Materiales refractarios para hornos altos*

EUGENIO PEREZ BLANCO Doctor en Ciencias Químicas Jefe del Dpto. Laboratorio de la Empresa Nacional Siderúrgica, S. A.

RESUMEN

Se hace una exposición de los refractarios utÁlizados en los hor­nos altos, sus causas de destrucción y las tendencias modernas respec­to al empleo de los refractarios más adecuados.

Por razón de su importancia, se trata también de les refractarios de las estufas, haciendo las mismas consideraciones que en el horno alto.

También se indican en este estudio las masas de proyección neu-mática empleadas para las reparaciones de cubas y tragantes.

Por último se mencionan las técnicas para el uso de cobalto radio­activo para la determinación del desgaste del refractario

Por razones de extensión, el estudio sobre el horno alto se ha re­ducido a sus tres partes fundamentales: cuba, etalajes y crisol.

I. Introducción.

En el curso de su desarrollo y perfeccionamiento, el horno alto, en sí mis­mo, no ha sufrido variaciones fundamentales en su diseño. No obstante, tenien­do en cuenta el tamaño de los hornos altos actuales, con producciones hasta de 5.000 toneladas de arrabio al día, el empleo de cargas con proporciones muy elevadas que a veces llegan al 100 % de aglomerados (sinterizados o pellets) y la utilización de temperaturas de soplado cada vez más altas, se imponen al horno alto unas condiciones de trabajo más severas. Esto justiñca todos los esfuerzos que se hagan en mejorar no sólo el diseño del horno y las condicio-

* Conferencia pronunciada durante la VIII Reunión Anual de la Sociedad Española de Cerámica, celebrada en Sevilla los días 10 al 12 de mayo de 1967.

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nes de carga, sino también aquellos que se realicen para encontrar, para las diversas zonas del mismo, los materiales refractarios más adecuados.

Con el fin de realizar una exposición sistemática, se tratarán por separado las diversas partes del horno alto, describiendo los refractarios utilizados, sus causas de destrucción y las modernas tendencias sobre el empleo de los tipos más idóneos en cada caso.

En este trabajo sólo se estudiarán, por razones de brevedad, las partes fundamentales del horno alto: cuba, etalajes y crisol, tratando también, por su importancia, los aparatos de calentamiento del viento para su insuñación al horno y vulgarmente conocidos por estufas.

IL Trabajo del horno alto.

El horno alto es un horno de cuba, en el que se realiza la reducción de los óxidos de hierro de los minerales y sinterizados y la fusión del hierro produ­cido, recogiéndose éste en el crisol, obteniéndose el producto denominado arrabio.

Esta reducción tiene lugar mediante el siguiente mecanismo: En el plano de toberas, por la elevada temperatura y el oxígeno aportado

por el viento caliente insuñado en el horno, tiene lugar la combustión a CO^, del coque de la carga. Este CO2, en contacto con el coque en exceso, y por las altas temperaturas en esta zona, pasa a CO según la reacción de Boudouard

C02 + C<=^2CO —38.200 Kcal/Kmol.

El CO formado realiza la reducción de los minerales de hierro en sus dife­rentes fases de oxidación. En este proceso de reducción se considera que un óxido superior pasa por todos los grados de oxidación inferiores antes de lle­gar a la composición FeO, última antes de la obtención del hierro metálico.

Las temperaturas en el horno alto van aumentando desde el tragante hasta el plano de toberas. A partir de una temperatura de unos SOO*" C en las materias descendentes en el horno, correspondiente a unos 900° C en los gases, ya no hay reducción indirecta, o sea por CO. Todo el hierro restante es reducido por el carbono de impregnación o, en su defecto, por el carbono sólido a elevadas temperaturas.

En estas reacciones de reducción se produce CO2, el cual, en contacto con carbono en exceso, vuelve a dar CO utilizable para la reducción.

A las temperaturas relativamente bajas de la parte superior de la cuba, tiene lugar un desplazamiento del equilibrio de Boudouard en el sentido de la de-

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posición de carbono, para cuya reacción es necesario que haya óxidos metálicos en presencia, que actúan como catalizadores.

Como la reacción de deposición de carbono es exotérmica, el gas que sale del tragante del horno alto estará caliente, cualquiera que sea la altura que se le dé al tragante.

En cuanto a las temperaturas de trabajo, en el tragante y parte superior de la cuba, oscilan entre 200 y 400"̂ C ; en la cuba propiamente dicha, las tem­peraturas pueden llegar hasta unos 1200'' C, mientras que en los etalajes llegan hasta unos 1400° C. Las temperaturas aumentan hasta el plano de toberas, en donde pueden llegar hasta unos 2000̂ " C. La temperatura de la escoria en el crisol es del orden de 1400 a 1450° C, y la del arrabio unos 1300° C.

