BOL.SOC.ESP.CERAM.VIDR. 28 (1989) 5, 385-393

Refractarios de magnesia-carbono para cucharas

J. I. LASQUIBAR, C. RIBERA Aristegui Material Refractario, S. A. - Hernani (Guipúzcoa)

RESUMEN.—Refractarios de magnesia-carbono para cucharas.

Se repasa en este artículo la situación de los revestimien­tos de cuchara de acero originada por la extensión de la metalurgia secundaria. Se examina el mecanismo de des­gaste de los refractarios que contiene carbono y las di­versas líneas de mejora que pueden abordarse tras el estudio del proceso de ataque. Así se llega a la justifíca-ción de la utilización de refractarios de alto contenido de carbono, conteniendo grafitos y con aglomeración por re­sinas. Se estudia cada uno de los componentes básicos: magnesitas, grafítos y resinas, así como la problemática particular de estos refractarios, principalmente el pro­blema de la oxidación interna. De estos estudios pueden deducirse las mejoras a introducir dentro del diseño del material refractario, de la selección de sus componentes y sus cuantías respectivas con vistas a poder hacer frente específicamente a cada uno de los problemas refractarios que van a encontrarse en la utilización.

Es asimismo importante la selección de los formatos adecuados para cada forma de montaje y manera de tra­tamiento y utilización de la cuchara. Se indican también unos datos prácticos reales de consumos y costes que esen­cialmente demuestran que este tipo de refractarios pue­den dar en las cucharas, y lo están dando, resultados económicos convenientes.

ABSTRACT, les.

-Magnesite-carbone refractories for lad-

The general aspects of the magnesia-carbon refractories used in steel pouring are reviewed. The refractories lin­ings on difi erent areas of the steelmaking ladles are show­ed by discussing the different materials which can be used.

Wearing mechanisms are also discussed as well as the different liners. The distribution of costing analysis of refractories in steelmaking is finally reviewed.

1. INTRODUCCIÓN

Originalmente las cucharas fueron recipientes utilizados solamente para el traslado del acero desde la unidad de fu­sión a la unidad de colado.

Actualmente el papel del horno eléctrico se ha reducido, en la mayoría de los casos, a una unidad de fusión, efec­tuándose el resto de operaciones de desulfuración, desoxi­dación, afino, etc., en la cuchara.

La exigencia de utilización de mejores refractarios en las cucharas ha sido impuesto así por los siguientes procesos.

— Aparición del sistema de colado en continuo, con el consiguiente aumento de las temperaturas de colada y asimismo del tiempo de mantenimiento en cuchara.

— El uso de más complejas operaciones de metalurgia se­cundaria con fases de carburación, desoxidación, des­gasificado, adición de aleaciones, todo ello ayudado con la inyección de gas con objeto de asegurar la ho-mogeneización del análisis.

Recibido el 1-4-89 y aceptado el 15-7-89.

SEPTIEMBRE-OCTUBRE, 1989

En las primeras etapas los revestimientos utilizados esta­ban basados en las diversas variedades de refractarios base alúmina, pero estas calidades se han mostrado insuficientes cara a las altas temperaturas de trabajo y a la agresividad de las escorias.

Los ensayos tendieron entonces a la utilización de reves­timientos básicos, a pesar del inconveniente presentado por éstos por su más alta conductividad térmica y problemas de «spalling» cuando se exponen a cambios rápidos de tempe­ratura.

El inicial éxito en la aplicación de estas calidades en las cucharas ASEA-SKF se ha desarrollado en otros procesos de metalurgia secundaria mejorando las calidades del acero en los aspectos de menores contenidos en gases, mayores facilidades de desulfuración y mejores resultados en cuanto a tamaño y tipo de inclusiones.

También ha ayudado a este desarrollo la aparición del nue­vo cierre de cuchara por placa corredera, lo que ha hecho disminuir los tiempos «tap to tap» y el enfriamiento de la cuchara entre coladas. Esto ha traído consigo la justifica­ción del uso de refractarios de mayor calidad y mejor re­lación de costo final, como son los productos de la línea magnesia-carbono.

385

J. I. LASQUIBAR, C. RIBERA

1.1. Estudio de revestimiento por zonas

1.1.1. REVESTIMIENTO DE SEGURIDAD

Se utilizan varias capas de silicoaluminoso de bajo y me­dio contenido de alúmina, que actúan como aislante al mis­mo tiempo, en espesores de 30 y 65 mm entre la chapa y el revestimiento de trabajo.

Estos espesores se ven reforzados en calidades más altas en alúmina en la zona del fondo.

