Introducción a los materiales refractarios

RESUMEN

El presente artículo realiza una introducción al mundo de los materiales refractarios, exponiendo las principales definiciones, clasificaciones y usos según sus sectores industriales de empleo.

INTRODUCCIÓN

Los materiales refractarios son en general relativamente poco conocidos tanto por el público en general como en los entornos industriales y estudios técnicos afines, a pesar de tratarse de productos utilizados desde largo tiempo atrás y aportar en muchos casos tecnologías cerámicas muy avanzadas. Además, la bibliografía existente es escasa y de carácter general, sin entrar en detalle de las continuas investigaciones y desarrollo de nuevos materiales, sus aplicaciones y experiencias industriales.

En realidad, su conocimiento es vital para infinidad de procesos industriales, ya que la mayoría de los productos que utilizamos a diario requieren materiales refractarios para su fabricación, directa o indirectamente para producir sus respectivas materias primas.

SECTORES DE APLICACIÓN
• Industria siderúrgica integral: hornos altos, estufas, baterías de horno de cok, mezcladores de arrabio, cucharas, vagones torpedo, hornos eléctricos.
• Industria del acero: hornos eléctricos, convertidores, cucharas, artesas, hornos de desgasificados, hornos de tratamiento térmico y de afino, hornos de laminación de empuje y de vigas galopantes.
• Industria del vidrio: hornos de fusión de vidrio hueco y plano, baños de estaño, hornos de temple.
• Industria metalúrgica: hornos de fusión de cobre, hornos de aluminio, hornos de cocción de ánodos, hornos de pisos y de tostación de piritas, hornos de plomo, torres fusoras.
• Industria del cemento: hornos rotativos, intercambiadores de calor, cabezales de horno, enfriadores de parrilla y de satélites.
• Tratamiento de residuos: hornos de incineración de parrillas, rodillos y lecho fluidificado para residuos sólidos urbanos e industriales y cámaras de combustión.
• Industria cerámica: hornos túnel, de cámara, vagonetas, hornos de bizcochado.
• Industria petroquímica: hornos de nafta, de etano e instalaciones de proceso, calderas, hornos de cracking.
• Chimeneas.
• Industrias varias: hornos verticales y secaderos de pulpa para azucareras, hogares de combustión para centrales eléctricas, cubilotes y hornos de arco para fundiciones, etc., hornos verticales de cal y rotativos para papeleras, hornos de sinterización.

Es decir, sin refractario, actualmente sería imposible fabricar acero, cemento, vidrio, cerámica, gasolina, metales no férricos, cal o productos tan cotidianos como el azúcar que consumimos. Se puede decir por tanto que se trata de un sector industrial estratégico, ya que es imprescindible para la buena marcha de muchos más.
En términos de volumen, su aplicación puede variar desde unos cientos de kilogramos requeridos en pequeños hornos hasta muchos miles de toneladas instaladas en grandes unidades. Su instalación es un trabajo altamente técnico, sobre todo por la cualificación y experiencia de los operarios y empresas instaladoras. Así como la mampostería civil es un trabajo relativamente sencillo, la construcción de revestimientos refractarios para procesos que trabajan en continuo por encima de 1000C, sometidos a elevada demanda mecánica, térmica y química requiere preparación metódica y excelencia en la ejecución.

Pero ¿qué es el material refractario? ¿Cómo se puede definir? ¿Dónde están los límites del mismo o, en otras palabras, desde dónde y hasta qué cumplimiento de parámetros puede un material considerarse como refractario?

DEFINICIONES Y CLASIFICACIONES
En la práctica, un material refractario se puede definir como aquél capaz de resistir las temperaturas elevadas sin deterioro de sus propiedades tanto físicas como químicas, así como las condiciones del medio donde opera, durante un periodo de tiempo que resulte económicamente rentable. Los materiales refractarios se pueden clasificar según diversas criterios:

• Por su carácter químico:
  Indica el carácter reactivo del material (ácido, neutro o básico), su comportamiento a alta temperatura y con qué escorias y baños presentarán reacciones químicas.
• Por su composición química:
  Dependiendo de los porcentajes de constituyentes y aditivos se establecen grupos y subgrupos: sistemas de sílice, sílice-alúmina, materiales aluminosos, en base magnesia, etc., con adiciones de carbón, circonia, carburo de silicio, etc., así como combinaciones de ellos y formulaciones especiales.
• Por su naturaleza química:
  Clasificación válida para investigación y desarrollo de nuevos productos. La gran mayoría de materiales están compuestos por óxidos.
• Por su presentación:
  Es la clasificación más intuitiva y evidente para el usuario, y se emplea en el desarrollo de la ingeniería de detalle del revestimiento refractario de cualquier unidad. Divide los materiales en conformados (ladrillos y piezas prefabricadas) y no conformados (hormigones y materiales varios como, por ejemplo, fibras cerámicas aislantes).
• Por su finalidad:
  Clasifica los materiales entre densos, expuestos al proceso industrial, y aislantes, cuya misión consiste en mantener el calor dentro de la unidad para reducir el consumo térmico de combustibles y proteger la carcasa metálica de las altas temperaturas.

Bibliografía
Técnica Industrial. Ricardo Inoriza Telleria.
Refractory Engineering. Deutsche Gesellschaft und Schornsteinbau e.V. Vulkan Verlag. Essen.
Feuerfeste Wekstoffe und Ihre Merkmale. Didier Werke AG. Wiesbaden.