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
DIRECTORA: Guevara Caiquetán, Alicia Del Carmen
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
aglomerante, seca y quemada a 1 000, 1 050, 1 100 y 1 150 °C 67
Tabla 3.11. Propiedades físicas de la pasta formada E con agua y con
aglomerante, seca y quemada a 1 000, 1 050, 1 100 y 1 150 °C 68
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
semirefractarios 101
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
Tabla A.III.2. Datos experimentales obtenidos durante el ensayo para la
determinación del límite líquido de la pasta B 126
Tabla A.III.3. Datos experimentales obtenidos durante el ensayo para la
determinación del límite líquido de la pasta C 127
Tabla A.III.4. Datos experimentales obtenidos durante el ensayo para la
determinación del límite líquido de la pasta D 128
Tabla A.III.5. Datos experimentales obtenidos durante el ensayo para la
determinación del límite líquido de la pasta E 129
viii
Tabla A.III.6. Datos experimentales obtenidos durante el ensayo para la
determinación del límite líquido de la pasta F 130
Tabla A.III.7. Datos experimentales obtenidos durante el ensayo para la
determinación del límite plástico para la pasta A 131
Tabla A.III.8. Datos experimentales obtenidos durante el ensayo para la
determinación del límite plástico para la pasta B 131
Tabla A.III.9. Datos experimentales obtenidos durante el ensayo para la
determinación del límite plástico para la pasta C 131
Tabla A.III.10. Datos experimentales obtenidos durante el ensayo para la
determinación del límite plástico para la pasta D 132
Tabla A.III.11. Datos experimentales obtenidos durante el ensayo para la
determinación del límite plástico para la pasta E 132
Tabla A.III.12. Datos experimentales obtenidos durante el ensayo para la
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.2. Contracción lineal de la pasta semirefractaria C en el proceso de
secado y cocción a T = 1 050 °C 137
Tabla A.V.3. Contracción lineal de la pasta semirefractaria C en el proceso de
secado y cocción a T = 1 100 °C 138
Tabla A.V.4. Contracción lineal de la pasta semirefractaria C en el proceso de
secado y cocción a T = 1 150 °C 139
Tabla A.V.5. Contracción lineal de la pasta semirefractaria D en el proceso de
secado y cocción a T = 1 000 °C 140
Tabla A.V.6. Contracción lineal de la pasta semirefractaria D en el proceso de
secado y cocción a T = 1 050 °C 141
Tabla A.V.7. Contracción lineal de la pasta semirefractaria D en el proceso de
secado y cocción a T = 1 100 °C 142
ix
Tabla A.V.8. Contracción lineal de la pasta semirefractaria D en el proceso de
secado y cocción a T = 1 150 °C 143
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
secado y cocción a T = 1 050 °C 145
Tabla A.V.11. Contracción lineal de la pasta semirefractaria E en el proceso de
secado y cocción a T = 1 100 °C 146
Tabla A.V.12. Contracción lineal de la pasta semirefractaria E en el proceso de
secado y cocción a T = 1 150 °C 147
Tabla A.V.13. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria C en el proceso de
secado y cocción a T = 1 000 °C 148
Tabla A.V.14. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria C en el proceso de
secado y cocción a T = 1 050 °C 149
Tabla A.V.15. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria C en el proceso de
secado y cocción a T = 1 100 °C 150
Tabla A.V.16. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria C en el proceso de
secado y cocción a T = 1 150 °C 151
Tabla A.V.17. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria D en el proceso de
secado y cocción a T = 1 000 °C 152
Tabla A.V.18. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria D en el proceso de
secado y cocción a T = 1 050 °C 153
Tabla A.V.19. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria D en el proceso de
secado y cocción a T = 1 100 °C 154
Tabla A.V.20. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria D en el proceso de
secado y cocción a T = 1 150 °C 155
Tabla A.V.21. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria E en el proceso de
secado y cocción a T = 1 000 °C 156
Tabla A.V.22. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria E en el proceso de
secado y cocción a T = 1 050 °C 157
Tabla A.V.23. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria E en el proceso de
secado y cocción a T = 1 100 °C 158
Tabla A.V.24. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria E en el proceso de
x
secado y cocción a T = 1 150 °C 159
Tabla A.V.25. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria C
quemada a 1 000 °C 160
Tabla A.V.26. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria C
