Seleccion y Uso de Ladrillos Refractarios (Repaso Para El Tercer Examen)
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CERAMICOS Y REFRACTARIOS
Ing. Juan Manuel Jara G.
Universidad Nacional de San Agustín
Universidad Nacional de San Agustín
Capitulo VII Capitulo VII
Selección y Uso de ladrillos Refractarios
Selección y Uso de ladrillos Refractarios
Clasificación de los Ladrillos Refractarios según su Aplicación
Ladrillos aislantesLadrillos densosSilico–aluminosos de servicio
fuerteAlta alúmina (altas temperaturas)Ladrillos antiácidosLadrillos de composición especial
Clasificación según su Densidad
– Ladrillos Livianos (densidad máxima 1,52 g/cm3).– Ladrillos Densos (densidad mayor a 1,52 g/cm3).
Ladrillo LivianosLadrillo densos
Sub–clasificación de los Ladrillos según su Composición Química
– Silico–aluminosos.– Alta alúmina.– Composición especial
Ladrillos Livianos (Aislantes)Son fabricados a partir de una base de material refractario sinterizado, con un porcentaje mínimo de porosidad de 45%, determinado según la norma ASTM C20. Se caracterizan por tener baja conductividad térmica y baja capacidad calorífica, con densidad máxima de 1,52 gr/cm3. Estos ladrillos tienen como función disminuir la temperatura del proceso (cara caliente). Generalmente los ladrillos aislantes son de composición silico–aluminosa.
Ladrillos DensosEstos son fabricados principalmente a base de alúmina y sílice, con porcentaje de porosidad menor a 45%, cono pirométrico equivalente mínimo de 1500ºC (PCE 17, según norma ASTM C24) y densidades mayores o iguales a 1,52 g/cm3.La función de estos materiales es mantener la temperatura de servicio del equipo y a su vez proteger la integridad físico–química del sistema aislante.
Ladrillos AntiácidosSon refractarios densos, semivítreos que soportan servicios de severidad moderada a fuerte, sustancias químicas, abrasión, altas temperaturas y choque térmico, los cuales consisten esencialmente de silicato de alúmina hidratado con menores proporciones de otros minerales.
Los refractarios antiácidos según la ASTM C279Tipo I: Para usos donde una baja
absorción y alta resistencia a ácidos sean predominantes. También llamados tipo H.
Tipo II: Para usos donde una más baja absorción y una más alta resistencia ácida se requiere.
Tipo III Para usos donde se requiera una mínima absorción y una máxima resistencia ácida. También llamados Tipo L.
Ladrillos de Composición EspecialEste tipo de ladrillos son fabricados principalmente de materias primas refractarias, excepto el grupo de silicato de alúmina, carburo de silicio y silicato de zirconio para aplicaciones especiales.
DISEÑO DE LADRILLOS REFRACTARIOS
Parámetros de DiseñoEl diseño debe considerar todas las condiciones de operación, construcción y mantenimiento.Los revestimientos pueden ser de una capa o multicapas (comúnmente 2 ó 3) dependiendo de la temperatura de operación. El espesor del revestimiento es determinado por la resistencia, método y propiedades de aplicación.Se deben considerar la contracción y expansión térmica en el diseño de la junta de ladrillos, se muestra la relación entre las condiciones de diseño y operación de revestimientos refractarios.
Geometría de los Ladrillos
Las dimensiones estándar de ladrillos rectos son las siguientes: 230 x 114 x 64 o 76 mm (9 x 4–1/2 x 2–1/2 o 3 in).
GEOMETRIAS DE DIFERENTES FORMAS DE LADRILLOS
HORNO PARA LA PRODUCCION DE CEMENTO
PAREDES CILINDRICAS
INSTALACIÓN DE LADRILLOS
Sólo aplicadores con experiencia comprobada en refractarios podrán ser empleados para la instalación de ladrillos.
Antes de la instalación verificar las condiciones y la limpieza de la superficie a revestir. Los ladrillos también deben limpiarse antes de ser instalados.
En caso de ladrillos recuperados, se debe verificar que estén en perfectas condiciones y se deben limpiar cualquier restos de mortero.
Para la aplicación de morteros se debe garantizar suficiente dilatación.
La instalación de los ladrillos debe ser de forma regular evitando los desniveles y garantizando la homogeneidad y rigidez del conjunto.
Todos los ladrillos se instalarán de acuerdo a las dimensiones requeridas, tal como se indique en los planos de diseño de cada equipo.
Los ladrillos estándar deben apoyarse en todo momento sobre la cara de mayor área. No es aceptable el apoyo de costado, sobre la cara.
