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La Familia CF, ladrillos refractarios de alta flexibilidad y
aplicación universal
Hugo Ordóñez, Refratechnik Cement GmbH
Definición
Refractario: (Del
lat. refractarĭus,
obstinado,
pertinaz).
Dicho de un
material que resiste
la acción del fuego
sin alterarse
Fuente: Diccionario de la
Real Academia de la Lengua
Materias primas para materiales refractarios
Pirámide de materias primas para refractarios (según H. Barthel)
Carbon (C)
Zirconia (ZrO2)
Calcia (CaO)
Magnesia (MgO)
Silica (SiO2)
Alumina
(Al2O3)
Chromite
(Cr2O3)
Desarrollo de refractarios
AREAS DE OPTIMIZACIÓN
Minimización de
- Infiltración
- corrosión
Optimización de la estructura
REFRACTARIOS
Esfuerzos térmicos
PUREZA MgO, Cont. fases
secundarias
+ Flexibilidad
+ Resistencia mecánica
Propiedades características
El conjunto de propiedades es un
compromiso para lograr un
balance apropiado para la
aplicación
Materias primas para ladrillos de magnesio (DBM)
El MgO no se encuentra en la corteza terrestre
MgO + CO2 (atmósfera)  MgCO3
MgO + H2O (atmósfera)  Mg(OH)2
Materias primas para ladrillos básicos
Naturales
(MgCO3)
Cristal grande (magnesita natural)
Cristal fino (gel de magnesita)
Sintéticas
Procedente de agua de mar (0.24 mg/l de MgO )
de lagos salados (~12 % MgCl2 = 5 % MgO)
o de salmueras (~21.5 % MgCl2 = 9 % MgO)
Fases minerales presentes en ladrillos básicos,
DEPENDIENDO DE LA COMPOSICIÓN DE LAS IMPUREZAS QUE
ACOMPAÑAN A LA PERICLASA , SE PUEDEN FORMAR DISTINTOS
COMPUESTOS
Mineral
Fórmula
Abreviatura
T fusión (°C)
---------------------------------------------------------------------------------------------Periclasa
MgO
Forsterita
MgO·SiO2
Monticellita
CaO·MgO·SiO2
Merwinita
3CaO·MgO·2SiO2
Belita
2CaO·SiO2
Alita
3CaO·SiO2
Magnesio Ferrita
MgO·Fe2O3
M
2800
M2S
1890
CMS
1490
C3MS2
1575
C2 S
2130
C3 S
2070
MF
Formación de fases minerales
LAS RELACIONES CAO/SIO2
Y CAO/FE2O3
DETERMINAN LA COMPOSICIÓN MINERAL
RESULTANTE
CAO/SIO2
SILICATOS FERRITAS
-------------------------------------------------< 0.93
M2S + CMS
MF
= 0.93
CMS
MF
0.93 - 1.40 CMS + S2
MF
= 1.40
C3MS2
MF
1.40 - 1.87 C3MS2 + S2
MF
= 1.87
C2 S
MF
>1.87
C2S, (C3S), C
MF, C2F
Uso en zona de fuego
Evolución del revestimiento refractario en la zona de fuego del horno rotativo de clinker
Fuente: Aspects of Elastification Reactions in Basic Cement Kiln Bricks. J. Södje, S. Uhlendorf, H.J. Klischat. Refractories Worldforum 5 (2013)(4)
Algunos miembros de la familia de las espinelas
NOMBRE
Espinela
Hercinita
Galaxita
Gahnita
Magnesioferrita
Magnetita
Jakobsita
Trevorita
Cuproespinela
Franklinita
Magnesiocromita
FÓRMULA
MgAl2O4
FeAl2O4
MnAl2O4
ZnAl2O4
MgFe23+O4
Fe2Fe23+O4
Mn2+Fe23+O4
Ni2+Fe23+O4
Cu2+Fe23+O4
ZnFe23+O4
MgCr2O4
NOMBRE
Cromita
Manganocromita
Cocromita
Nicromita
Zinccromita
Magnesioculsonita
Vuorelainita
Coulsonita
Quandilita
Ulvita
Brunogeierita
Fuente: Aspects of Elastification Reactions in Basic Cement Kiln Bricks. J. Södje, S. Uhlendorf, H.J. Klischat. Refractories Worldforum 5 (2013)(4)
FÓRMULA
Fe2+Cr2O4
Mn2+Cr2O4
Co2+Cr2O4
Ni2+Cr2O4
Zn2+Cr2O4
MgV23+O4
Mn2+V23+O4
Fe2+V23+O4
TiMg2O4
TiFe22+O4
Fe2+Ge4+O4
La tecnología de elastificación con espinela pleonástica es una invención de
Refratechnik y está patentada.
