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LADRILLOS REFRACTARIOS

Gamboa Karen 20152374102 Rodríguez Cristian 20142374046 Sánchez Jeison 2015237410

RESUMEN: Hay un tipo especial de ladrillo cuya utilización es imprescindible cuando se quieren realizar obras que tengan una resistencia superior a la media para la exposición a grandes temperaturas. Se trata de los ladrillos refractarios, y dependiendo de si están compuestos de alúmina o sílice tienen diferentes utilidades específicas. La gran ventaja que tienen los ladrillos refractarios se traduce en que no sufren cambios al ser expuestos al fuego o al calor. Además de su resistencia, son buscados porque entre sus otras propiedades se encuentran las de no ser conductores de calor y ser buenos aislantes térmicos

PALABRAS CLAVE:

Desplazamiento, rapidez, velocidad inicial, distancia, proyectil, disparo, lanzamiento.

ABSTRACT: There is a special type of brick that you use is imperative when you want to perform works that have a higher than average resistance for exposure to high temperatures. These are refractory bricks, and depending on whether they are composed of different types of specific utilities. The great advantage of refractory bricks is that they do not undergo changes when exposed to heat. In addition to their resistance, the finder of search for other properties are those of not being conductors of heat and be good thermal insulation.

CONCEPTOS BÁSICOS

El ladrillo es un material de construcción (generalmente cerámico); sus dimensiones permiten que se pueda colocar con una sola mano. Se emplea generalmente en albañilería y su uso se remonta desde hace unos 11.000 años para edificar “casas”, los sumerios y babilonios usaban ladrillos recocidos para reforzar sus muros y murallas para generar más resistencia. Los ladrillos están ligados a otras aplicaciones como es el caso de los refractarios, lo cuales se empezaron a usar cuando se extendió el crecimiento de la industria metálica ya que se necesitaban materiales para crear un entorno que resistiera altas temperaturas para poder fundir los metales, como es de esperar al comienzo solo existieron pocos tipos de ladrillos de este tipo pero cuando la reproducción del acero se hizo masiva se empezó a ver más diversidad. Cuando se habla de materiales refractarios de forma general se debe tener en cuenta que es prácticamente imposible usar materiales naturales directamente sin proceso alguno para su conformado, también se debe tener presente que a pesar de tengan buenas propiedades se deben utilizar con otros materiales para reforzar. Las propiedades que caracterizan estos ladrillos refractarios de calidad dependen según la aplicación aunque siempre va a tener un aspecto importante y es la refracteriedad (punto en el cual la pieza empieza a reblandecerse o fundirse), soportan altas temperaturas, por otro lado suelen ser resistentes a la abrasión y son químicamente inertes bajo medios agresivos. A medida que pasa el tiempo, se han buscado realizar innovaciones en los ladrillos buscando mejorar sus propiedades implementando nuevos materiales o cambiando el porcentaje entre estos, verificando su estabilidad por medio de ensayos empíricos.

GENERALIDADES

Las superficies de los ladrillos tienen que ser lisas para disminuir la adherencia con el mortero (es un compuesto de conglomerantes inorgánicos, agregados finos y agua, y posibles aditivos que sirven para pegar elementos de construcción tales como ladrillos) y así permitir altas temperaturas (material costoso), alto punto de fusión.

PROPIEDADES GENERALES

Propiedades mecánicas: Resistencia en la comprensión en frio, resistencia al desgaste, resistencia a la abrasión.

Propiedades mecánicas: Dilatación térmica, calor específico, conductividad térmica y resistencia al choque térmico. Propiedades químicas: Resistencia a escorias, gases, vapores, ácidos. El manejo de los ladrillos refractarios no es tan fácil de trabajar como los comunes, ya que algunos de sus componentes pueden llegar a ser explosivos con el uso inapropiado o a la hora de mezclarlo con materiales equivocados todo gracias a las mismas propiedades que ya tiene el material y por su composición. Además de refractar son excelentes contenedores de calor, pues mantienen el calor al que son expuestos durante sus diferentes usos.

MICROESTRUCTURA

Los materiales refractarios tienen microestructura compleja. Poli cristalinos con una o más fases cristalinas y frecuentemente una fase vítrea o liquida, el comportamiento de los ladrillos de una misma composición química dependerán de las materias primas utilizadas y de las reacciones que se haya producido durante el proceso de cocción, es decir de los compuestos finalmente presentes en el material.