quemada a 1 050 °C 161
Tabla A.V.27. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria C
quemada a 1 100 °C 162
Tabla A.V.28. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria C
quemada a 1 150 °C 163
Tabla A.V.29. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria D
quemada a 1 000 °C 164
Tabla A.V.30. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria D
quemada a 1 050 °C 165
Tabla A.V.31. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria D
quemada a 1 100 °C 166
Tabla A.V.32. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria E
quemada a 1 150 °C 167
Tabla A.V.33. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria E
quemada a 1 000 °C 168
Tabla A.V.34. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria E
quemada a 1 050 °C 169
Tabla A.V.35. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria E
quemada a 1 100 °C 170
Tabla A.V.36. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria E
quemada a 1 150 °C 171
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
pastas semirefractarias formadas con agua y aglomerante 75
Figura 3.6. Absorción aparente (%) vs. temperatura de cocción (°C) de las
pastas semirefractarias formadas con agua y aglomerante 77
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
semirefractarios 103
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).
7
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
8
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,
1993, p. 17; Harbison y Walker, 2005, p. 11).
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,
2006, p. 23; Harbison y Walker, 2005, p. 42).
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
crisoles semirefractarios
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
% Contracción lineal en el
proceso de cocción 0,1 1,2 1,9 3,6
% Pérdida de peso en el
proceso de secado 19,5 19,4 19,5 18,9
% Pérdida de peso en el
proceso de cocción 9,7 10,0 7,3 13,4
% 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
% Contracción lineal en el
proceso de secado 4,6 3,6 4,0 3,9
% Contracción lineal en el
proceso de cocción 0,6 0,9 1,3 1,6
% Pérdida de peso en el
proceso de secado 25,0 25,2 28,4 29,1
% Pérdida de peso en el
proceso de cocción 12,5 12,9 13,3 14,0
% Porosidad aparente 44,0 43,7 42,3 43,9
% Absorción aparente 39,9 29,1 30,5 31,8
% Densidad aparente 1,5 1,5 1,4 1,4
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,
seca y quemada a 1 000, 1 050, 1 100 y 1 150 °C
Pasta D formada con agua
Temperatura de cocción
(°C) 1 000 1 050 1 100 1 150
% Contracción lineal en el
proceso de secado 3,5 2,4 3,2 3,6
% Contracción lineal en el
proceso de cocción 0,3 1,8 2,2 2,6
% Pérdida de peso en el
proceso de secado 20,2 19,1 20,3 20,1
% Pérdida de peso en el
proceso de cocción 9,9 10,5 11,0 12,2
% Porosidad aparente 39,7 37,3 38,0 34,7
% Absorción aparente 24,5 21,9 23,0 19,6
% Densidad aparente 1,6 1,7 1,7 1,8
Pasta D formada con aglomerante
% Contracción lineal en el
proceso de secado 5,2 4,5 4,8 4,1
% Contracción lineal en el
proceso de cocción 0,8 1,9 1,8 2,4
% Pérdida de peso en el
proceso de secado 27,91 27,9 27,9 29,2
% Pérdida de peso en el
proceso de cocción 10,6 11,5 12,4 12,4
% Porosidad aparente 41,4 40,5 39,2 36,6
% Absorción aparente 28,0 26,9 23,9 21,9
% Densidad aparente 1,5 1,5 1,6 1,7
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,
seca y quemada a 1 000, 1 050, 1 100 y 1 150 °C
Pasta E formada con agua
Temperatura de cocción
(°C) 1 000 1 050 1 100 1 150
% Contracción lineal en el
proceso de secado 3,1 2,6 3,2 3,5
% Contracción lineal en el
proceso de cocción 0,6 1,3 0,7 4,1
% Pérdida de peso en el
proceso de secado 19,3 19,1 21,1 21,1
% Pérdida de peso en el
proceso de cocción 10,3 10,3 11,5 12,8
% Porosidad aparente 41,2 39,3 40,4 36,6
% Absorción aparente 25,7 23,4 24,9 21,1
% Densidad aparente 1,6 1,7 1,6 1,7
Pasta E formada con aglomerante
% Contracción lineal en el
proceso de secado 6,0 6,2 6,3 4,1
% Contracción lineal en el
proceso de cocción 0,6 1,2 1,5 2,6
% Pérdida de peso en el
proceso de secado 29,6 27,9 29,6 29,5
% Pérdida de peso en el
proceso de cocción 11,1 11,0 11,6 12,7
% Porosidad aparente 43,9 42,4 40,3 39,6
% Absorción aparente 30,1 28,2 26,7 27,7
% Densidad aparente 1,5 1,5 1,5 1,4
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,
menos frágil que la
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,
frágil y roturas en
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,
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,
menos frágil que la
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,
frágil y roturas en
los bordes, baja
adherencia de los
materiales
1 050 °C Color rosáceo.
