Refractario Horno Electrico de Arco

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Revestimientos refractarios en una

planta moderna de hornos

eléctricos de arco

Por J. JVT. PALACIOS REPARAZ Doctor Ingeniero Industrial de la S. A. Echevarría, de Bilbao.

RESUMEN

Se destaca, en primer lugar, la importancia moderna que tiene en el campo de la fabricación de los aceros, el horno eléctrico de arco que no sólo no se ha visto postergado por otros' procedimientos mo-dernos de conversión, sino que ha venido a ser su complemento.

Por ello, se considera del mayor interés, estudiar las tendencias modernas que en su revestiwviento refractario presenta el horno eléc-trico, teniendo en cuenta sus modernas utilizaciones^

Se señalan de forma somera, algunas caracteristicas de los mate-riales refractarios mas empleados hoy día en las acerias eléctricas, pasándole revista a los desarrollos modernos sobre los refractarios de silice, básicos, de alto contenido de alúmina, electro-fundidos, et-cétera.

Se estudian los revestimientos de las diversas partes de los horneas eléctricos, bóvedas, paredes y suelas, incluyéndose asimismo las cu-charas de colada, puesto que el acero no termina su fßbricacion en la acería hasta que está ya solidificado en la lingotera.

También sé incluyen los refractarios empleado^\ en la colada con-tinua, dada la importancia que va adquiriendo esta instalación en las acerias eléctricas.

En general, se señala que en las bóvedas los ladrillos de silice van dejando paso a los ladrillos de alto contenido en alúmina y que en las paredes de los hornos eléctricos hay dos tendencias que pode-mos titular europea y americana. Aquélla emplea sobre todo bloques de dolomias apisonadas, mientras que los grandes hornos eléctricos americanos, están revestidos con ladrillos básicos de magnesita o magnesita-cromo.

En cuanto a la suela, ocurren en cierto modo similares tendencias de utilización de dolomía apisonada o de magnesita en los hornos europeos y en los hornos americanos respectivamente.

En los refractarios de las^ cucharas, se destaca la importancia

* Conferencia pronunciada en la VIII Semana de Estudios Cerámicos, celebrada en Barcelona entre los días 1 y 4 de junio de 1966.

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que tiene el aspecto físico del material y en cuanto a otros refracta-rios del pozo de colada y de la colada continua, se da cuenta cómo al mismo tiempo que se tiende a disminuir sensiblemente el consumo de refractarios, en Kg/Tm. de acero, el acerista busca calidades más altas y por lo tanto de mayor precio, como materiales de alto con-tenido en alúmina, materiales de silicato de circonio, etc., etc.

RESUME

En premier lieu, on montre l'importance du four électrique à arc dans la fabrication d'aciers. Ce four n'a jamais été laissé en arrière par d'autres modernes procédés, mais au contraire il a devenu leur complément.

Par cette raison on considère d'un grand intérêt étudier les ten-dances modernes que dans son revêtement réfractaire présente le four électrique, tenant compte de ses m^odernes utilisations.

On montre d'une façon superficielle quelques caractéristiques des matériels réfractaires plus^ employés aujourd'hui dans lesi aciéries électriques, et oit passe revue des développements modernes sur les réfractaires de silice, basiques, de contenu élevé en alumine, électro-fondus, etc.

On a étudié les révêtements utilisés datts' les différentes parties des fours électriques (voûtes, murs et soles) et même les poches de coulée, car l'acier ne finit pas son fabrication dans l'aciérie jusqu'il est déjà solidifié dans les lingotières.

On passe revite aussi des réfractaires employés dans la coulée con-tinue, à cause de la croissante importance de cette machine dans les aciéries électriques.

En général, on montre que dans la construction des voûtes les briques de silice sont en train de céder le pass aux briques de con-tenu élevé en alumine, et dans les murs des fours électriques il y a deux tendances: l'européenne et l'américaine. Celle-là emploie sur-tout des blocs en dolomie damée, tandis que les grands fours élec-triques américains sont revêtus avec des briques^ basiques de magné-site ou chrome-magnémagné-site.

Quant à la sole, il y a peut-être des tendances similaires d'utilisa-tion de dolomie damée ou de magnésite dans les fourst européens et américains respectivement.

En ce qui concerne les réfractaires des poches, on montre l'im-portance de l'aspect physique du matériel, et par rapport à d'autres réfractaires de la fosse de coulée et de la coulée continue, on expose qu'en même temps qu'on tend à diminuer sensiblement la consom-mation de réfractaires par Kg/ton. d'acier, Vaciériste cherche d'hautes qualités et par conséquent d'un prix plus élevé, comme les matériels de contenu élevé en alumine, de Silicat de zirconium, etc., etc.

SUMMARY

In the first place, the great importance of the electric furnace in steelmaking is stressed. This kind of furnace has never been bani-shed by other processes, on the contrary it has become their com-plement.

For this reason it has been considered of great interest to study the modern trends of the refractory linings used on this furnkice, bearing in mind its modern uses.

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J. M. PALACIOS REPARAZ

Some properties of the refractory materials more extensively used in electric furnace plants are superficially described, and the modern developments on the silica, basic, high-alumina and electrocast re-fractories are reviewed.

The linings of the different parts of the electric furnaces^ are studied: roofs, walls, bottoms, and even ladles, since the manufac-ture of steel is not complete until it is frozen in the ingot mould. The refractories used in continuous casting are also included because of the increasing importance of this machine in electric fur-nace plants.

In general it is pointed out that in roof construction silica bric'zs are making way for high-alumina bricks, and that in wall construc-tion there are two trends which can be given the names of European and American systems.

The former preferably uses ramJmed dolomite blocks, while the big American electric furnaces are lined with magnesite or chrome-magnesite basic bricks.

As to the bottom, in some ways there exist similar trends as to the use of rammed dolomite or magnesite in the European and Ame-rican furnaces respectively.

With regard to ladle refractories, the importance of the physical appearance of the material is stressed, and with reference to other refractories used in the casting pit and continuous casting, it is stated that just at the same time the trend is\ to minimize the refractory consumption per Kg./Ton of steel, the steelmaker is loo-king for very high quality materials and as a result more expensive, such as high-alumina, zirconium-silicate materials, etc., etc.

I. Antecedentes.

En las distintas tendencias modernas de fabricación del acero, el horno eléc-trico mantiene no sólo su posición destacada sino que su importancia se acre-cienta de día en día.

Hay varios motivos para ello. Por ejemplo, la menor mversión financiera respecto a otros procedimientos. Pero es que además, ante el apogeo de la utili-zación de los convertidores LD, que como se sabe son fuertes consumidores de arrabio, en algunas regiones el precio de la chatarra ofrece un atractivo econó-mico tan interesante que en el horno eléctrico se emplea con grandes ventajas. ya que, por otra parte, se han resuelto importantes problemas de orden eléctrico y hoy día se construyen unidades de gran capacidad y potencia.

Por todo ello, es del mayor interés siderúrgico, hablar de los hornos eléc-tricos y comentar el aspecto de su revestimiento refractario que influye funda-mentalmente en su marcha* Ahora bien, fijándonos que el acero no termina su fabricación en la acería hasta que está ya solidificado en la lingotera, se debe discutir aquí también el revestimiento refractario de las cucharas, tanto las destinadas a la colada convencional como las que se emplean en la colada con-tinua.

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IL Problemas de refractarios en los hornos eléctricos.

Los problemas planteados por la utilización de refractarios en los hornos eléctricos, son más complejos que lo que a primera vista parece, y ello no es debido a la misma complejidad de la instalación, sino a la utilización moderna de estos hornos.

Hasta hace pocos años, el horno eléctrico era un ejemplo de unidad pequeña y dedicada a la fabricación de aceros especiales.

Sin embairgo, hoy día adquiere ya un interés grande para la siderurgia pe-sada, o sea, la de los aceros corrientes, y se están montando buen número de hornos eléctricos de gran tonelaje para la producción de estos aceros. Se ha demostrado que el horno eléctrico en ese caso es fuerte competidor del horno Siemens aun de gran capacidad, y que además puede ser un complemento muy interesante de los procesos de conversión al oxígeno.

Respecto a su aumento de capacidad, recordamos que ya hay hornos de 200 Tm. como el de la planta de Chubu, en Japón, y que son numerosas las unidades de 100-150 Tm. que existen en muchas acerías no sólo americanas, sino europeas.