A la altura de la línea de escorias, en las cucharas de tra­tamiento fuerte, se refuerza con materiales básicos, tales co­mo la magnesia cocida, magnesia-cromo de liga directa o incluso magnesias-carbonos de 10% carbono residual, para prevenir posibles filtraciones de acero.

1.1.2. REVESTIMIENTOS DE TRABAJO

Hay diversas variedades de configuración de revestimien­tos de trabajo, como siempre en función de los tipos de ace­ros fabricados y el tratamiento a que se ven sometidos. Desglosando por las diversas zonas.

1.1.2.1. Zonas de escorias

clones de trabajo lo permiten se utilizan revestimientos completos de dolomía.

No podemos dejar de reseñar los ensayos prometedores efectuados con cucharas enteramente magnesíticas. Cuando las condiciones específicas de trabajo lo permiten, se han ensayado con aparente éxito, cucharas combinadas de magnesia-carbono de 10% en zonas de escorias y menor ni­vel de carbono en paredes laterales y fondo, entre 5 y 6% de residual, con objeto de minimizar las pérdidas calorífi­cas y caídas de temperatura.

Los primeros resultados, a pesar de su más alto costo de partida, apuntan a resultados económicos interesantes, que animan a seguir profundizando en esta dirección.

REFRACTARIOS DE MAGNESIA-CARBONO PARA CUCHARAS

2.1. Generalidades

Primeramente una explicación general de lo que son los refractarios de magnesia-carbono.

Los actuales materiales de magnesia-carbono son realmente una evolución de los materiales con breas o alquitranes, que se han utilizado durante mucho tiempo.

Lo más común es la utilización de magnesia-carbono con contenidos en carbono residual de 9 a 16%. Esta calidad pue­de reforzarse en algunas zonas bien definidas, como la ver­tical de borboteo de argón con adiciones de materia prima electrofiíndida y antioxidantes; esta combinación se presen­ta como eficaz en áreas de muy ñierte desgaste.

En calidades de aceros, donde la presencia de breas y gra­fitos puede perturbar los bajos contenido de carbono exigi­dos en sus especificaciones, se utilizan con bueno resultados calidades exentas de carbono, como la magnesia-cromo de alta cocción y liga directa.

En ciertos casos, como escorias de basicidad variable en el tiempo, aceros de bajos carbonos, vacío prolongado, etc., se están utilizando materiales de magnesia-cromo de liga di­recta de alta calidad con materias primas especialmente se­leccionadas.

1.1.2.2. Paredes laterales

Se utilizan calidades de dolomía temperizada o alta alú­mina, según los parámetros económicos o el carácter conti­nuo o discontinuo del proceso de producción.

Las zonas de máximo desgaste de esta área, como el im­pacto del chorro de colada, se refuerzan con magnesia-carbono reimpregnada resistente a la abrasión.

1.1.2.3. Fondo

Generalmente se utilizan alta alúmina, dolomía temperiza­da y en zonas de máximo desgaste magnesia-carbono reim­pregnada o magnésia-cromo de alta calidad.

Lo citado arriba puede considerarse como el tipo de re­vestimiento más común, sin olvidar que cuando las condi-

2.1.1. MECANISMO DE DESGASTE

Conviene primeramente repasar los mecanismos de des­gaste de un ladrillo de magnesita que contiene carbono, pues

Fig. 1.—Esquema del mecanismo de desgaste de un ladrillo de magnesita-carbono: la escoria (cal+sílice+óxido de hierro) entra en contacto con el ladrillo, penetrando por capilaridad entre las juntas depericlasa, se co­

mienza a oxidar el carbono.

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Refractarios de magnesia-carbono para cucharas

Fig. 2.—Esquema del mecanismo de desgaste de un ladrillo de magnesita-carbono: la escoria penetra y se forman silicatos (montcellita y brownmi-

llerita).

Fig. 3.—Esquema del mecanismo de desgaste de un ladrillo de magnesita-carbono: los granos de periclasa pierden coherencia y cualquier abrasión

o choque térmico produce desprendimientos.

la aportación de carbono es, en definitiva, el objetivo de la utilización de breas o alquitranes.

Siguiendo los esquemas de las figuras 1, 2 y 3, el proceso es el siguiente:

— La escoria, principalmente compuesta de cal, sílice y óxido de hierro, entra en contacto con le ladrillo.

— Por capilaridad y reacción química va penetrando en­tre las juntas de granos de periclasa, formándose sili­catos que fiínden y se incorporan a la estructura del ladrillo.

