Este documento trata sobre la dilatación térmica en hornos metalúrgicos. Explica que cuando un material se calienta, su temperatura y dimensiones aumentan debido a que absorbe energía en forma de calor. También describe las propiedades que deben poseer los materiales refractarios utilizados para construir hornos, como alta resistencia a temperaturas elevadas y fuerzas destructivas. Finalmente, clasifica los diferentes tipos de materiales refractarios según su composición química y proceso de elaboración.

1. Universidad Nacional de Ingieneria
Facultad de Ingenieria Metalurgia, Minas y Geologica
Dilatación térmica en hornos donde se lleva acabo procesos metalurgicos
Docente:
Durand Porras, Juan Carlos
Integrantes:
Carhuamaca Colonia Hans David
Zarasi Champi Jan Carlos
2015

2. Resumen
Por "propiedad o característica térmica" se entiende la respuesta de un material al ser calentado a
medida que un sólido absorbe energía en forma de calor, su temperatura y dimensiones aumentan
la energía puede transportarse de la regiones calientes a las regiones más frías del material. Si
existe un gradiente de temperatura, y finalmente el material puede fundirse.
Introducción
Cuando el mineral es extraído de la mina, contiene grandes cantidades de sustancias
estériles (ganga), en la mayoría de los casos se debe someter a un tratamiento previo de
separación (por trituración y molienda, gravimetría, flotación, separación magnética, etc.)
Estas operaciones previas por lo general no producen alteraciones en la identidad del mineral.
La siguiente etapa son procesos químicos que se efectúan a altas temperaturas o bien se
utilizan soluciones acuosas o corriente eléctrica, esto con la finalidad de eliminar la mayor
cantidad de impurezas (refinación)
Después que los metales son refinados, se les somete a diferentes tratamientos físicos y
químicos para obtener de ellos determinadas cualidades, adaptándolas a las aplicaciones que
se les va a dar.
Concentración: es la operación que nos permite realizar una separación sólido-sólido, previa
trituración o molienda. La separación consiste en obtener un producto valioso denominado
concentrado y otro constituido por minerales estériles denominado relave.
Posteriormente los procesos de metalurgia extractiva transformaran los concentrados en
metales de alta pureza o productos de uso industrial.
Palabras clave
Dilatación térmica debido a altas temperaturas

3. REFRACTARIOS
Los refractarios son materiales estructurales que resisten altas temperaturas y las fuerzas
destructivas que se producen como consecuencia del trabajo del horno, conservando una buena
estabilidad dimensional y química. Ellos juegan un rol importante en los procesos pirometalúrgicos,
en los cuales se manejan materiales sólidos (calcinas, quemadillos), líquidos (metales fundidos,
escorias, matas, speiss) y gaseosos a temperaturas elevadas. Con ellos se revisten los hornos en los
que se obtienen los metales a partir de sus menas, y en los que se transforma el metal en productos
acabados o semiacabados.
La norma ISO R836 – 68, define como refractarios a aquellos productos naturales o artificiales, no
metálicos, cuya resistencia giroscópica es igual o superior a 1 500 ºC.
Desde el punto de vista tecnológico, se define como material refractario a todo material capaz de
soportar temperaturas elevadas, las condiciones del medio en que está inmerso, durante un periodo
de tiempo económicamente aceptable.
La refractariedad de un material se define como la capacidad de mantener un grado deseado de
identidad química, física y mecánica a alta temperatura.
Con materiales refractarios se construyen los hornos en los que se fabrica el vidrio, el cemento, los
materiales cerámicos de construcción y el coque siderúrgico. Los refractarios se usan como ladrillos
de diferentes formas, masas preparadas, en fibras, placas, y también en forma granular.
Las temperaturas de trabajo de diferentes procesos metalúrgicos que utilizan materiales refractarios
en los hornos utilizados por ellos son:
Tostación de sulfuros 600 – 950 ºC
Fundición de estaño 1.200 – 1.300 ºC
Retortas para zinc 1.400 – 1.600 ºC
Convertidos Bessemer 1.600 ºC
Toberas de alto horno 1.900 ºC
Arco eléctrico 2.500 ºC
Las condiciones de servicio a que se ven expuestos los refractarios en estos procesos de forma general,
exigen que los materiales sean capaces de soportar las siguientes condiciones:
 Rangos de temperatura hasta unos 1500 a 1760C.
 Tensiones principalmente compresivas. Tanto a altas como a bajas temperaturas.
 Repentinos cambios bruscos de temperatura (choque térmico)
 En algunos casos, la acción de las escorias, desde las ácidas a las básicas.
 En algunos casos, la acción de los materiales fundidos, siempre a altas temperaturas y capaz
de ejercer grandes presiones.
 En algunos casos, la acción de los gases, incluyendo S02. CO, Cl, CH4, H20 y óxidos, sales
volátiles de metales, hasta metales volátiles.
 La acción del polvo y cenizas en los gases, los cuales pueden ser ácidos o básicos.
 Fuerzas de impacto y abrasivas tanto a altas como a bajas temperaturas.