Realmente, la capacidad de 120-150 Tm. se considera que es normal en el caso del horno eléctrico dedicado a la fabricación de aceros corrientes con pro-ducciones que llegan a 40 o más Tm/hora.

Ante esta situación, en muchos casos, en los revestimientos refractarios de los hornos eléctricos, se da preferencia a una mayor producción de acero que el obtener la mayor duración posible del revestimiento diferenciándose así en cierto modo, una planta de hornos eléctricos, de una planta de hornos Siemens. En esta última, aunque en realidad también se busca la máxima producción, se vigila con gran cuídado el aspecto de la duración del horno, ya que una parada anormal intermedia que no está incluida en la planiñcación de las reparaciones, da origen a una pérdida muy sensible de producción, por el tiempo extra tan importante gastado en enfriar y calentar el horno.

En los hornos eléctricos, el problema de las paradas por reparaciones no es tan grave como en el horno Siemens. Se trabaja por lo general, a tres relevos, con una sola parada semanal que suele ser la del domingo y que se aprovecha para efectuar la reparación de los revestimientos. Lo importante por tanto es que las duraciones de la bóveda y de las paredes correspondan a números múl-tiples de semanas, aunque, naturalmente, es de desear el máximo de éstas.

Ahora bien, no sólo en los hornos eléctricos de gran capacidad el problema de los refractarios se ha agravado por su tamaño y por la necesidad de la mayor producción posible, sino que junto a este aspecto, se encuentra también el hecho 4 7 2 BOL. SOG. ESP. CERÁM., VOL. 5 - N.^ 4

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J. M. PALACIOS REPARAZ

de que los aceristas han ido aumentando enormemente las potencias de los trans-formadores para lograr en estos hornos con cargas líquidas, productividades horarias de hasta 50' Tm. Por ejemplo, en un horno de 150 Tm. de capacidad, se han cambiado los transformadores de 35.000 a 56.000 KVA.

Con ello, naturalmente, los refractarios de estos grandes hornos con altas potencias, se ven sometidos a unas condiciones mucho más severas que las que tenía el horno eléctrico, hace unos años. Afortunadamente los problemas plan-teados se van resolviendo poco a poco.

A ello ayuda, por una parte, la mejor calidad de los refractarios que conti-nuamente van presentando los fabricantes de estos productos.

Pero asimismo, influyen los métodos de trabajo cada vez más apropiados a base de un buen control del arco y un programa adecuado de carga del horno.

Efectivamente, hoy día se ha visto que en los hornos eléctricos se pueden lograr grandes productividades sin un consumo excesivo de refractarios por Tm. de acero y como conñrmación, en la bibliografía técnica se han indicado última-mente cifras de consumo (Tabla I) en las que se demuestra que en algunos casos

TABLA I

RELACIÓN ENTRE EL CONSUMO DE REFRACTARIO Y EL AUMENTO DE PRODUCCIÓN HORARIA LOGRADA PRINCIPALMENTE POR UNA MAYOR SOBRECARGA DEL

TRANSFORMADOR (18 MVA A 22,5 MVA)

(Horno eléctrico de 50 Tm. fabricando aceros corrientes.)

1961 1962 1963 1964 1965

Producción horaria: Tm/hora ... 11,7 14,2 16,1 18,2 21,1 Consumo de refractarios: Kg/Tm. Suela y paredes. Dolomía en grano ... " en bloques " en ladrillos ... TOTAL Bóveda: Ladrillos de sílice Ladrillos de alta AI3O3

JULIO-AGOSTO 1 9 6 6 473 10,85 8,37 7,01 5,89 3,25 11,13 10,98 11,58 10,00 8,22 0,50 0,92 1,71 2,30 2,59 22,48 20,27 20,30 18,19 14,06 3,32 4,29 4,45 5,05 — • — —• 1,71 1,98

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aumentando la productividad horaria de los hornos, por mayores potencias ins-taladas de transformador, se ha llegado hasta disminuir el consumo de mate-riales refractarios en Kg/Tm. (1).

En diversos ensayos realizados por los americanos, se ha representado en el diagrama de rendimientos de un horno eléctrico de arco, la variación del lla-mado coeficiente de desgaste del revestimiento, en donde se ve la influencia de la variación de la intensidad de la corriente en el horno, sobre el comportamiento del desgaste de refractario (fig. 1). (2).

CARACTERÍSTICAS DE UN HORNO ELÉCTRICO DE 15Q Tns

M wahos 12 lo loo 8o 6o 4o 2o 1 1 1

PoPencia hoj-al efecNva PoPencia hoj-al efecNva

- O - . > O n r o h e n c i G en el arco \ í¿-—Á R endimie nto \ \ I r r • -»«-i...,..^^^ 1 \ ~ V Fache 5r de pe 1 1 )henc¡a . vA 5r de pe 1 1 )henc¡a . { I 1 \ 1 _ 1 \ \ Desgosfe de r e f r a c í a r i o \^ i 1 . , _ A l .JB_ Rendimienl"o loo Ô0 6o 4o 2o 20 4o 6o Kiloamperios 8o 1.0 o,8 Y 0.6 «T o.A o 0.2 FlG. 1.

Y se ha observado que el máximo de este coeficiente está precisamente en el campo normal actual de trabajo que suele corresponder a un eos 9 = 0,85 y a un rendimiento aceptable. Ahora bien, desplazando el campo de utilización al punto de mayor potencia efectiva en el horno, como el coeficiente de desgaste se obtiene tanto de la potencia como de la longitud del arco, disminuye dicho coeficiente de desgaste por la disminución que existe en esa longitud si se tra-baja con tensiones moderamente^ tra-bajas para esas altas intensidades. Entonces el factor de potencia es de sólo 0,75 y asimismo el rendimiento es menor, pero se ha logrado de esta forma en los hornos de 150 Tm. rebasar el límite de las 50 Tm/hora.

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J. M. PALACIOS REPARAZ

III. Tipos de materiales refractarios que se utilizan en las acerías eléc-tricas.

Aunque no nos proponemos hacer una descripción detallada de las distintas clases de refractarios que se utilizan en las acerías eléctricas, ya que no es el objeto de este trabajo, sin embargo, creemos interesante recordar algunas parti-cularidades de estos materiales que nos servirán para explicar las tendencias que en cuanto a su utilización existen en el horno eléctrico.

Desde luego, hoy día, los materiales refractarios más empleados en este des-tino son los materiales básicos en sus distintas formas, lo cual está en parte explicado, si se tiene en cuenta que normalmente se trabaja con escorias básicas excepto en algunos hornos pequeños destinados al acero moldeado. Asimismo se emplean en las bóvedas ladrillos de sflice o de alto contenido en alúmina, de-biéndose asimismo registrar la utilización de algunos materiales muy especiales de circonio.

El ladrillo sílico-aluminoso, por el contrario, no tiene prácticamente empleo, excepto en algunos casos y en sus calidades mejores en las filas exteriores de las bóvedas. Por otra parte, su utilización como capa de aislamiento, tanto en las paredes como en la suela, ha dejado de tener mucho significado.

Esto es en lo que se refiere al horno propiamente dicho, ya que naturalmente, en el pozo de colada los materiales sílico-aluminosos siguen siendo de gran consumo.

1.—LADRILLOS DE SÍLICE.

Durante muchos años han tenido un importante empleo en las bóvedas de los hornos eléctricos. Sin embargo, ahora, como veremos, sufren una fuerte competencia por parte de los ladrillos de alto contenido en alúmina.

Esta competencia ha obligado a un mayor estudio del material de sílice y de su utilización que ha tenido como resultado lo siguiente (3) :

a) Interesa el empleo de materiales de sílice cada vez más puros y por lo tanto, con menores contenidos de óxidos extraños (AI2O3, FegO,, etc.). b) En los hornos eléctricos las condiciones de trabajo pueden ser muy

di-versas no sólo entre los hornos pequeños y de gran capacidad, sino entre los que producen aceros corrientes o aceros especiales o entre los que tienen diversa separación entre el baño del metal y la bóveda, etc., etc. De ahí se ha visto que las normas generales para la calidad de estos ladrillos no pueden seguirse siempre con éxito y que así como en un horno de pequeña

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potencia o con una gran separación entre el baño del metal y la bóveda, o sea, cuando existe en la cara del trabajo del ladrillo una temperatura relativamente baja, hay que emplear con preferencia ladrillos con un grado de transformación media (2,40 grs/cm^); en los hornos de gran capacidad o que trabajan muy ca-lientes hay que emplear materiales de una mayor transformación, aunque sin llegar a densidades inferiores a 2,36 gr/cm% ya que una mayor transformación puede originar inconvenientes, puesto que con fuertes contenidos de cristoba-lita se tiene una sensibilidad mayor a los cambios de temperatura.