— Esta penetración queda dificultada mientras exista car­bono: éste no funde, no es mojado por la escoria y ade­más cierra los poros.

— Pero, sin embargo, el óxido de hierro principalmente y la sflice secundariamente van oxidando el carbono según las reacciones C+FeO, Fe + C02, C + SÍO2 y SiO + CO.

El hierro formado vuelve al baño y el CO y SiO van con los gases, pero el carbono se va consumiendo.

— Cuando el carbono se ha consumido queda el camino libre: la escoria penetra y se forman los silicatos prin­cipalmente:

CaO+MgO + Si02

CaO+ALO.+FeO

CMS (monücellita) que funde a 1.480°C C4AF (brownmillerita) que funde a 1.300°C

— Los silicatos funden y se incorporan a la escoria: el grano de periclasa queda sin unión al resto del ladrillo y cualquier abrasión o choque térmico hace que des­prenda y se vaya con la escoria.

— Queda al descubierto una nueva capa de material re­fractario inalterado y el proceso recomienza.

Este en el mecanismo general de destrucción del ladrillo y lógicamente el proceso se agudizará si:

— El material presenta poros numerosos, grandes o co­municados.

— Tiene poco carbono, o éste se quema fácilmente.

— La magnesita contiene ya muchos silicatos de bajo pun­to de fusión.

— La propia magnesita es poco compacta y tiene muchos poros.

— El grano de periclasa es muy pequeño y por tanto hay muchas juntas.

Esto indica que, evitando estas circunstancias, se mejora­rá el comportamiento del ladrillo. Se puede, pues, estable­cer unas líneas de mejora dentro de las que se pueden actuar. El desgaste no se puede evitar, pero sí se puede reducir su velocidad.

Dejando de lado de momento las mejoras claras que se pueden obtener mejorando la magnesita base y la fabrica­ción del ladrillo, las que se pueden obtener por el lado del carbono se examinan a continuación.

SEPTIEMBRE-OCTUBRE, 1989 387

J. I. LASQUIBAR, C. RIBERA

Es claro que si hay más carbono en el ladrillo quedará más protegido ante el ataque del óxido de hierro. Sin embargo, ya que esto no puede conseguirse con la simple adición de más brea, hubo que añadir carbono en otra forma y así se hizo. Se añadió cok en polvo, antracita calcinada, negro de humo, etc. Pero todos estos productos, incluso la brea, te­nían un inconveniente, se queman fácilmente y la protección es efímera. Además, cuando quemado, la estructura del la­drillo más porosa y el ataque de escoria subsiguiente feroz y, finalmente, los resultados del ladrillo malos.

Esto llevó a la utilización de un carbono con mayor re­sistencia a la oxidación, con una mayor estabihdad, o sea, cristalizado. Descartado el diamante por razones evidentes, quedaba el grafito y eso es lo que se realizó, dando lugar a los materiales magnesia-carbono actuales.

Esta utilización fue un éxito y se consiguieron buenos re­sultados con el sistema de aglomeración convencional a ba­se de alquitranes, mientras el grafito utilizado era en baja proporción o era material amorfo o de baja pureza. Pero al intentar aumentar las proporciones y la pureza utilizando gra­fito en escamas se vio la necesidad de recurrir a otro siste­ma de aglomeración, a base de resinas.

Vamos a examinar con algún detalle ambos productos que son los que caracterizan los materiales modernos de mag­nesia-carbono: los grafitos y las resinas.

2.2. Grafitos

El grafito es carbono cristalizado en estructura hexago­nal, según muestra esquemáticamente la figura 4.

Hay grafitos artificiales pero su estructura es porosa y no sirven por tanto para el objetivo perseguido. Hay que recu­rrir a utilizar grafitos naturales.

Otra propiedad de gran importancia que confieren los gra­fitos a los ladrillos de magnesia-carbono es el aumento de conductividad térmica. Esta es un propiedad en general de­seable.

En la figura 5 se muestra la forma de distribución de tem­peraturas en los casos de baja y alta conductividad térmica.

El gráfico de temperaturas en el ladrillo indica que la pro­fundidad de «congelación» de los productos fundidos y por tanto su penetración, será inferior al caso de mayor conduc-

mm

Fig. 5.—Forma de distribución de temperaturas en los casos de baja y alta conductividad térmica.

tividad. Además esto tiene gran importancia para la tempe­ratura media del ladrillo como se verá más adelante. La conductividad térmica es función del contenido de grafito (fig. 6).