TIPOS DE LADRILLOS REFRACTARIOS

Los ladrillos refractarios se pueden clasificar en:

    

Refractarios básicos: Se basan en magnesia Refractarios neutros: Usualmente incluyen la cromita y la magnesia Refractarios ácidos: están compuestos por arcilla de sílice, de alúmina y refractarios de arcilla Refractarios especiales: Incluyen circonio y cierta diversidad de carburos y boruros en dos tipos según las composiciones más usuales

CLASIFICACIÓN SEGÚN APLICACIONES

    

Refractarios para la industria siderúrgica Refractarios para la industria cementera Refractarios para la industria de la cal Refractarios para la industria del vidrio Refractarios para la industria petroquímica

SEGÚN SU COMPOSICIÓN

Con alto contenido de alúmina: El coeficiente de dilatación térmica de este tipo de ladrillos es muy bajo. Gracias a esta propiedad los ladrillos están preparados para soportar elevadas temperaturas, sin presentar algún tipo de deformación o dilatación que modifiquen el desempeño del ladrillo después de su enfriamiento. Como la arcilla necesaria para su fabricación es muy poca, y el contenido de alúmina (material costoso) es grande, el precio en el mercado de estos ladrillos es alto. Con alto contenido de sílice: Al igual que los anteriores, estos ladrillos están diseñados para estar expuestos a altas temperaturas, sin embargo, cuando estos son sometidos a fases alternativas o continuas de calor a frío suelen dilatarse de manera considerable para su uso industrial. Y estos continuos cambios de temperatura, así como de forma, afectan el ladrillo de tal forma que este termina por desintegrarse. Este tipo de ladrillo es muy útil en zonas en donde las temperaturas a las que se expone son altas continuas. Fabricación de ladrillos refractarios En la industria se encuentran diversos métodos como cortar las piezas de la forma deseada a partir de las materias primas independientemente de ser naturales o artificiales, otro método es fundir la composición determinada en moldes para obtener ladrillos. Para la fabricación de ladrillos refractarios se sigue utilizando el método de cerámica en bruto lista. Sus pasos a seguir son: 1) Almacén de materia prima 2) Triturador de arcilla 3) Molino de arcilla

4) Torre de secado 5) Silo 6) Dispositivo para disolución de componentes líquidos 7) Triturador basto 8) Triturador fino 9) Transportador 10) Criba 11) Silo de carga 12) Molino de bolas 13) Aireador 14) Pesaje 15) Silo de carga 16) Dosificador de componentes líquidos 17) Mezclador 18) Prensas de fricción 19) Prensas hidráulicas 20) Moldeador a mano/apisonador 21) Vagoneta de cocción 22) secador de túnel 23) horno túnel 24) almacén/cargue de ladrillos Preparación de las materias primas

La arcilla es una roca constituida Básicamente por silicatos, pero cuando nos enfocamos en ladrillos refractarios hacemos uso mayoritario de la arcilla Caolin (hay cuatro tipos: Ballclays,Fire-clays,Flint clays, chamota) y en proporciones más bajas se utiliza la magnesita (MgCO3),cromita (FeCr2O4),cuarcita. En general las materias primas de materiales refractarios son de origen natural y proceden directamente de mina pero es necesario realizarles una serie de operaciones previas para obtener materias de calidad adecuada, como lavar la arcilla para quitar impurezas y evitar que afecten las propiedades refractarias del material dando como resultado un producto refractario cocido con las propiedades deseadas. En algunos casos se necesitar hacer una calcinación y concentración del producto para eliminar CO2 de los carbonatos H2O Se prepara la materia prima en tres etapas:

Trituración (basta, fina, molienda)   

Basta: Triturador de mandíbulas, triturador de impacto, triturador de cono, triturador de rodillos. Fina: Triturador de impacto, triturador de cono, triturador de rodillos Molienda: Molino de rodillos anulares, molino de bolas, molino oscilante.

Cribado

Dosificación (mezcla) Se debe tener presente que entre mayor tamaño tengan las partículas de los ladrillos se generara más volumen, se puede contrarrestar incluyendo un material con partículas más finas que se incrusten entre los espacios que quedan para que luego con la ayuda de la sinterizacion se disminuya el vacío; si se hace lo contrario, es decir se empieza con una mezcla con partículas muy finas y se llenan espacios con partículas más grandes lo que se obtendrá será un aumento en la densidad del material.

Figura 1.Ecxeso de partículas

Figura 1.2 Composición optima

Figura 1.3 Exceso de partículas gruesas

Factores influyen en la densidad:  Tamaño y peso atómico de los elementos  Factor de empaquetamiento de los átomos en la estructura cristalina  Cantidad de porosidad en la microestructura.