2.—REFRACTARIOS BÁSICOS.

Prácticamente, todos los tipos de refractarios básicos, es decir, de magnesita, cromo-magnesita y magnesita-cromo, tanto cocidos como aglomerados quími-camente y acorazados, se vienen empleando en los hornos eléctricos, y en todos ellos se están logrando en estos últimos años mejoras sensibles de calidad.

Por ejemplo, determinado fabricante europeo, partiendo de magnesitas cal-cinadas muy puras, especialmente preparadas en lo que se refiere a su granu-lometría, y minerales de Cr de primerísima calidad, junto con adiciones espe-ciales, han presentado en el mercado ladrillos de magnesita-cromo y magnesita acorazados y aglomerados químicamente que ofrecen una resistencia mecánica en caliente muy elevada respecto a los materiales convencionales, junto con una capacidad de absorción de las tensiones en la zona de temperatura entre 90^ y 1.400% que contribuye a una gran mejora en su resistencia a los choques tér-micos (4).

Por otra parte, fabricantes americanos e ingleses están ofreciendo los llama-dos ladrillos básicos de aglomeración directa y los de grano fundido que, de acuerdo con las características de sus catálogos, significan un gran avance en la mejora de calidad de estos materiales (Tabla II).

Especialmente su resistencia en caliente se ha incrementado para resistir los choques térmicos, las tensiones de dilataciones y las cargas estructurales. Un ladrillo básico directamente aglomerado llega a tener cinco veces la resistencia mecánica a alta temperatura de un ladrillo normal básico. Pero un ladrillo de los llamados de grano fundido puede tener una resistencia mecánica de hasta diez veces mayor.

Los ladrillos directamente aglomerados (5) y (6) fueron descritos por primera vez por la bibliografía inglesa en 1959 y para explicar su fundamento, recorda-mos que los refractarios básicos cocidos, en general, constituyen una combinación de magnesita y mineral de cromo y pueden ser considerados como sistemas de

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J. M. PALACIOS REPARAZ

TABLA II

COMPARACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS LADRILLOS BÁSICOS DIRECTAMENTE AGLOMERADOS Y DE AGLOMERACIÓN DIRECTA

Aglomeración normal Aglomeración directa

Contenido de MgO % . . . ... 60-80 60-80 Porosidad aparente % ... 19-20 15-17 Densidad, gr/cc 2,90-3,00 3,00-3,20 Compresión en frío, Kg/cm^ ... 350 700 Módulo de rotura en frío, Kg/cra-' 49 63 Módulo de rotura en caliente a

l^SO'C, Kg/cm= ... 24 Mayor de 100 Resistencia en caliente bajo carga

(2 Kg/cm^) 1690°C No falló a 1.760°C

tres fases, magnesia o periclasa, espinelas y silicatos. La forma de unión de estas fases es la que da origen a los dos tipos de refractarios que podríamos llamar "aglomerados cerámicamente con silicatos'' o '"aglomerados directamente". El término "aglomerados con silicatos'' se refiere a una película fina de ortosilicatos que rodea y aglomera todos los agregados refractarios. Estos silicatos están for-mados por la reacción de la ganga del mineral de cromo con la magnesia.

El término de "aglomeración directa" describe, como si dijésemos, la unión directa de la periclasa al óxido de cromo, sin la diferenciación por una película de silicato.

En su fabricación se tienen en cuenta los siguientes aspectos : a) Alta temperatura de cocción.

b) Utilización de materias primas de alta pureza. Sobre todo en lo que se refiere al contenido de SiOg.

c) Condiciones especiales de fabricación, relativas al control de la gianumetría y utilización de altas presiones de prensado. Todo ello, para lo-grar la máxima densidad en los ladrillos.

Otro tipo de refractario básico es el llamado de grano fundido (7), puesto a punto en América y que constituye un material homogéneo de magnesia y cromo, producido a través de una controlada fusión de magnesia de alta pureza

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y mineral de óxido de cromo concentrado, con el fin de que los óxidos extraños se mantengan a muy bajo nivel.

Durante la fusión tiene lugar una reacción y se forma una estructura equi-librada y homogénea de grandes granos de periclasa y pequeños cristales de espinelas finamente distribuidas en aquéllas. Con este material se fabrica poste-riormente de la manera convencional el ladrillo, y en su cocción ya no tiene lugar ninguna reacción entre la magnesia y el óxido de cromo, dando lugar a un material de alta estabilidad sin la presencia de ninguna tensión heterogénea, y que tiene alta densidad y muy baja porosidad con una fuerte resistencia a la escoria y alta resistencia a temperatura.

3.—DOLOMÍA.

La dolomía durante muchos años ha sido, sobre todo en Europa, un material muy empleado para la construcción de las suelas de los hornos eléctricos bá-sicos, ya que ha cumplido las condiciones para dar un resultado razonablemente satisfactorio puesto que:

1." Se sinteriza en una masa coherente y dura libre de grietas y porosidades después de ser calentada durante un tiempo apropiado.

2.° Esa sinterización se hace a una temperatura relativamente alta. S."" Resiste bien la acción química, tanto de la escoria como del metal. 4.° Es de fácil adquisición.

Últimamente se ha llegado a conocer mejor la calidad precisa de la dolomía que no sólo ha de basarse en su análisis, sino asimismo en otros aspectos físicos. Con el análisis se puede conocer, por ejemplo, si se ha eliminado el CO2 de los carbonatos. Pero si esto ocurre a baja temperatura, puede dar lugar a una do-lomía muy ligera y porosa. Sólo si la sinterización se hace a alta temperatura, los poros se cierran y la dolomía llega a ser densa.

Actualmente la dolomía ha adquirido una gran importancia en los revesti-mientos refractarios para las paredes de los hornos eléctricos, utilizada en forma, principalmente, de bloques.

Entonces ha de ser elegida de acuerdo a ciertos aspectos de la composición química, densidad, granulometría, grado de humedad, etc. (8).

La composición química, es importante para reducir el ataque de las escorias y las contracciones a alta temperatura. En las dolomías utilizadas normalmente para este empleo el análisis viene a ser el siguiente:

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t J. M. PALACIOS REPARAZ 5 CaO = 56% MgO = 39% SiO, = 2% R,03 (Fe, Mn, Al) = 3 % Pérdida por cocción = 0,4 %

Generalmente, en la fabricación de estos bloques se emplea una granulometría de O a 15 mm., predominando en la mezcla las participaciones de los tamaños grandes y pequeños en relación a los medianos. Es importante asimismo utilizar una dolomía de alta densidad, aunque esto puede estar a primera vista en opo-sición al interés que tiene el alcanzar la máxima penetración del alquitrán en el grano de dolomía para proporcionar una buena resistencia de aglomeración y un alto cotenido de carbono para la coquización.

Finalmente, es importante el grado de humedad de la dolomía antes de la fabricación del bloque, ya que si ese grado aumenta, se reduce la resistencia del bloque y se incrementa la expansión que existe durante la cocción del ma-terial en servicio.

4.—REFRACTARIOS DE ALTO CONTENIDO EN ALÚMINA (9) (10).

En los hornos eléctricos, los materiales de alto contenido en alúmina, es de-cir, porcentajes de AI2O3 superiores a 46 %, que se han ensayado o probado han sido muy diversos, pero entre ellos destacan los siguientes :

1.° Ladrillos de silimanita.

If" Ladrillos de muUita sintética. 3.'' Ladrillos de gibsita.

Los ladrillos de silimanita se fabrican principalmente hoy día a base de cianita calcinada, al hacerse cada vez más raros los yacimientos de andalucitas y silima-nitas. La cianita, como la verdadera silimanita, es un monosilicato de alúmina (AI2O3-SÍO2) que se encuentra en la naturaleza con un contenido teórico de 63 % de alúmina, pero su transformación a 1.450-1.500° implica un aumento de vo-lumen del 20 al 30 %. Por ello debe calcinarse previamente.

Después de su cocción presenta una fuerte proporción de muUita 3 AI2O3 -2 SÍO-2 y destacan sus características de buena resistencia bajo carga en caliente, y buena resistencia a los choques térmicos.

