Durante el uso de materiales refractarios, estos se funden y ablandan fácilmente por efectos físicos, químicos, mecánicos y de otro tipo a altas temperaturas (generalmente entre 1000 y 1800 °C), o se erosionan, agrietan y dañan, lo que interrumpe la operación. El material se contamina. Por lo tanto, es necesario que el material refractario posea propiedades que le permitan adaptarse a diversas condiciones de operación. A continuación, se presentan cuatro indicadores que determinan el rendimiento de los materiales refractarios a altas temperaturas:
(1) Refractario
La refractariedad se refiere a la temperatura a la que un material alcanza un grado específico de ablandamiento bajo la acción de altas temperaturas, y caracteriza su comportamiento frente a dichas temperaturas. La refractariedad es fundamental para determinar si un material puede utilizarse como refractario. La Organización Internacional de Normalización (ISO) estipula que los materiales inorgánicos no metálicos con una refractariedad superior a 1500 °C son materiales refractarios. Esta refractariedad difiere del punto de fusión del material y representa la composición integral de la mezcla de sólidos multifásicos formados por diversos minerales.
El factor fundamental que determina la refractariedad es la composición química y la distribución mineral del material. Diversas impurezas, especialmente aquellas con fuertes efectos disolventes, reducen considerablemente la refractariedad. Por lo tanto, es necesario considerar medidas adecuadas durante el proceso de producción para garantizar y mejorar la pureza de las materias primas.
La refractariedad no es una magnitud física absoluta específica de una sustancia, sino un indicador técnico relativo que se mide cuando un material alcanza un grado de ablandamiento determinado bajo condiciones de prueba específicas. El material de prueba se fabrica en forma de cono triangular truncado (denominado cono de prueba) según el método prescrito, y un cono triangular truncado estándar (denominado cono estándar) con una temperatura de flexión fija y una velocidad de calentamiento específica. La refractariedad se determina comparando el grado de flexión del cono de prueba con el del cono estándar. La base inferior del cono triangular truncado mide 8 mm por cada lado, la base superior mide 2 mm por cada lado y la altura es de 30 mm. Durante la medición, puede aparecer una fase líquida en la pirámide a alta temperatura. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la cantidad de fase líquida, disminuye su viscosidad y el cono se ablanda. Cuando el ablandamiento alcanza un cierto nivel, el cono se dobla gradualmente debido a su propio peso. Cuando el cono de prueba y el cono estándar se doblan simultáneamente hasta que su vértice entra en contacto con el chasis, la temperatura de flexión determinada del cono estándar prevalecerá como la refractariedad del cono de prueba.
También conocido como punto de reblandecimiento del refractario bajo carga o temperatura de deformación del refractario bajo carga, indica la resistencia del refractario a la acción combinada de alta temperatura y carga bajo carga constante, o el rango de temperatura en el que el refractario presenta una deformación plástica evidente. La temperatura máxima de servicio del refractario se puede inferir a partir de la temperatura de reblandecimiento bajo carga. Esta temperatura representa la resistencia estructural del refractario en condiciones de uso similares y puede utilizarse como base para determinar la temperatura máxima de servicio del refractario.
El factor principal que determina la temperatura de reblandecimiento bajo carga es la composición química mineral del material, la cual también está directamente relacionada con su proceso de producción. La temperatura de sinterización del material influye considerablemente en la temperatura de deformación por reblandecimiento bajo carga. Si se aumenta adecuadamente la temperatura de sinterización, la temperatura de deformación inicial se incrementará debido a la disminución de la porosidad, el crecimiento de los cristales y la buena unión. Mejorar la pureza de las materias primas y reducir el contenido de disolventes o baja fusión aumentará la temperatura de deformación por reblandecimiento bajo carga. Por ejemplo, el óxido de sodio en los ladrillos de arcilla y la alúmina en los ladrillos de sílice son óxidos nocivos.
(3) Estabilidad volumétrica a alta temperatura de los materiales refractarios
Bajo la acción de altas temperaturas durante un tiempo prolongado, el material refractario experimenta una expansión volumétrica, denominada expansión residual. La magnitud de esta expansión residual (deformación) refleja la calidad de su estabilidad volumétrica a altas temperaturas. Cuanto menor sea la deformación residual, mejor será la estabilidad volumétrica; por el contrario, cuanto peor sea la estabilidad volumétrica, mayor será la probabilidad de deformación o daño en la mampostería.
El cambio en la línea de re-combustión se utiliza a menudo para evaluar la estabilidad volumétrica del material a alta temperatura, lo cual es un indicador importante para evaluar la calidad del material.
La mayoría de los materiales refractarios se contraen bajo la acción de altas temperaturas. Durante la recocción, la mayoría de los materiales refractarios se contraen, principalmente porque la fase líquida generada por el material a alta temperatura llena los poros, lo que provoca que las partículas se compriman y se estiren aún más. Más recientemente, se produce la recristalización, lo que lleva a una mayor densificación del material. También hay algunos materiales que se expanden durante la recocción. Por ejemplo, el ladrillo de sílice se expande debido a la transformación policristalina durante su uso. Esto se debe a que el cuarzo no convertido del ladrillo de sílice continúa transformándose en tridimita o cuarzo cuadrado a alta temperatura. El cuarzo, que se expande en volumen, está sin convertir en aproximadamente un 10 % en los ladrillos de sílice. Para reducir la contracción y expansión del material durante la recocción, es eficaz aumentar adecuadamente la temperatura de cocción y prolongar el tiempo de mantenimiento, pero no debe ser demasiado alto, ya que de lo contrario provocará la vitrificación de la estructura del material y reducirá la estabilidad al choque térmico. Debido a la expansión de las partículas de cuarzo en el material durante la cocción y el uso, lo que compensa la contracción de la arcilla, el cambio de volumen de los ladrillos semisílice es pequeño, y algunos de ellos se expanden ligeramente.
(4) Estabilidad ante choques térmicos
La capacidad de los materiales refractarios para resistir cambios rápidos de temperatura sin destruirse se denomina estabilidad al choque térmico. Esta propiedad también se conoce como resistencia al choque térmico.
El factor principal que afecta el índice de estabilidad al choque térmico del material son sus propiedades físicas, como la dilatación térmica y la conductividad térmica, entre otras. En general, cuanto mayor sea la dilatación lineal del material, peor será su estabilidad al choque térmico; por el contrario, cuanto mayor sea su conductividad térmica, mejor será su estabilidad. Además, la microestructura, la composición de las partículas y la forma del material refractario también influyen en su estabilidad al choque térmico.
Fecha de publicación: 15 de julio de 2022