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• Jordan Cruz Muñoz

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8 Refractarios carbonosos Albert J. Dzermejko Ingeniero Consultor, Schaumburg, Illinois, EE.UU.

I.

Introducción

El objetivo de este capítulo es familiarizar al usuario con materiales refractarios de tipo carbonosas y proporcionar información sobre la aplicación y las características básicas de manera que se puedan tomar decisiones inteligentes a la hora de incorporar estos tipos en un forro de diseño (1). Refractarios carbonosos se comportan de manera diferente que la cerámica típica refractarios, principalmente porque los tipos carbonosas son conductivos, en lugar de aislar. Todos los sistemas de revestimiento carbonosos realizar como conductora de "sistema de refrigeración" en contraposición a una definición clásica de un revestimiento refractario que es normalmente un "sistema aislante." Por consiguiente, la correcta refrigeración siempre debe ser utilizado con cualquier sistema de revestimiento carbonosos para ayudar en el mantenimiento de refractarios tempera- tures que están por debajo de la temperatura crítica de ataque químico por mecanismos tales como la oxidación, álcalis, CO La degradación, o la disolución del carbono por metal fundido. Las palabras "carbono" y "grafito" suelen utilizarse indistintamente en la literatura, pero los dos no son sinónimos. Además, las palabras "semigra- phite" y "semigraphitic" también son igualmente utilizados indebidamente. A continuación se describe la composición, procesamiento, y las principales características de estos distintos de carbono Aceous materiales.

II. A.

Materiales refractarios carbonosos El carbono

Los términos "carbón", "formados", "fabricado en carbono, carbono" "carbono amorfo," o "baked carbono" se refieren a productos que el resultado del proceso de mezcla 201

202

Dzermejk o

Material de relleno de partículas carbonosas como antracita calcinado, carbón, coque de petróleo, carbón o negro con materiales aglutinantes como tono de petróleo o de alquitrán de carbón, formando estas mezclas por moldeo o extrusión y hornear convencionalmente estas piezas formadas en hornos a una temperatura de 800 - 1400 88C para carbonizar el aglutinante. Convencionalmente carbono horneados pueden ser compactado y, por tanto, su permeabilidad mejorada por la introducción de nuevos ligantes impregnada en el carbono cocido al vacío, y el producto resultante rebaked para carbonizar la impreg- nación. Son posibles múltiples impregnaciones a duplicar o triplicar endurecen el producto final. Cada densificación, sin embargo, añade que el costo de producción de un producto más denso. Algunos fabricantes también añadir las materias primas especiales a la mezcla carbonosas antes de la cocción para mejorar las propiedades del producto final. El carburo de silicio o sili- con metal también pueden ser añadidos para mejorar la permeabilidad y resistencia a la abrasión. B.

Carbono prensado en caliente

La Union Carbide Corporation desarrolló un método propietario exclusivo del hombre- ufacturing carbono que se denomina el proceso de BP o "Prensado en caliente" de carbono, como previamente descrito, es un producto que contiene partículas de carbono con un aglutinante de carbono, y prensados en caliente el carbono es el mismo, excepto el proceso de fabricación es diferente. A diferencia de los carbonos horneado convencional que puede tomar semanas para cocer a volatilizarse los aglutinantes, este proceso patentado de fabricación "instantáneo" de carbono carbonizes las carpetas en cuestión de minutos. En este proceso de prensado en caliente, especialmente carboniz presionar / método es utilizado. Las partículas de carbono se mezclan y aglutinantes como antes, pero se introducen en un molde especial en que un cilindro hidráulico comprime la mezcla- ture, mientras que, simultáneamente, una corriente eléctrica pasa a través del molde, carbo- nizing las ligaduras. Lo que es más importante, como las ligaduras volatilizarse, el ariete hidráulico comprime la mezcla que cierra los poros formados por los gases de escape volatilizing como ellos. El producto resultante es muy impermeable carbono que puede ser aproximadamente 100 veces menos permeable que convencionalmente carbono horneados. Esta impermeabilidad es una propiedad importante que evita que el horno de contaminantes como el álcali y vapores de zinc de penetrar en la estructura de ladrillo prensado en caliente. Adiciones tales como sílice y cuarzo se utilizan para hacer este especial de carbono caliente apretado más alcalino-resistentes. Normalmente, los materiales alcalinos como el sodio y el potasio reaccionan con el carbono normal para formar compuestos de láminas perjudiciales que "Hincharse", causando la expansión de volumen y la fragmentación del carbono. Sin embargo, estos materiales alcalinos reaccionan preferentemente con la adición de sílice en caliente apretado carbono y formar compuestos que no "Hincharse", evitando dañar el volumen La expansión o la fragmentación.

