PROPIEDADES DE LOS PRODUCTOS

REFRACTARIOS

RHI CHILE S.A.

Para soportar las exigentes condiciones a las que normalmente están sometidos los productos refractarios, estos deben poseer ciertas propiedades, las que condicionan sus bondades y también sus limitaciones.

• Composición Química• Densidad• Permeabilidad• Porosidad• Expansión Térmica• Propiedades Mecánicas• Conductividad Térmica

Costo

$

Con el objeto de determinar el refractario que puede mejorar la vida útil del horno, es necesario

conocer que está causando la destrucción del revestimiento

actual. Si el factor, o los factores, no son determinados, puede que se use un material no apropiado y el

rendimiento del refractario disminuya.

• 1.- Escorificación

• 2.- Spalling

• 3.- Deformación Bajo Carga en Caliente

• 4.- Destrucción Mecánica

• 5.- Atmósfera del Horno

• 6.- Temperatura

Escorificación

La escorificación es una reacción química destructiva entre algún material en el horno y el refractario, formando un nuevo material de menor temperatura de fusión que el refractario y resultando en la formación de líquido a la temperatura de operación.

Spalling

Spalling es el agrietamiento del refractario lo que a menudo resulta en pérdida de trozos del material.Tipos de Spalling

1. Térmico. Causado por calentamiento y enfriamiento rápido

2. Estructural. Es precedido por algún tipo de cambio en la estructura del refractario, formando un material de diferente coeficiente de expansión

3. Mecánico. Ocurre cuando el refractario es sometido a fuerzas mecánicas superiores a las que puede soportar

Deformación Bajo Carga en caliente

Es la deformación plástica causada por una carga mayor a la resistencia del refractario a la temperatura de operación del horno

Factores que afectan la severidad

1.- Temperaturas altas incrementan la deformación

2.- Cargas pesadas

3.- Las condiciones reductoras tienen el mismo efecto que temperaturas altas

Como Mejorar la Vida del Refractario

1.- Disminuir la temperatura del revestimiento disminuyendo la del horno o usando menos aislación

2.- Cambiar el diseño para evitar tanta carga al refractario

3.- Cambiar la atmósfera del horno de reductora a oxidante

4.- Usar un refractario con mayor resistencia a la carga en caliente

Destrucción Mecánica

La destrucción mecánica es la abrasión o erosión de la superficie del refractario por el movimiento de sólidos, líquidos, o gases, o el colapso del revestimiento por vibraciones o sacudidas violentas.

Tipos de Destrucción Mecánica

1.- Abrasión o erosión

2.- Vibración o sacudidas

Abrasión: Desgaste de la superficie del refractario por la acción de sólidos en movimiento

Erosión: Desgaste de la superficie del refractario por la acción de líquidos en movimiento

Atmósfera del Horno

La atmósfera del horno contiene impurezas que pueden causar destrucción del refractario. Se mencionaran solamente los factores de servicio donde se tienen reacciones en estado sólido, no hay formación de líquido como en el caso de la escorificación.

Tipos de factores destructivos mayormente encontrados1.- Atmósfera reductora

2.- Atmósfera oxidante

3.- Hidratación

4.- Vapores alcalinos

5.- Cloro o ácido clorhídrico

6.- Flúor o ácido fluorhídrico

7.- Dióxido de azufre o trióxido de azufre

Atmósfera del Horno

Atmósfera ReductoraUna atmósfera reductora es aquella en donde no hay suficiente aire (oxígeno) para quemar todo el combustible

La atmósfera reductora aumenta la severidad de otros factores destructivos, deformación bajo carga, mayor vitrificación de ciertas estructuras, aumenta el spalling, los aislantes recogen a menor temperatura, etc. Se produce reducción del óxido de titanio y óxido férrico.

Efectos similares al aumento de temperatura en condiciones oxidantes.

Desintegración por Monóxido de Carbono

Se presenta como agrietamiento del refractario causada por el crecimiento de depósitos localizados de carbón derivados del monóxido de carbono

Atmósfera del Horno

Atmósfera OxidanteUna condición oxidante es la cual donde se tiene más aire (oxígeno) presente que el necesario para quemar completamente el combustible.