4. Un refractario puede estar sometido a un mismo tiempo a una o más de las anteriores condiciones.
Por otro lado, se le pueden exigir además otras funciones:
 Almacenamiento de calor, como en el caso de los recuperadores.
 Conductor de calor como en las paredes de las cámaras de coquización.
 Aislante térmico, como en los hornos de mufla.
Todas estas exigencias requieren que los materiales o productos refractarios presenten unas
propiedades específicas. A menudo será necesario satisfacer al mismo tiempo varias propiedades que
se oponen mutuamente. Por ejemplo, una alta resistencia mecánica requiere baja porosidad, lo que es
incompatible con un comportamiento aislante. Por tanto, un refractario concreto puede presentar uno
o más compromisos, con sacrificio de una característica para aumentar otra más importante en una
determinada aplicación.
La mayoría de los refractarios están compuestos por las siguientes sustancias:
Óxidos:
Arcillas refractaria x Al2O3.ySiO2
Alúmina Al2O3
Sílice SiO2
Cal CaO
Magnesia MgO
Cromita (Fe, Mg)(Cr, Al)2 O4
Magnesita-cromita MgCr2O4 + MgO
Forsterita Mg2SiO4
Óxidos especiales ZrO2, ThO2, BeO
No óxidos:
Carbono y grafito
Carburo de silicio
Compuestos raros TiC, TiB2, BN
Metales Mo, W, Fe
Los puntos de fusión de los materiales refractarios comunes son elevados, como se muestra a
continuación:
Sílice 1,750 ºC
Caolín 1.740 ºC
Bauxita 1.600 – 1.820 ºC
Alúmina 2.050 ºC
Magnesia 2.165 ºC
Cromita 2.050 – 2200 ºC
Carborundum No se ablanda hasta 2.240 ºC
Carbón Sólido hasta 3600 ºC

5. Clasificación de los refractarios
Las tablas 1 y 2 muestran clasificaciones en base a la composición química. En la primera, salvo la
última categoría, refractarios aislantes, el resto son materiales densos, es decir, con porosidad muy
baja o nula.
TABLA 1. Clasificación de materiales refrectarios según composición química (basado en la norma
COPANT IRAM 12550)
TIPO CLASE COMPONENTE PRINCIPAL
Ácidos Silico-aluminoso
Semi-sílice
Sílice
SiO2 libre o combinada: Al2O3 25 a 47.5%
SiO2 mínimo 72%
SiO2 mínimo 95%
Alta
alúmina
Moldeados
Electrofundidos
Al2O3 mayor a 47.5% y hasta 100%
A base de bauxita, Al2O3 mínimo 80%
A base de corindón, Al2O3 mínimo 99%
Ternarios: Al2O3 + ZrO2 + SiO2
Alúmina – cromo: Al2O3 + Cr2O3
Básicos Magnesia
Magnesia – cromo
Magnesia –
dolomita
Magnesia – carbón
Cromo
Cromo – magnesia
Dolomita
Forsterita
Espinela
MgO mínimo 80%
MgO mínimo 55%
MgO mínimo 50%
MgO + C
Cr2O3 mínimo 30%
Cr2O3 + MgO
MgO + CaO
2MgO.SiO2 + MgO
MgO + Al2O3
Especiales
(carburos)
Carburo de silicio
Carburos metálicos
Grafito puro
Grafito
Carbono
SiC 20 a 99% + ligantes
De Zr, Ta, Nb, Ti, etc.
Grafito mínimo 90%
Grafito + arcillas
C entre 80 y 90% (de coque o alquitrán)
Mullita Liga cerámica
Electrofundidos
3Al2O3.2 SiO2, Al2O3 mínimo 72%
Circonio Circona
Circón
ZrO2
ZrO2.SiO2
Otros
óxidos
De Ti, Th, Be, Nb, Ta, Hf, etc
No óxidos Nitruros
Boruros
Siliciuros
Cermets
BN, AlN, Si3N4
De Cr, W, Zr, etc.
De Mo, W, etc.
Dichos, mas liga metalica
Aislantes Silico – aluminoso Se clasifican segun su temperature de uso
en la cara caliente (entre 870 y 1816°C)

6. TABLA 2. Clasificación de materiales refractarios según composición química (basado en la norma
ISO 1109)
TIPO CLASE COMPOSICION
Ácidos Sílice
Semi - sílice
Silico aluminosos
Aluminosos
Alto contenido de Al2O3, Grupo I
Grupo II
SiO2 > 93%
85% ≤ SiO2 ≤ 93%
10% ≤ Al2O3 ≤ 30%; SiO2 < 85%
30% ≤ Al2O3 ≤ 56%
Al2O3≥56%
45% ≤ Al2O3 ≤ 56%
Básicos Productos de magnesia
Productos de magnesia – cromo
Productos de cromo – magnesia
Productos de cromita
Productos de forsterita
Productos de dolomita
MgO ≥ 80%
55% ≤ MgO < 80%
25% ≤ MgO < 55%
Cr2O3 ≥ 55%, MgO ≤ 25%
Productos
especiales
Carbono (amorfo)
Grafito
Circón (ZnSiO4)
Circona (ZrO2)
Carburo de silicio (SiC)
Carburos (otros del SiC)
Nitruros (Si3N4; etc.)
Espinelas (MgAl2O4; etc)
Productos de óxidos puros

