Nota sobre la resistencia mecánica

en frío de los ladr i l los de sílice

para hornos Martin-Siemens EUGENIO PEREZ BLANCO

Doctor en Química Empresa Nacional Siderúrgica, S. A.

Factoría de Aviles

RESUMEN

Se hace un breve estudio de la importancia que pueda tener especi­ficar un valor mínimo para la resistencia a la compresión en frío de ladrillos de sílice para hornos Martin-Siemens, empleando para ello dos tipos de piezas de características físicas y textura bastante dife­rente. Se menciona también el efecto de las heladas sobre la resisten­cia a la compresión en frío y el posible deterioro del material.

SUMMARY

A short study is made on the importance of the determination of the minimum cold compression resistance of silica bricks, having wi­dely varying physical characteristics and texture, for use in steel open hearth furnaces. The effect of freezing conditions on cold compression resistance and possible deterioration of stock material is also men­tioned.

INHALT

In dieser Arbeit wird eine kurze Untersuchung der Kaltdruckfestig­keit von Siemens-Martin-Silikasteinen gemacht. Es werden zwei St ein-Sorten mit verschiedenen physikalischen Eigenschaften und mit ver­schiedenem Aufbau. untersucht. Es werden auch die möglichen Zer­störungen unter dem Einfluss des Gefrierens behandelt.

MARZO-ABRIL 1963 IQ^

NOTA SOBRE LA RESISTENCIA MECÁNICA EN FRIO...

RESUME

On fait un href étude sur Vimvortance qui peut avoir spécifier une valeur minimale pour la résistance à la compression à froid des briques sîlicieuses pour des fours M artin-Siemens en utilisant pour cela deux types de pièces à caractéristiques physiques et à texture assez différen­te. On fait mention aussi de Veffet des gelées sur la resistance à la compression à froid et le possible dommage du matériel pendant le stockage.

I. Introducción.

En muchas ocasiones se ha suscitado la cuestión de la mayor o menor utilidad del dato de la resistencia mecánica en frío para las piezas de sflice a emplear en hornos Martin-Siemens. Según algunos, estas piezas deben presentar una cohe­sión suficiente para su manejo, expresada en forma de resistencia mecánica, del orden de magnitud necesario para resistir sin deterioro las manipulaciones del material desde su salida de los hornos de cocción hasta su colocación en el lugar de trabajo, pasando por los sucesivos transportes y almacenamientos. Para otros, en cambio, es más importante la consideración de que la textura de la pieza sea ñoja, para que durante el calentamiento inicial o durante las variaciones de tem­peratura en el horno de acero, el material sufra lo menos posible por dilataciones rápidas, ya que este tipo de ladrillo admitiría mejor las tensiones y tendría menos tendencia a la rotura por "spalling" térmico.

En este trabajo se intenta estudiar este problema, tocando de paso también, por lo que tiene de relación con la resistencia en frío,, el asunto de la desintegración mecánica por la acción de las heladas sobre materiales refractarios almacenados al aire libre.

II, La resistencia a la compresión en frío, según los datos de la literatura, para ladrillos de sílice para hornos Martín-Siemens.

Es indudable que esta característica de la resistencia a la compresión en frío es de importancia secundaria en esta aplicación de ladrillos de sílice. Los datos más importantes son el contenido en AI2O3 cuya presencia en cantidades sensibles hace descender la temperatura de aparición de la fase líquida por formación de eutéctico de bajo punto de fusión, y las características físicas relacionadas con la porosidad abierta y la permeabilidad a los gases, decisivas para la penetración de fundentes y corrosión del material. En menor escala, supuesto un grado de transformación

JQ4 BOL. SOC. ESP. CERÁM., VOL. 2 - N.° 2

EUGENIO PEREZ BLANCO

Tipo A Tipo B

FiG. 1.—Resistencia a la abrasión.

Tipo A

FiG. 2

MARZO-ABRIL 1963 IOS

NOTA SOBRE LÀ RESISTENCIA MECÁNICA EN FRÍO. . .

suficiente a las variedades estables a elevada temperatura, especialmente la cris­tobalita, el peso específico verdadero es mencionado también en muchas de las especificaciones.

K. Konopicky, en un trabajo sobre ladrillos de sílice para bóvedas de hornos Siemens-Martín (1), menciona que se exigen entre las condiciones de recepción los siguientes valores de resistencia a la compresión en frío:

Alemania, norma de 1944 350 kg/cm^. Acerías alemanas Más de 200 kg/cm^. Francia, según Halm Más de 150 kg/cm\ Francia, según Letorí 150 - 250 kg/cm^

Al desarrollar sus ensayos, menciona cuatro tipos de ladrillos con las siguien­tes resistencias a la compresión en frío:

LadriUos tipo A 400 y 300 kg/cm^ Ladrillos tipo B 620 y 510 kg/cm^ LadriUos tipo C ... 480 y 540 kg/cm\ Ladrillos tipo D 280 y 270 kg/cm^.

