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BOL.SOC.ESP.CERAM.VIDR. 28 (1989) 5, 385-393
Refractarios de magnesia-carbono para cucharas
J. I. LASQUIBAR, C. RIBERA Aristegui Material Refractario, S. A.
- Hernani (Guipzcoa)
RESUMEN.Refractarios de magnesia-carbono para cucharas. Se
repasa en este artculo la situacin de los revestimien-
tos de cuchara de acero originada por la extensin de la
metalurgia secundaria. Se examina el mecanismo de des-gaste de los
refractarios que contiene carbono y las di-versas lneas de mejora
que pueden abordarse tras el estudio del proceso de ataque. As se
llega a la justifca-cin de la utilizacin de refractarios de alto
contenido de carbono, conteniendo grafitos y con aglomeracin por
re-sinas. Se estudia cada uno de los componentes bsicos:
magnesitas, graftos y resinas, as como la problemtica particular de
estos refractarios, principalmente el pro-blema de la oxidacin
interna. De estos estudios pueden deducirse las mejoras a
introducir dentro del diseo del material refractario, de la
seleccin de sus componentes y sus cuantas respectivas con vistas a
poder hacer frente especficamente a cada uno de los problemas
refractarios que van a encontrarse en la utilizacin.
Es asimismo importante la seleccin de los formatos adecuados
para cada forma de montaje y manera de tra-tamiento y utilizacin de
la cuchara. Se indican tambin unos datos prcticos reales de
consumos y costes que esen-cialmente demuestran que este tipo de
refractarios pue-den dar en las cucharas, y lo estn dando,
resultados econmicos convenientes.
ABSTRACT, les.
-Magnesite-carbone refractories for lad-
The general aspects of the magnesia-carbon refractories used in
steel pouring are reviewed. The refractories lin-ings on difi^
erent areas of the steelmaking ladles are show-ed by discussing the
different materials which can be used.
Wearing mechanisms are also discussed as well as the different
liners. The distribution of costing analysis of refractories in
steelmaking is finally reviewed.
1. INTRODUCCIN Originalmente las cucharas fueron recipientes
utilizados
solamente para el traslado del acero desde la unidad de fu-sin a
la unidad de colado.
Actualmente el papel del horno elctrico se ha reducido, en la
mayora de los casos, a una unidad de fusin, efec-tundose el resto
de operaciones de desulfuracin, desoxi-dacin, afino, etc., en la
cuchara.
La exigencia de utilizacin de mejores refractarios en las
cucharas ha sido impuesto as por los siguientes procesos.
Aparicin del sistema de colado en continuo, con el consiguiente
aumento de las temperaturas de colada y asimismo del tiempo de
mantenimiento en cuchara.
El uso de ms complejas operaciones de metalurgia se-cundaria con
fases de carburacin, desoxidacin, des-gasificado, adicin de
aleaciones, todo ello ayudado con la inyeccin de gas con objeto de
asegurar la ho-mogeneizacin del anlisis.
Recibido el 1-4-89 y aceptado el 15-7-89.
SEPTIEMBRE-OCTUBRE, 1989
En las primeras etapas los revestimientos utilizados esta-ban
basados en las diversas variedades de refractarios base almina,
pero estas calidades se han mostrado insuficientes cara a las altas
temperaturas de trabajo y a la agresividad de las escorias.
Los ensayos tendieron entonces a la utilizacin de
reves-timientos bsicos, a pesar del inconveniente presentado por
stos por su ms alta conductividad trmica y problemas de spalling
cuando se exponen a cambios rpidos de tempe-ratura.
El inicial xito en la aplicacin de estas calidades en las
cucharas ASEA-SKF se ha desarrollado en otros procesos de
metalurgia secundaria mejorando las calidades del acero en los
aspectos de menores contenidos en gases, mayores facilidades de
desulfuracin y mejores resultados en cuanto a tamao y tipo de
inclusiones.
Tambin ha ayudado a este desarrollo la aparicin del nue-vo
cierre de cuchara por placa corredera, lo que ha hecho disminuir
los tiempos tap to tap y el enfriamiento de la cuchara entre
coladas. Esto ha trado consigo la justifica-cin del uso de
refractarios de mayor calidad y mejor re-lacin de costo final, como
son los productos de la lnea magnesia-carbono.
385
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J. I. LASQUIBAR, C. RIBERA
1.1. Estudio de revestimiento por zonas
1.1.1. REVESTIMIENTO DE SEGURIDAD
Se utilizan varias capas de silicoaluminoso de bajo y me-dio
contenido de almina, que actan como aislante al mis-mo tiempo, en
espesores de 30 y 65 mm entre la chapa y el revestimiento de
trabajo.
Estos espesores se ven reforzados en calidades ms altas en
almina en la zona del fondo.