Color rosáceo,
frágil y roturas en
los bordes, baja
adherencia de los
materiales
1 100 °C
Color blanco
hueso, totalmente
compacta, rígida
y dura
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,
menos frágil que la
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
semirefractarias formadas con agua y aglomerante
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
semirefractarias formadas con agua y aglomerante
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
(%
)
Temperatura de cocción (°C)
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
semirefractarias formadas con agua y aglomerante
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
(%
)
Temperatura de cocción (°C)
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
crisoles semirefractarios
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
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA
Y AGROINDUSTRIA
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA
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
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA
Y AGROINDUSTRIA
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA
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
crisoles semirefractarios
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
crisoles semirefractarios
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
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Andrade, F., Al-Qureshi, H. y Hotza, D. (2010). Measuring the plasticity of clays:
A review. Applied Clay Science, 51, 1-7. doi:10.1016/j.clay.2010.10.028
2. Andrews, A., Adam, J. y Gawu, S. (2013). Development of fireclay
aluminosilicate refractory from lithomargic clay deposits. Ceramic
International 39(1), 779-783. doi: 10.1016/j.ceramint.2012.06.091
3. Amtex. (2014), Ficha técnica Gelycel F1-4000 (Carboximetil celulosa de sodio
(CMC)), Especificación 10032, Colombia. Recuperado de: www.amtex.
com.co (Febrero, 2014)
4. ASCER (Asociación Española de Fabricantes de Azulejos y Pavimentos
Cerámicos). (2012). Cerámica para la arquitectura. Recuperado de;
http://www.tileofspain.com/verDocumento.ashx?documentoId=532&tipo
=pdf (Julio, 2014)
5. Barea, R., Marín, R., Osendi, M.I., Martínez, R., Miranzo, P. (2006). Equipo
comparativo para la medida de la conductividad térmica de materiales
cerámicos. Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio,
45 (2), 80-86. Recuperado de: http://ceramicayvidrio.revistas.csic.es
(Febrero, 2014)
6. Baker, T., Zimba, J., Akpan, E., Bashir, I., Watola, C. y Soboyejo, W. (2006).
Viscoelastic toughening of aluminosilicate refractory ceramics. Acta
Materialia, 54, 2665-2675. doi:10.1016/j.actamat.2006.02.009
7. Banco Central del Ecuador. (2013). Base de datos estadísticos de comercio
exterior del Banco Central. Estadística Económica del Ecuador,
Recuperado de http://www.bce.fin.ec/ (Diciembre, 2013).
8. Beall, G.H. (2009). Refractory glass-ceramics based on alkaline earth
109
aluminosilicates. Journal of the European Ceramic Society, 29, 1211-
1219. doi:10.1016/j.jeurceramsoc.2008.08.010
9. Bernal, I., Cabezas, H., Espitia, C., Mojica, J. y Quintero, J. (2003). Análisis
próximo de arcillas para cerámica. Revista de la Academia Colombiana
de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, 27 (105). 569-578.