En las estufas, en el caso de la insuflación de viento a temperaturas muy elevadas, del orden de 1000 -1200°, las temperaturas pueden llegar hasta 1500- 1600° en el domo, que es la parte más caliente.

III. Refractarios para la cuba.

En la cuba del horno alto tiene lugar ataque químico y desgaste mecánico. No hace muchos años, en la cuba se empleaban ladrillos variando desde 33 % de AI2O3 en la parte superior hasta 40-42 en el tercio inferior. Actualmente la tendencia más generalizada es emplear ladrillos de 42-44 % de AI2O3 para toda la cuba.

Hasta el momento, el refractario de la cuba parece ser el factor limitante en la vida del horno, teniendo que realizarse paradas intermedias para proceder a su reparación. El desgaste en la cuba suele ser normalmente más intenso en el tercio superior y en el inferior, siendo predominante en el primero el ataque químico y en el segundo la erosión.

El ataque químico en la cuba es producido principalmente por la deposición de carbono según la reacción de Boudouard. Los depósitos de carbono, toma­dos del revestimiento refractario desintegrado de una cuba de horno alto, con­sistían de nodulos groseramente helicoidales y el carbono se había depositado aparentemente en manchas concéntricas. Los estudios del polvo por difracción de rayos X con registro fotográñco mostraban la presencia de Fe.O.^ y carbono, y trazas de magnetita, mullita, cristobalita y cuarzo.

Es un hecho no discutido, que el óxido de hierro presente en el refractario actúa catalíticamente favoreciendo la disociación del CO y, por tanto, precipi­tando carbono. La elevada cocción del ladrillo, al combinar el óxido de hierro en forma de silicato, lo convierte en inactivo a este respecto.

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Se ha estudiado el ataque por los álcalis, encontrándose que en ladrillos usados se han formado combinaciones con la alúmina y la sílice, especialmente la caliofilita KAl SÍO4, que forma una serie de soluciones sólidas (KNa Al SÍO4) con la nefelina, entre las cuales está la calsilita, que es una caliofilita contenien­do de 2 a 5 % de Na^O. Su formación directa en el estado cristalino en el la­drillo va acompañada de un aumento de volumen de un 45 %.

Este hecho de la desagregación por los álcalis depende de la temperatura. Si ésta es baja y el ladrillo permanece rígido, pero es suficiente para permitir la reacción, la condensación de los álcalis al estado líquido de los poros, o la reacción entre vapor y sólido, provoca la cristalización de la caliofilita o de la calsilita, que los hace romperse, especialmente si los poros son finos. Si la tem­peratura es elevada, más de 900 ó lOOO"" C, ya no se forman productos de reac­ción cristalizados, sino eutécticos líquidos, muy viscosos en su origen, produ­ciéndose una capa vitrea impermeable en la superficie del ladrillo, que impide la penetración ulterior.

La presencia de álcalis está también relacionada con la formación de pe­gotes o adherencias de la carga al refractario. G. R. Rigby, que realizó inves­tigaciones sobre este tema, encuentra que el refractario detrás de la adherencia mostraba una concentración de álcalis, en combinación con el ladrillo. Según las experiencias de laboratorio, parece lógico suponer que los vapores de cianu­ro potásico (en cuya forma es muy probable estén los álcalis) no escorificarán los refractarios a no ser que haya oxígeno presente para permitir la formación de óxido potásico, explicando esto el por qué no se forman pegotes en toda la región de la cuba. En la base de éste y etalajes, el mineral ya está reducido. Más arriba, los vapores de cianuro encuentran óxido de hierro y se oxidan a óxido potásico que escorifica el ladrillo, que se recubre gradualmente con una gruesa escoria alcalina viscosa a la cual se adhieren las partículas finas de la carga. Esta escoria, con el tiempo, absorbe más óxidos alcalinos y cristaliza como silicatos alumínico-potásicos. Se encuentran generalmente al nivel medio de la cuba las adherencias más resistentes, siendo más flojas las que están en la parte superior de etalajes.

Otro elemento al cual se le ha concedido gran importancia en la destrucción de las cubas es al cinc. Las investigaciones más recientes han mostrado que la deposición de cinc metálico y el óxido de cinc en el revestimiento de la cuba, están concentrados principalmente en las grietas de los ladrillos y las juntas abiertas entre ellos. Por tanto, la rotura del refractario precede a la deposición del cinc. Las grietas ya producidas son debidas a tensiones térmicas por el ca­lentamiento y enfriamiento no uniforme del revestimiento y también a las fluctuaciones de temperatura en el horno.