A la altura de la lnea de escorias, en las cucharas de
tra-tamiento fuerte, se refuerza con materiales bsicos, tales co-mo
la magnesia cocida, magnesia-cromo de liga directa o incluso
magnesias-carbonos de 10% carbono residual, para prevenir posibles
filtraciones de acero.
1.1.2. REVESTIMIENTOS DE TRABAJO
Hay diversas variedades de configuracin de revestimien-tos de
trabajo, como siempre en funcin de los tipos de ace-ros fabricados
y el tratamiento a que se ven sometidos. Desglosando por las
diversas zonas.
1.1.2.1. Zonas de escorias
clones de trabajo lo permiten se utilizan revestimientos
completos de doloma.
No podemos dejar de resear los ensayos prometedores efectuados
con cucharas enteramente magnesticas. Cuando las condiciones
especficas de trabajo lo permiten, se han ensayado con aparente
xito, cucharas combinadas de magnesia-carbono de 10% en zonas de
escorias y menor ni-vel de carbono en paredes laterales y fondo,
entre 5 y 6% de residual, con objeto de minimizar las prdidas
calorfi-cas y cadas de temperatura.
Los primeros resultados, a pesar de su ms alto costo de partida,
apuntan a resultados econmicos interesantes, que animan a seguir
profundizando en esta direccin.
REFRACTARIOS DE MAGNESIA-CARBONO PARA CUCHARAS
2.1. Generalidades
Primeramente una explicacin general de lo que son los
refractarios de magnesia-carbono.
Los actuales materiales de magnesia-carbono son realmente una
evolucin de los materiales con breas o alquitranes, que se han
utilizado durante mucho tiempo.
Lo ms comn es la utilizacin de magnesia-carbono con contenidos
en carbono residual de 9 a 16%. Esta calidad pue-de reforzarse en
algunas zonas bien definidas, como la ver-tical de borboteo de argn
con adiciones de materia prima electrofindida y antioxidantes; esta
combinacin se presen-ta como eficaz en reas de muy ierte
desgaste.
En calidades de aceros, donde la presencia de breas y gra-fitos
puede perturbar los bajos contenido de carbono exigi-dos en sus
especificaciones, se utilizan con bueno resultados calidades
exentas de carbono, como la magnesia-cromo de alta coccin y liga
directa.
En ciertos casos, como escorias de basicidad variable en el
tiempo, aceros de bajos carbonos, vaco prolongado, etc., se estn
utilizando materiales de magnesia-cromo de liga di-recta de alta
calidad con materias primas especialmente se-leccionadas.
1.1.2.2. Paredes laterales
Se utilizan calidades de doloma temperizada o alta al-mina, segn
los parmetros econmicos o el carcter conti-nuo o discontinuo del
proceso de produccin.
Las zonas de mximo desgaste de esta rea, como el im-pacto del
chorro de colada, se refuerzan con magnesia-carbono reimpregnada
resistente a la abrasin.
1.1.2.3. Fondo
Generalmente se utilizan alta almina, doloma temperiza-da y en
zonas de mximo desgaste magnesia-carbono reim-pregnada o
magnsia-cromo de alta calidad.
Lo citado arriba puede considerarse como el tipo de
re-vestimiento ms comn, sin olvidar que cuando las condi-
2.1.1. MECANISMO DE DESGASTE
Conviene primeramente repasar los mecanismos de des-gaste de un
ladrillo de magnesita que contiene carbono, pues
Fig. 1.Esquema del mecanismo de desgaste de un ladrillo de
magnesita-carbono: la escoria (cal+slice+xido de hierro) entra en
contacto con el ladrillo, penetrando por capilaridad entre las
juntas depericlasa, se co-
mienza a oxidar el carbono.
386 BOL.SOC.ESP.CERAM.VIDR. YOL. 28 - NUM. 5
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Refractarios de magnesia-carbono para cucharas
Fig. 2.Esquema del mecanismo de desgaste de un ladrillo de
magnesita-carbono: la escoria penetra y se forman silicatos
(montcellita y brownmi-
llerita). Fig. 3.Esquema del mecanismo de desgaste de un
ladrillo de magnesita-carbono: los granos de periclasa pierden
coherencia y cualquier abrasin
o choque trmico produce desprendimientos.
la aportacin de carbono es, en definitiva, el objetivo de la
utilizacin de breas o alquitranes.
Siguiendo los esquemas de las figuras 1, 2 y 3, el proceso es el
siguiente:
La escoria, principalmente compuesta de cal, slice y xido de
hierro, entra en contacto con le ladrillo.
Por capilaridad y reaccin qumica va penetrando en-tre las juntas
de granos de periclasa, formndose sili-catos que finden y se
incorporan a la estructura del ladrillo.