Las juntas de expansión deberán construirse, de manta o papel cerámico, no deben exceder un espesor de 6 mm.
Los ladrillos en cuña se usan en equipos cilíndricos de curvatura pronunciada.
Instalación de Morteros
Por lo general, un mortero adecuado se utiliza para nivelar y unir los ladrillos. El espesor deberá ser uniforme de 1 a 2 mm.
Las propiedades físico–químicas del mortero deben ser compatibles con las del ladrillo, es decir, la selección del mortero depende en gran medida de la calidad del ladrillo.
La preparación de mortero debe realizarse de acuerdo a las especificaciones del fabricante.
El mortero debe aplicarse a las piezas utilizando cucharas de albañilería, no por inmersión.
Una vez colocadas las piezas, las juntas entre los ladrillos deberán estar completamente rellenas de mortero.
En los puntos de terminación de las paredes donde se requiera colocar una pieza de menor dimensión, no es aconsejable colocar un ladrillo cortado a menos de la mitad.
Los cortes de las piezas deben ser efectuados con cortadora de disco.
Anclajes de los Ladrillos
Los sistemas de anclaje deben ser utilizados para asegurar suficiente estabilidad en la construcción de paredes y techos de ladrillos.
En general estos sistemas consisten en conjuntos de estructuras de acero especialmente diseñados para fijar el revestimiento a la carcasa del equipo, con el objetivo de brindar estabilidad al conjunto de ladrillos.
Los sistemas de anclajes son distribuidos en arreglos cuadrados o escalonados con una separación que depende del espesor de la pared, densidad del ladrillo, forma y dimensiones del recipiente, entre otras.
Con el paso del tiempo, los anclajes se debilitan debido a la exposición a altas temperaturas y tienden a doblarse, produciendo como consecuencia el desprendimiento del revestimiento. En estos casos se requiere el reemplazo de
los anclajes. La calidad del acero de los anclajes, en cuanto a la resistencia a altas
temperaturas, debe ser seleccionada de acuerdo a los gradientes de temperatura que se tengan en el revestimiento.
Se deben considerar las tolerancias pertinentes para permitir la expansión y contracción de los anclajes.
Se recomienda utilizar los sistemas de anclajes especificados en la ingeniería del equipo, sin embargo se pueden instalar otros anclajes según necesidad.
REQUISITOS Y DOCUMENTACIÓN REQUERIDA
El material debe cumplir con los requisitos establecidos y las propiedades descritas en la hoja de datos del producto.
Nombre del Fabricante
Nombre del Material
Fechas de fabricación y ensayo
Número de lote
Resultados de los ensayos que apliquen (Composición química, resistencia a
la compresión, densidad, porosidad, entre otros).
Identificación y Certificación
En cada una de las paletas que componen un lote, debe figurar una tarjeta o
impreso con la identificación. Asimismo, cuando sea posible, cada ladrillo debe
llevar en bajo relieve el nombre del producto y la fecha de fabricación.
El lote de material, debe ir acompañado de un certificado de calidad o
conformidad (según lo indique la organización de compra) emitido por el
fabricante, donde se especifique las propiedades físicas y químicas del material
descritas en esta norma.
Condiciones de AlmacenamientoDurante el transporte y el almacenamiento de los ladrillos, deben manejarse con
cuidado y protegidos contra cualquier impacto que pueda dañar el embalaje de
los materiales refractarios.
Los ladrillos refractarios deben ser almacenados en áreas ventiladas, cubiertas
y secas, bien protegidos de las condiciones del medio ambiente. con plásticos o lonas, y colocados sobre estibas o paletas).
Todos los ladrillos deben ser movilizados y apilados cuidadosamente en el sitio
de la obra. Si durante su manejo, algún ladrillo resultara dañado, fracturado o
agrietado, deberá ser rechazado y reemplazado por otro en condiciones
conformes.
Inspección en la Fase de Adquisición
El muestreo para la inspección de los lotes de ladrillos refractarios se realizará de acuerdo a la norma.
En esta fase sólo se aplicará inspección visual verificando lo siguiente:
Dimensiones de los ladrillos.
Presencia de grietas.
Defectos superficiales.
Certificados de calidad o conformidad.
Se recomienda calcular la densidad del material de las muestras examinadas, para verificar la conformidad con el valor indicado en el certificado de calidad o conformidad.