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Las líneas de mejora para los refractarios convencionales para cubas, en general, podrían ser las siguientes: Ladrillo con bajo contenido en hierro y muy cocido para evitar el efecto desintegrante de la deposición de carbono, baja porosidad y permeabilidad a los gases para minimizar lo más posible el ataque químico, buena resistencia a la abrasión, gran estabilidad de volumen a elevadas temperaturas, ausencia de defectos internos y forma correcta, y buena resistencia a los cambios de temperatura pensando en la puesta en marcha y en las reparaciones intermedias.

Es necesario una buena colocación en obra, con juntas del espesor adecua­do, y que no presenten entrantes o salientes que favorezcan la erosión mecánica.

Las características medias, según los ensayos de laboratorio, obtenidas para los ladrillos de la cuba de un horno alto de la Empresa Nacional Siderúrgi­ca, S. A., son las siguientes:

Contenido en Al̂ Og 42,96 % Densidad aparente 2,25 Porosidad aparente 11,8 % Resistencia a la compresión en frío 620 Kg/cm-Módulo de rotura 163 Kg/cm-Resistencia al fuego bajo carga de 2 Kg/cm- ISOO'̂ C Contracción permanente (2 h. a 1410^) 0,02 %

Modernamente se preconiza el empleo de refractarios fundidos y colados, para emplear en cubas de hornos altos. Han sido empleados ya en algunos hor­nos altos de USA e Inglaterra. Por ejemplo, en una factoría americana se han instalado ladrillos de alfa alúmina (99 % de AI2O3) que contiene 92 a 95 % de corindón en bloques o cristales de alfa alúmina, con sólo 5 a 8 % de cris­tales de alúmina beta en los intersticios, no conteniendo fase vitrea. En un horno alto inglés se han colocado ladrillos de alfa-beta alúmina (44 y 55 %, respectivamente). La alúmina beta es muy resistente a los álcalis, pero la alú­mina alfa es más estable respecto a las escorias.

Las propiedades de los ladrillos fundidos son las siguientes:

1.—Elevada densidad (porosidad y permeabilidad bajas). 2.—^Estabilidad respecto al ataque por el óxido de carbono. 3.—Elevada conductividad térmica. 4.—^Elevada resistencia a las escorias. 5.—Alta resistencia a la abrasión. 6.—Mucha resistencia a los álcalis.

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7.—Estructura completamente cristalina. 8.—Resistencia moderada al choque térmico.

Las propiedades físicas pretendidas para estos ladrillos son las siguientes:

Alfa Alfa-beta Beta

Densidad aparente 3,76 3,44 3,04 Porosidad aparente % 1,1 1,9 4,1 Módulo de rotura 410 Kg/cm-^ 250 Kg/cm^ 10,5 Kg/cm-^

Resistencia bajo carga, caída des­pués de 100 h., a 1760" C, con 3,5 Kg/cm^ 0,0 0,0 0,0

Se considera que su uso potencial sería en el tercio inferior de la cuba, in­cluyendo unas hiladas superiores de etalajes.

Unos análisis químicos de estos tipos de refractarios son:

Al^O, F e Ä SiO^ Alcalis (óxidos) Alcalinotérreos (óxidos)

Alfa Alfa-beta Beta

99,34 94,84 94,46 0,06 0,06 0,07 0,08 1,09 0,12 0,39 3,58 5,17 0,13 0,43 0,18

IV. Refractarios para etalajes.

Normalmente, se considera que los refractarios aluminosos para etalajes son totalmente atacados por la escoria y en su lugar se forma un revestimiento más o menos duradero o estable.

Actualmente hay una tendencia muy fuerte a ejecutar los etalajes con la­drillos de carbono. Sobre ellos se adhiere una capa protectora de escoria, más dura que la adherencia propiamente dicha de la carga y que el ladrillo de carbono.

El etalaje del horno alto es la zona en que se forman las escorias. Según la opinión de algunos investigadores la escoria depositada en el refractario de

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etalajes es una fusión fluida; esta capa suele tener una relación cal/sílice de 1:2, pero además está enriquecida en óxidos básicos, que rebajan el punto de fusión de los silicatos. Estas escorias poseen un fuerte poder de ataque, aspi­rándose fácilmente en los poros de los ladrillos, de manera que pueden reaccio­nar con sus constituyentes minerales. Al llamarla capa protectora, es en el sentido de que a causa de su bajo punto de fusión es siempre más fluida que la carga descendente y actúa como superficie de deslizamiento, disminuyendo así el desgaste mecánico del refractario.

No obstante su mejor comportamiento, al estudiar el refractario de un horno puesto fuera de servicio, se observó que la parte restante estaba muy atacada y presentaba grietas e inclusiones. Las grietas se atribuyen no sola­mente al carbono de disociación, sino predominantemente a los álcalis. Tam­bién en la parte central de etalajes es donde en algunas ocasiones se ha encon­trado hasta un 20 % de Zn.