Asimismo, esta conductividad térmica no es uniforme. En el prensado las escamas de grafito se orientan perpendicu-

30

20

< 9 > (— o =3 10

200 ^00 600 800 1000

TEMPERATURA {"C)

1200 uoo

Fig. 6.—Conductividad térmica según el contenido de grafi 'to.

Fig. 4.—Estructura hexagonal del grafito.

larmente a la dirección de prensado, lo cual hace que la con­ductividad varíe en una dirección u otra (fig. 7).

Esta propiedad es útil para el diseño del ladrillo según la aplicación, pues no siempre es deseable una muy alta con­ductividad térmica, caso por ejemplo de las cucharas de acero y hay que tenerlo en cuenta al decidir el sentido de prensado del ladrillo.

Las impurezas, cenizas presentes en el grafito, tienen una gran importancia. Aunque lógicamente varían según el ya­cimiento de procedencia, están constituidas mayoritariamente por cuarzo y, además, pueden estar presentes micas, feldes­patos, piritas, óxido de hierro e incluso hierro metálico.

Estas cenizas entran en juego no solamente al oxidarse el grafito, lo cual en medio de todo no tendría gran importan­cia puesto que ya esa parte del ladrillo estaría prácticamente destruida, sino que influyen de gran manera en su oxidación. Solamente indicar ahora que aunque es claro que una mayor

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Refractarios de magnesia-carbono para cucharas

CONDUCTIVIDAD DEL MISMO LADRILLO SEGÚN DIRECCIÓN DE PRENSADO

CONDUCTIVIDAD (w/m/"K)

DIRECCIÓN DE PRENSADO

DIRECCIÓN PERPENDICULAR

a 150°

— 10./»

i — 17.A

a 1000°

6.9

U

Î Fig. 1 .—Conductividad del ladrillo de magnesita-carbono

según la dirección del prensado.

pureza sería siempre deseable, entran enjuego, las conside­raciones económicas teniéndose que llegar al compromiso adecuado, como es habitual en toda técnica. El precio del grafito sube enormemente y mucho más que proporcional-mente al superar los niveles del 97% de carbono, por lo que actualmente éste es el límite práctico para aplicaciones re-ñ'actarias normales.

Las impurezas no inñuyen solamente en la resistencia a la oxidación sino, y principalmente, en la resistencia en caliente. La tabla I muestra un ejemplo de la diferencia de resistencias variando solamente el contenido de cenizas del ladrillo.

2.3. Resinas

Se va a examinar otro componente característico de estos materiales: las resinas aglomerantes.

La razón principal del uso de resinas fue que era el único aglomerante que se encontró que permitiría humectar una

TABLA I

INFLUENCIA DEL CONTENIDO DE CENIZAS DEL GRAFITO EN LA RESISTENCIA EN CALIENTE

Contenido en cenizas 12 % 7 %

Resistencia a compresión a 1.540°C (kg/cm2) 170 280

OH OH

As^ OH

OH,

Y Y Y OH. OH. CH,

CHo CK

OH OH OH

Fig. S.—Estructura polimérica de la resina al endurecerse.

masa refractaria con alto contenido de grafito para darle la consistencia necesaria para prensarlo. Más estrictamente el único aglomerante técnicamente aceptable con una disponi­bilidad y precio razonables.

Esta fiíe la razón original aunque luego se han ido descu­briendo otras ventajas como su buen poder aglomerante y lubricante en prensado y su relativamente alto rendimiento en carbono tras la pirólisis que sufrirá en la utilización. Este carbono es tan resistente a la oxidación como el grafito, pe­ro está bien distribuido y llena los poros, contribuyendo a una mayor resistencia.

Las resinas utilizadas admiten una gran variedad aunque las más empleadas son las resinas fenólicas.

Entre éstas se pueden distinguir dos grandes tipos:

— Resoles: en los que la resina üene un exceso de for­mol y un pH básico.

— Novolacas: en los que hay un exceso de fenol y el pH es ácido.

Ambos tipos se pueden utilizar y su selección depende de condiciones locales. Únicamente hay que tener en cuenta el mecanismo de endurecimiento. Las resinas endurecen por­que se forma un polímero de la estructura, indicada esque­máticamente en la figura 8, imaginando esta estructura en las tres dimensiones.

Este producto es un sólido de gran resistencia y que con­tiene al árido refractario formándose una masa compacta y resistente que conserva la estructura y composición del la­drillo.

La aglomeración con resinas tiene además de lo indicado dos ventajas importantes. Una es para el fabricante y otra para el utilizador.

