"Estudio microestructural de refractarios MgO-C por microscopías ópticas de luz reflejada y de cátodoluminiscencia"

A.G. TOMBA M.; M. KARAKUS; A.L. CAVALIERI

Santiago, Chile

Congreso; 6° Congreso Binacional de Metalurgia y Materiales CONAMET-SAM 2006; 2006

Asociación Argentina de Materiales y Sociedad Chilena de Metalurgia y Materiales

El uso de refractarios de MgO-C en diversas industrias ha crecido en forma continua. En particular en las plantas siderúrgicas que son sus principales consumidoras, se emplean en convertidores LD, cucharas, hornos EAF y BOF, entre otras aplicaciones por sus altas resistencias a la erosión y a la corrosión, buena respuesta mecánica en caliente, resistencia al choque térmico, moderada resistencia a la oxidación. Sin embargo, pese a estas excelentes propiedades, las muy severas condiciones en servicio de temperaturas, atmósferas y solicitaciones mecánicas hacen inevitable la degradación de estos refractarios por diversos factores, la cual está directamente determinada por su composición y microestructura. En este trabajo se presentan resultados de estudios de ladrillos refractarios utilizados en la industria siderúrgica en cucharas y hornos de arco eléctrico (EAF) de distintas calidades, que denominamos A1, A2 y B. Estos materiales difieren en la granulometría y tipo de los agregados de magnesia, contenidos de C, aditivos y tipo de liga. Presentan porosidades de: A1=3,9 %; A2=4,6 % y B=3,5 %, contenidos de C de: A1=13 %, A2=12 % y B=12% y valores de resistencia mecánica en compresión a temperatura ambiente, CCS de: A1=21 MPa, A2=15 MPa y B=29 MPa. Como ligante los ladrillos A1 y A2 contienen alquitrán y el B resina. A partir del análisis cualitativo por difracción de rayos X, DRX, se determinaron como principales fases cristalinas MgO como periclasa y C como grafito y se identificaron picos de baja intensidad que se asignaron a aditivos antioxidantes (aluminio y silicio y también Mg en B). El estudio de los tres materiales por microscopías ópticas de luz reflejada (LR) y de cátodoluminiscencia (CL) arrojó diferencias significativas en sus microestructuras: A1) se identificaron dos tipos diferentes de granos de magnesia embebidos en la matriz de grafito: electrofundida (>200 mm) y sinterizada (<50 mm). En la fase ligante también se identificó aluminio; A2) igual que en A1, se observó magnesia de dos tipos: granos grandes (>200 mm) electrofundida y granos de tamaño intermedio y finos (100 mm y < 50 mm, resp.) sinterizada. Estos últimos constituyen la fase ligante junto con grafito y aluminio; B) se identificaron grafito y un solo tipo de granos refractarios de magnesia electrofundida, de tamaño variable (grandes, medios y finos, similares a los típicos de los A1 y A2). También en la matriz fueron identificados aditivos como silicio y aleación Al-Mg. En todos los casos los resultados son consistentes con el análisis por DRX. Por la misma técnica, microscopías LR/CL, también se realizó el análisis sobre el material A1 tratado a 1450 °C, registrándose modificaciones microestructurales relevantes producidas por la degradación oxidativa del material: formación de una capa externa de » 250 mm de espesor de magnesia (MgO) y espinela (MgO.Al2O3) con granos finos de forsterita (2MgO.SiO2). No se determinó grafito, coincidiendo con la observación visual de la pérdida de la coloración negra, con lo cual puede inferirse que el grafito se ha perdido totalmente en esta zona por oxidación, observándose gran cantidad de poros en la matriz. En la zona central de la probeta que mantiene el color negro se pueden observar granos grandes de magnesia electrofundida, finos de magnesia sinterizada en una matriz de grafito no oxidado y granos muy finos (» 10 mm) de espinela. En la interfase entre ambas zonas se observa espinela en la matriz y forsterita. Se concluye que la microscopía de RL/CL resulta una técnica especialmente adecuada para el estudio microstructural de ladrillos de MgO-C complementando los resultados de otras técnicas de caracterización y es igualmente útil en el estudio de sus modificaciones microstructurales por degradación oxidativa.