Gracias al efecto del agua de refrigeración en etalajes, se consigue una cierta estabilidad del revestimiento, al aumentar la viscosidad de la fase líqui­da atacante por el enfriamiento que se produce.

A continuación, en el estudio de los refractarios de carbono para el crisol, daremos detalles sobre las propiedades de los ladrillos de carbono, ya que es en esta parte donde su empleo se ha generalizado totalmente y han dado el mejor resultado.

V. Refractarios para el crisol.

Los refractarios de carbono tienen su empleo específico y completamente generalizado, en la construcción del crisol de los hornos altos.

Presentan un conjunto de propiedades que los hacen insustituibles para esta aplicación, como son:

L No mojabilidad por el hierro fundido y la escoria. 2. Refractariedad muy elevada. 3. Buena resistencia química respecto a las escorias y al hierro. 4. Prácticamente, de volumen estable. 5. Una elevada conductividad térmica. 6. Alta resistencia mecánica aún a temperatura elevada. 7. Una dilatación térmica pequeña y uniforme.

Los ladrillos de carbono están fabricados a base de coque de petróleo, coque siderúrgico o antracita, aglomerados con alquitrán. Se cuecen en at-

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mósfera reductora, a unos 1200°, necesarios para obtener una coquizacion del alquitrán aglomerante.

Los agentes que pueden destruir con rapidez los refractarios de carbono, son, por razones evidentes, el aire y el agua.

Las características obtenidas para ladrillos de carbono son muy variables. A continuación damos unos límites, tomados de la bibliografía y de los resul­tados de los ensayos efectuados en nuestros laboratorios.

Peso específico real 1,50/1,96 Densidad aparente 1,35/1,52 Porosidad total % en volumen 20/30 Resistencia a la compresión en frío 250/1.000 Kg/cm^ Dilatación térmica lineal reversible 0,8 % (a 1590*^0) Resistencia al fuego bajo carga de 2 Kg/cm^.. > 1.700° C Conductividad térmica 1,5/12,6 Kcal/h/m/"C

Contenido en cenizas 0,5/14 % Materias volátiles 0,4/1,3 % Permeabilidad al aire 8 Unid. cgs. Contracción permanente (2 h. 1550° C) 0,4/1,5 %

Los resultados obtenidos en nuestros laboratorios, para los ladrillos de carbono para crisol y etalajes de un horno alto de la Empresa Nacional Side-rúgica, han sido los siguientes:

Contenido en cenizas 23,58 % (1) Densidad aparente 1,72 (2) Porosidad aparente 10,7 % Porosidad total 20,6 % Resistencia a la compresión en frío 355 Kg/cm-Dilatación térmica lineal reversible 0,37 % a 1000°

Observaciones.

De acuerdo con las propiedades que presentan los ladrillos de carbono, éstos no se reblandecen ni se vitrifican en las condiciones dominantes en el

(1) Estos ladrillos están fabricados a base de antracita, por lo cual tienen un con­tenido muy elevado en cenizas.

(2) El contenido elevado en materia mineral (cenizas) de la antracita, les confiere una elevada densidad aparente.

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crisol del horno alto, y habida cuenta de su elevada conductividad térmica, el enfriamiento puede penetrar más profundamente en el refractario, lo cual es un factor importante en su vida.

Los ladrillos de carbono representan la solución ideal, pues, para las pa­redes del crisol, especialmente, y en segundo término, para los etalajes.

En cuanto a la suela o fondo del crisol, se utiliza un material aluminoso con un 40/44 % de AI2O3, muy denso, con elevada resistencia mecánica para resistir la alta presión ferrostática, y con gran estabilidad de volumen y per­fección de formas para impedir la penetración de hierro por las juntas. A con­tinuación señalamos algunas características de excelentes materiales para este fin:

Contenido en AI2O3 43,2 % Contenido en FcaOg 1,0 % Contenido en álcalis 0,7 % Cono pirométrico 33/34 Densidad aparente 2,34 Porosidad aparente 10,5 % Resistencia a compresión en frío 630 Kg/cm-Contracción permanente (2 h. a 14W) Menor de 0,1 %

Los resultados medios de los ensayos para bloques de fondo del crisol de un horno alto de la Empresa Nacional Siderúrgica, S. A., arrojan los siguien­tes valores:

Contenido en AlAi 42,28 % Densidad aparente 2,21 Porosidad aparente 12,5 % Resistencia a la compresión en frío 750 Kg/cm-Resistencia al fuego bajo carga 2 Kg/cm^ 1530"̂ Contracción permanente (2 h. 1400̂ )̂ 0,05 % Módulo de rotura 123 Kg/cm-

VI. Refractarios para estufas.

Como se sabe, las estufas para hornos altos son unos aparatos que tienen por objeto quemar el gas del horno alto calentando un relleno de piezas espe­ciales (colmenas); en una segunda operación se pasa aire frío a través de éstas, tomando el calor acumulado y, finalmente, se sopla al horno alto.