Refractarios carbonosos

203

Prensado en caliente se traduce en una mayor conductividad térmica de carbón convencional, lo que hace que este especial de carbono prensado en caliente un muy exitoso metallur- gical Chimenea Horno material de revestimiento de pared. Esto es porque la térmica superior

La conductividad del revestimiento mantiene una cara caliente que la temperatura está por debajo de la soli- dification temperatura del metal y escoria, permitiendo la formación de una capa protec- tiva (cráneo) congeladas de procesar materiales de metal y/o escoria caliente apretado en la cara caliente del forro. La capa de metal solidificado y escoria caliente apretado de carbono protege del desgaste erosivo de mover líquidos y aísla el carbono, pre- ventilar el ataque químico. El prensado en caliente especial proceso de fabricación limita el tamaño de estos ladrillos de carbón prensado a 450 ~ 250 ~ 115 mm.

C. Grafito El término "grafito", también llamado "sintéticas", "artificial" o "electrographite, carbono" se refiere a un producto que ha sido además tratada con calor a una temperatura entre 2400 - 3000 88C. Este proceso se denomina "graphitization", que cambia la estructura cristalográfica y también cambia las propiedades físicas y químicas. El grafito se encuentra también en la naturaleza. Este grafito natural se encuentra en forma escamas y, si se utiliza en un producto refractario, suele formar parte de una mezcla con material cerámico o utilizados para el aglutinante. Sin embargo, la arcilla o el pegado de cerámica refractaria que contienen grafito natural, es considerado un producto cerámico. Grafito artificiales o sintéticas refractarios horneados comienzan como un material de carbono, similar a la del carbono en la fabricación de material refractario descritos previamente. Sin embargo, después de carbonizar del clasificador se complete, este carbono horneados se carga entonces en otro horno a alta temperatura (para ser tratada tized graphi-). Este graphitization modifica la estructura no sólo de las partículas de carbono, sino también el aglutinante. El producto resultante contiene partículas grafitado así como un binder grafitado. No hay ningún sistema de toda la industria para designar los diversos grados de grafito que son disponibles comercialmente. Cada fabricante tiene su propio método y la nomenclatura para describir las calidades y variedades que están hechos para fines específicos o propiedades. Estos grados difieren en sus materias primas, tamaños de grano, pureza, densidad, etc. para versiones más densa, la porosidad del material puede ser rellenado con materiales aglutinantes adicionales como el alquitrán o brea por impregnación bajo vacío. El material impregnado puede entonces ser regraphitized, formando una densa y producto menos porosas. Múltiples re-impregnaciones/graphitizations puede realizarse para proporcionar mayor densificación. Purificación puede también ser utilizada para reducir los niveles de cenizas de grafito para requisitos de alta

pureza. Además, los métodos y las técnicas de fabricación propiedad también se puede utilizar para minimizar la ceniza (constituyente noncarbonaceous) o contaminación de hierro graphites. El hierro es un catalizador de oxidación de grafito en un ambiente de monóxido de carbono, grafito diseñado para su uso como material refractario debe contener relativamente bajo en cenizas y contenido de hierro.

