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Los mejores materiales refractarios y aleaciones metálicas en metalurgia
En una acería o un horno de vidrio, el revestimiento refractario es la diferencia entre una semana de producción y un año. He visto plantas perder millones por elegir el ladrillo equivocado.
Cinco materiales dominan las aplicaciones metalúrgicas: magnesia, sílice, alúmina, cromo y circonio. Cada uno tiene una función específica. Cada uno tiene también un punto débil específico.
En pocas palabras
La química de las escorias le dice casi todo lo que necesita saber. La magnesia se encarga de las escorias alcalinas. La sílice se encarga de las escorias ácidas. La alúmina es la opción de uso general para condiciones mixtas o desconocidas. Si el choque térmico está agrietando su horno, merece la pena echar un vistazo al cromo. Y si nada dura lo suficiente, el óxido de circonio es más caro de entrada, pero puede prolongar la vida útil de su campaña durante años.
Cinco refractarios de un vistazo
| Material | Mejor para | Propiedades del núcleo | Componentes típicos | Limitación |
|---|---|---|---|---|
| Magnesia (MgO) | Entornos alcalinos (cemento, convertidores de acero) | Muy alta refractariedad (>2.800°C), resistencia a escorias alcalinas | Revestimientos de convertidores, cucharas | Poca resistencia al choque térmico, hidratos |
| Sílice (SiO2) | Entornos ácidos (coquerías, depósitos de vidrio) | Resistencia a la escoria ácida, estabilidad de volumen a alta temperatura | Cámaras de hornos de coque, coronas de hornos de vidrio | Débil frente a escorias alcalinas |
| Alúmina (Al2O3) | Uso general, zonas de alto desgaste | Alta resistencia, resistencia a la abrasión | Altos hornos, altos hornos calientes, hormigones | Menos resistente a los álcalis que la magnesia |
| Cromo (a base de Cr2O3) | Zonas de erosión severa (gasificadores, fundiciones no ferrosas) | Excelente resistencia al choque térmico, resistencia a la escoria | Hornos de fundición de cobre/níquel, gasificadores | Preocupación por el Cr(VI) - restricciones medioambientales |
| Circonio (ZrO2) | Aplicaciones más exigentes (aeroespacial, fundición de vidrio) | Excelente resistencia al choque térmico | Electrodos de hornos de vidrio, baldosas aeroespaciales | Muy caro, difícil de mecanizar |
Magnesia
Lamagnesia es el estándar de las escorias alcalinas. La escoria siderúrgica es rica en óxido de calcio y óxido de magnesio, ambos alcalinos, y el ladrillo de magnesia los resiste. Se encuentra en hornos básicos de oxígeno, techos de hornos de arco eléctrico y cucharas siderúrgicas. Su refractariedad supera los 2.800°C; pocos materiales se calientan más.
Pero la magnesia tiene dos puntos débiles. En primer lugar, no resiste bien los choques térmicos: los cambios bruscos de temperatura provocan desconchones y el desprendimiento de trozos de ladrillo. En segundo lugar, se hidrata, por lo que hay que almacenar los ladrillos de magnesia en un lugar seco o se convertirán en polvo. He visto cómo una acería perdía todo el revestimiento de una cuchara porque alguien dejó los ladrillos fuera toda la noche. La lluvia los estropeó.
Sílice
Elladrillo desílice es la mejor opción para las escorias ácidas. Los hornos de vidrio y los hornos de coque se enfrentan a entornos ricos en dióxido de silicio, y el ladrillo de sílice encaja perfectamente. Su principal ventaja es la estabilidad de volumen a altas temperaturas. A diferencia de otros refractarios que se dilatan y contraen, el ladrillo de sílice mantiene su forma cerca de su punto de fusión. Por eso, las coronas de los hornos de vidrio -el techo del horno- son casi siempre de sílice.
No utilice ladrillos de sílice contra escorias alcalinas. Reaccionará y fallará rápidamente. He visto a un equipo de mantenimiento instalar ladrillos de sílice en una cuchara de acero; sólo duró un calentamiento.
Alúmina
La alúmina es la generalista. Su alto contenido en alúmina (normalmente entre el 70% y el 99%) le confiere una buena solidez, resistencia a la abrasión y estabilidad química. Se utiliza en altos hornos, estufas, revestimientos de artesas de colada y como moldeable para reparaciones. No destaca en ningún aspecto en particular, pero sirve para la mayoría de las aplicaciones.