Recuperado de: http://www.accefyn.org.co/revista/Vol_27/105/7ANALIS
IS.pdf (Mayo, 2014)
10. Bhatia, B. E. (2012). Overview of refractory materials. Recuperado de:
http://www.pdhonline.org/courses/m158/m158content.pdf (Junio, 2014)
11. Boquan, Zhu., Yuenan Zhu., Xiangcheng Li. y Fei, Zhao. (2013). Effect of
ceramic bonding phases on the thermo-mechanical properties of
Al2O3 C refractories. Ceramics International, 39, 6069-6076.
Recuperado de: http://dx.doi.org/10.1016/j.ceramint.2013.01.024
(Mayo, 2014)
12. Borkosky, D. (2010). Materiales cerámicos, Tecnologías y procesos de
producción. Recuperado de: http://www1.herrera.unt.edu.ar/faceyt/typp/
files/2012/05/Teman%C2%BA8MaterialesCer%C3%A1micos.pdf (Abril,
2014)
13. Cameron, J. (1987). Fireclay refractories in pyrometallurgical processes.
Applied Clay Science, 2(3), 187-192. doi: 10.1016/0191317(87)90029-9
14. Chaouki, S., Iz-Eddine E. A. y Abderrahman, A. (2014). Recent advances in
silica-alumina refractory. Journal of Asian Ceramic Societies. 2(2), 83-
96. doi:org/10.1016/j.jascer.2014.03.001
15. Chesters, J.H. (1993). Refractories, production and properties, London-Gran
Bretaña: IN The Institute of Materials
110
16. Corona, J. (2007). Análisis del proceso en la elaboración de tablas refractarias
de grupo industrial Morgan, S.A. de C.V. (Monografía para obtener el
título de Ingeniero Industrial). Universidad Autónoma del Estado de
Hidalgo, Estado de Hidalgo, México. Recuperado de: http://repository.u
aeh.edu.mx/bitstream/bitstream/handle/123456789/10624/Analisis%20
del%20proceso%20en%20la%20elaboracion%20de%20tablas.pdf?seq
uence=1 (Julio, 2014)
17. De Aza, A. (1996). Corrosión de materiales refractarios por escorias y vidrios
fundidos. Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio, 35(2),
87-107. Recuperado de: http://digital.csic.es/bitstream/10261/49796/1
/bsecv-16-05-2012-tres.pdf (Mayo, 2014)
18. Dondi, M., Raimondo, M. y Zanelli, Ch. (2014). Clays and bodies for ceramic
tiles: Reappraisal and technologicalclassification. Applied Clay Science,
96, 91-109. doi.org/10.1016/j.clay.2014.01.013
19. Eramo, G. (2006). The glass-melting furnace and the crucibles of Südel (1723-
1741, Switzerland): provenance of the raw materials and new evidence
of high thermal performances. Journal of Cultural Heritage, 7, 286-300.
doi:10.1016/j.culher.2006.04.005
20. Freire, P. (2006). Aislante y materiales refractarios. Recuperado de: http://es.sc
ribd.com/doc/50726320/AISLANTE-Y-MATERIALES-REFRACTARIOS-
Traduccion (Julio, 2014)
21. Galán, M. y Gómez, C. (2012). Procedimiento para la estabilización de suelos
arcillosos con polímeros orgánicos naturales y armados con fibras
animales. Recuperado de: http://www.google.com/patents/WO2012101
299A1?cl=es (Febrero, 2014)
22. García, I., Martins, R., Gouveia, A., Lebullenger, R., Hernandez, A., Leite, E.,
Paskocimas, C. y Longo, E.(2002). Ceramic crucibles: a new alternative
111
for melting of PbO-BiO1.5-GaO1.5 glasses. Journal of Non-Crystalline
Solids, 319, 304-310. doi:10.1016/S0022-3093(02)02055-0
23. Guzmán, A. (2001). Sinterización de materiales refractarios base alúmina-
zirconia-sílice. (Tesis en opción al grado de doctor en Ingeniería de
Materiales). Universidad de Nuevo León, Cuidad Universitaria, México.
