Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Dec 2003)
Estudio post-mortem de un hormigón refractario colocado en la línea de escorias de una cuchara de acería
Abstract
A high alumina concrete with synthetic spinel (MgAl2O4) addition, conformed as a brick, has been tested in the slag line of a secondary steel ladle. A post-mortem study allowed to establish the elements diffusion profile inside the refractory as well as its microstructural evolution. This study was carried out by means of X-ray diffraction, reflected optical light microscopy and scanning electron microscopy coupled with energy dispersive X-ray analysis. From the analysis of the obtained results, making use of the Al2O3-MgO-CaO-SiO2 quaternary system, it has been possible to establish the mechanism of corrosion, justifying, at the same time, the role that spinel and calcium hexaluminate (CaAl12O19) play. The spinel, that is the only stable solid phase in the slag - refractory interface, admits in its structure large amount of bivalent and trivalent elements (e.g. Mn2+, Fe2+, Fe3+, Cr3+...). Therefore, the slag becomes silica-rich and highly viscous, as CaAl12O19 is precipitated, decreasing the corrosion. The calcium hexaluminate grows from coarse and medium-sized grains of alumina to form a network of interlocked crystals that act as unions among the alumina grains. This microstructure together with that the CaAl12O19 also admits in solid solution large quantities of Fe2+ and Fe3+, provide a smaller, slower and more uniform wear of the refractory material.<br><br>Se ha diseñado y preparado un hormigón de alta alúmina con espinela, el cual ha sido ensayado, en forma de piezas preconformadas, en la línea de escorias de una cuchara de acería secundaria. El estudio post-morten del material ha permitido establecer las reacciones químicas que tienen lugar durante el proceso de corrosión y determinar el mecanismo imperante durante este proceso haciendo uso del diagrama de equilibrio Al2O3-MgO-CaO-SiO2. Dicho estudio se ha llevado a cabo mediante difracción de rayos X, microscopía óptica de luz reflejada y microscopía electrónica de barrido con microanálisis mediante microsonda de dispersión de energías de rayos X. Se ha establecido que el ataque tiene lugar por difusión de la escoria a través de la porosidad abierta y de los bordes de grano de los agregados del hormigón. Esta fase líquida reacciona con la espinela (MgAl2O4), única fase estable en contacto con la escoria a la temperatura de trabajo, formando una solución sólida de formula [Fe0,3Mn0,1Mg0,6] [Al1,4Cr0,6]O4 disminuyéndo así la agresividad de la fase líquida y la corrosión. Así mismo, el hexaluminato de calcio, [Ca0,95Fe0,05][Al11,9Fe0,05]O19, formado por disolución-precipitación de la alúmina fina de la matriz (< 120 μm) en la escoria, crea una tupida malla de cristales entrelazados que unen entre si los granos de alúmina impidiendo la penetración de la escoria y el avance de la corrosión.
