• Author / Uploaded
• alex

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINERA y METALURGICA

INTRODUCCIÓN Los refractarios son materiales, que en condiciones de servicio resisten elevadas temperaturas, erosión, abrasión, impacto, ataque químico, acción de gases corrosivos y otras experiencias no menos recias. Estos materiales se usan para el recubrimiento de hornos, hogares conductos chimeneas, etc.; eligiéndose alguno de los materiales existentes, según sean las condiciones reinantes en determinadas zona. La mayor parte de los refractarios son materias cerámicas fabricadas con óxidos de elevado punto de fusión (SiO2, Al2O3, Mg, y Cr2O3). No obstante, el carbón es actualmente un refractario importante. El proceso cerámico consta de cinco etapas 1. La selección y preparación de las materias primas, 2. La preparación del cuerpo cerámico, que consiste en la preparación de la mezcla, homogenización y amasado. 3. El moldeado, que puede hacerse por varios procedimientos, 4. El secado 5. La cocción. Como resultado de todo ello se obtiene el producto cerámico, que deberá pasar controles de calidad. Todas las etapas son importantes, pero es sin duda la cocción la más crítica e interesante, tanto desde un punto de vista básico, por cuanto supone un conjunto de reacciones del mayor interés científico, como aplicado porque en esta etapa se consigue realmente el producto cerámico final.

LABORATORIO DE CERAMICA PREPARACION DEL LADRILLO REFRACTARIO

Página 1

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINERA y METALURGICA

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL Preparar un ladrillo refractario teniendo como materiales base: Arcilla CAR, AND1 y AND2

OBJETIVO ESPECIFICO  Establecer el procedimiento adecuado para la fabricación del material refractario.  Determinar el porcentaje de humedad adecuado para la fabricación del refractario.  Calcular el porcentaje de material del refractario  Determinar las dimensiones del ladrillo luego de la quema

LABORATORIO DE CERAMICA PREPARACION DEL LADRILLO REFRACTARIO

Página 2

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINERA y METALURGICA

FUNDAMENTO TEÓRICO El termino ladrillo refractario hace referencia a aquellos elementos que pueden soportar satisfactoriamente el calor sin sufrir deterioros en su forma, así como resquebrajamientos. La aplicación de estos elementos, está muy vinculada a hornos, siendo en la industria del acero la que usualmente demanda más de estos elementos Las propiedades que debe tener un ladrillo refractario son: a) b) c) d) e) f) g) h) i)

Alta refractariedad. Estabilidad volumétrica a las temperaturas de operación. Estabilidad química (frente a gases, vapores y escorias). Resistencia al choque térmico. Alta resistencia mecánica en caliente. Alta densidad. Baja conductividad térmica. Alta resistencia a la abrasión. Baja conductividad eléctrica a altas temperaturas

El proceso cerámico consta de cinco etapas (Figura 1):

1. La selección y preparación de las materias primas, 2. La preparación del cuerpo cerámico, que consiste en la preparación de la mezcla, homogenización y amasado. 3. El moldeado, que puede hacerse por varios procedimientos, 4. El secado 5. La cocción.

LABORATORIO DE CERAMICA PREPARACION DEL LADRILLO REFRACTARIO

Página 3

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINERA y METALURGICA

MATERIAS PRIMAS CERÁMICAS Las materias primas cerámicas son los materiales de partida con los que se fabrica el producto cerámico. Los productos cerámicos clásicos, que constituyen la "cerámica tradicional", están preparados con materias primas naturales, que de acuerdo con su función pueden ser plásticas o no plásticas. Las primeras son esencialmente arcillas. Las no plásticas pueden tener una función de "desgrasantes" (materiales que reducen la plasticidad permitiendo una mejor trabajabilidad y facilitando el secado), o son elementos "fundentes" (que facilitan una cocción a menor temperatura e introducen los elementos necesarios para la formación de nuevas fases).