Esta penetracin queda dificultada mientras exista car-bono: ste
no funde, no es mojado por la escoria y ade-ms cierra los
poros.
Pero, sin embargo, el xido de hierro principalmente y la sflice
secundariamente van oxidando el carbono segn las reacciones C+FeO,
Fe + C02, C + SO2 y SiO + CO.
El hierro formado vuelve al bao y el CO y SiO van con los gases,
pero el carbono se va consumiendo.
Cuando el carbono se ha consumido queda el camino libre: la
escoria penetra y se forman los silicatos prin-cipalmente:
CaO+MgO + Si02
CaO+ALO.+FeO
CMS (moncellita) que funde a 1.480C C4AF (brownmillerita) que
funde a 1.300C
Los silicatos funden y se incorporan a la escoria: el grano de
periclasa queda sin unin al resto del ladrillo y cualquier abrasin
o choque trmico hace que des-prenda y se vaya con la escoria.
Queda al descubierto una nueva capa de material re-fractario
inalterado y el proceso recomienza.
Este en el mecanismo general de destruccin del ladrillo y
lgicamente el proceso se agudizar si:
El material presenta poros numerosos, grandes o
co-municados.
Tiene poco carbono, o ste se quema fcilmente. La magnesita
contiene ya muchos silicatos de bajo pun-
to de fusin. La propia magnesita es poco compacta y tiene
muchos
poros.
El grano de periclasa es muy pequeo y por tanto hay muchas
juntas.
Esto indica que, evitando estas circunstancias, se mejora-r el
comportamiento del ladrillo. Se puede, pues, estable-cer unas lneas
de mejora dentro de las que se pueden actuar. El desgaste no se
puede evitar, pero s se puede reducir su velocidad.
Dejando de lado de momento las mejoras claras que se pueden
obtener mejorando la magnesita base y la fabrica-cin del ladrillo,
las que se pueden obtener por el lado del carbono se examinan a
continuacin.
SEPTIEMBRE-OCTUBRE, 1989 387
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J. I. LASQUIBAR, C. RIBERA
Es claro que si hay ms carbono en el ladrillo quedar ms
protegido ante el ataque del xido de hierro. Sin embargo, ya que
esto no puede conseguirse con la simple adicin de ms brea, hubo que
aadir carbono en otra forma y as se hizo. Se aadi cok en polvo,
antracita calcinada, negro de humo, etc. Pero todos estos
productos, incluso la brea, te-nan un inconveniente, se queman
fcilmente y la proteccin es efmera. Adems, cuando quemado, la
estructura del la-drillo ms porosa y el ataque de escoria
subsiguiente feroz y, finalmente, los resultados del ladrillo
malos.
Esto llev a la utilizacin de un carbono con mayor re-sistencia a
la oxidacin, con una mayor estabihdad, o sea, cristalizado.
Descartado el diamante por razones evidentes, quedaba el grafito y
eso es lo que se realiz, dando lugar a los materiales
magnesia-carbono actuales.
Esta utilizacin fue un xito y se consiguieron buenos re-sultados
con el sistema de aglomeracin convencional a ba-se de alquitranes,
mientras el grafito utilizado era en baja proporcin o era material
amorfo o de baja pureza. Pero al intentar aumentar las proporciones
y la pureza utilizando gra-fito en escamas se vio la necesidad de
recurrir a otro siste-ma de aglomeracin, a base de resinas.
Vamos a examinar con algn detalle ambos productos que son los
que caracterizan los materiales modernos de mag-nesia-carbono: los
grafitos y las resinas.
2.2. Grafitos
El grafito es carbono cristalizado en estructura hexago-nal,
segn muestra esquemticamente la figura 4.
Hay grafitos artificiales pero su estructura es porosa y no
sirven por tanto para el objetivo perseguido. Hay que recu-rrir a
utilizar grafitos naturales.
Otra propiedad de gran importancia que confieren los gra-fitos a
los ladrillos de magnesia-carbono es el aumento de conductividad
trmica. Esta es un propiedad en general de-seable.
En la figura 5 se muestra la forma de distribucin de
tem-peraturas en los casos de baja y alta conductividad trmica.
El grfico de temperaturas en el ladrillo indica que la
pro-fundidad de congelacin de los productos fundidos y por tanto su
penetracin, ser inferior al caso de mayor conduc-
mm
Fig. 5.Forma de distribucin de temperaturas en los casos de baja
y alta conductividad trmica.
tividad. Adems esto tiene gran importancia para la tempe-ratura
media del ladrillo como se ver ms adelante. La conductividad trmica
es funcin del contenido de grafito (fig. 6).