Fórmula genérica de la espinela pleonástica: ([FexMg1-x]Al2O4)
Espinela pleonástica
Sección delgada
pulida de espinela
pleonástica,
el elastificante de
prestaciones
superiores para
ladrillos básicos
¿Cómo elastifica la espinela?
La espinela molida, con
una determinada
distribución de tamaño de
partículas,se distribuye de
manera homogénea en la
matriz de MgO.
El dibujo ilustra una sola
partícula de espinela (en
rojo) inmersa en la matriz
circundante de MgO
¿Cómo elastifica la espinela?
Los coeficientes de
expansión térmica del
MgO (la matriz) y la
espinela son distintos:
CEMgO =13.85·10-6 K-1
Ceesp. =8,8·10-6 K-1
Cuando se calientan
los ladrillos, el MgO
de la matriz
alrededor de los
granos de espinela se
expande más (+
57%) que el grano
de espinela, lo cual
ejerce una presión
inmensa sobre el
grano.
¿Cómo elastifica la espinela?
La imposibilidad de
expandirse fractura la
matriz y surgen micro
fisuras alrededor del
grano de espinela, que
actúan como un
elastificante: el modulo
de Young se reduce
significativamente
Microestructura de ladrillos básicos
con distintos elastificantes
MgAl2O4
ALUMINATO DE MAGNESIO
MgCr2O4
CROMITA
Fuente: Aspects of Elastification Reactions in Basic Cement Kiln Bricks. J. Södje, S. Uhlendorf, H.J. Klischat Refractories
Worldforum 5 (2013)(4)
Copyright Refratechnik Cement GmbH
Microestructura de ladrillos básicos
con distintos elastificantes
FeAl2O4
HERCINITA
(Mg,Fe)(Al,Fe)2O3
ESPINELA PLEONÁSTICA
Fuente: Aspects of Elastification Reactions in Basic Cement Kiln Bricks. J. Södje, S. Uhlendorf, H.J. Klischat Refractories
Worldforum 5 (2013)(4)
Copyright Refratechnik Cement GmbH
¿Qué hace diferentes a las espinelas aparte de su
composición química?
Estabilidad química frente al resistor
(MgO)
(Mg,Fe)Al2O3
(E. Pleonástica)
+ estable que
MgAl2O4
(aluminato de magnesio)
+ estable que
FeAl2O4
(hercinita)
+ estable que
MgCr2O4
(cromita)
¿Qué reacciones ocurren?
FeAl2O4 y MgCr2O4 contienen
menos MgO, lo que genera mayores
gradientes de concentración entre el
elastificante y la matriz .
Esto favorece procesos de difusión de
iones a elevadas temperaturas.
Corrosión de la espinela por difusión
Microestructura de un ladrillo de
Magnesia elastificado con Hercinita
electro fundida.
Los granos de hercinita muestran huecos
dejados por la difusión de iones de hierro
desde la espinela hacia la matriz
circundante de MgO.
Flechas rojas
Fuente: Aspects of Elastification Reactions in Basic Cement Kiln Bricks. J. Södje, S. Uhlendorf, H.J. Klischat Refractories Worldforum 5 (2013)(4)
Copyright Refratechnik Cement GmbH
Corrosión de la espinela por difusión
Microestructura de un ladrillo de
Magnesia elastificado con MA espinela
“in situ”. (elipse)
Es notable el hueco en el interior del
grano de espinela, causado por la
difusión de iones de aluminio hacia la
matriz circundante de MgO.