D. Semigraphite El término "semigraphite" se utiliza para describir un producto carbonosos que es com- planteados de Grafito artificial partículas carbonosas, mezclados con aglutinantes como el tono o el alquitrán, y carbonización en horno a temperaturas de 800 - 1400 88C. El resultado- ing producto está compuesto de partículas de grafito de carbono pegado, en el que el gráficoite partículas eran fabricados a temperaturas cercanas a 30008C, pero las carpetas sólo han sido horneados en el 8008 - 8C GAMA 1400. El producto resultante, un verdadero "servidumbre de grafito de carbono", se denomina semigraphite. Semigraphite exhibe mayor conductividad térmica de los carbonos, sino porque de su cuaderno de carbono, no es tan alto como 100% grafito. Conductividades térmicas de cualquier producto carbonoso variará con la temperatura de cocción y puede aumentarse por rebaking a altas temperaturas. Semigraphites también puede ser compactado como se ha descrito anteriormente para el grafito y rebaked para carbonizar el recién impregnado binder, reduciendo por consiguiente la porosidad y permeabilidad. E.

Caliente apretado Semigraphite

El propietario "prensa caliente" método de fabricación de ladrillo puede ser utilizado también para hacer verdaderos productos semigraphite, utilizando partículas de grafito de carbono combinada con aglutinante y otros ingredientes de propiedad. El proceso es como se describió anteriormente para el prensado en caliente de carbono. F.

Carbono Semigraphitized

El término "semigraphitized" se refiere a un carbono horneados que ha sido además tratados al calor a una temperatura de entre 1600 - 2400 88C. Este proceso de cocción a alta temperatura comienza a cambiar la estructura cristalográfica del carbono y modifica sus propiedades físicas y químicas. Sin embargo, debido a que este tratamiento térmico adicional ocurre a temperaturas por debajo de temperaturas graphitization, el pro- ducto se dice "semigraphitized." Este producto contiene partículas de carbono y un cuaderno de carbono que son tanto semigraphitized. Esto es diferente de un producto semigraphite que está compuesta de partículas de grafito de carbono con un aglutinante. El carbono semigraphitized resultante, en el que ambas partículas y son semigraphitized binder, proporciona un material con alta conductividad térmica y ataque químico (de álcali u oxidación) resistencia que cualquiera de carbono o grafito semi- materiales. Esto es porque los álcalis y zinc atacar el material aglutinante y la primera semigraphitized binder es más resistente a los ataques que el ligante de carbono semigraphite.

El carbono y el grafito tienen limitaciones (2) con respecto a la oxidación (Quema). En el aire, partículas de carbono se quema rápidamente a 5008C y en oxígeno puro a 4008C y en CO2 en exceso de 6008C. La combustión de carbono en CO no es posible, que es

Una consideración importante en la fabricación de acero. Caliente los buques de fabricación de acero revestido con ladrillos refractarios de cojinete de carbono puede ser gravemente deteriorado en un corto período de tiempo cuando no está protegida del aire. Asimismo, carbono o grafito en hornos de arco se expone al aire, CO 2, u otros agentes oxidantes estando caliente se oxida, que es la principal causa de deterioro. La Tabla 1 proporciona un resumen de los diversos materiales refractarios, carbonosos clásicos- zos por tipo.

III. Las propiedades y características del material carbonoso No hay ningún estándar de industria para designar los diversos grados de carbono- aceous materiales que son disponibles comercialmente. Cada fabricante tiene su propio método y la nomenclatura para describir las calidades y variedades que están hechos para fines específicos o propiedades. Los siguientes ayudarán a introducir productos carbonosos típicamente utilizadas como materiales refractarios. A.

El carbono

Material refractario de carbono típica de las propiedades se muestran en la Tabla 2. B. Grafito y carbono Semigraphitized Semigraphite Las propiedades del material normalmente variará grandemente, resultantes de las diferentes materias primas y técnicas de elaboración utilizados por los distintos fabricantes. Tabla 1 tipos de refractarios carbonosos, composiciones y las temperaturas de cocción Clasificac ión de producto El carbono

Característ icas Temperatura de cocción. (8C) Binder 800 - 1400 El carbono Carbono carbono prensado

Las partículas

caliente

aprox. 1000 Semigraphite Caliente apretado semigraph ite Semigraphitized

El carbono 2400 - 3000 800 - 1400 Aprox. 1000

Grafito Grafito Grafito Grafito

1600 - 2200 Semigraphitized El carbono

de

carbono Grafito El carbono El carbono

Carbono Semigrap hitized

Tabla 2

típico de las propiedades de los materiales de carbono

Propiedad Densidad aparente, g/cc La fuerza de trituración, kPa Módulo de ruptura, kPa % Ash, Permeabilidad, M'Darcys Conductividad térmica, W/m8K @6008C @8008C @10008C @12008C Un