Recuperado de: http://eprints.uanl.mx/1385/1/1020145362.PDF (Mayo,
2014)
24. Gómez, J. y Cirvini, S. (2003). Actualización de procedimientos de ensayos de
la mecánica de suelos. Recuperado de: http://www.ahter.org/paneladmi
n/upload/labRutaarchivo_6.pdf (Abril, 2014)
25. González, J. (2000). Las arcillas como minerales industriales Caolines,
bentonitas y arcillas especiales. Recuperado de: http://es.scribd.com/do
c/141755299/Arcillas (Abril, 2014)
26. Gutiérrez, M., Barbés, M., Goñi, C., Alfonso, A., Parra, R. y Verdeja, L. (2002).
Los ensayos de corrosión de refractarios en laboratorio y el MDN. En
VIII Congreso Nacional de Propiedades Mecánicas de Sólidos, Gandía
2002, Concepción, Chile. Recuperado de: http://www.upv.es/pms2002/
Comunicaciones/003_VERDEJA.PDF (Julio, 2014)
27. Harbison y Walker. (2005). Handbook of refractory practice. Recuperado de:
http://www.somitmurni.com/Handbook.pdf (Febrero, 2014)
28. Hemrick, J., Wayne, H., Angelini, P., Moore, R. y Headrick, W. (2005). Refracto
ries for industrial processing: Opportunities for improved energy efficien
cy. Recuperado de: https://www1.eere.energy.gov/manufacturing/indust
ries_technologies/imf/pdfs/refractoriesreportfinal.pdf (Julio, 2014)
29. Hernández, E. (2008). Crisoles y pinturas refractarias. Recuperado de: http://es.
scribd.com/doc/138785385/Crisoles-y-Pinturas-Refractarias (Julio,2014)
112
30. Hursh, R.H. y Grigsby, C.E. (1968). Testings resistance of firebrick to slag
erosion, Urbana, Estados Unidos: University of Illinois.
31. Juettner, T., Heinrich, M., Svinka, V. y Svinka, R. (2006). Structure of kaoline
alumina based foam ceramics for high temperature applications.
Journal of the European Ceramic Societ, 27, 1435-1441. doi:10.1016/j.j
eurceramsoc.2006.04.029
32. Lozada, D. (2006). Diseño de escorias para la pirometalurgia del oro y la plata.
(Proyecto previo a la obtención del título de ingeniero en la
especialización de Ingeniería Química). Escuela Politécnica Nacional,
Quito, Ecuador.
33. Madías, J. (2009). Avances recientes: Materiales refractarios para siderúrgica.
Recuperado de: http://www.construccionenacero.com/Boletin%20
Tecnico/4_Q_2011/Materiales%20Refractarios%20para%20Siderurgia.
pdf (Mayo, 2014)
34. Mangujano, W. (2013). Aplicación del índice de molturabilidad de bond en la
industria del cemento del Perú. Recuperado de: http://es.scribd.com/do
c/138983946/Indice-Molturabilidad-Mandujano (Febrero, 2014)
35. McKinney, L. (2005). Grain processing: Particle size reduction methods.
Recuperado de: http://beefextension.com/proceedings/cattle_grains06/
06-6.pdf (Julio, 2014)
36. Muñoz, J., Muñoz, R., Mmancill, P. y Rodríguez, J. (2007). Study of the ceramic
processing of clays from “La Codicia” (Guapi, Colombia) for their
potential use in the elaboration of ceramic pieces. Revista Facultad de
Ingeniería de la Universidad de Antioquia, (42), 68-78. Recuperado de:
http://www.scielo.org.co/pdf/rfiua/n42/n42a05 (Mayo, 2014)
113
37. Norma ISO 5013:1985. (1985). Refractory products. Determination of modulus
of rupture at elevated temperatures. Recuperado de: http://www.iso.org/
iso/home/store/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=11030
(Junio, 2014)
38. Norma Técnica Ecuatoriana INEN 0575. (1981). Materiales refractarios.
Determinación del cono pirométrico equivalente. Recuperado de:
https://law.resource.org/pub/ec/ibr/ec.nte.0575.1981.pdf (Febrero,
2014)
39. Norma Técnica Ecuatoriana INEN 0608. (1982). Materiales refractarios.
Terminología. Recuperado de: https://law.resource.org/pub/ec/ibr/ec.
nte.0608.1982.pdf (Febrero, 2014)
40. Norma Técnica Ecuatoriana INEN 0691. (1982). Mecánica de suelos.
Determinación del límite líquido método de casa grande.