La ventaja para el fabricante es la eliminación del uso de alquitranes fundidos, al menos en el proceso de aglomera­ción. Estos alquitranes fundidos son sucios y complicados de manejar, producen humos y polución muy difícil de so­lucionar y además están clasificados como cancerígenos, lo

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J. I. LASQUIBAR, C. RIBERA

200 300 AOO

TEMPERATURAS

Fig, 9.—Comparación de resistencias obtenidas según la temperatura del ensayo.

TEMPERATURAS

Fig. \Çi.—Comparación de las resistencias obtenidas cuando se usa la aglomeración mixta: impregnando productos aglomerados con resina.

que hace pensar que lleguen a ser prohibidos para su mane­jo humano. Las resinas tampoco son fáciles de manejar ni son inocuas, pero su grado de toxicidad es menor.

Para el utilizador hay una ventaja sustancial. La brea es un aglomerante termoplástico, que al volver a calentarse vuel­ve a ablandarse, mientras que la resina una vez endurecida es termoestable, es decir, que no vuelve a ablandarse. In­cluso la temperización de los aglomerados con brea no hace más que elevar la temperatura del ablandamiento, pero no soluciona el problema. En la figura 9 puede observarse una comparación de las resistencias obtenidas según la tempera­tura del ensayo.

Se ve que el aglomerado con resina no pasa por el perío­do crítico de pérdida de resistencia. Sin embargo, si se ha pasado este período sin daños la resistencia obtenida es ma­yor posteriormente con la brea. Esto ha llevado a la aglo­meración mixta, impregnando productos aglomerados con resina. En este caso se obtienen todas las ventajas ya que la resistencia obtenida es en todas las temperaturas superior a lo de cualquiera de los otros dos sistemas, como se mues­tra en la figura 10. El único inconveniente de este sistema es su coste, por lo que hay que ver en qué casos vale la pena.

2.4. Magnesita base

Se ha hablado de grafitos y resinas, pero no hay que olvi­dar que la magnesita utilizada tiene una importancia primor­dial. Por supuesto que una buena magnesita para otros usos es también adecuada para magnesia-carbono.

En general una buena magnesita es aquella cuyo nivel de impurezas es bajo, su relación entre ellas es adecuada y su densidad es elevada, o sea, la porosidad del grano es redu­cida. Para magnesia-carbono son convenientes además ciertas condiciones:

— Contenido en SÍO2 bajo, preferible menor del 0,5%. — Contenido en Fe203 bajo, preferible menor del 0,8%. — Contenido en B2O3 bajo, preferible menor del 0,06%.

2.5. Utilización y problemática

La virtud principal de estos materiales, que es la razón de su éxito, es la de solventar el principal problema de los refractarios básicos tradicionales: su baja resistencia al cho­que térmico. Se consigue así un material resistente a esco­rias básicas, los más usuales, resistente al óxido de hierro, a los metales fundidos y a los álcalis, con una alta resisten­cia en caliente y además resistente al choque térmico. Este buen conjunto de propiedades hace que la utilización de es­tos refractarios sea cada vez más extendido.

El problema de estos materiales es su comportamiento ante la oxidación, problema por otra parte lógico. El carbono es un refractario magnífico, siempre que no se queme.

Esta oxidación es producida tanto por la atmósfera del hor­no de utilización, normalmente oxidante, como por la reac­ción química de los óxidos de las escorias con el carbono del ladrillo en sus intentos de penetración en la superficie. Asimismo, se produce oxidación en la cara fría del ladrillo. La pérdida de carbono por oxidación es grave puesto que desmantela toda la estructura del ladrillo y prácticamente cuando el carbono se ha perdido, el ladrillo queda destruido.

Por ello, se ha ideado una serie de sistemas para proteger de la oxidación, primeramente se idearon sistemas puramente físicos: blindaje del ladrillo con chapa por cinco caras, pin­turas refractarias impermeabilizantes, reducción de porosi­dad e impregnación del ladrillo con brea y otros productos donadores de carbono.

Todos estos métodos son efectivos y todos tienen algún inconveniente tanto práctico como de coste. Sin embargo, no se mostraron efectivos en su totalidad.

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Refractarios de magnesia-carbono para cucharas

La razón es que además de esta oxidación por agentes ex­ternos se produce otra oxidación que se podría llamar inter­na. Hay que tener en cuenta que un ladrillo de magnesia-carbono es una mezcla de óxidos con un reductor y esta mez­cla, en determinadas condiciones, se produce la reducción de dichos óxidos.

El mecanismo de esta oxidación no está definitivamente aclarado todavía y hará falta más investigación para expli­carlo totalmente.