Þ ladrillos prensados en caliente además

Alta conductivida d, convencional

1.6 2 30. 500 8.1 00A 10 9

1 . 44.000 1 3 ~200

18. 4 18. 8 19. 3 19. 7

1 1 5 1 6 N.d.

contenido de cenizas de sílice y cuarzo incluye además de controlar ataque alcalino.

Nota También la amplia gama de conductividades térmicas de estos materiales, que, como se ha explicado anteriormente, depende de sus materiales y temperaturas de procesamiento. La Tabla 3 proporciona una lista limitada de diversos semigraphitized semigraphite y materiales y sus propiedades. La tabla 4 resume las propiedades materiales típicos de grafito. Las tablas 5 y 6 se describen otros parámetros que tienen un efecto directo sobre las propiedades de los materiales de grafito. La tabla 5 muestra la diferencia en el material prop- erties de grafito de dos fabricantes distintos que refleja diferentes materias primas y las técnicas o métodos de procesamiento. Como puede verse en el cuadro 5, el fabricante tiene una profunda influencia sobre las propiedades de grafito debido a los diferentes procedimientos de fabricación, métodos patentados, y procesos. Esto es principalmente porque no hay ningún estándar de industria para los refractarios carbonosas. La tabla 6 ilustra el efecto de tamaño de grano, que también tiene una profunda influencia en las propiedades de los materiales. Un examen crítico a la hora de diseñar un sistema de revestimiento de grafito-tipo es el flujo de calor. Cuanto mayor es el flujo de calor, normalmente la mejor el diseño. Tabla 7 tabu- lates los resultados de la prueba de medición de flujo de calor sobre las articulaciones de mortero (pegadas) ver- Contacto mecanizado de sus articulaciones (seco).

La tabla 7 ilustra el flujo de calor a través de distintas condiciones de interfaz de refractarios de grafito. El mecanizado de precisión de las articulaciones (pruebas 2 y 6) permitido entre 8 - 16% mayor que el calor fluye fijando las articulaciones (las pruebas 1 y 5). En un caso, sin embargo, fijando la articulación (Test 3) permitió un 12% mayor que el flujo de calor

Refractarios carbonosos

Tabla 3

típico Semigraphitized Semigraphite y propiedades de materiales refractarios de carbono Semigraphites

Propiedad Densidad aparente, g/cc Aplastamiento enFortaleza, frío

Alta dispararon convenciona les, 1 . 25.000

kPa Ash, %

Alta dispara ron, alta 1.7 3 36. 000

Carbono Semigraphitized Alta dispara ron convenc 1 . 27.000

Alta dispara ron, alta 1.7 5 38. 000

Caliente apretado semigraphites

Þ grafito a ditivo 1 . 31.000 9 . 8

Grafito w sin aditivos 1.7 9 33. 000

Þ grafito adi tivo de 1.8 7 48. 000

0.3

20b

4

0.6

4 45 4 47 4 60 5 7 5 3 32 3 32 3 32 2 2 2 Un contenido de cenizas de sílice y cuarzo incluye además de controlar su contenido de álcali. B contenido de cenizas incluye carburo de silicio.

45 32

0 . -

Permeabilidad M'Darcys Thermal Conductividad , Wm8K @208C @10008C

0.2 -

0 . -

0.2 -

:

20 7

208 Tabla 4

Dzermejk o típico de las propiedades de los materiales de grafito Descripción del material de grafito

Propiedades Densidad aparente, g/cc Porosidad, % Ash, % La fuerza de trituración en KPa Conductividad W/m8K: térmica, @208C @10008C

