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 encontrados
1.- 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 Reductora
Una 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 Oxidante
Una 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
Hidratación
Hidratación 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 Clorhídrico
Acido 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 Fluorhídrico
Flúor 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 Azufre
El dióxido y trióxido de azufre causan destrucción del
refractario por ataque al óxido de calcio presente. Es el caso de
los concretos
Temperatura
La 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
TECNOLOGIA TERMICA
•
•
•
•
•
CONDUCTIVIDAD TERMICA
CALOR ESPECIFICO
DENSIDAD
CAPACIDAD TERMICA
DIFUSIVIDAD 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 ESPECIFICO
CALOR ESPECIFICO MEDIO (cpm), LADRILLOS REFRACTARIOS
20 °C a:
CROMITA
FOSTERITA
CORINDON
MAGNESIA
ARCILLA
CARBURO DE SILICIO
SILICE
CIRCONIO
200 °C
400 °C
600 °C
800 °C
1000 °C
0,79
0,93
0,93
1,01
0,9
0,95
0,85
0,56
0,83
0,97
1,01
1,05
0,96
0,98
0,91
0,61
0,86
1,01
1,07
1,09
1
1,03
0,94
0,65
0,88
1,05
1,1
1,12
1,03
1,07
0,96
0,68
0,89
1,08
1,13
1,16
1,04
1,12
0,97
0,7
CAPACIDAD TERMICA
La capacidad térmica (Rc) puede ser calculada a partir
del Calor Específico (cp) y la densidad.
W= R.cpm.(Vi - Va).s
W= calor almacenado en kJ/m2
R= densidad en kg/m3
cpm= calor específico medio, entre temperatura
interior y exterior en kJ/kg.K
s= espesor en m
Vi= temperatura interior del horno en °C
Va= 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
vs
Propiedades
Hojas Técnicas
Especificaciones
Hojas Técnicas
Ladrillos 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
Propiedades
Cono 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
+1,1 a +2,0
+1,5 a +3,5
55
38
2,25
0,3
54,3
39,6
2,6
0,2
50,5
43
1,7
0,7
46,8
47,8
1,2
0,3
24,5
69,8
1,8
0,2
Maxial 210
Maxial 210
Maxial 310
Análisis Químico
Sílice (SiO2)
Alúmina (Al2O3)
Oxido de Fierro (Fe2O3)
Cal (CaO)
USOS
CALDERAS A PETROLEO/GAS
CALDERAS A CARBONCILLO
CHIMENEAS
CUBILOTES
CUCHARAS DE FUNDICION
FOGONES A LEÑA
FUNDICIÓN DE ALUMINIO
FUNDICIÓN DE PLOMO
HORNOS CERAMICOS
HORNOS DE CRISOL
HORNOS DE FORJA
HORNOS DE RECOCIDO
HORNOS DE TEMPLE
-0,3 a +1,0
Maxial 310C Resistal M70
Maxial 310C Resistal M70
Mortero
DIDOMUR F41
Mortero
DIDOMUR V38
Mortero
DIDOMUR F52
Mortero
RESIMUR B64
32 – 33
32 - 33
31 - 32
38
1.717 – 1.740
1.717 – 1.740
1.683 - 1.717
1835
22 – 27
No Aplicable
17 - 22
17 - 22
160 – 205
160 - 180
150 - 180
160 - 205
28 – 42
42 - 63
35 - 70
14 - 28
Tamaño de grano máximo, (mm)
Bajo malla Tyler 65, %
0,8
> 50
0,8
> 50
0,8
> 50
0,8
> 50
Análisis Químico
Sílice (SiO2)
Alúmina (Al2O3)
51,7
39,8
45,5
35,5
51,1
40,7
30,4
64,7
Propiedades
C.P.E. (Cono Orton)
Temperatura Equivalente, °C
Agua requerida para consistencia
de espátula, %
Cantidad aproximada de material para
1.000 equivalentes de 9”, kg.
Módulo de Ruptura, kg/cm2
Luego de : secar a 110°C
Usos
Ladrillos de Arcilla
Ladrillos Alta
Alúmina
DIDURIT
F50
COMPRIT
F57
COMPRIT
A95
1.482
1.540
1.816
Vibrado, Vaciado,
Bombeado
Vaciado
Vaciado
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/m3
Luego de Secar a 110 °C
2.243
2.150
2.691
95
84
90
90
107
103
773
401
634
535
770
622
Insignificante
-0,3
Insignificante
Insignificante
0
Propiedades
Temperatura Máxima de Servicio, °C
Método de Instalación
Cantidad de Agua Requerida Apróx., lt/100 kgs.
Módulo de Ruptura, kg/cm2
Luego de Secar 110 °C
Luego de Calentar a 816 °C
Resistencia a la Compresión, kg/cm2
Luego de Secar 110 °C
Luego de Calentar a 816 °C
Cambio Lineal Permanente, %
Luego de Secar 110 °C
Luego de Calentar a 816 °C
Luego de Calentar a 1480°C
Luego de Calentar a 1727 °C
Análisis Químico
Sílice (SiO2)
Alúmina (Al2O3)
Oxido de Fierro (Fe2O3)
Cal (CaO)
1,0 a 2,5
-0,4
49,4
44,6
0.7
2,4
35,3
55,5
1,1
5,6
0,2
93,8
0.1
5,7
DIPLAST
F44
DIPLAST
F44
DIPLAST
B68
DIPLAST
B83
Propiedades
Máxima 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/cm2
Luego de: Secar a 110°C
Calentar a 1.400°C
5–7
35 – 56
5–7
35 – 56
9 – 18
48 – 75
89
105
Cambio Lineal Permanente, %
luego de: Secar a 110°C
Calentar a 1.400°C
-0,5 a –0,9
+2,0 a +2,5
-0,5 a –0,9
+2,5 a +2,8
-0,5 a –1,2
-0,4 a +1,4
-0,6
-0,6
52
40,2
2,2
0,3
53,1
41,3
2,2
0,2
25,8
69,9
1,4
0,2
11,2
80,9
1,2
0,3
Análisis Químico
Sílice (SiO2)
Alúmina (Al2O3)
Oxido de Fierro (Fe2O3)
Cal (CaO)
Ejemplos de Aplicación
Productos Refractarios
Reparaciones
Pared Posterior
•Concreto Comprit
F45
•Plástico
Diplast B80P
•K-23
Piso
Quemador
•Maxial 310
•Mortero
Didomur F52
•K-23
Pared Lateral
•Didurit F50
•K-23
•Comprit
F57
Plástico
Diplast B80P
Plástico
Diplast B80P
Maxial
210M
Didurit F50
•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
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PROPIEDADES DE LOS PRODUCTOS REFRACTARIOS