La mayoría de los refractarios tienen más larga vida en atmósfera oxidante. La excepción son los productos que contienen grafito o carbón.

Factores que Afectan la Severidad

1.- Un gran porcentaje de aire (oxigeno) incrementa la combustión de carbón

2.- Temperatura elevada

3.- Uso de mezclas de carburo de silicio no apropiadas para la aplicación, oxidación y expansión.

Atmósfera del Horno

HidrataciónHidratación es la reacción química entre el óxido de calcio libre o la magnesia y agua, dando como resultado incremento de volumen, agrietamiento y pérdida de resistencia mecánica. El agua puede estar en forma líquida, vapor o vapor recalentado.

Refractarios que contienen Dolomita deben ser impregnados con alquitrán para prevenir la hidratación del óxido de calcio libre. Se recomienda el uso de Dolomita solo en los casos e trabajo continuo.

El efecto del vapor de agua en la periclasa se manifiesta por la formación de brucita (Mg(OH)2), fenómeno que ocurre en un rango de temperatura bajo, entre 40º a 120 ºC, y especialmente entre los 80º y 100º C. La hidratación puede provocar la pérdida total de la resistencia mecánica.

Atmósfera del Horno

Vapores Alcalinos Los vapores alcalinos destruyen al refractario por reacción química, produciendo un aluminato alcalino o alúmino-silicato alcalino de baja densidad y mayor volumen n que el producto original de arcilla o alta alúmina.

Los álcalis que comúnmente causan esta destrucción son el potasio y el sodio. Pueden estar presentes como cloruros, sulfuros, sulfatos, carbonatos, etc.

Los álcalis no crean problemas bajo 815 °C, ya que la velocidad de reacción decrece rápidamente bajo esa temperatura. El vapor alcalino penetra en el refractario hasta alcanzar una temperatura en la que puede condensar, creando una zona de ataque destructivo.

A menudo se confunde la destrucción por álcalis con spalling estructural, debido principalmente a que no hay diferencia en la apariencia del refractario atacado.

Atmósfera del Horno

Cloro y Acido ClorhídricoAcido clorhídrico y cloro destruyen al refractario mediante una reacción química que ataca el sistema de liga

Factores que Afectan la Severidad

1.- A mayor porcentaje de gases mayor ataque

2.- Temperatura, fenómeno no muy bien entendido en esta caso.

Como Mejorar la Vida del Refractario

1.- Reducir la cantidad de gases destructivos

2.- Usar productos de baja porosidad, quemados alto y con muy bajo nivel de impurezas. No usar productos básicos.

Atmósfera del Horno

Flúor y Acido FluorhídricoFlúor y ácido fluorhídrico destruyen al refractario mediante una reacción química que ataca el sistema de liga

Las reacciones son similares a las del cloro y ácido clorhídrico, con la agravante que también atacan a la sílice.

Dióxido y Trióxido de AzufreEl dióxido y trióxido de azufre causan destrucción del refractario por ataque al óxido de calcio presente. Es el caso de los concretos

TemperaturaLa temperatura es tomada como una medida de cuan caliente está el refractario en el horno. La temperatura en si es un factor destructivo poco común, la importancia que tiene es el aumento en la severidad de los otros factores destructivos.

La temperatura, como único factor destructivo, actúa de dos formas:

1.- Cambio Lineal Permanente, excesiva contracción o excesiva expansión

2.- Fusión, cambio del estado sólido a líquido solamente por efecto de la temperatura. En muchas oportunidades se confunde con escorificación,

Debido a que los materiales refractarios no están formados por compuestos puros, se habla de rango de fusión. El material se reblandece en relación a la temperatura desde que aparecen las primeras fases líquidas.

PROPIEDADES DE DISEÑO

TECNOLOGIA TERMICA

• CONDUCTIVIDAD TERMICA• CALOR ESPECIFICO• DENSIDAD• CAPACIDAD TERMICA• DIFUSIVIDAD TERMICA

TECNOLOGIA TERMICA

CALOR ESPECIFICO

CALOR ESPECIFICO (cp)El calor específico indica la cantidad de energía (Joule)requerido para elevar la temperatura de un gramo de material en un grado Kelvin (K).