Recuperado de: https://law.resource.org/pub/ec/ibr/ec.nte.0691.1982.pd
f (Febrero, 2014)
41. Norton, F.H. (1972). Refractarios. Barcelona, España: Blumes.
42. Ochoa, F. (2006). Prolongación de la vida útil del revestimiento refractario en
un horno de inducción de Intranet. (Tesis de grado previo a la
obtención del título de Ingeniero Mecánico). Escuela Superior
Politécnica del Litoral, Guayaquil, Ecuador.
43. Osorio, S. (2010). Apuntes de Geotecnia con énfasis en laderas. La plasticidad
del suelo-Límites de Atterberg. Recuperado de: http://geotecniasor.blog
spot.com/2010/11/plasticidad-del-suelo-limites-de.html (Marzo, 2014)
44. Raupp-Pereira, F., Hotza, D., Segadães, M.A. y Labrincha, J.A. (2005).
Ceramic formulations prepared with industrial wastes and natural sub-
114
productos. Ceramics International, 32, 173-179. doi:10.1016/j.ceramint.
2005.01.01
45. Ríaz, S., Mills, K.C. y Bain, K. (2000). Experimental examination of
slag/refractory interface. Ironmaking and Steelmaking, 29(2), 107-113.
doi.org/10.1179/030192302225003477
46. Ricciardiello, G., Minichelli, D. y Battlistella, F. (2004). Estudio para la
optimización del proceso de secado de las pastas. Recuperado
de: http://www.qualicer.org/recopilatorio/ponencias/pdf/0432050s.pdf
(Junio, 2014)
47. Richerson, D. (1981). Modern Ceramic Engineering: Properties, processing and
use in design. (2da. ed.). New York, Estados Unidos: Marcel Dekker,
Inc.
48. Romero, C. (2005). Fabricación de soportes refractarios a partir de desechos
de las estanterías refractarias utilizadas en la elaboración de porcelana
sanitaria en la empresa EDESA. (Proyecto previo a la obtención de del
título de Ingeniera Química no publicado).Escuela Politécnica Nacional,
Quito, Ecuador.
49. Rosero, B. (2006). Diseño de un horno de crisol basculante para el Laboratorio
de Fundición del Departamento de Materiales de la Escuela Politécnica
Nacional. (Proyecto previo a la obtención del título de Ingeniero
Mecánico), Escuela Politécnica Nacional, Quito, Ecuador.
50. Santos, J., Malagán, P. y Córdoba, E. (2009). Caracterización de arcillas y
preparación de pastas cerámicas para la fabricación de tejas y ladrillos
en la región de Barichara - Santander. Dyna, 78(167), 50-58.