En cuanto a la muUita sintética, se prepara artiñcialmente a partir de sus elementos constituyentes, sílice y alúmina, bien sea puros o bien sea combinados.

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La fabricación se hace por cocción a muy alta temperatura y a veces por elec-trofusión, aunque en este último caso no han tenido aplicación en siderurgia. Cuando se emplean técnicas de cocción, a alta temperatura, o sea de fritado, se obtienen también materiales muy homogéneos y regulares, aún superiores en este aspecto a los de silimanita, y con unas permeabilidades a los gases par-ticularmente pequeñas.

Respecto a la gibsita es un tri-hidrato de alúmina natural, que contiene muy pocas impurezas y está constituida casi totalmente por cristales de corindón después de su calcinación a muy alta temperatura.

Entonces su contenido en alúmina llega casi a 90 % y permite la fabricación de toda una gama de productos de 46-85 % de alúmina con mezcla en

propor-ciones convenientes de arcillas apropiadas. Asimismo, se ofrecen ladrillos de gibsita de 88-90 % cuando no se emplean aglomerantes arcillosos.

De todos estos materiales los que se han utilizado más en las acerías eléc-tricas han sido los de gibsita, ya que son, sobre todo en Francia, de donde los hemos importado, fabricados a partir de una materia prima mucho menos cara que la cianita o que la muUita sintética, siendo su comportamiento prácti-camente análogo. Recordaremos que en estos ladrillos destacan las siguientes características :

a) Resistencia piroscópica elevada, del orden de 1.825-1.850''. b) Buena resistencia a las variaciones bruscas de temperatura.

c) Una cierta termo-plasticidad, aspecto interesante que les permite aco-modar las tensiones que resultan de los choques térmicos y de los es-fuerzos de dilatación.

d) Una ligera expansión después de su calentamiento que le permite cerrar las juntas y formar un cuerpo más monolítico.

e) Bajo el ataque de la cal y sobre todo del óxido de hierro que existen dentro del horno eléctrico, da lugar a productos de reacción extremada-mente viscosos que constituyen una especie de capa protectora muy re-fractaria, esponjosa y adhérente.

5.—REFRACTARIOS ELECTRO-FUNDIDOS (11) (12) (13).

Se fabrican hoy día diversas calidades de refractarios electrofundidos. Por ejempo, a base de bauxita, a base de corindón, circonio y sílice, a base de mag-nesia y corindón, y a base de magmag-nesia y cromita. Pero es esta última clase la que se emplea en los hornos eléctricos de arco.

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J. M. PALACIOS REPARAZ

Ello es debido a que presenta características muy interesantes para el ace-rista.

Por ejemplo:

I.° Alta resistencia piroscópica que está relacionada con sus altos puntos de fusión (superiores a 2.300°C).

2.° Propiedades mecánicas elevadas.

a) Alta resistencia a la compresión en frío y en caliente. b) Alta resistencia a la abrasión.

3.° Resistencia a la corrosión química que está unida a la compacidad ele-vada que presentan estos refractarios.

4.'* Buena estabilidad dimensional que está relacionada con las caracterís-ticas anteriores.

Todo lo anterior se logra no sólo por la elección cuidadosa de las materias primas refractarias, sino por un proceso especial de fabricación que se basa en la fusión al horno eléctrico de una masa líquida homogénea y de una colada en moldes de esta masa líquida para obtener directamente piezas monolíticas que tengan la forma definitiva o casi definitiva de empleo.

Con ello, se alcanza una cristalización a partir de una fase líquida y se da lugar a una estructura densa de cristales unidos por fuerte ligazón intercristalina. Entonces la cohesión que presentan no es debida a un aglomerante formado por reacciones en estado sólido o a lo más sinterizado por una pequeña cantidad de líquido, sino a una fuerte unión entre cristales. Por otra parte, la compacidad elevada hace bajar la porosidad y ya se sabe la importancia que tiene esta característica en la resistencia a la corrosión química. Una composición química o cristalográfica similar, puede dar lugar a diferentes resistencias a la corrosión química, siendo mejor la del producto más compacto. En estos materiales la densidad aparente que, con frecuencia es superior a 3,80, es muy próxima a la densidad absoluta, ya que la porosidad no es mayor de 2 ó 3 %.

Desgraciadamente estos materiales refractarios tienen inconvenientes que impiden en muchos casos una mayor amplitud de empleo. En primer lugar, es su alto precio debido no sólo a las materias primas utilizadas y a las complica-ciones que ofrecen las técnicas de su fabricación, sino asimismo al rechupe que presentan los bloques colados y que reduce casi a la mitad el espesor de la parte sana. Por otra parte, existe la imposibilidad práctica de tallar estos bloques en el mismo lugar de su aplicación, con la forma normal de trabajo de los alba-ñiles. Es preciso disponer de máquinas especiales de corte con herramienta de diamante.

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l y . Aplicaciones en las distintas partes de los hornos eléctricos.

1.—BÓVEDAS.

Las bóvedas de los hornos eléctricos se han construido durante muchos años en material de sílice. Pero dado que los aceristas, sobre todo trabajando con grandes hornos, no han estado satisfechos con los resultados obtenidos, se han reemplazado en muchos casos los ladrillos de sílice por ladrillos aluminosos de alta calidad y con porcentajes de alúmina que varían de 60-90 %.

a) Ladrillos de sílice.

No se pueden dar cifras, ya que la duración de las bóvedas en un horno eléc-trico de arco depende no sólo del acero fabricado y por tanto de la marcha de trabajo, sino asimismo de si esa marcha es continua o discontinua, de si se emplea oxígeno, del mismo diseño del horno, etc., etc. Pero sí se puede decir que con ladrillos de sílice la duración de las bóvedas de hornos de 10 a 70 Tm. viene a ser de 40 a 80' coladas.

Sin embargo, aumentando el tamaño de los hornos, algunos aceristas han indicado que la duración baja considerablemente y hasta se han dado cifras de sólo diez coladas para hornos de 150 Tm.

El ladrillo de sílice en la bóveda del horno, sufre las siguientes acciones : L"" Choque térmico.

2!" Alta temperatura.

3P Ataque de escorias y humos.

El choque térmico es un aspecto importante en el caso de hornos con bóveda móvil y sometidos a varias recargas por efecto de la mala calidad de la chatarra. Muchos aceristas se quejan del agrietamiento por choque térmico de sus ladrillos de sílice de la bóveda, por ejemplo, en las filas exteriores donde parece ser que hay una acción conjunta de tensiones térmicas y mecánicas que exceden el límite crítico en esos puntos. En ese caso, algunos autores han indicado que si el agrietamiento por choque térmico de los ladrillos de sílice en los salmeres de la bóveda, es la principal causa del problema, una solución puede consistir en disponer allí materiales de primera calidad de 42-45 % de AI2O3 y otra en disminuir el tamaño de los salmeres. Desde luego es importante bajo el aspecto del choque térmico que las formas de los ladrillos sean del tamaño menor po-sible y si se puede de sección cuadrada (14).

En otras plantas se ha mejorado la duración de las bóvedas de ladrillos de sílice, empleando un cemento de sílice de alta calidad que reduce el agrieta-4 8 2 BOL. SOC. ESP. CERÁM., VOL. 5 - N.^ agrieta-4

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miento por choque térmico a base de eliminar la penetración de las llamas en las juntas.

La acción de la alta temperatura que existe en un horno eléctrico, se presenta asimismo como una condición muy adversa para el ladrillo de sílice de estas bóvedas. En un tiempo, muchos autores opinaron que las temperaturas alcanza-das en las bóvealcanza-das del horno eléctrico eran más bajas que las de los hornos Siemens. Ello fue debido al examen del refractario usado donde se observaba una constitución especial de la parte sometida a la acción interior del horno, pero se ha visto que la diferencia de aspectos entre los ladrillos de sílice usados de las bóvedas de los hornos Siemens y de los hornos eléctricos, es una peculiaridad debida al estado de oxidación del hierro absorbido.

Hoy día se evita en cierto modo una temperatura perjudicial muy alta sobre la bóveda de los hornos eléctricos, siguiendo la tendencia americana de au-mentar la altura de la cuba, desplazando la bóveda lejos del baño de acero.

Por otra parte, diremos que con una carga apropiada, la chatarra durante la fusión impide la acción del arco sobre la bóveda.

Ahora bien, lo que en la actualidad es más importante, es la acción que pueden tener sobre la bóveda las escorias y los gases. Es decir, no sólo los gases ricos en FeO que durante el soplado del oxígeno se originan, sino asimismo las salpicaduras de escoria que se producen en esa inyección.

