EVALUACION DE MATERIALES REFRACTARIOS, EQUIPOS

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EVALUACIÓN DE MATERIALES REFRACTARIOS, EQUIPOS Y 
PROCEDIMIENTOS DE REPARACIÓN DE FRENTE DE PIQUERA DE ALTO 
HORNO 
 
 
 
Pablo Marinelli y Juan Mirabelli (Ternium Siderar) 
Silvia Camelli y María José Rimoldi (Instituto Argentino de Siderurgia) 
Dardo Lavarra y J. Luis Leguizamón (Carbo San Luis) 
 
 
 
RESUMEN 
 
 
Los hormigones refractarios utilizados en piqueras de Alto Horno están sometidos a 
solicitaciones mecánicas, térmicas y químicas. Los principales requerimientos que 
deben cumplir estos materiales son elevada densidad, baja permeabilidad, mínimo 
tiempo de secado, resistencia mecánica y resistencia al ataque por escoria / arrabio y 
monóxido de carbono. 
 
Deben ser materiales aptos para ser colados sobre sustratos con temperatura, 
soportar el impacto del cañón durante la operatoria de tapada de la piquera, la presión 
de gases interna del horno y las condiciones de limpieza con lanza de oxigeno, técnica 
que acelera los mecanismos desgaste del hormigón por la formación de fisuras y 
arrastre de los granos refractarios. 
 
En este trabajo se presenta la evolución de propiedades en el diseño de un hormigón 
bajo cemento Al2O3 - SiC –C para diferentes tiempos de secado y con / sin adiciones 
de fibras metálicas. También se presentan los cambios geométricos implementados y 
los resultados de performace obtenidos en servicio. 
 
 
 
1. INTRODUCCIÓN 
 
 
El Alto Horno Nº 2 de Ternium Siderar tuvo una producción promedio en los primeros 
18 meses posterior al re-lining de 5300 toneladas de arrabio por día. La evacuación de 
escoria y de arrabio líquido a 1490ºC se realiza a través de dos piqueras. 
 
La performance en servicio del frente de piquera es función directa de las propiedades 
de los materiales refractarios que se utilizan en su construcción / reparación, y del 
diseño estructural de las mismas. Las prácticas de colado y las condiciones operativas 
del horno (cantidad y duración de las coladas, número de salas en servicio, 
temperatura de arrabio, etc) imponen las principales solicitaciones que determinan la 
vida del frente de piquera. 
 
Las reparaciones generales del frente de piquera se realizan cada seis meses con un 
hormigón bajo cemento Al2O3 - SiC - C. Este material se aplica por colado. 
 
En el siguiente trabajo se presenta en detalle la evolución de las acciones 
desarrolladas tanto en el diseño del hormigón como los cambios geométricos 
implementados con la finalidad de aumentar la duración en servicio del frente de 
piquera. 
 
 
2. DESARROLLO 
 
 
En función de los requerimientos operativos de la sala colada se trabajó sobre las 
propiedades del hormigón utilizado en el frente de piquera, sobre las condiciones de 
aplicación y el diseño geométrico de la piquera. 
 
 
2.1. Evolución de las propiedades del hormigón Al2O3 - SiC – C 
 
Resistencia mecánica. El hormigón refractario debe tener una resistencia mecánica 
superior a la presión que ejerce el cañón cuando este se apoya sobre el frente de la 
piquera. Por lo tanto, se debe incrementar la resistencia a la compresión en caliente 
(HCS) a las temperaturas promedios en que se encuentra el material del frente de 
piquera (400°C). 
 
En la tabla 1 se presentan las propiedades tanto del hormigón típico utilizado 
(hormigón L) como del nuevo material desarrollado (hormigón N), donde se observa la 
variación en las propiedades mecánicas de los mismos a raíz de una leve modificación 
en la composición química del hormigón. 
 
 
Tabla 1. Evolución de las propiedades mecánicas de los hormigones utilizados en el 
frente de piquera. 
 