Asimismo, esta conductividad trmica no es uniforme. En el
prensado las escamas de grafito se orientan perpendicu-
30
20
< 9 > ( o =3 10
200 ^00 600 800 1000
TEMPERATURA {"C) 1200 uoo
Fig. 6.Conductividad trmica segn el contenido de grafi 'to.
Fig. 4.Estructura hexagonal del grafito.
larmente a la direccin de prensado, lo cual hace que la
con-ductividad vare en una direccin u otra (fig. 7).
Esta propiedad es til para el diseo del ladrillo segn la
aplicacin, pues no siempre es deseable una muy alta con-ductividad
trmica, caso por ejemplo de las cucharas de acero y hay que tenerlo
en cuenta al decidir el sentido de prensado del ladrillo.
Las impurezas, cenizas presentes en el grafito, tienen una gran
importancia. Aunque lgicamente varan segn el ya-cimiento de
procedencia, estn constituidas mayoritariamente por cuarzo y,
adems, pueden estar presentes micas, feldes-patos, piritas, xido de
hierro e incluso hierro metlico.
Estas cenizas entran en juego no solamente al oxidarse el
grafito, lo cual en medio de todo no tendra gran importan-cia
puesto que ya esa parte del ladrillo estara prcticamente destruida,
sino que influyen de gran manera en su oxidacin. Solamente indicar
ahora que aunque es claro que una mayor
388 BOL.SOC.ESP.CERAM.VIDR. YOL. 28 - NUM. 5
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Refractarios de magnesia-carbono para cucharas
CONDUCTIVIDAD DEL MISMO LADRILLO SEGN DIRECCIN DE PRENSADO
CONDUCTIVIDAD (w/m/"K)
DIRECCIN DE PRENSADO DIRECCIN PERPENDICULAR
a 150
10./
i 17.A
a 1000
6.9
U
Fig. 1 .Conductividad del ladrillo de magnesita-carbono
segn la direccin del prensado.
pureza sera siempre deseable, entran enjuego, las
conside-raciones econmicas tenindose que llegar al compromiso
adecuado, como es habitual en toda tcnica. El precio del grafito
sube enormemente y mucho ms que proporcional-mente al superar los
niveles del 97% de carbono, por lo que actualmente ste es el lmite
prctico para aplicaciones re-'actarias normales.
Las impurezas no inuyen solamente en la resistencia a la
oxidacin sino, y principalmente, en la resistencia en caliente. La
tabla I muestra un ejemplo de la diferencia de resistencias
variando solamente el contenido de cenizas del ladrillo.
2.3. Resinas
Se va a examinar otro componente caracterstico de estos
materiales: las resinas aglomerantes.
La razn principal del uso de resinas fue que era el nico
aglomerante que se encontr que permitira humectar una
TABLA I
INFLUENCIA DEL CONTENIDO DE CENIZAS DEL GRAFITO EN LA
RESISTENCIA EN CALIENTE
Contenido en cenizas 12 % 7 %
Resistencia a compresin a 1.540C (kg/cm2) 170 280
OH OH
As^ OH
OH,
Y Y Y OH. OH. CH,
CHo CK
OH OH OH
Fig. S.Estructura polimrica de la resina al endurecerse.
masa refractaria con alto contenido de grafito para darle la
consistencia necesaria para prensarlo. Ms estrictamente el nico
aglomerante tcnicamente aceptable con una disponi-bilidad y precio
razonables.
Esta fie la razn original aunque luego se han ido descu-briendo
otras ventajas como su buen poder aglomerante y lubricante en
prensado y su relativamente alto rendimiento en carbono tras la
pirlisis que sufrir en la utilizacin. Este carbono es tan
resistente a la oxidacin como el grafito, pe-ro est bien
distribuido y llena los poros, contribuyendo a una mayor
resistencia.
Las resinas utilizadas admiten una gran variedad aunque las ms
empleadas son las resinas fenlicas.
Entre stas se pueden distinguir dos grandes tipos:
Resoles: en los que la resina ene un exceso de for-mol y un pH
bsico.
Novolacas: en los que hay un exceso de fenol y el pH es
cido.
Ambos tipos se pueden utilizar y su seleccin depende de
condiciones locales. nicamente hay que tener en cuenta el mecanismo
de endurecimiento. Las resinas endurecen por-que se forma un
polmero de la estructura, indicada esque-mticamente en la figura 8,
imaginando esta estructura en las tres dimensiones.
Este producto es un slido de gran resistencia y que con-tiene al
rido refractario formndose una masa compacta y resistente que
conserva la estructura y composicin del la-drillo.
La aglomeracin con resinas tiene adems de lo indicado dos
ventajas importantes. Una es para el fabricante y otra para el
utilizador.
