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Los ladrillos eran de cromita y magnesita calcinada a muerte (se evita la excesiva contracción que experimentarían los ladrillos durante su posterior exposición a alta temperatura en el horno) mezcladas con una pequeña cantidad de cal, que va a actuar como ayuda a la aglomeración (sinterización). A continuación la mezcla se consolidaba sometiéndola a gran presión en un molde. Finalmente la pieza verde se sometía al proceso de cocción. Refractarios neutros. Los materiales refractarios fabricados a partir de una mezcla de coque molido o grafito y arcilla o bien de coque ligado con alquitrán han sido usados para la fabricación de los crisoles empleados para la fusión de los metales. Los refractarios de carbono son fuertes y densos y combinan una buena conductividad térmica con una buena resistencia a los cambios volumétricos y al choque térmico a temperaturas elevadas. Este conjunto de propiedades provoco que fuera utilizado en Alemania, después de la Segunda Guerra Mundial, para hacer frente a la necesidad de tener un material para fabricar el crisol del horno alto, que aguantase el peso del metal y los esfuerzos mecánicos que de ello se deriva. Hoy en día el uso de los bloques de carbono para el revestimiento de los crisoles de los hornos altos es una práctica habitual con la que se han eliminado, casi totalmente, las perforaciones que eran una característica común cuando se usaban ladrillos silico-aluminosos. Como conclusión se puede afirmar que la introducción de los procesos de obtención de acero mediante soplado de oxigeno dio lugar a cambios en la demanda de refractarios. Así los refractarios ácidos, como los de sílice y los silicoaluminosos de bajo contenido en alúmina, han cedido terreno frente a los refractarios básicos. Estado actual. La industria de los materiales refractarios ha experimentado una extraordinaria evolución en los últimos 20 años, como consecuencia de las nuevas y cada vez más exigentes especificaciones impuestas por la industria consumidora. Esto se ha traducido, no solo en un más estricto control de las materias primas y en una mejora en los procesos de fabricación, sino también en el aporte científico de técnicas que, utilizadas tanto en la metalografía como en la físico-química de materiales, han permitido el establecimiento de los diagramas de equilibrio de fases de óxidos potencialmente utilizables como refractarios por su elevado punto de fusión (A12O3, CaO, SiO2, MgO, etc.), lo que ha supuesto un mejor conocimiento de la influencia de las impurezas presentes, a la temperatura y condiciones reales de trabajo de cada tipo de material. Igualmente el avance en los estudios microestructurales han permitido prever, tanto el comportamiento ante el ataque químico o erosión de las escorias y gases presentes como una mejor evaluación de las propiedades termomecánicas requeridas a los revestimientos refractarios. El desarrollo anterior se ha producido, fundamentalmente, en los países más desarrollados, que han orientado de forma progresiva su producción hacia materiales de más alta tecnología, con volúmenes más reducidos de fabricación y rendimientos mucho mayores. 3.- Definición y constitución de los materiales refractarios. Pueden existir diversas maneras de definir lo que se entiende por un material refractario. Así, según la Real Academia de la Lengua se define material refractario como aquel cuerpo que resiste la acción del fuego sin cambiar de estado ni descomponerse. Por tanto, se considera como material refractario a todo aquel compuesto o elemento que es capaz de conservar sus propiedades físicas, químicas y mecánicas a elevada temperatura. La norma española UNE (150 R836-68) define a los materiales refractarios como a aquellos productos naturales o artificiales cuya refractariedad (Resistencia piroscópica) es igual o superior a 1500 ºC. Es decir, resisten esas temperaturas sin fundir o reblandecer. La resistencia piroscópica se determina según la norma UNE 61042 La definición anterior solo hace referencia a las temperaturas mínimas que debe de ser capaz de resistir un refractario, sin tener en cuenta otro tipo de solicitaciones o condiciones. Es importante precisar que la resistencia piroscópica es una condición necesaria, pero no es suficiente para que una material sea considerado como refractario, ya que además debe conservar a dichas temperaturas elevadas una resistencia mecánica y/o una resistencia a la corrosión suficientes para el empleo a que se destine. Una definición “ampliada”, que hace mención al hecho de que no es solo la resistencia a la temperatura lo que se exige a un material refractario, es la siguiente
