Estudio, desarrollo y caracterización de ladrillos refractarios con ligantes modificados

Abstract

El objetivo de la investigación realizada en esta Tesis Doctoral fue el estudio, desarrollo y caracterización de un tipo de ladrillo refractario de magnesia-carbono (MgO-C), ligado con una brea modificada mediante la adición de nanofibras de carbono (NFC). Los aceristas y los fabricantes de materiales refractarios confían en los ladrillos MgO-C para las aplicaciones más agresivas, donde se producen ataques químicos por escorias, por ejemplo en la línea de escorias de las cucharas de acería. La perspectiva de mejorar su duración confiere a los trabajos de la presente Tesis Doctoral un importante potencial industrial. La introducción de nanomateriales en la brea utilizada como ligante en los ladrillos refractarios de MgO-C constituye un primer paso en la creación de una nueva familia de materiales de alta tecnología en aplicaciones refractarias de gran consumo. Esta investigación muestra que el material resultante no solo preserva los efectos positivos propios de la adición de carbono, sino que además incrementa la resistencia frente a la oxidación y choque térmico del material, al inducir mejoras en su microestructura e introducir nuevos mecanismos de absorción de las tensiones. Estos trabajos comprenden: i) la dispersión de las NFC en la brea; ii) el desarrollo de nanocomposites refractarios con propiedades mejoradas, y iii) una completa caracterización de los refractarios fabricados a escala de laboratorio. Conseguir una dispersión homogénea de las NFC en la brea es sin duda el riesgo tecnológico más importante de este trabajo. Una vez conseguido el procesado de los ladrillos se llevó a cabo mediante métodos convencionales de mezcla, prensado uniaxial y temperizado. Esto se logró mediante la funcionalización de NFCs y la selección de las condiciones adecuadas para la dispersión de NFCs en la brea. El diseño final de esta familia de refractarios se realizó en base a los requisitos solicitados por el usuario final de estos materiales, éstos han sido: contenidos totales de MgO y carbono, temperatura en servicio y espesor mínimo residual al final de su vida. Los materiales MgO-C-NFC obtenidos a nivel de planta piloto han sido caracterizados mediante una completa batería de análisis químicas, mecánicos, físicos y microestructurales.