Los certificados de calidad o conformidad de cada lote de ladrillos refractarios deben incluir la siguiente información:
Nombre del fabricanteDesignación de referenciaComposición químicaTemperatura máxima de servicioFechas de fabricación y ensayosLote, serial o número de fabricante
Inspección en Fase de InstalaciónSe deben determinar la densidad y las dimensiones de los ladrillos, verificando la conformidad con el diseño.Se analizará visualmente el 100% del material al momento de ser instalado, verificando que se cumplan las condiciones de diseño del fabricante y las indicadas en esta norma.Se debe rechazar todo aquel material que muestre signos de deterioro, tales como: grieta, pérdidas de material y defectos en la geometría.Se verificará la compatibilidad química del mortero con el ladrillo, mediante el certificado de calidad o conformidad de ambos elementos.Se verificará que el trabado de ladrillos cumplan con los requisitos de la norma y con los requerimientos del diseño.
Inspección en Fase Servicio
Se requiere como mínimo la inspección visual, considerando lo siguiente: Condición general de los ladrillos Color de los ladrillos Forma regular del arreglo de la pared de ladrillos
(desplazamientos) Juntas de Expansión Grietas Desprendimiento Condición del Mortero Condición de los ladrillos alrededor de las boquillas y bocas de
visita
Si se aprecian desajustes y desprendimientos de ladrillos, debe realizarse una
prueba de martillo. Si la inspección visual o prueba de martillo revela defectos
como: fugas, desajustes, grietas, falta de ladrillos, severa reducción de material,
exfoliación o juntas abiertas, se requiere una evaluación más intensiva.
MANTENIMIENTO
El mantenimiento de los revestimientos de ladrillos se realizará de conformidad con los requisitos establecidos en las especificaciones de diseño.
Para actividades de mantenimiento, reparación e instalación se deben considerar disposiciones especiales en la colocación de los andamios, con el fin de evitar daños mecánicos en las paredes de ladrillos.
Las boquillas y bocas de visita se abrirán sólo cuando sea necesario para el acceso o para proveer un ambiente de trabajo aceptable.
Cuando se extraigan ladrillos de los revestimientos refractarios para hacer reparaciones parciales, se deben instalar apoyos o refuerzos en los ladrillos que permanezcan instalados en la pared, con la finalidad de evitar desprendimientos o daños por golpes y vibraciones en los ladrillos cercanos.
Cuando se pierde el 75% del espesor de la capa superior (cara caliente) del
revestimiento de ladrillos, la zona afectada de esta capa debe ser sustituida con
el fin de restaurar la integridad del mismo.
Para reparar fugas, ensanchamiento de grietas, desajustes y desprendimiento de
ladrillos; deberán ser retirados para permitir la sustitución de los ladrillos y así asegurar una unión completa.
Todas las superficies de las paredes de ladrillo deben limpiarse a fondo antes de
iniciar cualquier trabajo de sustitución.
Los ladrillos deben estar completamente secos antes de su instalación para
garantizar su óptima adhesión con el mortero.
Debe evitarse realizar trabajos de soldadura en zonas vinculadas a las paredes
de ladrillos. Si los trabajos de soldadura son inevitables, se debe remover el
revestimiento de ladrillo hasta una distancia mínima de 250mm de la soldadura.
No se deben realizar reparaciones de grietas y defectos de superficie mediante
sellado o frisado con mortero, debido a que la expansión térmica
ARRANQUE Y OPERACIONLos equipos revestidos con ladrillo sólo se pondrán en funcionamiento una vez
que:
– Se realice el curado completo del mortero.
– La liberación y aprobación después de la inspección.
Se debe controlar el aumento de temperatura gradual hasta la temperatura de operación durante el arranque así como la de enfriamiento durante la parada del equipo.
La velocidad de cambio de temperatura no debe exceder los valores indicados
a continuación:
– Mortero nuevo: 50ºF / h.
– Mortero previamente en operación: 100ºF/h
En los casos que se haya acumulado agua durante los trabajos de reparación,
se debe mantener el equipo a una temperatura de 100–150ºC durante 04 a 08
horas para evaporar la misma.
Parámetros de selección de refractarios
Cambio Lineal Permanente (CLP): Es el cambio porcentual en la longitud (basado en una longitud inicial) de una muestra de material refractario libre de esfuerzo externos, luego de ser sometida a un determinado tratamiento térmico.Cono Pirométrico Equivalente (CPE): Es el número de un cono pirométrico estandar en el cual la punta hace contacto con la placa soporte de acero, al mismo tiempo que lo hace la punta del cono pirométrico del material refractario en estudio, siguiendo la metodología deensayo de la norma ASTM C24.Cono Pirométrico: Es un cuerpo piramidal triangular de dimensiones estándares, construido de mezclas específicas de materiales cerámicos, el cual bajo condiciones de calentamiento determinado, pueden ser usadas como indicador de tratamiento térmico.Porosidad Total (%): Es el porcentaje del volumen total de material ocupado tanto por los poros abiertos como por los poros cerrados.Porosidad Aparente: Es la medida del volumen de los poros abiertos que pueden ser llenados por un líquido, lo cual se expresa como un porcentaje del volumen total.Resistencia a la Compresión (kg/cm2): Esfuerzo máximo que puede soportar un material bajo una carga de compresión y ésta se calcula dividiendo la carga máxima por el área transversal original de una probeta en un ensayo de compresión.