Tipo A

FiG. 3

106 BOL. SOC. ESP. CERÁM., VOL. 2 - N.° 2

EUGENIO PÉREZ BLANCO

S. Kienow en su estudio sobre la corrosión de ladrillos de sílice con pocos fundentes, para bóvedas de hornos Siemens-Martín (2), emplea en sus investiga­ciones ladrillos con una resistencia a la compresión en frío de 440 kg/cm^.

A. Gamot, en su estudio general sobre materiales refractarios (3), al poner un ejemplo de ladrillo de sílice para bóvedas, menciona 350 kg/cm^ como resis­tencia a la compresión en frío.

J. H. Chesters, en su libro clásico sobre refractarios para acerías (4)„ al tratar sobre ladrillos para bóvedas, no menciona la resistencia a la compresión en frío, pero al referirse a otras posiciones del horno Siemens-Martín, da para un ejemplo de ladrillo de sílice el dato de 445 kg/cm^

De estas consideraciones resulta evidente el hecho de que aunque en muchas circunstancias no se prescriba un valor mínimo para la resistencia a la compre­sión en frío, es porque se supone que ésta dará unas cifras mínimas compatibles con la manipulación y manejo en obra.

Tipo B FIO. 4

MARZO-ABRIL 1963 107

MOTA SOBRE LÁ RESISTENCIA MECÁNICA EN FRÍO. ..

III. Comportamiento en ensayos de laboratorio de dos tipos diferentes de ladrillos.

Para este fin se escogieron dos piezas de sílice muy diferentes. La pieza A puede considerarse representativa (aunque más bien hacia el límite inferior) de un tipo de material ñojo, que presenta relativamente poca cohesión entre sus granos, mientras que la B pertenece al promedio de otro tipo compacto. Corresponden a dos suministradores diferentes. Sus característix:as químicas, físicas y mecánicas aparecen expuestas en la Tabla I.

TABLA I

Tipo A Tipo B

P. C 0,28 % SÍO2 94,68 % Al.Oa 0,85 % F e Ä 1>71 % CaO 2,28 % MgO Indic. Peso específico verdadero 2,35 Densidad aparente 1,76 Porosidad total 25,2 % Capacidad de absorción de agua 13,9 % Porosidad aparente 24,4 % Permeabilidad al aire (unid. c. g. s.) ... 0,142 Resistencia a la compresión en frío ... 100 kg/cm" Resistencia a l a abrasión* 35,1 %

* Este valor está expresado como pérdida de peso en %, que experimenta una probeta de 50X50X50 mm. sometida a 500 revoluciones en un tambor de chapa de acero que gira alrededor de una diagonal y que tiene por medidas interiores 32x32x 32 cms. Representa, en conjunto, un ensayo de caída y de abrasión.

De la observación de estos resultados se deduce que el tipo A presenta unas porosidades y una capacidad de absorción de agua peores que el B ; asimismo sus resistencias a la compresión y a la abrasión son también claramente inferiores.

La figura 1 presenta las probetas después del ensayo de abrasión, siendo cla­rísimo el desgaste que sufrió el ladrillo del tipo A.

IQg BOL. SOG. ESP. CERÁM., VOL. 2 - N.° 2

0,18 % 94,94 %

0,87 % 0.85 % 3,00 %

Indic. 2.33 1,83 21,5 % 11,5 % 21,0 % 0,152

305 kg/cm^ 11,4 %

EUGENIO PEREZ BLANCO

Como consecuencia de esta diferente resistencia de ambos tipos de ladrillos se puede ver en las figuras 2, 3, 4 y 5 el estado del material en el almacén de refractario de la factoría consumidora, o sea, sin haberse manipulado todavía para su traslado a la obra en la planta de aceros. Las figuras 2 y 3 muestran "pallets" o bandejas del material del tipo A, y las figuras 5 y 6 son del material tipo B.

Tipo B FiG. 5

Las piezas del tipo A experimentan aún más rotura en su transporte al pie de obra y en su manejo por parte de los albañiles de hornos, a quienes no se les puede exigir un trato muy cuidadoso del material, teniendo en cuenta que las reparaciones totales o parciales se programan en un mínimo de tiempo para evitar las pérdidas de producción en cuanto sea posible. Por esta razón, una parte de las piezas tienen que desecharse, lo cual, en definitiva, significa encarecimiento del precio por tonelada de refractario colocado.

lY. Ensayo de resistencia a las heladas.

En las fábricas siderúrgicas, por razones de espacio y en ocasiones por exceso de material refractario acumulado para acometer cambios totales de revestimien­tos de hornos o reparaciones parciales, es a veces necesario almacenar parte del

MARZO-ABRIL 1963 109

NOTA SOBRE LA RESISTENCIA MECÁNICA EN FRIO...

material refractario al aire libre. Con las condiciones meteorológicas rigurosas del invierno 1962/63 con abundantes lluvias y heladas alternativas, era de temer un deterioro en las características del material almacenado en aquellas circuns­tancias. Los ensayos realizados en el laboratorio sobre refractarios silicoalumi-nosos y aluminosos expuestos al aire libre durante seis meses no revelaron ninguna merma sensible de su calidad.