Materiales capaces de resistir temperaturas elevadas conservando al mismo tiempo buenas propiedades operativas frente a las solicitaciones presentes en hornos y reactores industriales. A partir de esta definición de puede dar una definición tecnológica como sigue: TODO MATERIAL CAPAZ DE SOPORTAR, A TEMPERATURAS ELEVADAS, LAS CONDICIONES DEL MEDIO EN QUE ESTA INMERSO, DURANTE UN PERIODO DE TIEMPO ECONOMICAMENTE RENTABLE, SIN DETERIORO EXCESIVO DE SUS PROPIEDADES FISICO-QUIMICAS. A su vez CAMPOS LORIZ D. dice que: Los materiales refractarios se engloban dentro de los materiales cerámicos, definidos como: Materiales policristalinos, no metálicos, inorgánicos, de alto punto de fusión y que se fabrican, en general, a partir de un polvo que se conforma mediante prensado u otro procedimiento y que se somete a continuación a una cocción a alta temperatura. El autor reconoce que dicha definición de material cerámico es farragosa, incompleta e inexacta, pero que probablemente no exista otra mejor. Es incompleta porque entre los materiales cerámicos se deben incluir los vidrios, materiales inorgánicos, no metálicos y como las cerámicas, duros y frágiles, pero que no presentan una estructura cristalina, porque un sobreenfriamiento ha “Congelado” el carácter no cristalino del liquido original. Generalmente, además los materiales cerámicos y refractarios no son completamente cristalinos, sino que suelen presentar una cierta proporción de fase vítrea. Es inexacta, porque ciertos materiales cerámicos y refractarios no se fabrican mediante el citado procedimiento de prensado y cocción de un material pulverulento. En la tabla 3.1 se enumeran las condiciones que usualmente deben soportar los materiales refractarios. Se encuentran clasificadas en tres grupos y hay que tener presente que en la mayoría de los casos dichas solicitaciones pueden actuar de forma simultánea. Tabla 3.1.- Condiciones que deben soportar los materiales refractarios. TERMICAS SOLICITACIONES MECANICAS QUIMICAS TEMPERATURAS COMPRESION, ESCORIAS ELEVADAS FLEXION Y TRACCION CAMBIOS BRUSCOS VIBRACION PRODUCTOS TEMPERATURA (CHOQUE TERMICO) FUNDIDOS ABRASION Y GASES Y EROSION VAPORES ACIDOS Tenemos pues, que los refractarios son fundamentalmente materiales capaces de resistir altas temperaturas sin fundirse. Pero no solo eso, además deben poseer una resistencia mecánica elevada a dichas temperaturas para poder resistir sin deformarse su propio peso y el de los materiales que están en contacto sobre ellos. Dependiendo de las aplicaciones se les exigirán otras propiedades en mayor o menor grado , por ejemplo, la estabilidad química frente a los metales fundidos, las escorias, el vidrio fundido, los gases y vapores, etc. y resistencia a los cambios bruscos de temperatura (Choque térmico). Por ejemplo, los materiales refractarios destinados a la realización de chimeneas industriales (Centrales térmicas, petroquímicas, etc.) ha de exigírseles una resistencia elevada al ataque de los ácidos, particularmente al ácido sulfúrico (H2SO4, ante la posibilidad de la aparición de dicho ácido a partir del vapor de agua y del SO2 de los gases. Además de resistir esta combinación de severas condiciones, los materiales refractarios deben poder fabricarse en piezas de ciertas tolerancias dimensionales, manteniendo una constancia de características y propiedades y, naturalmente, lo más barato posibles y partiendo de materias primas fáciles de obtener. En su mayor parte los materiales refractarios están constituidos por silicatos, óxidos, carburos, nitruros, boruros, siliciuros, carbono, grafito, etc. En la figura 3.1 se dan las temperaturas de fusión de los principales materiales refractarios con respecto a los metales refractarios. Así mismo, la figura 3.2 muestra que existe una relación estrecha entre la refractariedad y el volumen atómico de un mismo elemento químico y que la refractariedad de los elementos es una función periódica de su número atómico.
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