La ventaja para el fabricante es la eliminacin del uso de
alquitranes fundidos, al menos en el proceso de aglomera-cin. Estos
alquitranes fundidos son sucios y complicados de manejar, producen
humos y polucin muy difcil de so-lucionar y adems estn clasificados
como cancergenos, lo
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J. I. LASQUIBAR, C. RIBERA
200 300 AOO
TEMPERATURAS
Fig, 9.Comparacin de resistencias obtenidas segn la temperatura
del ensayo.
TEMPERATURAS Fig. \i.Comparacin de las resistencias obtenidas
cuando se usa la aglomeracin mixta: impregnando productos
aglomerados con resina.
que hace pensar que lleguen a ser prohibidos para su mane-jo
humano. Las resinas tampoco son fciles de manejar ni son inocuas,
pero su grado de toxicidad es menor.
Para el utilizador hay una ventaja sustancial. La brea es un
aglomerante termoplstico, que al volver a calentarse vuel-ve a
ablandarse, mientras que la resina una vez endurecida es
termoestable, es decir, que no vuelve a ablandarse. In-cluso la
temperizacin de los aglomerados con brea no hace ms que elevar la
temperatura del ablandamiento, pero no soluciona el problema. En la
figura 9 puede observarse una comparacin de las resistencias
obtenidas segn la tempera-tura del ensayo.
Se ve que el aglomerado con resina no pasa por el pero-do crtico
de prdida de resistencia. Sin embargo, si se ha pasado este perodo
sin daos la resistencia obtenida es ma-yor posteriormente con la
brea. Esto ha llevado a la aglo-meracin mixta, impregnando
productos aglomerados con resina. En este caso se obtienen todas
las ventajas ya que la resistencia obtenida es en todas las
temperaturas superior a lo de cualquiera de los otros dos sistemas,
como se mues-tra en la figura 10. El nico inconveniente de este
sistema es su coste, por lo que hay que ver en qu casos vale la
pena.
2.4. Magnesita base
Se ha hablado de grafitos y resinas, pero no hay que olvi-dar
que la magnesita utilizada tiene una importancia primor-dial. Por
supuesto que una buena magnesita para otros usos es tambin adecuada
para magnesia-carbono.
En general una buena magnesita es aquella cuyo nivel de
impurezas es bajo, su relacin entre ellas es adecuada y su densidad
es elevada, o sea, la porosidad del grano es redu-cida. Para
magnesia-carbono son convenientes adems ciertas condiciones:
Contenido en SO2 bajo, preferible menor del 0,5%. Contenido en
Fe203 bajo, preferible menor del 0,8%. Contenido en B2O3 bajo,
preferible menor del 0,06%.
2.5. Utilizacin y problemtica
La virtud principal de estos materiales, que es la razn de su
xito, es la de solventar el principal problema de los refractarios
bsicos tradicionales: su baja resistencia al cho-que trmico. Se
consigue as un material resistente a esco-rias bsicas, los ms
usuales, resistente al xido de hierro, a los metales fundidos y a
los lcalis, con una alta resisten-cia en caliente y adems
resistente al choque trmico. Este buen conjunto de propiedades hace
que la utilizacin de es-tos refractarios sea cada vez ms
extendido.
El problema de estos materiales es su comportamiento ante la
oxidacin, problema por otra parte lgico. El carbono es un
refractario magnfico, siempre que no se queme.
Esta oxidacin es producida tanto por la atmsfera del hor-no de
utilizacin, normalmente oxidante, como por la reac-cin qumica de
los xidos de las escorias con el carbono del ladrillo en sus
intentos de penetracin en la superficie. Asimismo, se produce
oxidacin en la cara fra del ladrillo. La prdida de carbono por
oxidacin es grave puesto que desmantela toda la estructura del
ladrillo y prcticamente cuando el carbono se ha perdido, el
ladrillo queda destruido.
Por ello, se ha ideado una serie de sistemas para proteger de la
oxidacin, primeramente se idearon sistemas puramente fsicos:
blindaje del ladrillo con chapa por cinco caras, pin-turas
refractarias impermeabilizantes, reduccin de porosi-dad e
impregnacin del ladrillo con brea y otros productos donadores de
carbono.
Todos estos mtodos son efectivos y todos tienen algn
inconveniente tanto prctico como de coste. Sin embargo, no se
mostraron efectivos en su totalidad.
390 BOL.SOC.ESP.CERAM.VIDR. VOL. 28 - NUM. 5
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Refractarios de magnesia-carbono para cucharas
La razn es que adems de esta oxidacin por agentes ex-ternos se
produce otra oxidacin que se podra llamar inter-na. Hay que tener
en cuenta que un ladrillo de magnesia-carbono es una mezcla de
xidos con un reductor y esta mez-cla, en determinadas condiciones,
se produce la reduccin de dichos xidos.
El mecanismo de esta oxidacin no est definitivamente aclarado
todava y har falta ms investigacin para expli-carlo totalmente.