La reacción clave parece ser:

Si02 + C^SiO + CO

Esta sílice proviene tanto de la magnesita como de las ce­nizas del grafito, mayoritariamente cuarzo, según se ha vis­to. Esta reacción puede ocurrir a temperaturas tan bajas, relativamente hablando, como 1.200°C, lo que indica la im­portancia de mantener una temperatura media no muy alta en el ladrillo.

El mecanismo parece ser el siguiente:

L La sflice reacciona con el MgO formando forsterita.

2. La forsterita es reducida por el carbono formándose SiO y MgO activo, no cristalizado.

3. Tanto el SiO como el MgO activo son reducidos por el monóxido de carbono, formándose carburo de sili­cio y magnesio metal.

4. El magnesio se volatiliza y se vuelve a oxidar con el FeO de la escoria, formándose un depósito de MgO en un lugar distinto del cristal de periclasa original. Este óxido de magnesio, finamente dividido, es reac­tivo y formará fácilmente compuestos con la escoria.

5.. El carburo de silicio, fuertemente reductor, reaccio­na también con el FeO de la escoria, formando hierro metálico que vuelve al baño y SÍO2 finalmente di­vidido.

6. Este SÍO2 activo vuelve a atacar las superficies del grano de periclasa, formándose nuevamente forsteri­ta y volviendo a recomenzar el proceso.

Así se va consumiendo el grano de periclasa junto con el carbono presente, destruyéndose el ladrillo. Los demás óxi­dos presentes también intervienen, principalmente el B2O3 que parece que cumple la misma función activadora de la superficie del cristal de periclasa que realiza la sflice en el ejemplo anterior.

Es muy importante tener en cuenta que esto se produce también en la parte del ladrillo que no está en contacto con la escoria, aunque la disponibilidad del FeO (o Fe203 de las cenizas de grafito) sean menores, siempre que su tempera­tura sea suficiente.

Se comprenden las exigencias de pureza tanto de magne­sitas como de grafitos según se ha indicado anteriormente. Hay que indicar aquí que ésta no es la única teoría de oxida­ción interna y quizá esta explicación deba variar en el futuro.

Un intento de solucionar este problema lo constituyen las adiciones de metales ávidos de oxígeno. Los candidatos prin­cipales, por razones de disponibilidad y de compatibilidad, son el silicio, el aluminio y el magnesio.

Los resultados de esta técnica son puramente experimen­

tales y no se puede dar todavía una explicación muy clara de su actuación.

El objetivo fue inhibir la oxidación del carbono, de forma que el metal se oxidase antes que éste y retardar las reaccio­nes anteriores. Sin embargo, se han observado otros efectos y problemas.

Un primer efecto, y beneficioso, es que se observa un mar­cado incremento en la resistencia en caliente. La explica­ción parece ser la formación de carburos metálicos que unen los granos y forman una unión de alta resistencia.

Estos carburos tienen, sin embargo, sus problemas. El carburo de aluminio es hidratable y el ladrillo resulta

peligroso ante la hidratación. El carburo de magnesio es inestable y tras pasar por un

carburo intermedio, Mg2C3, se descompone en magnesio metal y carbono.

Se ha observado que el silicio disminuye la hidratación del carburo de aluminio, por un mecanismo no aclarado, aun­que observable experimentalmente según se indica en la ta­bla IL

TABLA II

EFECTO DE SILICIO EN LA RESISTENCIA A LA HIDRATACIÓN

Contenido aluminio % 3 3 3 3

Contenido de silicio % 0 1 2 3

Aumento de peso por hidratación 0,65 0,39 0,33 0,28

La adición de silicio, sin embargo, presenta otro proble­ma, que es la reducción de la resistencia en caliente, con respecto al material solamente con aluminio.

En la tabla HL se observa que si bien en el ensayo a 1.1(X)°C el producto con los dos metales da la máxima resistencia, esto no es cierto si se realiza el ensayo a 1.500°C, tempera­tura más próxima por otra parte a las condiciones de trabajo usuales.

El efecto del magnesio no está bien estudiado, entre otros motivos por la peligrosidad que supone el manejo de polvo de magnesio. Sin embargo, se puede decir que se obtienen resultados contradictorios y la explicación a éstos parece estar relacionada con los diferentes niveles de pureza empleados en la magnesia y grafitos.

En conclusión este tipo de ladrillos con adiciones metáli­cas ofrece un interesante futuro aunque será necesaria una labor de investigación científica para aclarar los mecanismo de las reacciones producidas y poder prever los comporta­mientos de los materiales en las distintas condiciones de trabajo.

