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Materiales Refractarios
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CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE MATERIALES REFRACTARIOS

Materiales refractarios son aquellos que se utilizan para proteger equipos y sus estructuras metálicas de los efectos de altas temperaturas que pueden provenir de su exposición directa a las llamas, a radiaciones, del contacto con gases calientes, del contacto con metales en estado líquido, etc.

Los materiales refractarios, si bien son en general densos, muy pesados y conductores del calor, a altas temperaturas actúan como aislantes térmicos.

Los materiales llamados aislantes térmicos son de menor densidad, no resisten tan altas temperaturas y son menos conductores del calor.

COMPOSICION DE UN MATERIAL REFRACTARIO

Los materiales refractarios se componen de una materia prima principal que constituyendo la mayor parte del producto define su comportamiento y de una cantidad menor de materiales ligantes que determinan las características estructurales del producto.

También se incluyen pequeñas cantidades de aditivos para dar a los productos características especiales, como mayor resistencia a diversos ataques químicos o mecánicos.

Cada materia prima que compone un material refractario (materias primas principales, materiales ligantes y aditivos) tiene su propio perfil granulométrico. Sus tamaños pueden variar desde unos 5 mm hasta polvo impalpable.

Los aditivos más comúnmente utilizados son el carbono, el óxido de cromo y el carburo de silicio.

CLASIFICACION

1. Según el proceso de fabricación:

Materiales cocidos u horneados, son los ladrillos y todas las piezas que tienen una forma definida, que fueron prensadas y horneadas a altas temperaturas.

Materiales no cocidos, llamados Especialidades Refractarias, son los materiales que se venden en bolsas, cajas o baldes, en forma de polvos secos granulosos o de masillas húmedas, que se mezclan o no con agua en el momento de la aplicación y adquieren la forma del lugar donde son aplicadas.


2. Según las materias primas principales que se utilicen para su fabricación:

Materiales neutros o silicoaluminosos, producidos en base a bauxita o chamote. Tienen SiO2 y Al2O3. En general, a mayor % de Al2O3 más refractario es el producto. Son los más comunes y se usan en todo tipo de industrias.

Materiales básicos, producidos en base a magnesita natural o sintética o dolomita. Los de magnesita tienen MgO y los de dolomita tienen MgO+CaO. Según los usos se combinan con Carbono o Cromita.

Se usan principalmente en la fabricación de aceros, para revestimiento de hornos, cucharas y equipos en contacto con acero en estado líquido.

Materiales ácidos, producidos en base a sílice en sus distintas formas como cuarzo, cuarcita o arena.

Se usan principalmente en la fabricación de hierro gris y en la fabricación de vidrio.


3. Según la forma de aplicación y destino:

Los Materiales cocidos u horneados, son ladrillos, cuñas, llaves, etc., son los refractarios tradicionales, y son usados para la construcción de todo tipo de hornos. El montaje de revestimientos con ladrillos es muy artesanal y lleva tiempo, pero con ellos se puede lograr buenas resistencias a determinado tipo de agresiones, como el de las escorias de los hornos de acería.

Los Hormigones, son los más desarrollados tecnológicamente en los últimos años. Se usan en todo tipo de industrias para realizar revestimientos refractarios en forma rápida. Pueden ser proyectados, colados y vibrados, bombeados, etc.

Los Plásticos, se usan en distintos tipos de equipos de tamaños diversos, que van desde la reparación de pequeñas cucharas de fundiciones de hierro o aluminio hasta la construcción de grandes hornos de tratamientos térmicos. Su forma de aplicación es algo artesanal y se usan martillos o bates neumáticos. Se aplican en soleras, paredes o bóvedas.

Los Apisonables son una variante de los plásticos. Se usan principalmente para soleras.

Los Morteros: materiales de grano fino para asentar ladrillos o piezas especiales.

CARACTERISTICAS DE LAS DISTINTAS FORMAS DE MATERIALES REFRACTARIOS

Los ladrillos refractarios se aplican comúnmente de la forma tradicional y entre uno y otro puede ponerse, o no, una fina capa de mortero refractario para asegurar su estabilidad. Sus características están dadas por la formulación del material del ladrillo.

Los hormigones son materiales que al mezclarlos con agua producen una reacción química o “fragüe” por efecto del cemento aluminoso que contienen como ligante. Esto les da una gran resistencia mecánica a las pocas horas de haberlos mezclado.

Entre los hormigones, merecen una mención aparte los llamados hormigones densos, tixotrópicos o de bajo contenido de cemento, que comparados con los hormigones comunes tienen una cantidad de ventajas tales como, mayor refractariedad (capacidad de un material de resistir altas temperaturas), mayor resistencia mecánica en todo el rango de temperaturas, etc.

Los Plásticos, los Apisonables y los Morteros secan y endurecen al aire libre o por efecto de la temperatura (no se produce ningún fraguado del material). Su dureza o resistencia mecánica por el secado es baja y llega a su punto máximo a temperaturas de trabajo, por efecto de la misma temperatura.