La reaccin clave parece ser:
Si02 + C^SiO + CO
Esta slice proviene tanto de la magnesita como de las ce-nizas
del grafito, mayoritariamente cuarzo, segn se ha vis-to. Esta
reaccin puede ocurrir a temperaturas tan bajas, relativamente
hablando, como 1.200C, lo que indica la im-portancia de mantener
una temperatura media no muy alta en el ladrillo.
El mecanismo parece ser el siguiente:
L La sflice reacciona con el MgO formando forsterita. 2. La
forsterita es reducida por el carbono formndose
SiO y MgO activo, no cristalizado. 3. Tanto el SiO como el MgO
activo son reducidos por
el monxido de carbono, formndose carburo de sili-cio y magnesio
metal.
4. El magnesio se volatiliza y se vuelve a oxidar con el FeO de
la escoria, formndose un depsito de MgO en un lugar distinto del
cristal de periclasa original. Este xido de magnesio, finamente
dividido, es reac-tivo y formar fcilmente compuestos con la
escoria.
5.. El carburo de silicio, fuertemente reductor, reaccio-na
tambin con el FeO de la escoria, formando hierro metlico que vuelve
al bao y SO2 finalmente di-vidido.
6. Este SO2 activo vuelve a atacar las superficies del grano de
periclasa, formndose nuevamente forsteri-ta y volviendo a
recomenzar el proceso.
As se va consumiendo el grano de periclasa junto con el carbono
presente, destruyndose el ladrillo. Los dems xi-dos presentes
tambin intervienen, principalmente el B2O3 que parece que cumple la
misma funcin activadora de la superficie del cristal de periclasa
que realiza la sflice en el ejemplo anterior.
Es muy importante tener en cuenta que esto se produce tambin en
la parte del ladrillo que no est en contacto con la escoria, aunque
la disponibilidad del FeO (o Fe203 de las cenizas de grafito) sean
menores, siempre que su tempera-tura sea suficiente.
Se comprenden las exigencias de pureza tanto de magne-sitas como
de grafitos segn se ha indicado anteriormente. Hay que indicar aqu
que sta no es la nica teora de oxida-cin interna y quiz esta
explicacin deba variar en el futuro.
Un intento de solucionar este problema lo constituyen las
adiciones de metales vidos de oxgeno. Los candidatos prin-cipales,
por razones de disponibilidad y de compatibilidad, son el silicio,
el aluminio y el magnesio.
Los resultados de esta tcnica son puramente experimen-
tales y no se puede dar todava una explicacin muy clara de su
actuacin.
El objetivo fue inhibir la oxidacin del carbono, de forma que el
metal se oxidase antes que ste y retardar las reaccio-nes
anteriores. Sin embargo, se han observado otros efectos y
problemas.
Un primer efecto, y beneficioso, es que se observa un mar-cado
incremento en la resistencia en caliente. La explica-cin parece ser
la formacin de carburos metlicos que unen los granos y forman una
unin de alta resistencia.
Estos carburos tienen, sin embargo, sus problemas. El carburo de
aluminio es hidratable y el ladrillo resulta
peligroso ante la hidratacin. El carburo de magnesio es
inestable y tras pasar por un
carburo intermedio, Mg2C3, se descompone en magnesio metal y
carbono.
Se ha observado que el silicio disminuye la hidratacin del
carburo de aluminio, por un mecanismo no aclarado, aun-que
observable experimentalmente segn se indica en la ta-bla IL
TABLA II
EFECTO DE SILICIO EN LA RESISTENCIA A LA HIDRATACIN
Contenido aluminio % 3 3 3 3
Contenido de silicio % 0 1 2 3
Aumento de peso por hidratacin 0,65 0,39 0,33 0,28
La adicin de silicio, sin embargo, presenta otro proble-ma, que
es la reduccin de la resistencia en caliente, con respecto al
material solamente con aluminio.
En la tabla HL se observa que si bien en el ensayo a 1.1(X)C el
producto con los dos metales da la mxima resistencia, esto no es
cierto si se realiza el ensayo a 1.500C, tempera-tura ms prxima por
otra parte a las condiciones de trabajo usuales.
El efecto del magnesio no est bien estudiado, entre otros
motivos por la peligrosidad que supone el manejo de polvo de
magnesio. Sin embargo, se puede decir que se obtienen resultados
contradictorios y la explicacin a stos parece estar relacionada con
los diferentes niveles de pureza empleados en la magnesia y
grafitos.
En conclusin este tipo de ladrillos con adiciones metli-cas
ofrece un interesante futuro aunque ser necesaria una labor de
investigacin cientfica para aclarar los mecanismo de las reacciones
producidas y poder prever los comporta-mientos de los materiales en
las distintas condiciones de trabajo.