CONFORMADO En el conformado de las piezas, en el caso de masas secas (humedad < 10%), es posible realizarlo en prensas, cosa que no se puede hacer con las masas plásticas (humedad > 10%), ya que impediría la incomprensibilidad del agua. Estas masas plásticas suelen extrusionar. El

prensado además de permitir la conformación de piezas disminuye considerablemente la porosidad, quedando está en algunos casos por debajo del 20%. El prensado uniaxial tiene por objeto la compactancia de la mezcla dentro de un molde rígido aplicando la presión de una sola dirección por medio de un embolo o pistón o un punzón rígido. Es un procedimiento de elevada capacidad de producción y fácil de automatizar.

Las etapas generales son: 1. Llenado de molde 2. Compactación y conformado de la pieza 3. Extracción de la pieza Las velocidades de prensado varían de una fracción de segundo para pequeñas piezas a varios minutos para grandes piezas usando una prensa de acción simple, las capacidades de prensado alcanzan hasta varios cientos de toneladas. La presión máxima de prensado usada en seco esta, comúnmente en la gama de 20-100 MPa. Las presiones más altas se usan en la fabricación de las cerámicas técnicas y menores en la fabricación de materiales a base de arcilla.

EXTRUSION El conformado plástico incluye los procedimientos de producción de productos a partir de una mezcla de polvo cerámico y aditivos que es deformable bajo presión. La mezcla puede obtenerse en sistemas conteniendo arcillas por la adición de aguas y pequeñas cantidades de floculante, un agente mojado y un lubricante. En sistemas que no tienen arcilla como óxidos puros, carburos y nitruros, es necesario añadir en lugar de arcilla un material orgánico, mezclado con agua o con otro fluido para proporcionar la plasticidad. Se requiere entre el 20% y el 50% de aditivo orgánico para lograr la plasticidad adecuada para el conformado. La mayor dificultad del proceso de conformado plástico es la eliminación del material orgánico antes de la cocción. En el caso de sistemas arcilla- agua, durante el secado tiene lugar una contracción sustancial que aumenta el riesgo de aparición de grietas. En sistemas con aditivos orgánicos el problema es extraer una pieza en verde sin defectos, una extracción demasiado rápida da lugar a agrietamientos, hinchamiento o distorsión. Una eliminación inadecuada resulta en agrietamientos, hinchamiento o contaminación en el proceso posterior de densificación a lata temperatura. COCCION Es la etapa más delicada del proceso de fabricación ya que condiciona las propiedades más importantes y especificas del producto final. Los parámetros básicos de la cocción son la temperatura, el tiempo de tratamiento y la velocidad de calentamiento y enfriamiento.

Las temperaturas de cocción deben ser como mínimo igual a la de utilización del material ya que de no ser así ciertos fenómenos que se operan durante su trascurso tendrán lugar en el horno de forma incontrolada e indeseada. Los procesos que se desarrollan durante la cocción son complejos y dependen de cada material en particular. Se puede decir que la cocción da lugar a los siguientes efectos: 1. Transformaciones cristalográficas o cambios de fase en estado sólido con aparición de especies estables a elevada temperatura que no deben desaparecer al enfriar el material. 2. Descomposición térmica de minerales hidratados (hidróxidos, agua de composición, etc.) carbonatos, sulfatos, material orgánico, etc. 3. Sinterización de los granos cristalinos bien mediante formación de fases vítreas intercristalinas directas o procedentes de la matriz de aglomeración. La velocidad de enfriamiento debe ser en principio la que permita el comportamiento físico – químico del material ya que interesa retener la fases de alta temperatura en estado metastable. En el caso de especies fácilmente reversibles y que varían relativamente con respecto a la densidad el enfriamiento debe ser controlado cuidadosamente para evitar rotura de la pieza. Los hornos de cocción modernos son tipo túnel y marcha continúa. Estos hornos consisten de una cámara alargada a lo largo de la cual circula la carga a cocer, dispuesta sobre una mesa móvil o sobre vagonetas. El calentamiento del horno se efectúa mediante mecheros de gas laterales y la temperatura se gradúa por zonas mediante circulación de gases. La cocción es la operación más costosa de los procesos de fabricación de refractarios y por ello es importante una alta eficiencia térmica del horno a utilizar. El horno túnel permite un alto grado de regeneración de calor y por ello se ha ido generalizando su uso en las modernas instalaciones de producción. Las temperaturas de cocción se clasifican en función de los grupos de materias más importantes en la escala siguiente:

   

Ladrillos de chamota: 1250 – 1500 °C Ladrillos de sílice: 1450 – 1500 °C Ladrillos aluminosos: 1500 – 1800 °C Ladrillos de magnesia: 1500 – 1800 °C

El tiempo total de cocción, incluyendo el precalentamiento y el enfriamiento comprende entre los 3 días ene l horno túnel y unas 3 semanas en los hornos anulares e individuales.