LABORATORIO DE CERAMICA PREPARACION DEL LADRILLO REFRACTARIO

Página 4

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINERA y METALURGICA

1.- LA SELECCIÓN Y PREPARACIÓN DE LAS MATERIAS PRIMAS

a) Materia prima: Una vez recibida se le efectúa todos los ensayos de rigor a los efectos de verificar su calidad. Luego se la almacena en lugar adecuado, cubierto o no, según las características de la misma. b) Trituración y molienda: En esta etapa no solo se busca la reducción del tamaño de los granos de las materias primas, sino obtener un con junto de partículas que posean la distribución granulométrica necesaria para su posterior tratamiento. Otra característica importante es la humedad de la materia prima. Si es menor del 4% se producen perdidas de polvos. Si es mayor del 4% el material se empasta, presentando adherencias entre partículas o con elementos de la máquina. c) Clasificación: Una vez efectuada la reducción del tamaño de la partícula, se procede a separarlas en función de los distintos diámetros obtenidos. Esta operación se realiza haciendo pasar el material a través de zarandas o tamices, con aberturas de distintas medidas, reteniéndose en cada una los granos que tienen mayor tamaño que los orificios de este tamiz y que han pasado por la zaranda anterior, de orificios mayores. 2.- LA PREPARACIÓN DEL CUERPO CERÁMICO, QUE CONSISTE EN LA PREPARACIÓN DE LA MEZCLA, HOMOGENIZACIÓN Y AMASADO. a) Mezcla y homogeneización: Posteriormente se procede al dosaje de los componentes, que después de su oportuno mezclado, formaran la mezcla destinada al prensado. La dosificación se realiza según peso o volumen. El primero es mucho más preciso, siempre y cuando la humedad esté perfectamente controlada. LABORATORIO DE CERAMICA PREPARACION DEL LADRILLO REFRACTARIO

Página 5

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINERA y METALURGICA

b) Preparación de la masa plástica: Después del dosaje, los componentes son mezclados y se le agrega el agua necesaria para efectuar el prensado. 3.- EL MOLDEADO, QUE PUEDE HACERSE POR VARIOS PROCEDIMIENTOS Moldeado: Una vez obtenida la mezcla ya homogeneizada, se la somete al moldeado, según alguno de los tres procedimientos siguientes: a) Prensado mecánico b) Extrusión c) Moldeado a mano 4.- EL SECADO: Luego se debe eliminar el agua no combinada (intersticial). Una forma es mediante secado al aire, lo cual requiere fundamentalmente un espacio resguardado de cambios climáticos. Otra forma es la utilización de un túnel sometido a la circulación de aire, con humedad controlada de modo que los valores de humedad y temperatura o lo largo del mismo sean inversamente proporcionales (es decir a máxima humedad, corresponde mínima temperatura y viceversa). 5.- LA COCCIÓN: Proceso por el cual se tratan las materias primas pre calcinadas, a los efectos de lograr que se produzcan ciertas reacciones químicas y que se formen los compuestos necesarios para el consolidamiento de las partículas y el posterior uso de la pieza. Hay que tener en cuenta que durante el mismo existe una reducción de porosidad, produciéndose una reducción dimensional del ladrillo. La temperatura de cocción depende del material. Se debe cuidar de no superar la temperatura de ablandamiento del mismo, ya que se obtendrían piezas deformadas y hasta pegadas entre sí. Es importante controlar la uniformidad de temperatura en el horno y evitar los golpes de llama sobre el producto. También se debe tener un riguroso respeto de la curva de cocción tanto que en la zona de calentamiento como enfriamiento para que no se verifiquen tensiones y roturas.