Este no fue el caso de los ladrillos de sílice, que siempre se almacenaron bajo techado. No obstante, por ser un material que presenta una porosidad aparente elevada y unas características mecánicas en frío no muy altas, en comparación con los materiales de contenidos medios y altos en alúmina, se ha intentado ver su comportamiento respecto a las heladas.

Para ello se ha operado de la siguiente manera: De las mismas piezas que han servido para obtener las características y el

análisis químico indicado en el apartado III, se han sacado unos trozos de 152 X 148 X 76 mm. Estos se han hervido en agua, para empaparlos y llenar por completo los poros abiertos y se han sometido a veinte ciclos de congelación en una nevera durante cinco horas y a continuación una hora en agua a la tem­peratura ambiente. Después de este tratamiento, se examinó el estado de las piezas y no se observó formación de grietas ni desprendimiento de trozos. Más adelante se les sometió a otros diez ciclos de congelación de once horas, con una hora en agua a la temperatura ordinaria. Tampoco se observó ningún deterioro aparente. Por último, de cada pieza sometida a estos tratamientos se sacaron cinco probetas y se realizó el ensayo de resistencia a la compresión en frío. El tipo A dio un resultado exactamente igual que antes de los períodos de congelación, mientras que el tipo B bajó a 210 kg/cm^ habiendo perdido, pues, un 30 por 100 de su resistencia original. Aquí parece, por tanto, evidente la superioridad del ladrillo A para estas condiciones.

Los ensayos mencionados en este trabajo han sido realizados en los Laboratorios de la Empresa Nacional Siderúrgica, a cuya Dirección agradecemos el permiso para su publicación.

BIBLIOGRAFÍA

1. KoNOPiCKY, K., "Das Verhalten von Silikasteinen im Siemens-Martin-Ofengewölbe", Stahl und Eisen, 74 [22], 1402-1413 (1.954).

2. KiENOW, S., "Ueber die Korrosion von flussmittelarmen Silika-Gewölbesteinen", Stahl und Eisen, 80 [13], 882-888 (1960).

3. GAMOT, A., "Les produits réfractaires", Annales des Mines [12], diciembre, 11-28 (1962). 4. CHESTERS, J. H., "Steelplant Refractories", Sheffield, 1957, pág. 83.

110 BOL. SOC. ESP. CERÁM.. VOL. 2 N " 2

C A R A C T E R Í S T I C A S FG-30 FG-50 FG-75 FG-100 FG-150 FG-200 FG-250 FG-350 FG-600

30.000 50.000 75.000 100.000 150.000 200.000 250.000 350.000 600.000

80 110 130 140 160 185 210 240 320

340 X 340 400 X 450 450 X 470 460x510 600 X 630 620 X 650 620 X 700 620 X 780 980 X1.000

370 420 465 540 650 670 690 690 1.00O

280 330 375 420 520 530 530 530 780

220 300 300 340 1370 430 460 500 550

300 280 260 240 230 220 210 200 160

3 4 5 6 10 15 18 27 50

1.200 1.900 2.300 3.800 5.600 7.000 9.400 12.900 20.000

Potencia en kg !

Diámetro del husillo

Mesa

Distancia entre columnas

Distancia entre guías

Carrera máxima del carro

R. p. m. de eje de discos i

Potencia del motor HP. j

Peso aproximado kg |

Bajo d e m a n d a pueden var ia rse a lgunas carac te r ís t i cas de acuerdo con las neces idades del usua r i o , así c o m o ins ta la r a las p rensas mando p n e u m á t i c o , ex t rac to r mecán ico o d e s m o l d e a d o r para p r e n ­sado de p roduc tos re f rac ta r ios .

Apartado S - Teléfono T94-06

M O n d r a g Ó n - E S p a ñ a

PRENSAS A FRICCIO

Forja, acuñación, embutición, estampación, torníHería, prensado de productos refractarios, etc., etc.

c o n s u l t e n a G a m e l

VACUOMETRO SEBAVA BRADUACION DESLIZANTE 0-50 mm. de COLUMNA de AGUA

SEBAVA

• UTIL

• SENCILLO

• ECONÓMICO

BUENA

MARCHA

DEL

HORNO

<3>^ PARA

BUENA

COCCIÓN

CERÁMICA

AUSCULTE SU FUEGO

M

EL VACUOMETRO j I J 1 1 ] f » J ; ^ la depresión total que

existe en la zona de precalentamiento del horno. SEBAVA

r>I.IIJ;llH:l>

MARIO SCOLES ELIA Ingegnere Industríale

LAURIA,47,3.° BARCELONA-9

F A C I L I T A

AYUDA

P E R M I T E

si la cantidad de aire en circulación es suficiente paro una buena combustión.

la conducción del fuego a la marcha más conveniente.

o las maniobras de regulación del tiro.

comprobar si los horneros regulan el fuego según los instrucciones recibidas.