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Conocida su función, es fácil deducir las propiedades que debe poseer un material refractario para estufas. Capacidad para absorber calor rápidamente de los gases calientes y cederlo al aire soplado, buena resistencia mecánica en frío y en caliente, elevada resistencia a la vitrificación, a la deformación, a la influencia de gases reductores, humos y polvos con álcalis, y a los cambios de temperatura.

Las estufas convencionales se componen de tres partes principales: cámara de combustión, empilado de colmenas y bóveda o domo. Las condiciones más severas prevalecen en la cámara de combustión y en el domo, en donde hay cierto cambio de temperaturas, y en la parte superior del empilado en donde hay álcalis volátiles a elevadas temperaturas, que tienden a ser absorbidos por los refractarios, formando nuevas especies mineralógicas que dan por resultado un aumento de volumen.

Las temperaturas más elevadas, hasta unos 1350°, se alcanzan en el domo, y van disminuyendo hacia abajo a través de las piezas del empilado. La tem­peratura del viento soplado al horno alto fluctúa entre 700 y 950° C.

Las piezas de colmenas de las hiladas superiores de las estufas, se destru­yen muchas veces dejando una acumulación de restos del tamaño de puños. Esto se achacaba a los cambios bruscos de temperatura, pero esto es improba­ble ya que las oscilaciones de ésta no se verifican en las zonas en las cuales son sensibles los ladrillos aluminosos. La temperatura media del viento es de 900° C en la parte superior del empilado, pero se puede calcular que los ladri­llos en sus caras exteriores no se enfrían a menos de 1050 a 1100° C. A esta temperatura, los ladrillos aluminosos tienen un 50 % de fase líquida, y enton­ces las tensiones térmicas pueden compensarse por deformación plástica que también es producida por el peso de la carga.

Esta proporción elevada de fase líquida a la temperatura de servicio, espe­cialmente en su superficie, tiene como consecuencia que los trozos de ladrillos se suelden sin solución de continuidad. La masa de los ladrillos está atravesada por numerosas y pequeñas fisuras que aparentemente no tienen nada que ver con la deformación plástica. En algunos sitios hay también grandes grietas que pueden conducir a la desintegración del ladrillo en varios trozos.

Al mismo tiempo que la formación de grietas, tiene lugar una compacción del ladrillo a una masa gresificada. Esto se verifica en mayor escala en las su­perficies, en las cuales por reacción con el polvo de tragante, ha admitido el ladrillo cantidades importantes de álcalis. Estas zonas ricas en álcalis se reco­nocen en el interior del ladrillo por su color claro, mientras que la corteza es de color oscuro por las espirales coloreadas de verde a pardo, formados por los óxidos de metales pesados, Fe, Mn, Zn, con AI2O3 del ladrillo.

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En la zona interior, clara y compacta, hay pocas espinelas, pero mucho corindón tabular. La formación de silicatos alumínicos alcalinos, caliofilita y nefelina, se observa raras veces en lugares con elevado contenido en álcalis. Si existe poca fase fundida, la formación de aquellos minerales puede dar lugar a fisuras de dilatación ya que ocupan un volumen mayor que la mullita y el corindón y no se puede compensar la dilatación con la fase líquida. En el caso que nos ocupa, puede decirse que las fisuras y grietas son de contracción de­bido a la gresificación del material.

Normalmente, los refractarios que se emplean para las estufas son alumi-nosos de los tipos desde 33 % hasta 42 % de Al^Og. Las características que se consideran como buenas serían más o menos las siguientes :

Densidad aparente 2,20 Resistencia a la compresión en frío 450 Kg/cm^ Resistencia al fuego bajo carga de 2 Kg/cm- ... 1450°C Contracción permanente (2 h. HIO^'C) 0/0,10

Las tendencias actuales son en el sentido de aumentar la temperatura del viento soplado al horno. Esto tiene como consecuencia el aumento de las temperaturas de la cámara de combustión en las estufas, y, por tanto, en todas las partes de la misma.

Las temperaturas en el viento se han elevado hasta unos 1100/1200° C, lle­gándose a temperaturas muy elevadas en el domo de la estufa, del orden hasta de 1500/1600° C.

A causa de estas temperaturas más elevadas, los refractarios, especialmente en el empilado de colmenas, se sobrecalientan y rápidamente se reblandecen o se funden. Para vencer este inconveniente ha sido necesario sustituir el re­fractario de las hiladas superiores de los empilados, por refractarios silico-aluminosos o por aluminosos altos en AI2O3, del tipo de mullita y corindón.