Agua: 4,19 kJ/kg.°K ( 1 cal/g.°C )

CALOR ESPECIFICOCALOR ESPECIFICO MEDIO (cpm), LADRILLOS REFRACTARIOS

20 °C a:200 °C 400 °C 600 °C 800 °C 1000 °C

CROMITA 0,79 0,83 0,86 0,88 0,89FOSTERITA 0,93 0,97 1,01 1,05 1,08CORINDON 0,93 1,01 1,07 1,1 1,13MAGNESIA 1,01 1,05 1,09 1,12 1,16ARCILLA 0,9 0,96 1 1,03 1,04CARBURO DE SILICIO 0,95 0,98 1,03 1,07 1,12SILICE 0,85 0,91 0,94 0,96 0,97CIRCONIO 0,56 0,61 0,65 0,68 0,7

CAPACIDAD TERMICALa capacidad térmica (Rc) puede ser calculada a partirdel Calor Específico (cp) y la densidad.

W= R.cpm.(Vi - Va).s

W= calor almacenado en kJ/m2R= densidad en kg/m3cpm= calor específico medio, entre temperatura interior y exterior en kJ/kg.Ks= espesor en mVi= temperatura interior del horno en °CVa= temperatura exterior del horno en °C

DIFUSIVIDAD TERMICA• Cuando se tiene flujo de calor intermitente,

Ej. Intercambiadores de calor, no solo la conductividad térmica es de interés, sino también la razón de la conductividad térmica a la capacidad térmica, lo que da cuenta con la velocidad con que la temperatura cambia o avanza en el refractario

• Difusividad Térmica, a=(m2/h)

Tipos de Requerimientos Tipos de Requerimientos vsvs

PropiedadesPropiedades

Hojas TécnicasEspecificaciones

Hojas TécnicasLadrillos Refractarios

• La información entregada en hojas técnicas corresponde a las propiedades más relevantes.

• Promedio de resultados practicados en ladrillos de 9 x 4 1/2 x 2 1/2 “

• 1 Equivalente= 1659,19 cc

LADRILLOS REFRACTARIOS Maxial 210 Maxial 210 Maxial 310 Maxial 310C Resistal M70PropiedadesCono Pirométrico Equivalente (Orton) 30 30 33 - 34 34 – 35 38

Densidad Global, kg/m3 2.070 – 2.170 2145 – 2195 2200 – 2300 2260 – 2320 2500 – 2560

Porosidad Aparente, % 15 – 20 22 – 26 14 – 19 13 – 16 19 – 23

Módulo de Ruptura, kg/cm2 70 – 112 84 – 105 77 – 113 106 – 141 98 – 126

Resistencia a la Compresión, kg/cm2 246 – 352 320 – 450 211 – 317 410 - 550 392 – 529

Cambio Lineal Permanente, %Después de Calentar a 1400 °C 0,0 a – 0,5 +0,5 a +1,0 -0,3 a +1,0 +1,1 a +2,0 +1,5 a +3,5

Análisis QuímicoSílice (SiO2) 55 54,3 50,5 46,8 24,5Alúmina (Al2O3) 38 39,6 43 47,8 69,8Oxido de Fierro (Fe2O3) 2,25 2,6 1,7 1,2 1,8Cal (CaO) 0,3 0,2 0,7 0,3 0,2

USOS Maxial 210 Maxial 210 Maxial 310 Maxial 310C Resistal M70CALDERAS A PETROLEO/GASCALDERAS A CARBONCILLOCHIMENEASCUBILOTESCUCHARAS DE FUNDICIONFOGONES A LEÑAFUNDICIÓN DE ALUMINIOFUNDICIÓN DE PLOMOHORNOS CERAMICOSHORNOS DE CRISOLHORNOS DE FORJAHORNOS DE RECOCIDOHORNOS DE TEMPLEINCINERADORES