También es importante el tipo de atmósfera en el horno, ya que muchos aceristas han advertido que cuanto más reductora es la atmósfera, mayor es la acción fundente sobre la sílice.

Entre llevar una marcha oxidante o empezar a operar con una escoria de carburo, se observa en este segundo caso incrementando el problema que como señala Mackenzie, puede dar lugar a caídas en la duración de la bóveda de sílice de 60 coladas a 40 coladas (15).

b) Ladrillos de alto contenido de AljO^,

Por todo lo anterior, en vez de sílice, una buena proporción de hornos eléc-tricos y no sólo de hornos eléceléc-tricos grandes, están empleando bóvedas de alúmina, utilizándose en nuestra patria como en Francia, sobre todo, materiales de gibsita que aunque incrementado su precio por los impuestos de aduanas nos salen a un precio cuya utilización es rentable, si se tiene en cuenta no sólo el aumento de su duración, sino asimismo la seguridad de los resultados siempre regulares de estas bóvedas.

Como datos de la mejora alcanzada, diremos que en un horno de 18 Tm. que con ladrillos de sílice se tenían duraciones de bóvedas de 50-80 coladas, se han

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pasado éstas a 150-200 coladas con una reparación intermedia en el centro de la bóveda que alcanza a 1/3 de ésta. Desde luego, parece que aun hornos de pequeña y media capacidad, trabajando con ¡condiciones severas, la rentabilidad de estos productos aluminosos es positiva.

En hornos mayores, diremos que en Steel, Peech & Tozer, han registrado que la vida de las bóvedas en los hornos de 150 Tm. ha aumentado desde 18 coladas obtenidas con ladrillos de sílice ä más de 50 coladas obtenidas con ladrillos de 85 % de alúmina (16). Este éxito hay que considerarlo en su justo valor, puesto que en estos hornos de gran tamaño hay diñcultades con la estabilidad de la obra de ladrillos de la bóveda, puesto que el peligro de deslizamiento de estos ladrillos de alto contenido de AI2O3 aumenta con el diámetro del horno, ya que no tienen dichos materiales las características de dilatación de la sílice. Bien es verdad que el problema se ha disminuido aumentando la flecha del arco y empleando morteros para las juntas que tienden a incrementar su volumen a alta temperatura (17).

El desgaste de las bóvedas de estos materiales es muy regular de unas a otras y en contraste con el caso de los ladrillos de sílice que siempre suelen mostrar signos de goteo en la cara caliente, los ladrillos de alto contenido en alúmina presentan una apariencia seca en el interior del horno.

Se ha discutido el contenido de AI2O3 óptimo en estos materiales para su empleo en el punto que estamos considerando. Hay diversas opiniones. Acaso nos parezca más aceptable la que recomienda contenidos de 70-75 % de AI2O3.

c) Agujero de aspiración de humos.

Otro punto interesante es el agujero que a veces se dispone en la bóveda para la extracción de los humos calientes. Aquí hay que decir que esta aspiración directa tiene un efecto generalmente muy beneficioso en la duración de la bóveda y algunos aceristas señalan que gracias a ella se ha aumentado su duración casi al doble y el consumo de refractarios ha disminuido casi a la mitad.

Pero en su construcción se suelen presentar problemas, ya que junto a las condiciones normales de las bóvedas, en la parte del agujero debe existir una buena resistencia a la abrasión y al ataque de los gases y de la escoria.

En algunas plantas, se ha dispuesto de un anillo refrigerado, pero la solución mejor procede de una mejor calidad en los ladrillos de alto contenido en alúmina empleados.

d) Masas moldeables o apisonadas.

Puede eliminarse la necesidad de tallar el ladrillo al hacer la parte central 4 8 4 BOL. SOG. ESP. CERÁM., YOL. 5 - N.° 4

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de las bóvedas, entre los electrodos, a base de emplear pises o masas moldeables o plásticas, generalmente de alto contenido en alúmina.

De esta forma, además, la construcción de la bóveda se acorta a la mitad o a veces a 1/3 del tiempo original.

El resultado de esta técnica, sin embargo, no ha sido muy claro y definitivo. Algunos hasta la han abandonado progresivamente y en realidad la experiencia es algo confusa y por ejemplo, se ha llegado a señalar que algunos de estos pro-ductos moldeables, están aglomerados con fosfatos y aunque de esta forma las características de la mezcla en su relación de resistencia-temperatura son las adecuadas, sin embargo, ha habido una contaminación del baño producida por la absorción de fósforo durante el período de afino.

De todas formas, lo que es cierto es que el objetivo principal es lograr un desgaste uniforme en toda la bóveda. A veces para ello es preciso emplear en la parte central masas o materiales de alta calidad. El acerista observa al retirar las bóvedas dónde se produce un desgaste excesivo y en esa parte tiende a utilizar los materiales de mayor calidad para que todas las zonas de la bóveda se con-suman al mismo ritmo.

O asimismo, retira la bóveda antes de su desplome total y la arregla con ladri-llos de la misma naturaleza que suelen tener, no la longitud inicial de los formatos normalizados empleados, sino un espesor más pequeño y correspondiente al es-pesor reducido medio del conjunto de la bóveda cuando se hace la reparación.

e) Bóvedas básicas.

De tiempo en tiempo, surge un interés en las bóvedas básicas, y hasta di-versos autores insisten en que su adopción será inevitable.

Algunas plantas han venido haciendo los salmeres y hasta las primeras filas exteriores de las bóvedas, con ladrillos básicos y algunas acerías están utilizando la bóveda completa básica en pequeños hornos eléctricos.

En Norteamérica se han propuesto bóvedas formadas con ladrillo de 85-90 % de alúmina con una parte central a base de un apisonado básico.

En realidad aún hay problemas de difícil solución con los ladrillos básicos para esta aplicación. Por ejemplo, no se pueden emplear ladrillos acorazados en la parte central de la bóveda. Y asimismo no todos los hornos pueden utilizar este tipo de material de gran densidad, porque son necesarios robustos y po-tentes mecanismos para elevar y girar la bóveda. No olvidemos que un ladrillo básico es alrededor de 60 % más pesado que un ladrillo de sílice.

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2.—PAREDES DE HORNOS ELÉCTRICOS.

Hay por el momento dos tendencias bien definidas en la construcción de las paredes de los hornos eléctricos. Una de ellas consiste en el empleo de ladrillos de magnesita o cromomagnesita y la otra tendencia es hacia la utilización de grandes bloques refractarios de dolomía alquitranada. Otras técnicas a base de ladrillos de dolomía semi-estabilizada o cocida, de paredes de dolomía apisona-da, etc., no son tan empleadas actualmente.

La diferencia entre aquellos dos métodos principales está en cierto modo unida a la capacidad del horno, y al país donde está instalada la acería, que tiene relación con la disponibilidad de los distintos materiales y asimismo con los salarios de los albañiles y peones.

a) Ladrillos básicos.

Los hornos grandes, sobre todo americanos, y algunos ingleses, suelen estar revestidos con ladrillos de magnesita, muchas veces aglomerados químicamente y acorazados y construidos a base de dos o tres secciones por medio de chapas internas de acero, fundándose para ello en que el choque térmico de los refrac-tarios es proporcional a su tamaño.

Se ha confirmado esto observando que los ladrillos acorazados de magnesita aglomerada químicamente con una o dos placas internas, dan buen rendimiento donde las condiciones son tan severas que el ladrillo normal de magnesita de sección de 112 X 65 mm. se agrieta excesivamente.

En la zona de escorias donde el desgaste se efectúa por el ataque químico de las escorias se prefieren ladrillos cocidos de magnesita muy compactos, empleán-dose cuanto más alta sea la solicitación de temperaturas, materiales menos ricos en hierro.

b) Bloques de dolomía.

En hornos de menos tamaño y principalmente en Europa, se está empleando mucho con resultado económico interesante, la dolomía alquitranada para el revestimiento de sus paredes, a base de colocar sólo de 6 a 12 bloques por horno.

En la duración de estos bloques, cuyas cifras medias en función de la capaci-dad del horno se presentan en la Tabla III (18), influyen diversos aspectos eléc-tricos del horno, la clase de acero fabricado y la marcha de la colada, pero asimismo son fundamentales sus características físicas, así como, por ejemplo, el contenido de alquitrán, que adquiere una importancia crítica si es muy alto, y da origen a resultados poco satisfactorios.