LABORATORIO DE CERAMICA PREPARACION DEL LADRILLO REFRACTARIO

Página 6

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINERA y METALURGICA

MATERIALES Probeta graduada de 100 ml

Arcilla CAR

Agua (ligante)

Maquina fresadora

Andalucita - AND1

Balanza

LABORATORIO DE CERAMICA PREPARACION DEL LADRILLO REFRACTARIO

Andalucita – AND2

Brocha, lona, fuente

Página 7

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINERA y METALURGICA

PROCEDIMIENTO 1. FORMULACION Se estableció que el peso del ladrillo refractario debería ser de 500 gramos, además los materiales constituyentes deben ser ARC CAR, AND1 y AND2 en las siguientes proporciones: CONSITUYENTE Porcentaje (%) Peso (g)

ARC CAR AND1 AND2 ƩSUMA

40 30 30 100

200 150 150 500

Entonces se procedió a pesar cada componente del material refractario. 2. HOMOGENIZACION FISICA: Luego de pesar los componentes se procede a la homogenización, dicha homogenización se puede hacer mediante la formación de conos o también mediante el uso de la lona.

3. ADICION DEL LIGANTE El ligante que usamos en el laboratorio es el agua. Una vez mezclado los componentes del refractario se debe colocar la mezcla en una bandeja para posteriormente añadir agua gradualmente con el fin de obtener una masa con el porcentaje de humedad adecuado.

LABORATORIO DE CERAMICA PREPARACION DEL LADRILLO REFRACTARIO

Página 8

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINERA y METALURGICA

MEZCLA 1 2 3 4

VOLUMEN DE AGUA (ml) 80 75 75 70

Luego de añadir una pequeña cantidad de agua, se debe homogenizar la mezcla, asegurando que la granulometría sea uniforme en toda la mezcla 4. Moldeo: Se realizó el prensado en seco con lo cual se debía preparar la maquina previo uso, por ejemplo lubricar con kerosene o petróleo para facilitar el desmoldeo y evitar la fricción.

Se recomienda dar 12 golpes para verificar una buena compresión.

5. Secado y Cocción: Se procede al secado de los bloques formados hasta llevarlos a un estado en cuero, con porcentaje de humedad menor al 2%.

LABORATORIO DE CERAMICA PREPARACION DEL LADRILLO REFRACTARIO

Página 9

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINERA y METALURGICA

CÁLCULOS 1) Para poder fabricar el ladrillo refractario se procedió a utilizar el agua como ligante, obteniéndose los siguientes gastos de agua. CONSITUYENTE Porcentaje

ARC CAR AND1 AND2 ƩSUMA

(%) 40 30 30 100

Peso (g) 200 150 150 500

MEZCLA

VOLUMEN DE AGUA (ml) 80 75 75 70

1 2 3 4

Se eligió a cuatro personas para que reproduzcan la misma experiencia con la misma composición y proporción. De acuerdo a la fórmula para el cálculo del porcentaje de humedad: %𝐻 =

𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜 𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜 + 𝑚𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙

𝑠𝑒𝑐𝑜

; 𝑚𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙

𝑠𝑒𝑐𝑜

= 500 𝑔

𝐷𝐻2𝑂 = 1 𝑔/𝑐𝑐

MEZCLA 1 2 3 4

VOLUMEN DE AGUA (ml) 80 75 75 70

% HUMEDAD 13.79% 13.04% 13.04% 12.28%

Procedemos a hacer el cálculo del porcentaje de plasticidad: %𝑃 =

𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜 ; 𝑚𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑚𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑠𝑒𝑐𝑜

𝑠𝑒𝑐𝑜

= 500 𝑔

𝐷𝐻2𝑂 = 1 𝑔/𝑐𝑐 MEZCLA 1 2 3 4

VOLUMEN DE AGUA (ml) 80 75 75 70

LABORATORIO DE CERAMICA PREPARACION DEL LADRILLO REFRACTARIO

% PLASTICIDAD 16% 15% 15% 14% Página 10

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINERA y METALURGICA



CALCULO DE LA REFRACTARIEDAD DEL LADRILLO REFRACTARIO

MATERIAL

FORMULA

PESO

ARCILLA CAR AND 1 AND 2

𝐴𝑙2 𝑂3 . 2𝑆𝑖𝑂2 . 2𝐻2 𝑂 200 𝐴𝑙2 𝑂3 . 2𝑆𝑖𝑂2 . 2𝐻2 𝑂 150 𝐴𝑙2 𝑂3 . 2𝑆𝑖𝑂2 . 2𝐻2 𝑂 150

PESO EQUIVALENTE EQUIVALENTE 0.7751938 258 0.58139535 258 0.58139535 258

PESO DE 𝐴𝑙2 𝑂3 = 102 ∗ (0.7751938 + 0.58139535 + 0.58139535) PESO DE 𝐴𝑙2 𝑂3 = 197.67𝑔𝑟𝑎𝑚𝑜𝑠 %PESO DE 𝐴𝑙2 𝑂3 =