Densida d, cenizas estánda r 1.6 3 21

Ceniza baja densida d estánda 1.6 7 16

Densida d media, bajo en cenizas 1.7 2 14

Alta densida d, bajo en cenizas 1.8 0 12

0.5 20. 000

0.2 28. 000

0.2 40. 000

0.2 51. 000

150

140

15

160

70

70

75

80

Junta rectificada (Test 4). Esto puede explicarse parcialmente por el hecho de que la calidad de cualquier aplicación de mortero varía enormemente en función del albañil, el albañil de la técnica y las herramientas y/o habilidades y puede ser a veces tan pobre que la transferencia de calor puede verse afectada adversamente. A la inversa, una buena aplicación de mortero pueden proporcionar un beneficioso efecto de transferencia de calor. Desafortunadamente, no hay manera de predecir el resultado de calidad real de Miles de juntas de mortero en una típica aplicación de refractarios, por lo que algunos diseñadores creen que juntas deben ser minimizado o eliminado de mortero en favor del precontacto mecanizado de decisión. Sin embargo, también debe señalarse que adecuadamente preparado y aplicado las junturas de mortero proporciona importante expansión diferencial indemnización y realmente permitan fijando carbonosos revestimientos refractarios para acomodar a altas tensiones diferenciales y evitar el agrietamiento. Contacto mecanizado de proporcionar las articulaciones Tabla 5 Propiedades de los materiales de grafito de dos fabricantes distintos Fabricante de materias primas Propiedad Conductividad térmica, W/m8K

Un

B

165

235

Carbonaceous Refractories La expansión térmica, @ 26 1026 208C Dl/1208C Módulo de Young, kPa

2.4 ~ 9,86 ~ 106

1.1 ~ 10 13,72 ~ 106

20 9

Tabla 6

Efectos de tamaño de grano de grafito Propiedades

Tamaño de materia Fine Mediano Grueso Fine Mediano Grueso Fine Mediano Grueso

Propiedad Densidad, g/cc

La expansión térmica, @a 208C D1/1208C Resistencia a la flexión, kPa

Valor 1.55 1.54 1.44 1.0 ~ 1026~ 1.4 1026~ 1.9 1026 17.900 8.300 5.700

Tabla 7 Comparación de flujo de calor a través de la interfaz de Refractarios Graphitic Condiciones Tipo mixto Seque vs. fijando Articulaci ones

Prue ba 1 2 3 4

Ram vs. conjunta Maquinados Contacto a Refrigerad or de

5 6 7

8

Grafito de densidad estándar vs. densidad premium vs. semigraphi te grafito

6

9

4

Material de muestra Prensado en caliente Semigraphi te Ladrillos Maquinados Semigraphi te Bloques Maquinados Los bloques de grafito Maquinados Semigraphi te25 mm Y Capa de Ram graphitic Maquinados Bloque semigraphite en contacto con refrigerador de cobre Los bloques de grafito mecanizado Los bloques de grafito premium mecanizada Bloques semigraph ite

Composición mixta Mortero de 1,5seco mm (sin En mortero) Mortero de 1,5seco mm (sin En mortero) Mortero de 1,5seco mm (sin En mortero) Grafito de 25Capa mm de ram

En seco (sin mortero)me ca ni za da

Flujo de calor longitudi 522 623 (16% superior) 617 (12% superior) 543 835 906 (8% superior) 548

648 (15% superior) En seco (sin mortero) en seco (sin mortero) En seco (sin mortero)