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Pero lo más importante es la densidad del bloque, exigiéndose bloques de alta densidad, por ejemplo, 2,80 gr/cm^ mínimo, fabricados con grano de dolo-mía de alta densidad, por lo menos 3 grs/'cm^.

Por otra parte, un número limitado de ensayos de permeabilidad ha mostrado que las mejores duraciones se obtienen con bloques de baja permeabilidad y los peores resultados, con los de alta permeabilidad.

Una ventaja que ofrecen los bloques respecto a los ladrillos, es que el tiempo de la instalación es sensiblemente menor, aunque esto se ha evitado al disponer los ladrillos básicos en conjuntos, unidos por flejes metálicos, que se colocan así en el horno.

El coste de los bloques de dolomía es alrededor de la mitad del de los ladrillos refractarios básicos de magnesita y magnesita-cromo y en realidad, aunque estos últimos duran mucho más, en cada acería se debe valorar el coste por Tm. de acero para decidir sobre la utilización de uno u otro refractario.

TABLA III

DURACIÓN DE LOS REVESTIMIENTOS DE PAREDES DE LOS HORNOS ELÉCTRICOS A BASE DE BLOQUES DE DOLOMÍA

Capacidad del horno

6 a 8 toneladas. 10 a 20 25 a 35 45 a 55 65 a 75 90 a 100 " 110 Tm. Duración, en número de coladas 180 a 260 115 a 200 70 a 120 40 a 60 35 a 70 30 a 65 25 a 50 c) Puntos calientes.

Uno de los problemas más serios que presentan los grandes hornos eléctricos, son los puntos calientes del revestimiento.

Para compensar el desgaste anormal en estas zonas, debido no sólo a la ac-ción de la temperatura del arco, sino asimismo a las salpicaduras de escoria y metal y equilibrar la duración en todas las partes del horno, se ha ido al empleo

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de refractarios muy especiales y normalmente muy caros. Por ejemplo, los ma-teriales electrofundidos se usan mucho en estas zonas.

Asimismo Porkert (19) recoge noticia de la técnica americana de emplear en esos puntos, elementos refrigerados de agua que no sólo protegen la zona evitando una alta temperatura, sino que permiten que las reparaciones en caliente, con masas o barros especiales, se hagan mejor al aumentar la adherencia de estos productos.

d) Técnicas de parcheo.

Relacionado con lo que antes hemos señalado del interés de que los reves-timientos duren semanas enteras, aunque se planiñquen las duraciones para que éstas sean de semanas completas, a veces hay necesidad de hacer un arreglo intermedio de las paredes por técnicas de parcheo o de aportación de materiales en polvo que se realiza fácilmente por máquinas proyectoras centrífugas (20) o por dispositivos neumáticos (cañón). Aunque el revestimiento esté en malas condiciones, puede mantenerse gracias a estas técnicas de parcheo, durante casi otras 30 ó 50 coladas.

Por ejemplo, un revestimiento sin parchear puede durar de 100-125 coladas y en el caso de parcheo de 150-175 coladas (21).

Estos son datos de grandes unidades con transformadores de mucha potencia, ya que en pequeñas unidades, gracias al parcheo, se han señalado duraciones de hasta 200 ó 300 coladas. Mooney (22) señala que con hornos de 2.100 mts. de diámetro de cuba fabricando aceros inoxidables comienzan a usar el cañón a las 200 coladas y continúan la vida del revestimiento hasta 300 coladas.

3.—SUEIÍAS.

a) Suela de magnesita.

En Norteamérica predomina el criterio de que la suela que mejor puede re-sistir las escorias básicas es la que tiene el mayor peso posible de óxido de magnesio por unidad de volumen (23). Efectivamente, se ha visto que cuando las condiciones de servicio son severas, la suela de magnesia resulta excelente. En ciertas fabricaciones especiales como las de los aceros inoxidables tipo 18-8, con carga de chatarras en las que se intenta recuperar el cromo con inyección de O2, el baño líquido alcanza una temperatura cercana a los 1.900° y la dolomía suele dar un rendimiento insuñciente.

Las mejores suelas, según los americanos, comprenden : una zona de ladrillos 4 8 8 BOL. SOC. ESP. CERÁM., VOL. 5 - N.^ 4

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de magnesita cocida y muy densa con un porcentaje de magnesia del 92 % cubierto con una mezcla apisonada muy densa y también con más del 92 % de óxido de magnesio, aunque se emplean asimismo pises de magnesia de 75 a S5 % de MgO. Estos materiales, tanto de 80' % como de 92 % de MgO, se preparan hoy día también en masas aglomeradas con agua (2 %) listas para su apisonado, de una clase apropiada de magnesita y con una granulometría especial para que sea resistente a la hidratación.

b) Suela de dolomía.

Pero si no se presentan esas fuertes condiciones, las suelas de dolomía ofrecen buenos resultados, existiendo diversos procedimientos para montar estas suelas en los hornos eléctricos : por apisonado normal en frío y posterior fritado con ayuda de escorias preparadas ; por aglomerado de la dolomía con alquitrán y apisonado; por apisonado en frío con una técnica especial después de haber preparado la dolomía convenientemente, etc., etc. El procedimiento indicado en tercer lugar es quizás el más utilizado por su simplicidad. En algunas acerías mezclan corrientemente con la dolomía un porcentaje (por ejemplo 25 %) de magnesia en polvo. Hay que señalar, que otras acerías emplean en la suela bloques prefabricados. Asimismo algunos hornos de gran tamaño están prepa-rando sus suelas con ladrillos de forma, de magnesita o dolomía semi-estabilizada y cocida.

Ya que los ladrillos de magnesita tienen la más alta conductividad térmica de los refractarios básicos, las suelas de magnesia contribuyen a un mayor des-prendimiento de calor en el fondo, lo que da lugar a suelas más frías. Esto, que en un principio se creyó que era perjudicial, ya que implica un mayor consumo de calorías, se ha visto que es ventajoso, porque el mantenimiento se reduce debido a la eliminación de suelas blandas, como es el caso de suelas de baja conductividad térmica.

c) Espesor de las suelas.

Realmente no hay todavía un criterio determinado entre los espesores de los ladrillos a colocar debajo de la suela y la capacidad de los hornos. Y aun entre nosotros, unos colocan los ladrillos de magnesita directamente sobre la chapa del fondo de la cuba, mientras que en otras acerías siguen disponiendo de ladrillos aislantes o ladrillos sílico-alumiiíósos antes de colocar los ladrillos de magnesita.

Lo qué sí es cierto es que se tiende a hacer las suelas de menor espesor eliminando los gruesos banquetes en los hornos más modernos a basé de

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poner la parte inferior del horno en forma de cúpula invertida, o sea, la chapa paralela a la superficie de la suela. En realidad, esto no es posible en los pequeños hornos, que tienen un fondo en forma de plato, en los cuales algunos aceristas todavía acostumbran a poner una serie de filas de ladrillos aluminosos bajo el ladrillo de magnesita dando así forma a la suela del horno.

Los hornos grandes americanos, suelen tener una profundidad de 450 mm. de ladrillos de magnesita y 250 a 300 mm. de material apisonado. De esta forma la chapa del fondo no se sobrecalienta si la suela se mantiene correctamente. Este espesor total de 700 mm. suele ser también el adoptado en Europa para el espesor total de las suelas (ladrillos más pisé) (24).

d) Mantenimiento de la suela.

A veces, se ponen en el interior de estas suelas algunos termopares de se-guridad en diversos puntos y muy especialmente donde se haya observado mayor erosión. Generalmente estos termopares marcan temperaturas de 500 a óOO"" y cuando alguno de ellos pasa a 700° se suele procurar un rápido arreglo del horno, en aquella parte que está sobre el termopar que ha señalado este exceso de tem-peratura.

Para arreglos del horno entre dos coladas consecutivas, en la línea de escoria, rampas, banquete, etc., se utiliza siempre dolomía bien calcinada y de compo-sición y granulometría adecuada para que sinterice rápidamente y no ruede ni se deslice por las rampas. En Norteamérica y Austria emplean también mez-clas de magnesia del 85 % para el arreglo de la suela propiamente dicha.

Han aparecido en el mercado productos especiales básicos para el arreglo de los pozos o agujeros, aunque sus resultados desde el punto de vista económico, y por tanto, su verdadero interés, no están aún bien confirmados. Algunos de estos productos, son exotérmicos y otros están formados por magnesia bien ajustada en su granulometría mezclada con otros productos que a una tempe-ratura menor que la del horno, funden y consolidan los granos de magnesia. Al aumentar la temperatura esos productos reaccionan y forman periclasa y silicato bícálcico.