Propiedades Unidad Hormigón L Hormigón N
Composición química: 
Al2O3 
SiO2 
SiC 
C 
CaO 
(%) 
62-66 
6-8 
21-24 
2,5-3,5 
1,3 -1,5 
 
63-67 
6-8 
21-24 
0,5-1,5 
1,5-2,5 
Resistencia a la compresión en frío: 
110ºC 
1400ºC 
(MPa) 
40 
50 
 
50 
90 
Resistencia a la compresión en caliente:
400ºC 
(MPa) 17 48 
Resistencia a la compresión después de
secar las probetas a 50ºC durante 12 hs
(MPa) 16 32 
 
 
Este incremento en las propiedades mecánicas permitió reemplazar en servicio el 
hormigón L por el hormigón N. 
 
 
Tiempo de secado. El hormigón refractario N se utiliza en las reparaciones generales 
del frente de piquera y tiene un tiempo de secado de 16 horas. Estas reparaciones 
generales se realizan en paros programados del horno de más de 24 horas. 
 
Con el objetivo de alinear las reparaciones generales del frente de piquera con las 
reparaciones de los canales principales de colada se necesitó acortar la curva de 
secado del hormigón de 16 a 10 horas. 
 
En laboratorio se simularon las dos curvas de secado y se extrajeron probetas en 
diferentes intervalos de temperatura / tiempo con la finalidad de evaluar las 
propiedades físicas y mecánicas para las diferentes curvas. 
 
En la figura 1, se presenta la evolución de las propiedades mecánicas para las 
diferentes curvas de secado. Entre ambas curvas (original y propuesta) no se 
observan desviaciones en las propiedades mecánicas. En general, las muestras 
tratadas con la curva de 10 horas (curva propuesta) presentan valores similares o 
levemente superiores a la curva original de mayor tiempo de secado. 
 
En la figura 2 se observa los valores de porosidad aparente para las dos curvas de 
secado, los cuales resultaron semejantes en todas las muestras analizadas. 
 
 
0
5
10
15
20
25
30
35
40
350 600/650
Temperatura de tratamiento (°C)
Pr
op
ie
da
de
s 
m
ec
án
ic
as
 (M
Pa
)
C. propuesta -CCS
C.original - CCS
C.propuesta - MOR
C.original - MOR
 
 
Figura 1. Evolución de las propiedades mecánicas para las dos curvas de secado. 
 
 
 
 
0
2
4
6
8
10
12
14
16
350 600/650
Temperatura de tratamiento (°C)
Po
ro
si
da
d 
(%
)
C. propuesta
C.original
 
 
Figura 2. Evolución de la porosidad aparente para las dos curvas de secado. 
 
 
Adición de fibras metálicas. Con el objeto de incrementar la resistencia mecánica 
residual del hormigón refractario N se adicionó 1,5 % de agujas metálicas. 
 
En la tabla 2 se presenta la evolución de las propiedades físicas para diferentes 
temperaturas del hormigón N con / sin agujas metálicas donde se observa similar 
comportamiento de la porosidad aparente y de la resistencia a la abrasión para los dos 
hormigones. En cambio, la densidad presenta un incremento asociado a la presencia 
de las fibras metálicas. 
 
Las probetas tratadas a 110ºC y a 816ºC, presentan un incremento en las propiedades 
mecánicas: mayor resistencia a la compresión y a la flexión (figura 3). 
 
 
Tabla 2. Propiedades del hormigón N con / sin adición de agujas metálicas. 
 
Propiedades 
Unidad Hormigón N Hormigón N+ 
agujas metálicas
Porosidad aparente: 
110ºC 
816ºC 
1400ºC 
(%) 
12,9 
16,5 
15,5 
 
12,6 
17,1 
14,8 
Densidad: 
110ºC 
816ºC 
1400ºC 
(g/cm3) 
2,90 
2,79 
2,89 
 
2,93 
2,95 
2,93 
Resistencia a la abrasión:
110ºC 
816ºC 
1400ºC 
(cm3) 
5,7 
7,9 
5,7 
 
7,3 
5,7 
5,7 
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Temperatura (ºC)
C
C
S 
/ M
O
R
 
(M
Pa
)
HA-CCS
HA+AM-CCS
HA-MOR
HA+AM-MOR
 
 
Figura 3. Evolución de las propiedades mecánicas del hormigón N con (HA+AM) / sin 
(HA) agujas metálicas. 
 