906 (30%) inferior

1176

543 (11%) inferior

21 0

Dzermejk o

No hay tal protección a menos que el diseñador incluye una correcta expansión diferencial disposiciones sobre indemnización. El efecto sobre el flujo de calor de grafito grafito denso versus versus semigra- phite (Pruebas 6, 9 y 4) también es evidente en la Tabla 7. Los bloques de grafito denso premium muestran un deseable aumento significativo en el flujo de calor debido a su mayor densidad y consecuente mayor conductividad térmica. En general, carbono, carbono, y a veces semigraphitized semigraphite materiales normalmente se utilizan para la cara caliente de alto horno forros de corazón que están en contacto directo con materiales fundidos. Materiales de grafito suelen limitarse a la copia de seguridad forro para tomar ventaja de su térmica muy alta ductivity- y porque son más fácilmente disuelto por hierro fundido desde dissolution. Normalmente, cerámicos refractarios como alta alúmina, mullita, corindón y cromo se utilizan en la capa superior de hearth pad como superficie de desgaste para minimizar la exposición del carbono o semigraphite para hierro fundido y para proporcionar un aislamiento impermeable crisol en que la "Salamander" puede residir. C. Ceramic Cerámica típica de materiales refractarios utilizados en el hogar vestidos de superficie son mostrados en la Tabla 8. Tenga en cuenta que las conductividades térmicas de los materiales refractarios de cerámica (aislante) son significativamente inferiores a las de cualquier refractario carbonosas. La correcta- tes y las características de todos los refractarios de cerámica dependen del tipo, la calidad y el origen de las materias primas utilizadas en su combinación y el tamaño de las partículas de maquillaje. Las partículas finas en la mezcla forma la cerámica pegado de la mayor par- tículos como el material se dispararon a alta temperatura. La dispararon refractario contiene Tabla 8

solera refractaria de cerámica típica de propiedades Material cerámico

Propiedad Densidad, g/cc Aplastamiento Fortaleza, kPa

Hardquemado, superduty 2.2 4. 31. 000

60% La alúm 2.40 35.0 00

Mull ita Arti 2.4 5 85. 000

Cori ndón croma 3.4 3 78. 000

Carbonaceous Porosidad, % Refractories Thermal Conductividad, W/m8K @5008C @10008C

13

22

19

8

1.9 0.9

2.0

-

-

1.7

1.8

2.3

21 1

Cuadro 9 Tasas de fragmentación crítica para varios materiales. Material De alto rendimiento Alta alúmina Corindón cromado Hierro fundido El carburo de silicio El carbono Semigraphite Grafito

8C/min 4 5 5 50 50 200 250 500

8F/mín. 7 9 9 90 90 400 450 900

Grandes partículas cristalinas aglomeradas con vidrio u otras pequeñas partículas cristalinas que se han juntado durante la cocción. Fragmentación crítica para diversos tipos de materiales refractarios se muestran en la Tabla 9 (3). Todos los materiales refractarios se spall y averiguar si están expuestas a graves magnitudes de las fluctuaciones de temperatura que superan sus "crítica agrietaciones ritmo". La Tabla 9 muestra los índices de fragmentación crítica para una variedad de materiales refractarios. Estos críticos agrietaciones tarifas definen el máximo las variaciones de temperatura a lo largo del tiempo que la cara caliente del refractario puede sobrevivir sin grietas. A mayores tasas, las grietas se producirá si el cambio de temperatura es a través del calor- ing o refrigeración. Tenga en cuenta que los materiales carbonosos puede soportar mucho más altas fluctuaciones de temperatura de los materiales cerámicos, haciéndolas extremadamente valiosa para aplicaciones sometidas a fuertes ciclos térmicos.

IV. Alto Horno HEARTH paredes Alto Horno de pared solera conceptos y diseños varían en todo el mundo y proporcionar historiales de rendimiento totalmente diferente. Sin embargo, los mecanismos de desgaste de la solera se iden- tical, independientemente de la región. Estos incluyen el ataque químico de álcalis y vapores de zinc, escoria, disolución del carbono por el hierro, la oxidación, el monóxido de carbono degra- dación y la erosión bymolten el movimiento del material. Además, prácticas operativas, refrigeración inadecuada o incorrecta, horno y forro interno de geometría, composición y configuración también puede intensificar los efectos de estos mecanismos de desgaste. Existen muchas razones para los diferentes conceptos, diseños y configuraciones utilizados, incluso históricos, las "soluciones" evolutivo que involuntariamente se han convertido en

las "normas" aceptadas dentro de una región específica. Pero la naturaleza conservadora de la industria en general, tiende a evitar los conceptos cambiantes o configuraciones que han sido históricamente utilizadas, a menudo por razones de tiempo olvidados.