En realidad, los agujeros o "pozos" en las suelas y rampas, junto a los ban-quetes, se reparan rápidamente llenándolos después de limpiarlos bien del acero residual, con dolomía sin ningún aditivo y por regla general no se necesita más que el propio calor del horno, para que el material sinterice en poco tiempo.

Respecto a la forma de añadir estos productos, aunque se suele emplear la pala, manejada manualmente, también están interesando cada vez más, como adelantamos al hablar del arreglo y conservación de las paredes de los hornos, las técnicas de proyección por medios neumáticos o mecánicos. En el caso de 4 9 0 BOL. SOC. ESP. CERÁM., VOL. 5 - N.« 4

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los medios neumáticos, o empleo del cañón, los refractarios utilizados son los mismos que en el arreglo manual excepto la adición de un aglomerante conve-niente y el empleo de agua en proporciones críticas para proporcionar mejoi adherencia de la masa al horno. Se suelen emplear mezclas de dolomía para la línea de escoria y banquetes, y mezclas de magnesita para la suela propiamente dicha. Los que emplean estos métodos han registrado menor tiempo de arreglo y menor consumo de refractario, así como la posibilidad de mantener las me-didas y el perfil del horno, de manera mejor y más sencilla que con sus técnicas normales de arreglo de suela.

V. Refractarios en el pozo de colada.

1.—CUCHARAS.

Vamos a separar los revestimientos de cucharas preparados a base de la-drillos, de los revestimientos de cucharas preparados con arenas naturales o con pises artificiales.

Estos últimos productos tienen un gran interés porque implican la obtención de un revestimiento monolítico con todas las ventajas que ello trae consigo. Pero su éxito parece que depende de las condiciones locales de cada acería eléc-trica. Es decir, de la disponibilidad de cucharas, de los sistemas de secado, etc., etcétera (24).

En una cuchara, el factor más importante en el desgaste y consumo del reves-timiento es el ataque termo-químico producido por la escoria, ya que la agresi-vidad del acero líquido es mucho menos importante.

Ahora bien, en este ataque de la escoria hay que tener en cuenta, como se-ñala Mlle. Halm (25), que cuando el revestimiento es sílico-aluminoso (> 25 % AI2O3) los productos de la reacción son muy fluidos y decantan muy fácilmente, mientras que con materiales siliciosos (arenas y pises) esos productos son muy viscosos. Por esto muchas veces el acerista continúa con el revestimiento a base de ladrillos sílico-aluminosos, para evitar el peligro de que dichos productos de reacción no lleguen a decantar convenientemente.

a) Revestimiento de ladrillos.

Desde luego, hoy día se está de acuerdo en que son las propiedades físicas de los ladrillos las que tienen una influencia fundamental para reducir el ataque de la escoria y disminuir la formación de los compuestos de reacción entre el ladrillo y la escoria que son en la práctica completamente líquidos a la tempe-ratura del acero en la cuchara.

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Por tanto, se tiende a utilizar ladrillos sílico-aluminosos fabricados por los procedimientos seco y semiseco que tienen una estructura fina y homogénea, con una densidad aparente elevada y una porosidad y una permeabilidad tan bajas como sea posible. La resistencia a la compresión en frío, que está relacionada con la estructura, debe ser también lo más elevada posible.

Por ejemplo, en los países anglo-sajones se emplean materiales muy densos con características de hinchamiento, que suelen tener una porosidad abierta muy pequeña (10 a 15 %) al mismo tiempo que una baja refractariedad (1.520-L600''C) y se ablandan por debajo de L000°.

El choque térmico no tiene mucha influencia ya que aunque inicialmente pueden provocar grietas superficiales, éstas se unen de nuevo rápidamente, gra-cias a la plasticidad en caliente del material y a la presión del acero (25).

Cuando no se dispone de las arcillas precisas para la fabricación de este tipo de material refractario, por ejemplo, en Europa, se ha tendido a emplear ladrillos de resistencia piroscópica algo más elevada y entonces la resistencia a los choques térmicos adquiere más importancia y hay que vigilar su relación con la porosidad.

Además en estos ladrillos más refractarios, es de la mayor importancia vigilar la expansión después de un ensayo a L500°, que debe ser muy positiva, para que el ladrillo tienda a cerrar las juntas y las posibles grietas. Asimismo las toleran-cias de dimensiones para obtener los menores espesores posibles de las juntas, han de ser más pequeñas que en el caso de los ladrillos antes señalados de baja resistencia piroscópica y con propiedades de hinchamiento.

b) índice de calidad.

La fórmula que hace años señalaron Mme. Lapoujade y Mlle. Halm, sobre el índice de calidad de los ladrillos para cucharas producidos a base de arcillas de 20-42 % de alúmina, ha demostrado su interés y ahora se aplica por muchos fabricantes y consumidores para el control de estos productos.

La referida fórmula, recordamos que dice lo siguiente : P 10.000 I = 2 ( — + 1 0 0 p ) + + 2 V

d 2 R Y en ella :

I = índice de calidad.

P = Porosidad abierta en % volumen. d = Densidad aparente.

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p = Permeabilidad en unidades cegesimales. R = Resistencia a la comprensión en Kg/mm^.

V = Porcentaje de variación permanente lineal después de un ensayo de dos horas a 1.500°.

Desde luego podemos decir, que quienes hemos intentado seguir el criterio de esta fórmula, hemos obtenido mejoras sensibles hasta de un 40 % en la duración de nuestras cucharas de hornos eléctricos.

Como nota de interés podemos anotar los ensayos realizados en Francia, para reemplazar el control del cálculo de índice de calidad a base de ensayos destruc-tivos realmente costosos, por un control de ensayos no destrucdestruc-tivos a base de ultrasonidos (25).

Los datos publicados señalan que se ha encontrado una correlación bastante alta entre el referido índice de calidad y la velocidad de los ultrasonidos en mt/segundos a través del material controlado.

c) Otros materiales.

Los ladrillos de dolomía estabilizada han demostrado buena resistencia al ataque de las escorias, pero también sufren desconchados importantes y sobre todo excesivos agarres de la escoria que al ser arrancados estropean y dañan mucho el revestimiento.

En cuanto a los ladrillos de arcilla grañtada, con 10 % de grañto, presentan también una buena resistencia a las escorias y al choque térmico si se montan con morteros de la misma composición.

Se ha escrito que el grañto provoca una reducción parcial del óxido de hierro contenido en la masa de escoria que está en contacto con el ladrillo. De esta forma se disminuye su poder agresivo. Desgraciadamente, el precio de estos ladrillos es muy alto.

Se siguen ofreciendo en el mercado europeo ladrillos a base de silicato de circonio para revestimiento de cucharas. En realidad, su aplicación es una cues-tión de precio y en cada caso habría que hacer el balance económico de su interés.

Algunas acerías han obtenido con estas cucharas resultados de hasta 40 co-ladas de duración por revestimiento cuando con los ladrillos sílico-aluminosos las duraciones no pasaban de 12-15 coladas. Pero los ladrillos de circón suelen costar más de tres veces el precio de los ladrillos sílico-aluminosos, y por su conductividad térmica elevada, tienden a formar lobos de fondo importantes.

Ahora bien, en el caso de cucharas en que la erosión no es uniforme y se destaca en alguna parte, podría ser una solución colocar en esa zona estos la-drillos de circonio fabricados a partir de silicato de circonio natural.

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d) Pises y arenas.

El revestimiento de cucharas con pises y arenas es una técnica muy em-pleada en Europa y en muchos casos con resultados muy satisfactorios. Pero es de la mayor importancia para obtener esos resultados controlar la calidad del pisé o de la arena.

Ahora bien, dado que el análisis químico del material no basta para definir enteramente la calidad, diversos estudios realizados en Francia, han llegado a concretar las características tecnológicas que debe satisfacer un pisé o una arena destinada al caso que estamos considerando.

Estas propiedades son las siguientes :

Contenido en alúmina: 6 a 8 % (también pueden emplearse arenas menos arcillosas).

índice de finura : AFA : 80-120.

Contenido en materias arcillosas A F A : 20-30 %. Resistencia piroscópica mínima: 1.600°.

Contenido de CaO, MgO y óxidos alcalinos : El menor posible.