ELECCION DE UN MATERIAL REFRACTARIO

La elección de un determinado tipo de material refractario responde a las condiciones en que se realizará su aplicación y de las exigencias de las condiciones de operación del equipo.


1. Condiciones de aplicación:

Según deba ser aplicado sobre un piso, pared, techo, molde, encofrado, si es una aplicación en frío o en caliente, etc.


2. Exigencias de la operación:

Según deba ser:

  • resistente a la agresión mecánica por carga, golpes, abrasión, etc.

  • resistente a la agresión química, si va a estar en contacto con metal líquido, escorias, atmósferas especiales, etc.

  • especialmente resistente a la agresión térmica según la temperatura a la que estará expuesto, y principalmente a las variaciones de la misma.

Estas condiciones nunca se presentan aisladas, es necesario tenerlas en cuenta en forma conjunta para seleccionar el material refractario más adecuado a cada requerimiento. Con frecuencia, la diversidad de condiciones que se presentan obligan al desarrollo de productos y fórmulas especiales.

Por este motivo una elección acertada de los materiales refractarios requiere de especialistas con gran experiencia en la materia, que puedan determinar qué materiales cumplirán los requisitos impuestos y cuáles ofrecerán la mejor relación costo/beneficio.

El desarrollo de nuevos materiales requiere del proveedor la capacidad técnica adecuada y que posea las facilidades necesarias para ensayos y mediciones que aseguren la confiabilidad de los resultados de la experimentación.

MATERIALES REFRACTARIOS AISLANTES

Los materiales refractarios aislantes se diferencian de los materiales refractarios porque su objetivo principal no es proteger equipos de los efectos de las altas temperaturas, sino evitar la pérdida de calor de los mismos.

Como sus objetivos son distintos, también los son su conformación, estructura y características.

Los materiales refractarios aislantes normalmente resisten como máximo 1.250 °C. En general resisten menos temperatura cuanto más aislantes son, y son más aislantes cuando son menos densos.

Normalmente se los utiliza en forma de:

  • ladrillos aislantes (cocidos).

  • hormigones colables.

  • hormigones proyectables o aplicados a cuchara.

Los hormigones aislantes se fabrican de manera similar a los hormigones refractarios comunes. En lugar de usar bauxita o chamotes refractarios se utilizan chamotes de ladrillos aislantes, arcilla expandida u otros agregados livianos.

La densidad de un hormigón aislante común se ubica alrededor de 1,2 Kg/dm3 , cuando la densidad de un hormigón denso está alrededor de 2,7 Kg/dm3.

En estos materiales es difícil resolver el compromiso que se plantea entre la resistencia mecánica, la capacidad de aislación y la refractariedad, características que son inversamente proporcionales.

MATERIALES RESISTENTES A LA EROSION

Estos productos son un ejemplo de materiales refractarios de características especiales. Han ido evolucionando a lo largo del tiempo, pero siempre dentro de dos líneas claramente definidas: hormigones hidráulicos y plásticos de liga química.


1. Hormigones hidráulicos.

Se aplican por colado o proyección, con anclajes tipo "V".

Están conformados por materias primas base que son óxido de aluminio, bauxita o chamote y por un ligante, que es un cemento cálcico aluminoso. Las proporciones de estas materias primas y sus granulometrías son factores de gran importancia para obtener buenos rendimientos.

Con frecuencia se agrega a estos productos alrededor del 3% de fibras de acero inoxidable para reducir la posibilidad de que el material se desgrane.

Cuando se trate de un material para colar debe tener la fluidez suficiente que le permita fluir con un mínimo de agua (la resistencia a la erosión es inversamente proporcional a la cantidad de agua de amasado).

En el caso de materiales para proyectar es muy importante que el rebote de material sea lo menor posible (todo el material que no se adhiere a la pared se pierde). Los valores de rebote variaban comúnmente entre el 10 y el 20%, pero estos valores han sido reducidos con la utilización de los materiales desarrollados últimamente.

La técnica de proyección facilita enormemente la aplicación cuando las superficies a revestir y los volúmenes a aplicar son grandes.


2. Plásticos de liga química
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Se aplican manualmente sobre malla hexagonal o apisonado sobre una superficie con anclajes. Este método es mucho más lento que el colado o proyección, pero la resistencia a la erosión de este producto es mayor que la de los hormigones.

Están conformados por las mismas materias primas base que los hormigones hidráulicos, pero el ligante es un fosfato de aluminio que les confiere su típica característica de plasticidad.

También en este caso es muy importante que la cantidad de agua de amasado sea la menor posible. Debe usarse una mezcladora planetaria y una bureta para medir la cantidad de agua que se agrega a la mezcla, respetando estrictamente las indicaciones del fabricante. Este debe proporcionar una descripción precisa del método de aplicación.

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