212

Dzermejk o

En consecuencia, el alto horno de pared solera los diseñadores deben identificar y abordar adecuadamente todos los factores que pueden contribuir al desgaste de refractarios, incluida la causa real del problema, no sólo los "Síntomas". Por ejemplo, ha sido una práctica apreciación en algunas regiones para aumentar el grosor de la pared de revestimiento como respuesta a la grave pérdida de material de la pared, cuando la causa real de la pérdida material inicial era que el muro fue originalmente demasiado grueso para ser enfriado adecuadamente o para acomodar el diferencial destaca por su grosor! Haciendo la pared gruesa aún no resuelve el verdadero problema de agrietamiento y Pérdida de refrigeración. Sólo prolonga el período antes de desgaste de la pared podría alcanzar nuevamente un estado crítico, una especie de carrera contra el tiempo de "masa"! Lamentablemente, este tipo de "masa vs. tiempo" solución no elimina la causa del problema real, que es el agrietamiento del carbono y consecuente degradación y refrigeración ineficaz. Un diluyente, altamente conductivo, y efectivamente enfriado con revestimiento de pared adecuada compensación de movimiento diferencial puede eliminar el problema real que causa el desgaste y permitir a largo plazo fiables, porque la campaña de movimiento diferencial y tensiones son eliminadas, prevenir el agrietamiento. Por lo tanto, eficaz transferencia térmica y conductividad térmica puede ser mantenida a lo largo de su vida, lograr y mantener el equilibrio térmico y resultando en un aislante y protectora de acreción de cara caliente (cráneo). Para ayudar en este sentido, una serie de simulaciones informáticas fueron realizados para analizar el rendimiento teórico de dos diferentes composiciones de revestimiento de pared solera y configuraciones, para demostrar diferentes resultados de rendimiento previsto para las mismas condiciones de funcionamiento. La Tabla 10 resume el rendimiento térmico de los diversos altos hornos Hearth muro de revestimiento de material carbonoso conceptos, utilizando una transferencia de calor- ysis anal de cada hogar composición de pared (Caso 1 al caso 5).

Tabla 10 Carbonosos Comparación de rendimiento de los materiales de revestimiento de pared El caso no. Material de revestimiento de pared Condición

Carbono cara caliente temp.

Flujo de

Carbonaceous Refractories calor (kW/m2). 1 2 3 4

5

Ladrillos prensados Ladrillos en prensados en Grandes bloques de carbon W/Taza de cerámica Grandes bloques de carbon W/Taza de cerámica Grandes bloques de carbon W/Taza de cerámica

21 3 Blow-in Cráneo formación @ Equilibrio Blow-in

821 206

11.4 2.5

700

6.3

Formación de grietas, ram El encogimiento, y Carbono y RAM Ataque químico

852

3.9

943

3.4

En el caso 1, el primer golpe de estado (nueva) de una nueva sección de pared de carbono prensado en caliente produce un recubrimiento de alta temperatura de la cara caliente porque materiales fundidos estaría en contacto directo con el carbono para que el flujo de calor se unimpeded por cualquier cara caliente de acreción aislante (cráneo). En el caso 2, el logro resultante de un equilibrio térmico permite- mación de un cráneo aislante formada a partir de la solidificación de las escorias materiales sobre el revestimiento de carbono cara caliente, resultando en una gran reducción en el rostro caliente la temperatura. Caso 3 representa una única gran espesor de bloque en el revestimiento de pared de carbono Golpe de estado (nueva) que incluye un alto punto de fusión del material cerámico en el revestimiento de carbono cara caliente destinados a proteger el carbono. Caso 4 representa el estado deteriorado del Caso 3 causados por el estrés se agriete por la expansión térmica diferencial de la única gran espesor de bloques que interrumpe la transferencia térmica eficaz a través del carbono y la degradación térmica de la ramming capa entre la cerámica y el carbón. Caso 5 representa el carbono y continuado deterioro de ram de un ataque químico resultante de la degradación y la pérdida de conductividad térmica en el material de recubrimiento de las temperaturas siguen aumentando sin cesar. La razón principal para el revestimiento de fracaso demostrada en los casos 4 y 5 es la diferencia de la temperatura, el agrietamiento que interrumpe la transferencia de calor y resultados en el ataque químico del carbono y la pérdida de la conductividad térmica y la consecuente falta de formación una calavera en la cara caliente revestimiento de cerámica. Como resultado, el revestimiento de cerámica absorbe el calor porque el deterioro de carbono no puede enfriar eficazmente. Por lo tanto el lado frío de la cerámica se calienta mucho en comparación con el tiempo, la intensificación de los ataques químicos del carbono por los álcalis y vapores de zinc. Además, puesto que el aliadoahora caliente "Aislante cerámico" se ha convertido en una fuente de calor en el revestimiento, permite materiales fundidos para penetrar en las grietas de tensión y las articulaciones del carbono, provocando la disolución de cualquier parte expuesta de carbono y/o ram y conse- quential pérdida de carbono y "romper" las posibilidades. La ventaja teórica de "aislar" la utilización de un revestimiento de cerámica está perdido porque de ram deterioro y agrietamiento de bloque de carbón, que interrumpir la transferencia de calor y carbono como resultado temperaturas superiores a la temperatura de reacción "crítico" para el ataque químico de álcalis y zinc. Además, debido a que el calor cerámico cara puede ser