Recuperado de: http://www.scielo.org.co/pdf/dyna/v78n167/a06v78n
167.pdf (Abril, 2014)
115
51. Slavo, V. M. (2012). Furnaces for ceramics. Recuperado de: http://www.sglavo.i
t/sglavo.it_teaching_for_students/teaching_v.m._sglavo_ceramics_proc
essing_&_engineering_-_lessons_slides_files /lesson11.pdf (Julio,
2014)
52. Seema, M. (2011). Effects of particle size distribution on the properties of
alumina refractories. (Thesis submitted in partial fulfillment of the
requirements for the degree of bachelor of technology in Ceramic
Engineering). National Institute of Technology of Rourkela, Rourkela,
India. Recuperado de: http://ethesis.nitkl.ac.in/2439/1/PROJECT_REP
ORT.pdf (Agosto, 2014)
53. Terminex S.A. de C.A. (2009).Productos refractarios: crisoles. Recuperado de:
http://www.termimex.com.mx/assets/crisoles.pdf (Agosto, 2014)
54. Thornton, C. P. y Rehen, T. (2009). A truly refractory crucible from fourth
millennium Tepe Hissar, Northeast Iran. Journal of Archaeological
Science,36, 2700-2712. Recuperado de: doi:10.1016/j.jas.2009.08.008
(Abril, 2014)
55. Vargas, F., López, E., López, D., Areiza, J. y Monsalve, M. (2009). Fabricación
de tubos de carburo de silicio para uso como cuerpo radiante en hornos
y sistemas de calentamiento. Dyna, 76(157), 233-242. Recuperado
de: http://www.redalyc.org/pdf/496/49611942023.pdf (Junio, 2014)
56. Vilela, J.C. y Herrero, F. (2006). Productos refractarios y semirefractarios no
conformados (masas y morterios) II. Boletín de la Sociedad Española
de Cerámica y Vidrio, (18)4, 367-373. Recuperado de: http://boletines.s
ecv.es/upload/197817367.pdf (Junio, 2014)
57. Vieira, N. (2011). Caracterización física, cerámica y térmica de arcillas
ecuatorianas. (Proyecto previo a la obtención del título de Ingeniero
Químico no publicado). Escuela Politécnica Nacional, Quito, Ecuador
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 ENSAYO Análisis Granulométrico
Determinación de la densidad real y aparente
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
Masa del picnómetro seco (g) G1 28,2567
Masa del picnómetro + muestra seca (g) G2 30,3067
Masa del picnómetro + muestra + agua (g) G3 53,9163
Masa del picnómetro + agua (g) G4 52,9460
Densidad real (g/cm3) Dr 1,90
Tabla A.I.8. Parámetros para la determinación de la densidad aparente de ATF
Volumen de la probeta (mL) V 250,0
Masa de la probeta (g) Mp 105,3
Masa de la probeta + muestra (g) Mpm 392,6
Masa de la muestra (g) Mm 287,3
Densidad Aparente (g/cm3) Dap 1,15
121
FICHA TÉCNICA #3
NÚMERO DE ENSAYO 3
TÍTULO DE ENSAYO Caracterización física del caolín
TIPO DE ENSAYO Análisis Granulométrico
Determinación de la densidad real y aparente
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
Masa del picnómetro seco (g) G1 28,2567
Masa del picnómetro + muestra seca (g) G2 30,2557
Masa del picnómetro + muestra + agua (g) G3 53,4298
Masa del picnómetro + agua (g) G4 52,9821
Densidad Real (g/cm3) Dr 1,29
Tabla A.I.12. Parámetros para la determinación de la densidad aparente de APB
Volumen de la probeta (mL) V 250,0
Masa de la probeta (g) Mp 105,3
Masa de la probeta + muestra (g) Mpm 283,0
Masa de la muestra (g) Mm 177,7
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
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 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
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 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
Tabla A.III.2. Datos experimentales obtenidos durante el ensayo para la determinación del
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
Tabla A.III.4. Datos experimentales obtenidos durante el ensayo para la determinación del
límite líquido de la pasta D
Prueba Peso
crisol (g)
Peso de muestra
húmeda más
crisol (g)
Peso de muestra
seca más crisol (g)
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
seca más crisol (g)
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
Tabla A.III.6. Datos experimentales obtenidos durante el ensayo para la determinación del
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]
Tabla A.III.7. Datos experimentales obtenidos durante el ensayo para la determinación del
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
Tabla A.III.8. Datos experimentales obtenidos durante el ensayo para la determinación del
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
Tabla A.III.10. Datos experimentales obtenidos durante el ensayo para la determinación
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
Tabla A.III.11. Datos experimentales obtenidos durante el ensayo para la determinación
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
Tabla A.III.12. Datos experimentales obtenidos durante el ensayo para la determinación
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
Tabla A.V.2. Contracción lineal de la pasta semirefractaria C en el proceso de secado y
cocción a T = 1 050 °C
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
Tabla A.V.3. Contracción lineal de la pasta semirefractaria C en el proceso de secado y
cocción a T = 1 100 °C
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
Tabla A.V.4. Contracción lineal de la pasta semirefractaria C en el proceso de secado y
cocción a T = 1 150 °C
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
cocción a T = 1 000 °C
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
Tabla A.V.6. Contracción lineal de la pasta semirefractaria D en el proceso de secado y
cocción a T = 1 050 °C
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
Tabla A.V.7. Contracción lineal de la pasta semirefractaria D en el proceso de secado y
cocción a T = 1 100 °C
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
Tabla A.V.8. Contracción lineal de la pasta semirefractaria D en el proceso de secado y
cocción a T = 1 150 °C