Pero tanta importancia como estas características, presenta la técnica de la preparación del revestimiento en la cuchara, la homogeneidad de su atacado y el proceso de secado.

Sobre todo es tan importante este último aspecto que en los pises se debe controlar las características de secado, es decir, su mayor o menor facilidad en secarse después de su preparación y antes de entrar en servicio.

Nuestra experiencia nos señala que aparte de la influencia que una cuchara de pisé no bien seca tiene en la calidad del acero, las reacciones de la humedad desgastan con mayor facilidad el revestimiento.

2.—TUBOS DE BARRAS DE TAPONES.

Los problemas que se presentan con estas piezas están relacionados con su resistencia al ataque de la escoria junto con un equilibrio para resistir a los choques térmicos y suficiente baja conductividad térmica para prevenir un so-brecalentamiento excesivo en la barra. No olvidemos que los tubos están des-tinados a proteger a la barra.

Para los aceros muy calientes y escorias muy agresivas se utilizan tubos muy refractarios a base de arcillas ricas en AI2O3 y resistencia piroscópica superior a 1.730°, aunque normalmente se suelen utilizar materiales con resistencia piros-cópica mínima de 1.670°C.

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Como deben proteger a la barra del calor del acero líquido, deben ser en cierta forma aislantes y por ello tampoco la porosidad conviene que sea muy baja. Desde luego y muy importante es que los tubos encajen bien en su machihembrado y que no presenten ninguna grieta.

Ya en las máximas exigencias respecto al ataque de escoria se están utilizando algunos tubos fabricados con materiales de alto contenido en alúmina, por ejemplo, silimanita o muUita sintética y hasta circonio para resistir las condicio-nes más severas que hoy día se encuentran en la industria del acero, debido a los avances técnicos, tales como la colada continua y el desgasificado en vacío.

Pero alternativamente, otra solución ha sido la utilización de tubos de mayor diámetro que proporcionan un resultado satisfactorio en algunas aplicaciones críticas y con un más bajo coste.

También se están empleando barras huecas con refrigeración por aire (26). El empleo del grafito no es posible, sin un aislamiento adecuado, pero parece que los tubos de pasta grafitada han dado buen resultado gracias a su mejor protección contra el ataque de las escorias. Se comprende el interés de utilizar estos tubos en las grandes cucharas y con grandes tiempos de colada, porque será posible disminuir el peso de las barras de los tapones, que actualmente en algunos casos es muy considerable.

Cuando el desgaste por la línea de escoria en la parte superior de la barra de tapón es un problema importante, aún se utilizan por algunos en Inglate-rra (27) tubos de dolomía que proporcionan la debida defensa al ataque de es-corias básicas altamente reactivas, aunque el precio de estos tubos es tres veces el de las virolas sílico-aluminosas.

3.—TAPONES.

Al igual que los tubos de las barras y las buzas, todas estas piezas que se deben tratar con el mayor cuidado evitando los golpes y almacenándolas en lu-gares secos, son de seguridad y de su resultado depende la colada correcta. Por ello, deben comprender los fabricantes de refractarios, la razón de presentar los aceristas una alta exigencia de calidad en estas piezas que sólo van a durar una vez.

La idea más extendida, como ya se sabe, respecto al empleo de buzas y tapo-nes, es la de trabajar con una buza relativamente plástica a alta temperatura con un tapón rígido en las mismas condiciones. Pero en realidad la elección de la clase de estas piezas depende de la calidad del acero a colar, el proceso o marcha de la fabricación, la manera de colar y las temperaturas y tiempos de colada.

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a) Tapones de material sílico-aluminoso.

Los tapones de material sílico-aluminoso de mayor aplicación son de prefe-rencia de más bien alto contenido en AI2O3 (38-40 %) que en el caso de altas temperaturas de colada llega a 45 % de AI2O3, cocidos a alta temperatura y de una porosidad tan pequeña como sea posible, de acuerdo con una buena re-sistencia a la rápida elevación de temperatura que sufren. Se recomienda que esa porosidad sea alrededor de 20-23 %.

b) Tapones grafitados.

Pero si los materiales sílico-aluminosos no dan plena satisfacción por condi-ciones más difíciles, se recomiendan los tapones grafitados que tienen la virtud de no humedecerse con el acero líquido ni asimismo adherirse a la buza, a pesar de que haya tiempos de transporte de la cuchara relativamente largos. En estos grafitados, según Mlle. Halm (24), el contenido de AI2O3 no parece jugar un papel fundamental mientras se mueve entre 25 y 40 %, pero se han hecho pruebas con productos grafitados a base de silimanita o corindón y los resultados han sido más satisfactorios.

En cuanto al porcentaje de grafito no debe ser muy elevado, superior a 15 %, por ejemplo, ya que entonces se disminuye la resistencia a la erosión. Por otra parte, la forma del grafito es importante y no debe estar constituido a base de grandes trozos o láminas.

Finalmente la porosidad abierta de estos tapones grafitados debe ser lo más pequeña posible, mientras se mantenga una resistencia elevada al choque térmico. También hay tapones especiales que disponen un recubrimiento de grafito que en realidad está aglomerado al tapón propiamente dicho que es de material sílico-aluminoso (27).

Este tipo de tapón con recubrimiento de grafito posee las virtudes de este último con las ventajas de la baja conductividad térmica de la arcilla y su bajo costo.

Otra idea moderna en la construcción de tapones es el de disponer una cons-trucción mixta formada por dos partes de diferente material. Por ejemplo, la parte inferior del tapón se hace de grafito, mientras que la parte superior se hace de material sílico-aluminoso (27).

No hay que olvidar que el grafito tiene el inconveniente de su alta conduc-tividad térmica que puede causar el rápido deterioro de las barras del tapón. Con este diseño compuesto que estamos comentando, el grafito se pone debajo de la barra y tiene menos tendencia a motivar su sobrecalentamiento.

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J. M. PALACIOS REPARAZ

4.—BUZAS.

En general, para las grandes buzas se emplea como materia prima una ar-cilla no muy refractaria y con características de hinchamiento, con objeto de que la superficie de contacto con el tapón llegue a ser piroplástica y sea capaz de deformarse ligeramente bajo la acción del tapón. Esto permite un buen cie-rre que se mantiene a lo largo de toda la colada. Por otra parte el hinchamiento cierra las grietas que pueden formarse durante el secado de las cucharas o al contacto con el acero líquido.

Las buzas que dan buenos resultados poseen generalmente una resistencia piroscópica media, baja porosidad, con una resistencia bajo carga poco elevada y con una ligera expansión después de su calentamiento.

Pero en el caso de buzas de menor tamaño, se ha visto que una mezcla que sea algo más dura da un mejor resultado y por eso suelen ser de un mayor contenido en alúmina (36-39 %), pero mostrando siempre unas buenas condi-ciones de resistencia a la erosión del chorro y a su ataque químico. Su resistencia piroscópica suele ser del orden de LóSO^'C, y asimismo preocupa y se vigila su resistencia al choque térmico.

Como en el caso de los tapones, también hay buzas grañtadas, para condicio-nes más difíciles, ya que se desgastan menos, con los aceros calmados, que una buza normal. Pero con los aceros efervescentes algunos (26), han señalado malos resultados al parecer porque el FeO actúa sobre el C, provocando así un desgasté importante. Además, por otra parte, aumentando el contenido de grafito, se eleva la conductividad térmica.

Cada vez se utilizan más las buzas compuestas con insertos especiales de materiales básicos. Una ventaja de estos insertos es que si el agujero se agrieta en los primeros momentos de la colada, debido al choque térmico inicial, el inserto se mantiene perfectamente en su sitio, rodeado por el cuerpo de la buza construida en material sílico-aluminoso con propiedades de hinchamiento.

Es decir, toda grieta originada no continúa ni abre la buza, evitando así el peligro de chorros abiertos en forma de paraguas. Generalmente se suelen su-ministrar por el fabricante de refractarios las buzas completas con sus insertos ya colocados.

En cuanto al inserto se suelen emplear materiales de alto contenido en alú-mina (60 % y hasta 80 %) cuando las condiciones de la colada son excesiva-mente erosivas. Por ejemplo, coladas muy largas y aceros muy calientes, aceros aleados especiales, aceros al manganeso, etc., para los que las buzas normales no son suficientes. Las buzas de alto contenido en AI2O3, presentan naturalmente menor contenido de SÍO2 y por ello se reduce la posibilidad de formación por

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