 
2.2. Evolución del diseño de las piqueras 
 
 
En la figura 4 se presenta un esquema de las piqueras construidas durante el re-lining 
del Alto Horno Nº2 de Ternium Siderar durante entre octubre de 2006 y febrero de 
2007. El diseño de las mismas corresponde a NDK, y el material del cuerpo de la 
piquera es carbón BC-12SR súper micro - poro. El frente y túnel están construidos con 
el hormigón refractario Al2O3 - SiC – C, identificado como N. 
 
Este diseño de piqueras presentó en servicio dos puntos críticos a considerar: 
1. comunicación del apisonable perimetral con el hormigón refractario del frente 
de la piquera (figura 4, punto 1). 
2. espesor delgado de la pared del frente de piquera (figura 4, punto 2). 
 
Estas características producen pérdida de gas a través del hormigón del frentede 
piquera tal como se observa en la figura 5. Para atenuar este comportamiento se 
trabajó en la modificación del diseño geométrico del frente de la piquera, para lo cual: 
a. Se incrementó el espesor del hormigón de 82 mm a 200 mm, respetando el ángulo 
de inclinación del túnel de colado. 
b. Se instalaron mayor cantidad de anclajes metálicos en el marco de la capilla 
metálica de la piquera (figura 6). 
c. Se levantó el altar del canal a 350 mm por debajo de la línea de trabajo (working 
point). 
 
Estas modificaciones se presentan en la figura 7. 
Altar del canal
Salida gas
Carga
80
4
5
0
Chapa de cobre
2
1
Altar del canal
Salida gas
Carga
80
4
5
0
Chapa de cobre
2
1 
 
Figura 4. Esquema de las piqueras del Alto Horno 2 de Ternium Siderar (2006-2207). 
 
 
 
Figura 5. Pérdida de gas a través del hormigón del frente de piquera. 
 
 
 
Figura 6. Anclajes ubicados en marco de la capilla metálica de la piquera. 
.
Carga
200
3
5
0 Carga
200
3
5
0
 
 
Figura 7. Esquema con las modificaciones introducidas en el frente de piquera del Alto 
Horno 2 (2008). 
 
 
2.3. Modificaciones en las condiciones de montaje. 
 
 
Con la finalidad de reducir los tiempos de las reparaciones generales del frente de 
piquera se reemplazó el uso de los moldes fijos por moldes descartables. En la figura 
8 se presenta el armado del encofrado en una de las piqueras del Alto horno 2. 
 
 
 
 
Figura 8. Diferentes vistas del encofrado descartable. 
3. CONCLUSIONES. 
 
El diseño y la calidad del revestimiento refractario utilizado en el frente de piquera 
evolucionaron en función de los requerimientos operativos en las diferentes etapas de 
la campaña del Alto Horno Nº 2. Estas implementaciones se desarrollaron con la 
finalidad de incrementar la duración de la piquera. 
 
Se desarrolló un hormigón para el frente de piquera con resistencia a la compresión en 
caliente capaz soportar el impacto y la presión sucesiva que ejerce el cañón en cada 
tapada. 
 
Se disminuyeron los tiempos de reparación con la implementación de moldes 
descartables y los tiempos de secado del hormigón Carbosic 32 A de 16 a 10 horas sin 
afectar las propiedades mecánicas y físicas del mismo. 
 
La adición de fibras de acero inoxidable al hormigón permitió incrementar las 
propiedades mecánicas residuales sin modificar las propiedades físicas del mismo en 
el rango de temperatura 110 – 1400 ºC. 
 
Los cambios geométricos introducidos en el diseño de la piquera minimizaron las 
pérdidas de gas a través del hormigón del frente de piquera tal como se observa en la 
figura 9. 
 
 
 
 
Figura 9. Aspecto de la piquera después de los cambios geométricos.