TABLA III

RESISTENCIAS OBTENIDAS SEGÚN EL CONTENIDO DE METALES EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA

Contenido de metales % 0 3A1 3A1-3SÍ

Módulo ruptura a 1.100°C kg/cm2 89 160 194

Módulo ruptura a 1.540°C kg/cm2 125 275 185

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La experiencia en las cucharas es generalmente positiva, aunque al influir principalmente otros factores como las con­diciones de trabajo y de montaje puede no apreciarse clara­mente su influencia.

3. TIPOS DE FORMATOS Y MONTAJES DE REFRACTARIOS DE MgO-C

El objetivo principal a conseguir es un montaje en el que se minimice el desgaste entre juntas de ladrillos eliminando así las vías de ataque a través de la erosión y conseguir un perfil de desgaste homogéneo en toda la cuchara.

Existen tres grandes grupos de formatos más utilizados co­múnmente (fig. 11):

SERIE 3P,4Petc.

SERIE SU 5-45 6-45 7-45 etc,

SERIE 15 18 22 etc.

Fig. 11.—Formatos de refractarios de magnesita-carbono.

3.1. Serie de Cuñas Convencional 3P, 4P, 5P, etc.

Da una altura de hilada de 250 mm, presenta en muchos casos, debido a esta altura de hilada, un acusado desgaste entre hiladas del típo expresado en la figura 12. Tampoco es muy deseable el tipo de junta vertical alta que presenta este tipo de construcción.

3.2. Serie Semiuniversal «SU»

Se basa en piezas, como la indicada en la figura 11, que presentan un engarce redondeado y una altura de hilada pe­queña que puede ser de 100 ó 125 mm. Pueden utilizarse

en construcción espiral inclinada o en hiladas horizontales. En el tipo de construcción de hilada inclinada en espiral, debe de iniciarse en la construcción en la base del fondo de pequeñas rampas que dan el ángulo de inclinación deseado (fig. 13). Esta complicación inicial se compensa en uso, por la comodidad de la construcción, ya que con un solo forma­to se cierra perfectamente la hilada, y no hay que realizar cortes o utilizar piezas de cierre.

30 4-50mm

250nnm

•

. 1 Pared or i j

. 1 Pared or i j 100mm

r — A

-— A

r 1

REVESTIMIENTO EN HILADAS ALTAS DE

• 250mm

REVESTIMIENTO EN HILADAS BAJAS DE

lOOmm

Fig. 12.—Esquema de desgaste en función de la altura de hilada.

También son factores positivos el tipo de junta vertical pe­queña (100 ó 125 mm) y el engarce entre pieza y pieza re­dondeada que evita la vía directa de ataque o filtración de acceso hacia el revestimiento de seguridad.

Presenta la dificultad de las reparaciones parciales, por lo que se utiliza en campos de un solo revestimiento a «muer­te». Está muy extendido en las acerías europeas.

También puede utilizarse este tipo de formato en construc­ción de hilada horizontal, pero ante las ventajas citadas pre­senta otros problemas como la dificultad de la reparación parcial y el uso de varios tamaños complementarios para el perfecto cierre de la hilada con la consiguiente complicación de variedad de formatos, stocks, etc.

Como conjunción de las ventajas de ambos tipos de for­matos descritos se ha desarrollado el tercer grupo, serie Do­velas 15/, 18/, 22/.

3.3. Serie Dovelas 15/, 18/, 22/

Pretende combinar las ventajas de los sistemas anteriores y está basada en la filosofía de construcción de hilada hori­zontal, con altura de hilada vertical corta 125 mm. El cierre se consigue con la combinación de dos cuñas de distinta co­nicidad, presentando las ventajas de desgaste entrejuntas me-

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Refractarios de magnesia-carbono para cucharas

nos acusado, posibilidad de reparaciones parciales si fueran necesarias y fácil construcción.

En todos los grupos existe una variedad de longitudes de ladrillo que pueden dar los espesores de trabajo adecuados para obtener un balance de desgaste homogéneo al final de la campaña.

En cuanto al montaje en este tipo de material y debido a su bajo coeficiente de dilatación, 1,5 % a 1.500°C para pro­ductos entre 10 y 15% de carbono residual, que son los más comunes, no se utilizan generalmente morteros entre piezas. El hueco entre ladrillos de trabajo y de seguridad debe re­llenarse con un material adecuado como dolomía, magnesi­ta alquitranada, etc., que evite la oxidación del carbono en la cara fría.

1 I 2 TU Fig. 13.—Esquema de arranque de construcción en espiral

con formatos semiuniversal.