TABLA III
RESISTENCIAS OBTENIDAS SEGN EL CONTENIDO DE METALES EN FUNCIN DE
LA TEMPERATURA
Contenido de metales % 0 3A1 3A1-3S Mdulo ruptura a 1.100C
kg/cm2 89 160 194
Mdulo ruptura a 1.540C kg/cm2 125 275 185
SEPTIEMBRE-OCTUBRE, 1989 391
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J. I. LASQUIBAR, C. RIBERA
La experiencia en las cucharas es generalmente positiva, aunque
al influir principalmente otros factores como las con-diciones de
trabajo y de montaje puede no apreciarse clara-mente su
influencia.
3. TIPOS DE FORMATOS Y MONTAJES DE REFRACTARIOS DE MgO-C
El objetivo principal a conseguir es un montaje en el que se
minimice el desgaste entre juntas de ladrillos eliminando as las
vas de ataque a travs de la erosin y conseguir un perfil de
desgaste homogneo en toda la cuchara.
Existen tres grandes grupos de formatos ms utilizados co-mnmente
(fig. 11):
SERIE 3P,4Petc.
SERIE SU 5-45 6-45 7-45 etc,
SERIE 15 18 22 etc.
Fig. 11.Formatos de refractarios de magnesita-carbono.
3.1. Serie de Cuas Convencional 3P, 4P, 5P, etc.
Da una altura de hilada de 250 mm, presenta en muchos casos,
debido a esta altura de hilada, un acusado desgaste entre hiladas
del tpo expresado en la figura 12. Tampoco es muy deseable el tipo
de junta vertical alta que presenta este tipo de construccin.
3.2. Serie Semiuniversal SU
Se basa en piezas, como la indicada en la figura 11, que
presentan un engarce redondeado y una altura de hilada pe-quea que
puede ser de 100 125 mm. Pueden utilizarse
en construccin espiral inclinada o en hiladas horizontales. En
el tipo de construccin de hilada inclinada en espiral, debe de
iniciarse en la construccin en la base del fondo de pequeas rampas
que dan el ngulo de inclinacin deseado (fig. 13). Esta complicacin
inicial se compensa en uso, por la comodidad de la construccin, ya
que con un solo forma-to se cierra perfectamente la hilada, y no
hay que realizar cortes o utilizar piezas de cierre.
30 4-50mm
250nnm
. 1 Pared or i j . 1 Pared or i j 100mm
r
A
-
A
r 1
REVESTIMIENTO EN HILADAS ALTAS DE
250mm
REVESTIMIENTO EN HILADAS BAJAS DE
lOOmm
Fig. 12.Esquema de desgaste en funcin de la altura de
hilada.
Tambin son factores positivos el tipo de junta vertical pe-quea
(100 125 mm) y el engarce entre pieza y pieza re-dondeada que evita
la va directa de ataque o filtracin de acceso hacia el
revestimiento de seguridad.
Presenta la dificultad de las reparaciones parciales, por lo que
se utiliza en campos de un solo revestimiento a muer-te. Est muy
extendido en las aceras europeas.
Tambin puede utilizarse este tipo de formato en construc-cin de
hilada horizontal, pero ante las ventajas citadas pre-senta otros
problemas como la dificultad de la reparacin parcial y el uso de
varios tamaos complementarios para el perfecto cierre de la hilada
con la consiguiente complicacin de variedad de formatos, stocks,
etc.
Como conjuncin de las ventajas de ambos tipos de for-matos
descritos se ha desarrollado el tercer grupo, serie Do-velas 15/,
18/, 22/.
3.3. Serie Dovelas 15/, 18/, 22/
Pretende combinar las ventajas de los sistemas anteriores y est
basada en la filosofa de construccin de hilada hori-zontal, con
altura de hilada vertical corta 125 mm. El cierre se consigue con
la combinacin de dos cuas de distinta co-nicidad, presentando las
ventajas de desgaste entrejuntas me-
392 BOL.SOC.ESP.CERAM.VIDR. VOL. 28 - NUM. 5
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Refractarios de magnesia-carbono para cucharas
nos acusado, posibilidad de reparaciones parciales si fueran
necesarias y fcil construccin.
En todos los grupos existe una variedad de longitudes de
ladrillo que pueden dar los espesores de trabajo adecuados para
obtener un balance de desgaste homogneo al final de la campaa.
En cuanto al montaje en este tipo de material y debido a su bajo
coeficiente de dilatacin, 1,5 % a 1.500C para pro-ductos entre 10 y
15% de carbono residual, que son los ms comunes, no se utilizan
generalmente morteros entre piezas. El hueco entre ladrillos de
trabajo y de seguridad debe re-llenarse con un material adecuado
como doloma, magnesi-ta alquitranada, etc., que evite la oxidacin
del carbono en la cara fra.