Normativa American Society for Testing and Materials – ASTM
C20 Standard Test Methods for Apparent Porosity, Water Absortion, ApparentSpecific Gravity and Bulk Density of Burned Refractarories Bricks and Shapes byBoiling Water.C24 Standard Test Methods for Pyrometric Cone Equivalent (PCE) of Fireclay andHigh Alumina Refractory Materials.C27 Standard Classification of Fireclay and High–Alumina Refractory Brick.C135 Standard Test Method for True Specific Gravity of Refractory Materials byWater Immersion.C155 Standard Classification of Insulating Firebrick.C201 Standard Test Method for Thermal Conductivity of Refractories.C279 Standard Specification for Chemical–Resistant Masonry Units.C357 Standard Test Method for Bulk Density of Granular Refractory Materials.C401 Standard Classification of Alumina and Alumina–Silicate CastableRefractories.C417 Standard Test Method for Thermal Conductivity of Unfired MonolithicRefractories.C467 Standard Classification of Mullite Refractories.C493 Standard Test Method for Bulk Density and Porosity of Granular RefractoryMaterials by Mercury Displacement.
MORTEROS REFRACTARIOS
MARCA MATERIAL BASE CANTIDAD(1) REQUERIDA: Kg PARA USARSE CON *
MORTEROS DE FRAGUA TERMICA
REPSA TIERRA REFRACTARIA ARCILLA 135 A
REPSA BOND CLAY ARCILLA 135 A
REPSA MORTERO REFRACTARIO ARCILLA 135 A
REPSA MORTERO SUPER ARCILLA 135 B
REPSA ANKORITE 65 ALUMINA 160 C
REPSA ANKORITE 80 ALUMINA 170 C
REPSA MORTERO DE SILICE SILICE 135 D
REPSA VEGA BOND SILICE 135 D
REPSA MORTERO DE CROMO CROMITA 270 D-E-F
REPSA MORTERO DE MAGNESITA MAGNESITA 270 E-F
MORTEROS DE FRAGUA EN FRIO
REPSA PENSEAL ARCILLA 135 A
PRESA HARWACO BOND ALUMINA 135 A-B-C
REPSA FIREBOND SILICE 135 A-D
REPSA CORAL BOND ALUMINA 140 C
REPSA THERMOLITH CROMITA 270 A-B-C-D-E-F-
REPSA MAGNABOND MAGNESITA 270 E-F
(1) Por cada 100 ladrillos normales de 9x4 1/2 x 2 1/2 *A= Ladrillos de arcilla altamente refractaria. B= Ladrillos de arcilla super refractaria. C= Ladrillos de alta alúmina D= Ladrillos de Sílice E= Ladrillos de magnesita y magnesita -cromo F= Ladrillos de cromo y cromo-magnesita.
1.- Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales - 4ta Edición - William F. Smith & Javad Hashemi
2. http://ecocosas.com/energias-renovables/tejas-de-vidrio-calefaccion-solar-con-diseno-innovador/
3. http://archivo.lajornadamichoacan.com.mx/2011/08/31/index.php?section=cultura&article=016n1cul
4. http://ocw.uc3m.es/ciencia-e-oin/ceramicas-y-vidrios/bloque-iii/Refractarios.pdf
5. http://materialesdehoy.blogspot.mx/2011/07/procesamiento-de-ceramicas.html
6.http://spanish.alibaba.com/product-gs/alumina-ceramic-tubes-for-engineering-construction-404569197.html
7. http://alvarezmartinezbarrera.webnode.com.co/diagrama-de-proceso-de-la-ceramica/
8. http://www.arqhys.com/arquitectura/materiales-refractarios.html
9. http://www.tauceramica.com/
10.http://www.youtube.com/watch?v=3C_jEy_mm2M
11. http://ecocosas.com/energias-renovables/tejas-de-vidrio-calefaccion-solar-con-diseno-innovador/
12. http://corinto.pucp.edu.pe/quimicageneral/contenido/83-ceramicos