4. ANALISIS DE LOS COSTOS DE REFRACTARIO EN ACERÍA

Los datos económicos son muy variables, dependiendo fun­damentalmente del tipo de acero y tratamiento operado en cuchara.

Se puede dar una idea según los parámetros siguientes:

4.1. Acería francesa eléctrica

— Producción: Aceros al C y media aleación. — Capacidad de cuchara: 90 ton. — Duración de campaña: Media 53 col. con reparación

o cambio de portabuzas y portatapón. — Tipo de tratamiento: Horno cuchara 11 m.v.a. — Tipo total permanencia del acero en cuchara: 130

minutos. — Tiempo de afino: 45 minutos a 1.620°C. — Tiempo colando en colada continua: 75' a L550°C. — Tipo de revestimiento:

a) Seguridad: Lad. 40 mm espesor y 80% AI2O3 en todo el recipiente.

b) Trabajo: • Zona de escorias: Magnesia-carbono de 10% C

residual. • Paredes y fondo: Dolomía temperada.

— Consumo específico de refractario: 3,22 kg/ton. — Distribución del costo por zona de cuchara:

• 2% revestimiento de seguridad. • 28% zona de escorias. • 57% zona de paredes. • 13% fondo.

— Incidencia de mano de obra en demolición y construc­ción: 10% del costo.

4.2. Acería italiana eléctrica

— Producción: Aceros para tubos. — Capacidad de cuchara: 90 ton. — Tipo de tratamiento: Horno cuchara con:

• Desoxidación-desulfuración. • Puesta en análisis. • Inyección de hilo de CaSi.

— Duración del tratamiento: 60 minutos. — Tipo de revestimiento:

a) Seguridad: • Lad. 35 mm en 30% AI2O3. • Lad. 65 mm en 90% AI2O3. • Lad. 65 mm magnesita cocida en las hiladas de

escorias. b) Trabajo:

• Magnesia-carbono en línea de escorias y alúmi­na aglomerada de 90% AI2O3 en resto.

— Consumo específico total: 7,89 kg/ton. acero líquido, comprendido portabuzas y portatapones.

— Distribución de costos: a) Revestimiento refractario seguridad+trabajo: 710

ptas./ton. b) Portabuzas+portatapones: 41 ptas./ton. c) Tapones porosos: 60 ptas./ton. d) Mano de obra en demolición y construcción: 87

ptas./ton. e) Costo total: 898 ptas./ton.

Estas dos acerías se presentan como acerías tipo, la pri­mera como tratamiento relativamente ligero y más fuerte la segunda.

En España las acerías del grupo 1 dan cifras cercanas a 280 ptas./ton. con revestimientos mixtos de magnesio-car­bono y dolomía, capacidades de cuchara entre 80 y 110 ton. y duraciones entre 60 y 70 coladas.

El grupo 2, donde se efectúan tratamientos más fuertes, las duraciones oscilan entre 30 y 45 coladas, dando cifras cercanas a las 600, 700, hasta 1.000 ptas./ton.

5. REFERENCIAS

1. A AS ANO, K. y otros: Influence of furnace atmosphere on corrosion of MgO-Cr203 rebonded bricks. Taikabut-su overseas, 7, Die. (1987), 4.

2. ENDO, I. y otros: Corrosion of basic refractories y va­rious types of secondary refining slags. Taikabutsu over­seas, 7, Die. (1987), 4.

3. FABRICIUS, A. y otros: Zustellung von Staghlgresspfan-nen in Spiralvermaverungstechnik. Stahl und Eisen, 102 (1982).

4. KURISU, T. y otros: Le procédé El vac à Daido ST. Re­vue de Metallurgie, Mai (1984).

5. TRUPIANO, A . y otros: La siviera come reattore por la elaborazione dell Accialo. Giomata de Studio AIM pro­ceedings, Milano, Die. (1988).

6. WATANABE, A . y otros: Behaviour of different metals added to MgO-C bricks. Taikabutsu overseas, 7, June (1987), 2.

7. ORISHI, I. y otros: Studies on boundary erosion of MgO-C brick in ladle. Taikabutsu overseas, 5, Sept. (1985), 3.

8. KYODEN, H . y otros: Wear mechanism of MgO bricks for pretreatment of hot metal. Taikabutsu overseas, 5, June (1985), 2.

SEPTIEMBRE-OCTUBRE, 1989 393

Servicio Bibliográfico: S.E.C.V.

GALÁN HUERTOS, E. ESPINOSA DE LOS MONTEROS, J.

«ELCAŒMi EN ESPAÑA»

Ed. Madrid 1974. xix-»-230págs

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