1 I 2 TU Fig. 13.Esquema de arranque de construccin en
espiral
con formatos semiuniversal.
4. ANALISIS DE LOS COSTOS DE REFRACTARIO EN ACERA
Los datos econmicos son muy variables, dependiendo
fun-damentalmente del tipo de acero y tratamiento operado en
cuchara.
Se puede dar una idea segn los parmetros siguientes:
4.1. Acera francesa elctrica Produccin: Aceros al C y media
aleacin. Capacidad de cuchara: 90 ton. Duracin de campaa: Media 53
col. con reparacin
o cambio de portabuzas y portatapn. Tipo de tratamiento: Horno
cuchara 11 m.v.a. Tipo total permanencia del acero en cuchara:
130
minutos. Tiempo de afino: 45 minutos a 1.620C. Tiempo colando en
colada continua: 75' a L550C. Tipo de revestimiento:
a) Seguridad: Lad. 40 mm espesor y 80% AI2O3 en todo el
recipiente.
b) Trabajo: Zona de escorias: Magnesia-carbono de 10% C
residual. Paredes y fondo: Doloma temperada.
Consumo especfico de refractario: 3,22 kg/ton. Distribucin del
costo por zona de cuchara:
2% revestimiento de seguridad. 28% zona de escorias. 57% zona de
paredes. 13% fondo.
Incidencia de mano de obra en demolicin y construc-cin: 10% del
costo.
4.2. Acera italiana elctrica Produccin: Aceros para tubos.
Capacidad de cuchara: 90 ton. Tipo de tratamiento: Horno cuchara
con:
Desoxidacin-desulfuracin. Puesta en anlisis. Inyeccin de hilo de
CaSi.
Duracin del tratamiento: 60 minutos. Tipo de revestimiento:
a) Seguridad: Lad. 35 mm en 30% AI2O3. Lad. 65 mm en 90% AI2O3.
Lad. 65 mm magnesita cocida en las hiladas de
escorias. b) Trabajo:
Magnesia-carbono en lnea de escorias y almi-na aglomerada de 90%
AI2O3 en resto.
Consumo especfico total: 7,89 kg/ton. acero lquido, comprendido
portabuzas y portatapones.
Distribucin de costos: a) Revestimiento refractario
seguridad+trabajo: 710
ptas./ton. b) Portabuzas+portatapones: 41 ptas./ton. c) Tapones
porosos: 60 ptas./ton. d) Mano de obra en demolicin y construccin:
87
ptas./ton. e) Costo total: 898 ptas./ton.
Estas dos aceras se presentan como aceras tipo, la pri-mera como
tratamiento relativamente ligero y ms fuerte la segunda.
En Espaa las aceras del grupo 1 dan cifras cercanas a 280
ptas./ton. con revestimientos mixtos de magnesio-car-bono y doloma,
capacidades de cuchara entre 80 y 110 ton. y duraciones entre 60 y
70 coladas.
El grupo 2, donde se efectan tratamientos ms fuertes, las
duraciones oscilan entre 30 y 45 coladas, dando cifras cercanas a
las 600, 700, hasta 1.000 ptas./ton.
5. REFERENCIAS
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corrosion of MgO-Cr203 rebonded bricks. Taikabut-su overseas, 7,
Die. (1987), 4.
2. ENDO, I. y otros: Corrosion of basic refractories y va-rious
types of secondary refining slags. Taikabutsu over-seas, 7, Die.
(1987), 4.
3. FABRICIUS, A. y otros: Zustellung von Staghlgresspfan-nen in
Spiralvermaverungstechnik. Stahl und Eisen, 102 (1982).
4. KURISU, T. y otros: Le procd El vac Daido ST. Re-vue de
Metallurgie, Mai (1984).
5. TRUPIANO, A . y otros: La siviera come reattore por la
elaborazione dell Accialo. Giomata de Studio AIM pro-ceedings,
Milano, Die. (1988).
6. WATANABE, A . y otros: Behaviour of different metals added to
MgO-C bricks. Taikabutsu overseas, 7, June (1987), 2.
7. ORISHI, I. y otros: Studies on boundary erosion of MgO-C
brick in ladle. Taikabutsu overseas, 5, Sept. (1985), 3.
8. KYODEN, H . y otros: Wear mechanism of MgO bricks for
pretreatment of hot metal. Taikabutsu overseas, 5, June (1985),
2.
SEPTIEMBRE-OCTUBRE, 1989 393
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Servicio Bibliogrfico: S.E.C.V.
GALN HUERTOS, E. ESPINOSA DE LOS MONTEROS, J.
ELCAMi EN ESPAA
Ed. Madrid 1974. xix--230pgs
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