Mortero Mortero Mortero MorteroDIDOMUR F41 DIDOMUR V38 DIDOMUR F52 RESIMUR B64

PropiedadesC.P.E. (Cono Orton) 32 – 33 32 - 33 31 - 32 38

Temperatura Equivalente, °C 1.717 – 1.740 1.717 – 1.740 1.683 - 1.717 1835

Agua requerida para consistencia de espátula, % 22 – 27 No Aplicable 17 - 22 17 - 22

Cantidad aproximada de material para1.000 equivalentes de 9”, kg. 160 – 205 160 - 180 150 - 180 160 - 205

Módulo de Ruptura, kg/cm2 Luego de : secar a 110°C 28 – 42 42 - 63 35 - 70 14 - 28

Tamaño de grano máximo, (mm) 0,8 0,8 0,8 0,8 Bajo malla Tyler 65, % > 50 > 50 > 50 > 50

Análisis QuímicoSílice (SiO2) 51,7 45,5 51,1 30,4Alúmina (Al2O3) 39,8 35,5 40,7 64,7

Usos Ladrillos de ArcillaLadrillos Alta Alúmina

DIDURIT COMPRIT COMPRITF50 F57 A95

PropiedadesTemperatura Máxima de Servicio, °C 1.482 1.540 1.816

Método de Instalación Vaciado Vaciado

Cantidad de Agua Requerida Apróx., lt/100 kgs. 7,1 – 7,6 10 – 12 8.4 – 12.5

Cantidad de Material Seco Requerido Para Vaciar , kg/m3 2.178 2.146 2.483

Densidad Global, kg/m3Luego de Secar a 110 °C 2.243 2.150 2.691

Módulo de Ruptura, kg/cm2Luego de Secar 110 °C 95 90 107Luego de Calentar a 816 °C 84 90 103

Resistencia a la Compresión, kg/cm2Luego de Secar 110 °C 773 634 770Luego de Calentar a 816 °C 401 535 622

Cambio Lineal Permanente, %Luego de Secar 110 °C Insignificante Insignificante InsignificanteLuego de Calentar a 816 °C -0,3 0Luego de Calentar a 1480°C 1,0 a 2,5Luego de Calentar a 1727 °C -0,4

Análisis QuímicoSílice (SiO2) 49,4 35,3 0,2Alúmina (Al2O3) 44,6 55,5 93,8Oxido de Fierro (Fe2O3) 0.7 1,1 0.1Cal (CaO) 2,4 5,6 5,7

Vibrado, Vaciado, Bombeado

DIPLAST DIPLAST DIPLAST DIPLASTF44 F44 B68 B83

PropiedadesMáxima Temperatura de Servicio,°C 1.620 1.650 1.720 1705

Densidad Global, kg/m3 a 110°C 2.180 2.210 2.560 2.659

Cantidad de material requerido, kg/m3 2.300 2.355 2.680 2.883

Módulo de Ruptura, kg/cm2Luego de: Secar a 110°C 5 – 7 5 – 7 9 – 18 89 Calentar a 1.400°C 35 – 56 35 – 56 48 – 75 105

Cambio Lineal Permanente, %luego de: Secar a 110°C -0,5 a –0,9 -0,5 a –0,9 -0,5 a –1,2 -0,6 Calentar a 1.400°C +2,0 a +2,5 +2,5 a +2,8 -0,4 a +1,4 -0,6

Análisis QuímicoSílice (SiO2) 52 53,1 25,8 11,2Alúmina (Al2O3) 40,2 41,3 69,9 80,9Oxido de Fierro (Fe2O3) 2,2 2,2 1,4 1,2Cal (CaO) 0,3 0,2 0,2 0,3

Ejemplos de Aplicación

Productos Refractarios

Pared Posterior

•Concreto Comprit F45

•K-23

Piso

•Maxial 310

•Mortero Didomur F52

•K-23

Quemador

•Comprit F57Pared Lateral

•Didurit F50

•K-23

Reparaciones

•Plástico Diplast B80P

Plástico Diplast B80P

Maxial 210M

Didurit F50

Plástico Diplast B80P

•Salida de Gases - Maxial 210M

•Cuba - Maxial 310

•Zona Fusión – Resistal M70

•Crisol – Resistal M70

•Revestimiento de trabajo – Plástico Diplast B80P

•Zona de Seguridad – Didurit F50