Un mayor contenido de alúmina implica un mejor rendimiento y un mayor coste. He visto fábricas que especificaban un 99% de alúmina para una zona en la que un 80% habría durado lo mismo. Hay que adaptar la calidad al desgaste, no a una hoja de especificaciones.
Cromo
Los refractarios que contienen cromo son para las peores condiciones. Los gasificadores, las fundiciones de metales no férreos y las incineradoras de residuos peligrosos generan escorias que corroen la mayoría de los materiales. El ladrillo de cromo resiste tanto las escorias ácidas como las básicas y soporta mejor el choque térmico que la magnesia. Si su horno cambia de temperatura a diario, merece la pena considerar el cromo.
El problema es medioambiental. El cromo puede contener cromo hexavalente, Cr(VI), un conocido carcinógeno. Las normas de manipulación y eliminación son estrictas. Algunas plantas evitan por completo el cromo por este motivo. Otras aceptan el riesgo porque nada más funciona.
Zirconia
El óxido de circonio es la mejor opción. Tiene la mejor resistencia al choque térmico de todos los refractarios y también resiste el ataque del vidrio fundido, lo que la convierte en la norma para los electrodos de hornos de vidrio y revestimientos de gargantas.
La zirconia es cara (a menudo cuesta entre cinco y diez veces más que la magnesia o la alúmina) y difícil de mecanizar. Pero en la aplicación adecuada, dura años más que otros materiales. He visto cómo una fábrica de vidrio cambiaba la alúmina por el óxido de circonio para un revestimiento crítico de la garganta. El revestimiento de alúmina duraba seis meses, mientras que el de óxido de circonio seguía funcionando cinco años después.
Cómo elegir
Empiece por la química de la escoria. Es el error más común.
| Si su escoria es... | Empiece por... | Evite... |
|---|---|---|
| Alcalina (CaO, MgO) | Magnesia | Sílice |
| Ácido (SiO₂) | Sílice | Magnesia |
| Desconocida o mixta | Alúmina o Cromo | - |
Entonces considere el choque térmico. Si su horno tiene ciclos de temperatura diarios, dé prioridad al cromo o a la circonia. Si funciona de forma constante, la magnesia o el sílice funcionarán bien.
Por último, tenga en cuenta el presupuesto. La sílice y la alúmina de calidad inferior son las más baratas. La magnesia es moderada. El cromo y el óxido de circonio son caros, pero duran más y reducen el tiempo de inactividad.
Qué especificar al hacer un pedido
Los pedidos completos se presupuestan rápidamente. Las incompletas no obtienen respuesta.
Incluya estas cinco cosas
- Material: magnesia, sílice, alúmina, cromo o circonio.
- Temperatura de aplicación: temperatura máxima y frecuencia de los ciclos.
- Química de la escoria: ácida, alcalina o desconocida.
- Forma - Dibujo en forma de ladrillo o moldeable con volumen
- Cantidad - Piezas o toneladas
Buen pedido:
"Ladrillo de magnesia, pico de 2.800°C, escoria alcalina de convertidor de acero, dibujo adjunto, cantidad 500 piezas".
Mala solicitud:
"Por favor, presupuesto de ladrillo refractario".
La primera solicitud incluye todo lo necesario para proporcionar un presupuesto. A la segunda le falta tanta información que probablemente será ignorada.
En resumen
La química de la escoria lo determina todo. Si se equivoca, nada más importa.
Magnesia para alcalino. Sílice para ácidos. Alúmina para uso general. Cromo para choque térmico y erosión severa. Zirconia para los trabajos más duros y la vida más larga.
He visto fábricas que se han pasado meses resolviendo averías de hornos cuando el verdadero problema era un ladrillo que nunca debió estar allí. No adivine.
Si no está seguro de qué refractario es el adecuado para su horno, envíeme las condiciones: temperatura, frecuencia de los ciclos y composición química de la escoria. Le diré lo que funciona.
*StanfordAdvanced Materials (SAM) suministra materiales refractarios a plantas metalúrgicas desde 1994. Con almacenes en EE.UU., Canadá, Europa y Asia-Pacífico, realizamos envíos a todo el mundo. Póngase en contacto con nuestro equipo, díganos las condiciones de su horno y le enviaremos el material adecuado.
Dr. Samuel R. Matthews