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
cocción a T = 1 000 °C
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
cocción a T = 1 050 °C
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
Tabla A.V.11. Contracción lineal de la pasta semirefractaria E en el proceso de secado y
cocción a T = 1 100 °C
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
Tabla A.V.12. Contracción lineal de la pasta semirefractaria E en el proceso de secado y
cocción a T = 1 150 °C
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
cocción a T = 1 000 °C
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
Tabla A.V.14. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria C en el proceso de secado y
cocción a T = 1 050 °C
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
Tabla A.V.15. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria C en el proceso de secado y
cocción a T = 1 100 °C
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
Tabla A.V.16. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria C en el proceso de secado y
cocción a T = 1 150 °C
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
cocción a T = 1 000 °C
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
Tabla A.V.18. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria D en el proceso de secado y
cocción a T = 1 050 °C
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
Tabla A.V.19. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria D en el proceso de secado y
cocción a T = 1 100 °C
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
Tabla A.V.20. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria D en el proceso de secado y
cocción a T = 1 150 °C
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
cocción a T = 1 000 °C
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
Tabla A.V.22. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria E en el proceso de secado y
cocción a T = 1 050 °C
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
Tabla A.V.23. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria E en el proceso de secado y
cocción a T = 1 100 °C
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
Tabla A.V.24. Pérdida de peso de la pasta semirefractaria E en el proceso de secado y
cocción a T = 1 150 °C
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
Tabla A.V.25. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria C
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
Tabla A.V.26. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria C
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
Tabla A.V.27. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria C
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
Tabla A.V.28. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria C
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
Tabla A.V.29. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria D
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
Tabla A.V.30. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria D
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
Tabla A.V.31. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria D
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
Tabla A.V.32. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria D
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
Tabla A.V.33. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria E
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
Tabla A.V.34. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria E
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
Tabla A.V.35. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria E
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
Tabla A.V.36. Resultados de las propiedades de la pasta semirefractaria E
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,
secos y quemados a 1 150 °C
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,
secos y quemados a 1 150 °C
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,
secos y quemados a 1 150 °C
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)
% Retenido acumulado % Pasado acumulado
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)
% Retenido acumulado % Pasado acumulado
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
HOJA DE ESPECIFICACIÓN Nº 2
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
Principio de funcionamiento:
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.
Modalidad de operación: Batch
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)
184
HOJA DE ESPECIFICACIÓN Nº 3
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
Principio de funcionamiento:
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.
Modalidad de operación: Batch
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
HOJA DE ESPECIFICACIÓN Nº 4
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
Parámetros de diseño:
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.
Principio de funcionamiento:
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.
Modalidad de operación: Batch
Esquema del equipo:
Recuperado de: http://ivr-global.com/LabtecHebro.pdf (Agosto, 2014)
HOJA DE ESPECIFICACIÓN Nº 5
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
Parámetros de diseño:
Capacidad: 0,8-0,16 m3/h
Principio de funcionamiento:
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
Modalidad de operación: Batch
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)
HOJA DE ESPECIFICACIÓN Nº 6
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
Parámetros de diseño:
Temperatura máxima de operación:
1 300 °C
Capacidad: 2 200 L
Principio de funcionamiento:
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.
Modalidad de operación: Batch
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)
Top Related