Las características de un ladrillo de corindón aglomerado con mullita, men­cionado en una publicación americana, son las siguientes:

/o A\,0, 89,1 SiO, 10,1 % Densidad aparente 2,94 Porosidad aparente 13/15 % Resistencia a la compresión en frío 1.000 Kg/cm" Resistecia bajo carga, a 1650° C, 24 h., con

1,75 Kg/cm% variación 0,0

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Las estufas correspondientes a un horno alto de la Empresa Nacional Si­derúrgica están revestidas de la siguiente manera:

Silicoaluminoso en la bóveda, anillos superiores en pared por encima de la altura de empilados, parte superior de la pared de la cámara de empilados, pared interior de la cámara de combustión, parte superior de la pared exterior de la cámara de combustión, fondo de ésta y las aberturas para mecheros, aire caliente soplado y agujero de hombre.

Refractario aluminoso de alta calidad para las piezas del empilado, parte inferior de la cámara de empilados, parte inferior de la pared externa de la cámara de combustión, fondo de la cámara de empilados y abertura para vál­vulas de chimenea, limpiezas y soplado frío.

Las características obtenidas en los ensayos en nuestros laboratorios, para el material silicoaluminoso, fueron las siguientes:

o/ /O

Contenido en SiO, 74,18 Contenido en AI2O3 22,80 Densidad aparente 1,94 Porosidad aparente 26,5 % Resistencia a la compresión en frío 250 Kg/cm-Resistencia al fuego bajo carga de 2 Kg/cm- ... 1490° C Dilatación térmica lineal reversible a lOOO '̂C... 0,75 % Dilatación térmica permanente (2 h. a MOO '̂C). 0,06 %

Las piezas de colmena para el empilado, presentaban las siguientes caracte­rísticas :

Contenido en A lA , 45,06 % Densidad aparente 2,16 Porosidad aparente 14,6 % Resistencia al fuego bajo carga de 2 Kg/cm- ... 1480° C Dilatación permanente lineal (2 h. a 1400° C)... 0,11 %

Los ladrillos aluminosos para las paredes, dieron las siguientes caracterís-cas medias, según ensayos de laboratorio :

Densidad aparente 2,19

Porosidad aparente 13,6 % Resistencia a la compresión en frío 590 Kg/cm^ Resistencia al fuego bajo carga de 2 Kg/cm- ... 1560° C Contracción permanente lineal (2 h. a 1400° C). 0,04 %

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Según informaciones alemanas, en unas estufas de horno alto que operaban hasta temperaturas de lóOO"" en el domo, tenía que revestirse la parte superior del empilado y de las paredes, así como la bóveda y la parte superior de la cámara de combustión, con ladrillos altamente refractarios. Por razones de coste, la decisión recayó sobre ladrillos de sílice. Como es natural, con estos ladrillos hay que tener en cuenta una transformación irreversible a cristoba­lita, con aumento de volumen, al empezar a calentar y en las paradas largas. Se eligieron ladrillos de sílice negros, con elevado contenido en hierro, que presentan la ventaja de mejores valores para la resistencia a los cambios brus­cos de temperatura, conductibilidad térmica y resistencia mecánica en frío. Además, un comportamiento más favorable respecto a la transformación del cuarzo en cristobalita y tridimita. En la parte inferior de las estufas se colo­caron escalonadamente ladrillos con 60, 50, 43 y 34 % de AI2O3. El mechero cerámico estaba construido con silimanita en la parte superior y mullita en la inferior.

No obstante estas mejoras en la calidad y tipos de material refractario, los inconvenientes de rebladecimiento y deformación de los ladrillos, siguen existiendo. Estos inconvenientes se pueden resumir de la siguiente manera:

1.—Fusión y deformación de la cámara de combustión, domo y piezas del empilado superior, causadas por el sobrecalentamiento.

2.—Destrucción de la cámara de combustión y del apilado, por el retorci­miento de la columna de colmenas.

3.—Inclinación de la cámara de combustión, por la dilatación diferente de las paredes que forman la cámara.

4.—Cortocircuitos entre la cámara de combustión y la del empilado. Estas comunicaciones hacen que la parte afectada del empilado sufra en la abertura temperaturas extremas alternativamente cuando los productos de combustión o el flujo de aire soplado pasan a su través durante el calentamiento o en­friamiento de la estufa.

Para paliar estos inconvenientes, se ha propuesto y ya están funcionando en muchas plantas, las estufas con cámara de combustión exterior. Esto quiere decir, que la estufa, en vez de formar un solo cuerpo, está constituida por dos, la cámara de combustión y la cámara de empilados, comunicadas a través de una bóveda común.