enfriado lo suficiente debido a la pérdida de continuidad provocada por las grietas y la pérdida de la conductividad del carbón térmico brium equili- no puede alcanzarse. Así, en lugar de proveer el "aislamiento", la capa en lugar de cerámica se calienta y caliente frente al tiempo que absorbe el calor de los materiales fundidos y crea así una "fuente de calor" en la cara caliente del carbono. Esta absorción de calor por el "Aislante cerámico" continúa hasta que alcanza una temperatura que es casi lo mismo que los materiales fundidos en el que la cerámica está expuesta en su cara caliente. Este es el mismo efecto que se produciría si un bloque de esta cerámica aislante se vería sumergida en un cazo de metal fundido, después de que en un tiempo muy corto, este "material aislante alcanzaría

Una temperatura de equilibrio con el metal porque no podía ser enfriado. Con- sequently, incluido un tipo de Aislante cerámico, revestimiento de pared cara caliente con el calor la realización de revestimiento de pared de carbono, diseño térmico impide la realización de equi- Librium, porque la cerámica se convierte en una fuente de calor, de modo que una capa aislante de material solidificado (cráneo) pueden formarse en su cara caliente. V. Conclusión Refractarios carbonosos se comportan de manera diferente que la cerámica típica refrac- tories, principalmente porque los tipos carbonosas son conductivas en lugar de insulat- ing. Todos los sistemas de revestimiento carbonosos realizar como conductora de "sistema de refrigeración" en contraposición a una definición clásica de un revestimiento refractario que es normalmente un "sistema aislante." Por consiguiente, la correcta refrigeración siempre debe ser utilizado con cualquier sistema de revestimiento carbonosos para ayudar en el mantenimiento de refractarios tempera- tures que están por debajo de la temperatura crítica de ataque químico por mecanismos tales como la oxidación, álcalis, CO La degradación, o la disolución del carbono por metal fundido. No hay ningún sistema de toda la industria para designar los diversos grados de car- bonaceous materiales que son disponibles comercialmente. Cada fabricante tiene su propio método y la nomenclatura para describir las calidades y variedades que están hechos para fines específicos o propiedades. Materiales carbonosos exhiben una excelente conductividad térmica, estabilidad de volumen, resistencia a ataques químicos, y la resistencia del choque térmico, haciendo de ellas un valioso componente para aplicaciones refractarias. Sin embargo, deben ser enfriado adecuadamente para garantizar la supervivencia a largo plazo en aplicaciones metalúrgicas. Diversos métodos pueden ser utilizados para acomodar tensiones internas como fijando las articulaciones o compensación de expansión térmica diferencial patentado, y se pueden combinar materiales carbonosos en aplicaciones con distintos tipos de materiales cerámicos para aprovechar las mejores propiedades y características de cada una de ellas. Referencias Alto horno refractario de sistemas para el hogar, Bosh y pila. UCAR Manual. Colum- bia, TN: UCAR Carbon Company, Inc. Carniglia SC, Barna GL. Manual de materiales refractarios de Tecnología Industrial. Park Ridge, NJ: Nosi Publications, 1992.

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