGA
500
700
SIN LIGA DESARROLLO DELIGA
SIN LIGADESARROLLO DE
LIGAQUÍMICA
100
300 LIGA HIDRAULICA
MONOLITICOS YLADRILLOS MONOLITICOS MONOLITICOS YLADRILLOS
CCS (k / 2)
Tipos De Liga :Hormigones Convencionales
Resistencia vs Temp.
CCS (kg/c2) Curvas de Resistencia Vs Temperatura Para Distintos Tipos de Ligas
10001100120013001400
600700800900
1000
200300400500600
0100
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
24
Temp. º C
Selección de Materiales :Proceso de desarrollo de aplicaciones
TemperaturaAcción
Física
Acción Química Medio
AmbienteCostos METODO DE
INSTALACION
DETERMINACION DE LA SOLICITACIONDETERMINACION DE LA SOLICITACION
Selección de Materiales :Determinación de la solicitación
Material Max Temp.
Chemical resistance acid
Chemical resistance alkalis
Hot Strength
Thermal shock resistanc
Liquid metal resistance
Glass contact resistance
ePure alumina
V Good Good Good Good Poor V Good Good
High Good Good Moderate Moderat Moderate Good Good Alumina eFirebrick Moderate Moderate Moderate Poor Moderate Moderate Moderate
Silicon Moderate V Good V Good V Good Excellent Excellent Excellent Carbide Magnesia Excellent Poor Good Moderat
e Poor Good Poor
Magnesium- Good Moderate Good Moderat Good Good PoorMagnesiumaluminate
Good Moderate Good Moderate
Good Good Poor
Silica (fused)
Poor Good Poor Poor Excellent Poor Good
Selección de Materiales :Sistemas de Instalación , Anclajes y Secado :
Construcción de Ladrillos
Colado de HormigonesColado de Hormigones
Gunitado de Hormigones
Apisonables Refractarios
Selección de Materiales :Sistemas de Instalación , Anclajes y Secado :
E i i I l i C l dEquipamiento para Instalaciones : Colado
MezcladorasMezcladoras
Vibradores Bombeadora
Selección de Materiales :Sistemas de Instalación , Anclajes y Secado :
E i i I l i G i dEquipamiento para Instalaciones : Gunitado
Gunitadoras Tobera de gunitar
Bombas de agua
Selección de Materiales :Sistemas de Instalación , Anclajes y Secado :
Ejemplos de distintos métodos de instalación en horno CLAUSEjemplos de distintos métodos de instalación en horno CLAUS
LADRILLO AISLANTE JM-28
HORMIGON CARBOXITE 66
LADRILLO CARBOMUL 202
HORMIGON KAOLITE 2600 LI
GUNITABLE KAOTAB 95
HORMIGON KAOTAB 95
Selección de Materiales :Sistemas de Instalación , Anclajes y Secado :
Anclajes Tipo “V”
Anclajes Tipo “Y”Anclajes Tipo Y
Otros Anclajes Metálicos
Anclas Cerámicas
Selección de Materiales :Sistemas de Instalación , Anclajes y Secado :
Luego de ser instalados, TODOS los materiales que involucran contenido de agua , DEBEN SER SECADOS de modo programado.g , p g
40 – 50 %Agua de Exceso de
Mezclado
8 - 15 %Agua de Reacción
Mezclado
(H2O)< 100 °C
350 °C
Hormigón % A G U A
5 – 7 % 4 – 5 %g
Química(combinada)
< 350 °C
Selección de Materiales :Sistemas de Instalación , Anclajes y Secado :
Selección de Materiales :Sistemas de Instalación , Anclajes y Secado :
Selección de Materiales :Sistemas de Instalación , Anclajes y Secado :
Selección de Materiales :Proceso de desarrollo de aplicaciones
TemperaturaAcción
Física
Acción Química Medio
AmbienteCostos METODO DE
INSTALACION
DETERMINACION DE LA SOLICITACIONDETERMINACION DE LA SOLICITACION
PRUEBAEXPERIENCIAPREVIA
ENSAYOS DELABORATORIO
PRUEBA
PILOTOCORRECCION
DEL ERROR
RESULTADO NO
SATISFACTORIOOK
PRODUCTO SELECCIONADO