Como decíamos antes, al aumentar las temperaturas en la cámara de com­bustión, se corre el peligro de que por diferentes dilataciones, se rajen sus paredes o se agrieten, produciendo la comunicación mencionada. Este grave inconveniente se elimina disponiendo separadas ambas cámaras.

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La unión entre ambas cámaras, puede hacerse por medio de un codo cur­vado, pero parece ser que ha dado mejor resultado el domo común. En estas cámaras de combustión exterior, puede elegirse la sección de circulación más perfecta, o sea la circular. También se puede hacer una reparación en ella sin enfriar la cámara de empilados.

VII. Reparaciones en los hornos altos por proyección neumática de colables refractarios.

En el apartado III, al referirnos a las cubas de los hornos altos, indicába­mos que las zonas de mayor desgaste eran su tercio superior y el inferior.

En el caso de un desgaste prematuro de la cuba de un horno, o en el caso de que se desease prolongar la vida del mismo durante un período mayor de tiempo, sin parar totalmente el horno, es necesario proceder a una reparación parcial de la cuba por medio de la proyección neumática de colables refracta­rios, operación que normalmente se designa con el nombre de gunitado.

Esta operación consiste en lanzar, por medio de dispositivos neumáticos adecuados, un mortero refractario mezclándolo en la boquilla del aparato con la cantidad conveniente de agua, sobre la pared correspondiente, provista de anclajes o mallas metálicas adecuadas.

El mortero proyectable está constituido por una mezcla de un cemento aluminoso hidráulico y grano de refractario de la naturaleza conveniente. En el caso de reparación de cubas de hornos altos, debe emplearse un cemento que sea de por sí refractario, como son los llamados ''aglomerantes hidráulicos super-refractarios''. Están constituidos por un aluminato calcico complejo, de color blanco, casi puro y con muy bajo contenido en hierro.

A1,0, CaO SiO., Fe,0„

Cemento aluminoso electrofundido, normal. 35/50 35/50 5/15 7/10 Aglomerante hidráulico extrarrefractario ... 70/72 26/29 0,5/1 0,5/1

El bajo contenido en hierro del primero, lo hace más adecuado para las cu­bas por no catalizar la reacción de descomposición del óxido de carbono, o sea la deposición del C. Se fabrica partiendo de cal y alúmina calcinada, por sinte-rización en horno rotativo. Su composición mineralógica normal es de 65 % de AI2O3 • CaO y 25 % de 2AI2O3 • CaO, con un 10 % de alúmina libre. El primero funde a 1600° C y el segundo se descompone a 1765''C.

Durante el calentamiento inicial del mortero refractario colocado, se des-

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componen los hidratos formados al fraguar y disminuye la resistencia mecánica hasta unos 1100-1200''C en que ya tiene lugar la aglomeración cerámica. En el caso de que no sea muy importante alcanzar una refractariedad muy ele­vada, puede añadirse ligera proporción de fundentes para apresurar la aglome­ración cerámica.

El análisis químico de un colable refractario empleado en la reparación de la cuba de un horno alto en la Empresa Nacional Siderúrgica, S. A., fue el si­guiente :

Pérdida por calcinación 0,38 SiO, 41,24 A l A 51,46 F e A 1,32 CaO 5,48 MgO Indic.

Mientras que las fracciones granulométricas 5/3, 3/1, 1/0,4 y 0,4/0,15 mm. tenían contenidos en CaO entre 0,60 y 1,02 %, las fracciones 0,15/0,06, 0,06/0,02 y menor de 0,02 tenían contenidos en CaO de 8,08, 12,08 y 9,60, respectiva­mente. Un cálculo grosero realizado partiendo de los análisis químicos de las diversas fracciones granulométricas, de la proporción de las mismas y de su peso específico, nos da un contenido en cemento blanco del orden del 20 %. Las demás características de este mortero fueron las siguientes :

Punto de fusión 1670^ C Contracción lineal permanente (2 h. a 1400"̂ C) 0,36 % Resistencia al fuego bajo carga de 2 Kg/cm- 1480''C (1) Resistencia a la compresión en frío 120 Kg (1)

VIII. Reconocimiento del desgaste del material refractario del horno alto, empleando isótopos radiactivos.

Es muy interesante el reconocimiento del estado del desgaste del refractario del horno alto, de una manera no destructiva, con el fin de darse cuenta pronto de las anomalías en el funcionamiento y disponer las medidas oportunas para su eliminación. Para esto, los isótopos radioactivos suponen una buena oolución.

En este terreno no tenemos todavía experiencia personal, pero creemos que

(1) Ensayo realizado sobre probeta aglomerada con 12 % de agua, cocida previa­mente 2 horas a 1400° C.