¡ Este fenómeno también afecta la
Hercinita!
Fuente: Aspects of Elastification Reactions in Basic Cement Kiln Bricks. J. Södje, S. Uhlendorf, H.J. Klischat Refractories Worldforum 5 (2013)(4)
Copyright Refratechnik Cement GmbH
RTSR = CCS/G
Resistencia al Choque Térmico (RTSR =CCS/G ) de distintos tipos de ladrillos básicos
Límite operativo de hornos de
clinker
Magnesia
Magnesia
Chromita
Espinela típico
Productos AF
Magnesia-Pleonasta
RTSR = Thermal Shock Resistance Parameter, CCS = Cold Crushing Strength, G = Shear Modulus
TOMAG® A1
La elastificación
con espinela
pleonástica
incrementa la
elasticidad de los
ladrillos
Comportamiento de la hercinita y la espinela pleonástica frente a la corrosión causada por distintos tipos de clinker
(Análisis en el microscopio de calentamiento por etapas)
1408 °C
1386 °C
hercinita
1410 °C
1400 °C
espinela pleonástica
Cemento
Portland
Ordinario
(OPC)
Cemento Resistante
a Sulfatos
(SRC)
La elastificación
con espinela
pleonástica
incrementa la
resistencia al
ataque
termoquímico de
las fases líquidas
del clinker.
Densidad (g/(cc)
Porosidad aparente (%)
Módulo Elástico (GPa)
RCF (MPa)
MOR (MPa)
Rbc, ta (°C)
MOR @ 1200 °C
MgO
sinterizado +
hercyinita
fundida
MgO
sinterizado +
Esp.
pleonástica
fundida
MgO
alta pureza +
Esp.
pleonástica
fundida
MgO
alta pureza +
hercyinita
fundida
3,08
14,1
21
76
5,1
1600
6,4
3,09
14,6
22,8
103
5,7
1600
12,2
3,02
14,6
25
90
6,1
>1700
13,9
3,01
14,25
23,6
90
5,8
>1700
7,7
modulo de ruptura en
caliente (Mpa)
MÓDULO DE RUPTURA @ 1200 °C
Fuente: MAGNESIA BRICKS CONTAINING IRON SPINEL TROUBLESHOOTERS FOR THERMOMECHNICALY STRESSED KILNS Holger Wirsing, Hans-Jürgen Klischat,
Carsten Vellmer, Copyright Refratechnik Cement GmbH, Göttingen.
Campos de aplicación familia CF esquemático
Topmag CF
Reframag CF
Esp. pleonástica de alta pureza
Perilex CF
MgO
natural+Cromita
MgO natural
sinterizado+MA espinela
o hercinita
Esp. pleonástica de alta pureza
RESISTENCIA TÉRMICA Y
TERMOQUÍMICA
Almag CF
RESISTENCIA MECÁNICA Y TERMOMECÁNICA
Fuente: MAGNESIA BRICKS CONTAINING IRON SPINEL TROUBLESHOOTERS FOR THERMOMECHNICALY STRESSED KILNS Holger Wirsing, Hans-Jürgen Klischat,
Carsten Vellmer, Copyright Refratechnik Cement GmbH, Göttingen.
Los miembros de la familia CF
Fuente: Refratechnik Cement GmbH, Göttingen.
Areas de
aplicación en el
horno rotativo
Fuente: Refratechnik Cement GmbH, Göttingen.
Referencias
Perilex® CF
Reframag® CF
Topmag® CF
Almag® CF
55.534
268
147
261
Toneladas
Hasta agosto 2015, instalaciones exitosas en 262 hornos alrededor del
mundo *
INFORMACIÓN ADICIONAL:
Refratechnik Cement GmbH
Refratechnik México S.A. de C.V.
www.refra.com
* Fuente: Refratechnik Cement GmbH, Göttingen.