197.67 ∗ 100% 500

%PESO DE 𝐴𝑙2 𝑂3 = 39.53%

Reemplazando en la ecuación de Refractariedad 𝑇°𝐶 =

360 + 39.53 + (0 + 0) 0.228

𝑇°𝐶 = 1752.32 °𝐶 Como 𝑇°𝐶 > 1520°𝐶 entonces es un material refractario.  CÁLCULO DE LA TEMPERATURA DE COCCIÓN 𝑇 𝑐𝑜𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 = (0.7 ∗ 1752.32 ) 𝑻 𝒄𝒐𝒄𝒄𝒊𝒐𝒏 = 𝟏𝟐𝟐𝟔. 𝟔𝟐𝟒 °𝑪  CÁLCULO DE LA TEMPERATURA DE TRABAJO 𝑇 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜 = (0.8 ∗ 1752.32 ) 𝑻 𝒕𝒓𝒂𝒃𝒂𝒋𝒐 = 𝟏𝟒𝟎𝟏. 𝟖𝟔 °𝑪

 CALCULO DEL C.P.E 𝐶. 𝑃. 𝐸 =

113 + 39.53 + (0 + 0) 4.48

𝑪. 𝑷. 𝑬 = 𝟑𝟒. 𝟎𝟒 ≈ 𝟑𝟒 Se obtiene que la refractariedad del ladrillo será del CPE 34 LABORATORIO DE CERAMICA PREPARACION DEL LADRILLO REFRACTARIO

Página 11

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINERA y METALURGICA

RECOMENDACIONES  









Se debe tener cuidado en el pesado de las respectivas muestras para tener un material con las proporciones propuestas en el laboratorio. Otro aspecto que se debe tener en cuenta es el proceso de homogenización física, pues determinara la uniformidad de las propiedades mecánicas y refractarias del ladrillo. Durante la adición del ligante (agua), éste se debe agregar gradualmente, asimismo se debe homogenizar cada vez que se agrega un poco de ligante para que el agua se distribuya uniformemente evitando la formación de gránulos (masa esférica) Una vez agregado una significante cantidad de agua, verificar si la humedad es la adecuada. Esto se verifica formando una masa plástica (pella) con la mano, de esta manera si el material se empieza a desmoronarse o cuartearse esto indica que falta más agua, en caso que la masa plástica se pegue a la mano indica que se agregó un exceso de ligante. Otra forma de verificar es mediante la coloración de la mezcla, cuando posee una humedad ideal esta se torna de un color marrón claro. Una vez obtenida la humedad ideal, se procede a la etapa de moldeo. En nuestro caso se utiliza el moldeo por prensado en seco. Para lo cual es necesario lubricar la matriz para facilitar el desmoldeo además para evitar el desgaste por abrasión (fricción). La fuerza utilizada durante el prensado debe ser considerable para asegurar la compactación de la mezcla. En caso se realice una buena compactación se obtendrá un ladrillo refractario denso, con mayor resistencia mecánica y con mayor conductividad. Se debe procurar colocar como máximo dos mezclas en la matriz para que el golpe sea más eficiente, evitando la distribución de fuerzas.

LABORATORIO DE CERAMICA PREPARACION DEL LADRILLO REFRACTARIO

Página 12

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA GEOLOGICA, MINERA y METALURGICA

CONCLUSIONES 







Los materiales utilizados para la fabricación del ladrillo refractario son esencialmente arcilla, por lo tanto le dará a nuestro ladrillo buena refractariedad. Se establece que para el moldeo por prensado en seco se debe tener una humedad menor al 10% (%H