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es interesante dar a conocer los trabajos realizados que, en muchas plantas, son ya de rutina.

En una publicación alemana se mencionan las experiencias sobre el estudio del desgaste del revestimiento de dos hornos altos, realizado en períodos de dos años y nueve meses. En posiciones predeterminadas del revestimiento del horno, se introdujeron sucesivamente en la dirección del radio del horno y a distancias fijadas, varias fuentes radioactivas puntiformes de cobalto 60. Al desaparecer una de estas fuentes de radiación, se observa una disminución correspondiente de la dosis radioactiva, o sea que el revestimiento, en ese lu­gar por lo menos, ha desaparecido, pero no ha alcanzado la posición siguiente. Los resultados obtenidos fueron concordantes en que por encima de las tobe­ras de viento se forman hondonadas acanaladas por el efecto desgastante del viento soplado, y que progresan de tal manera rápidamente, que el revestimien­to de más de 1 m. de espesor inmediatamente encima de las toberas se ha quemado, en el caso que se estudia, ya después de tres o cuatro meses, hasta dejar una delgada capa residual de 160 y 145 mm. Pero también las demás po­siciones de etalajes, excepto algunos lugares, ya estaban desgastados al mismo espesor después de nueve meses o a todo más un año, de manera que en esta parte del horno sólo existía una capa de aluminoso de unos 100 mm. de espesor.

Todavía en la parte inferior de la cuba se hace notar el efecto de desgaste del viento de las toberas, por la formación de las hondonadas acanaladas. El desgaste medio en esta parte del horno era por cierto menor que en los etala­jes; sin embargo, también aquí después de dos años el revestimiento se había desgastado quedando solamente una capa residual muy pequeña.

Una información americana indica las técnicas para el empleo de pastillas radioactivas de Co60, señalando dos métodos para determinar cuando el re­vestimiento se ha gastado y ha cedido el Co60 al hierro. O bien, la pastilla de Co60 se detecta con un contador Geiger portátil desde fuera de la coraza del horno mientras todavía está en su sitio, o se detecta con un contador de cen­telleo en la muestra de arrabio tomada durante la colada. El primer método solamente es practicable para pastillas que están a menos de 600 mm. de la chapa del horno; si están más profundas, debe comprobarse la radioactividad de cada colada de arrabio.

Basándose en la experiencia de los últimos años, se consideró mejor res­tringir el uso de Co60 para aquellas partes del revestimiento en las cuales ha ocurrido mucho desgaste en las campañas previas o donde se ensayan nuevos diseños. Por esto, no se consideran necesarias las pastillas en la zona de etala­jes y toberas de escoria, mientras que en la cuba, son muy útiles las pastillas

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de baja actividad en las regiones donde ha ocurrido previamente mucho des­gaste. En la zona de piquera se han mostrado valiosas para dar avisos de roturas.

Otra información americana da los detalles del empleo de Co60 para obser­var el desgaste de la sección superior de un horno alto, a una distancia de 1,5 m. por debajo de la campana grande abierta, en donde golpean los mate­riales cargados cuando caen en la cuba. Esa sección se había "gunitado". Se colocaron dos agujas de Co60 en unos orificios en el revestimiento, forzando su entrada y cubriéndolas después con material refractario. Con un contador Geiger colocado fuera de la cuba se controló la erosión del área gunitada. En el caso de que los isótopos desaparezcan de la pared del horno, se seguirá la radioactividad del arrabio a través del acero y de los trenes de laminación. Y en el caso de que algunas de las fuentes radioactivas se hayan conservado y se desmantele el horno para renovar el revestimiento, se recuperarán y se usa­rán en otro sitio, o se pondrán a disposición de la Comisión Americana de Ener­gía Atómica.

Un amplio estudio sobre los revestimientos de hornos altos menciona los ensayos hechos en Francia sobre el empleo del Co60 para indicar el desgaste de las cubas y etalajes. Señala las dificultades y errores de estas mediciones, ya que la difusión del cobalto y su evaporación, aunque esté encerrado en un re­cipiente cerámico, lleva consigo la impregnación de los ladrillos vecinos y la condensación del metal radioactivo en las partes más frías, haciendo creer que todavía está en su sitio, o sea que el revestimiento está más delgado de lo que es en realidad. Atribuye este fenómeno a la reacción del cobalto con uno de los elementos existentes en el gas del horno dando un compuesto volátil (quizá el cloruro de cobalto que se subhma a IHO^'C); pues el depósito está cerrado por un cemento más o menos poroso.

El Comisariado Francés de Energía Atómica permite 1 mC por cada 500 toneladas y no permite utilizar fuentes radioactivas cuya actividad sobrepase 3,5 mC, por razones de seguridad, especialmente en la parada del horno.

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