ESTADO DEL ARTE

En el Departamento de Norte de Santander, Colombia se encuentran gran variedad de materias primas arcillosas, lo que ha permitido la consolidación del sector cerámico, es por eso que todo se

presta para la realización de estudios para diferentes tipos de mezclas para ladrillos refractarios que arrojaron interesantes resultados. Se analizaron las propiedades físicas (aptitud cerámica) y químicas (Fluorescencia de rayos X FRX) de cuatro materias primas (arcilla Peracos, arcilla La Alejandra, Caolín HS-801 A y mezcla Táchira), logrando obtener indicadores de medición a través de las temperaturas estudiadas (1150 y 1280 °C), para identificar su composición y el comportamiento individual; y de esta manera seleccionar las cantidades a ser empleadas en la formulación de las diferentes mezclas: MA, MB, MC, MD, ME y MF. Finalmente se emplearon las mezclas más apropiadas para la fabricación de un prototipo de ladrillo refractario a escala real, siendo la mezclas MA con un bajo porcentaje de contracción en cocido de 2,89 a la temperatura de 1280oC, una densidad aparente constante de 1,60 g/cm3 y una resistencia a la rotura de 16,98 Kgf/cm2, MB con un bajo porcentaje de contracción en cocido de 5,69 a la temperatura de 1280oC, una densidad aparente 1,58 g/cm3 y una resistencia a la rotura de 49,01 Kgf/cm2, y ME con un bajo porcentaje de contracción en cocido de 5,88 a la temperatura de 1280oC, una densidad aparente 0,93 g/cm3 y una resistencia a la rotura de 7, 68 Kgf/cm2; las que cumplen con las condiciones requeridas por la NTC 623 para la fabricación de ladrillos refractarios. Los ladrillos refractarios fabricados durante esta investigación se consideran aptos para ser empleados en la construcción o reconstrucción de hornos tipo colmena, esto teniendo en cuenta que dichos ladrillos soportan una temperatura de 1430°C el de MA y 1349°C a 1398°C el de MB y los hornos colmena utilizados en Norte de Santander trabajan a temperaturas máximas de entre 950°C y 1080°C. De acuerdo a los datos obtenidos en los ensayos de contracción en cocido, absorción de agua, densidad aparente y resistencia a la rotura por flexión, se puede deducir que las mezclas MA (30% arcilla Peracos- 10% arcilla La Alejandra- 60% Mezcla Táchira), MB (70% arcilla La Alejandra- 30% Mezcla Táchira) y ME (30% de arcilla Peracos- 20% arcilla La Alejandra- 50% Caolín); cumplen con los parámetros y características para la fabricación de un ladrillo refractario. El 81,8 % de los hornos utilizados en la región son colmena, los ladrillos refractarios fabricados con las mezclas MA y MB se pueden usar en la cúpula, los sacos y las hornillas; aumentando la productividad ya que se disminuirían los tiempos de parada para el mantenimiento de los hornos. En los hornos túnel se pueden emplear estos ladrillos refractarios en la sección de precalentamiento y en la de enfriamiento.

CONCLUSIONES

En este trabajo se puede ver reflejado como las propiedades de un material pueden ser tan importantes a la hora de demostrarse sus propiedades, como se puede observar los ladrillos refractarios son un materia importante para las grandes industrias, ya que a su resistencia a las altas temperaturas o hace un material indispensable al momento de elaboración de materias que necesiten trabajarse a altas temperaturas como algunos metales, también se pudo analizar que hay algunos materiales que tienen ensayos no normalizados y quizás los hagan pioneros para otros nuevos materiales en el futuro. Gracias a las características y materias primas que usa los ladrillos lo hace un elemento muy factible a la hora de conseguir y también es muy importante para el desarrollo urbano en una sociedad.

PREGUNTAS:

1. ¿QUE ES UN MATERIAL REFRACTARIOS? A. material con capacidad de reflejar la luz B. material capaz de soportar mucha carga C. material capaz de exponerse a altas temperaturas D. todas las anteriores 2. ¿Cómo SE CONFORMA UN LADRILLOS REFRACTARIO?

A. secado B. prensado C. extrusión D. TODAS LAS ANTERIORES

3. ¿Que ensayos se le hacen a los ladrillos refractarios? A. TRACCION B. TORCION C. empíricos D. flexión

4. ¿Cuál es la temperatura de cocción de un ladrillo refractario?

A. -200 C A -50 C B. 0 C A 50C C. 1250C A 1800C D.300 C A 500C

5.¿cual es el país que más exporta ladrillos refractarios?

A. Colombia B. España C. china

D. estados unidos