7. La tabla 3 es una clasificación según la forma de elaboración y presentación; se dividen aquí los
refractarios en dos grandes grupos, los conformados (ladrillos, placas, etc,), y los que se fabrican en
forma de polvos u otros, para ser aplicados en reparaciones, rellenos, y usos similares.
TABLA 3. Clasificación de materiales refractarios según sus procesos de elaboración y formas de
presentación (COPANT – IRAM 12550).
1. Moldeados en fábrica (conformados): ladrillos, cunas, placas, formas curvas
y especiales.
2. No moldeados (especialidades)
2.1.Argamasas refractarias.
2.2.Enlucidos o revoques refractarios.
2.3.Hormigones refractarios (densos, livianos, etc.), incluyendo el cemento
fundido refractario, basado en aluminato.
2.4.Mezclas refractarias para apisonar.
2.5.Mezclas refractarias para proyectar.
2.6.Morteros refractarios (de endurecimiento al aire, en caliente, de fraguado
hidráulico).
2.7.Plásticos refractarios.
2.8.Tierras refractarias.
2.9.Materias primas refractarias (arcillas, caolines, minerales aluminosos,
silicatos de Mg, Cr, Zr, etc.)
Propiedades de los refractarios
Las cualidades que debe poseer un refractario en particular, dependen del uso para el cual está
destinado. Las siguientes propiedades son de importancia en refractarios utilizados en los hornos
metalúrgicos.
Composición química
La composición química se expresa usualmente en porcentaje en peso de los óxidos componentes
como % de SiO2, % de CaO, % de MgO, % Al2O3, etc. En muchos casos, los óxidos individuales no
se encuentran presentes como tales, sino que están combinados químicamente con otros óxidos. La
composición proporciona la base para clasificar a los materiales refractarios como ácidos, básicos y
neutros. Frecuentemente, se encuentra que los constituyentes en menores porcentajes afectan
seriamente las propiedades de servicio bajo ciertas condiciones de horno extremas.
La siguiente tabla está basada en la fuerza relativa del enlace metal-oxígeno en los óxidos que
forman parte de la mayor parte de los refractarios, con los óxidos ácidos teniendo los enlaces más
fuertes, que pueden reaccionar para formar compuestos estables con los que se sitúan en la parte
inferior de la tabla.

8. CLASIFICACIÓN ÓXIDOS REFRACTARIOS
Ácidos B2O3
SiO2
P2O5
Neutros (anfóteros) Al2O3
TiO2
BeO
Básicos FeO
MgO
MnO
Li2O
CaO
Na2O
El índice de silicatación, en el cual se toma como base para la clasificación la relación que existe
entre el oxígeno contenido en la sílice y la suma de oxígeno en los óxidos básicos, permite
determinar la acidez o basicidad de refractarios que tienen una mezcla de óxidos en su composición.
Í𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑠𝑖𝑙𝑖𝑐𝑎𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 =
𝑜𝑥í𝑔𝑒𝑛𝑜 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑠í𝑙𝑖𝑐𝑒
𝑠𝑢𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑜𝑥í𝑔𝑒𝑛𝑜𝑠 𝑒𝑛 𝑙𝑜𝑠 ó𝑥𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑏á𝑠𝑖𝑐𝑜𝑠
Si el índice de silicatación es mayor que la unidad existe un predominio de óxidos ácidos, y el
refractario es ácido: por el contrario, si el índice de silicatación es menor que la unidad, el refractario
es básico.
Temperatura de fusión y ablandamiento
Como ocurre con los metales y plásticos, la temperatura de fusión da una idea rápida, aunque
aproximada, sobre las temperaturas máximas de servicio.
El punto de fusión indicará si un material conviene o no utilizarlo por encima de esa temperatura,
pero no constituye por sí solo un criterio determinante de utilización ya que esta vendrá ligada a la
posibilidad de soportar cargas de uso a esa temperatura así como las acciones químicas.
Ejemplo:
Un ladrillo de mullita con punto de fusión 1780 0C no deforma hasta 1727 0C bajo carga, sin embargo
la periclasa (MgO) con punto de fusión de 2800 0C lo hará a la misma temperatura aproximadamente.
El punto de fusión del material refractario, debe ser suficientemente alto para evitar su fusión (o
ablandamiento) a la temperatura de operación del horno. Los sólidos cristalinos puros con puntos de
fusión congruentes, tales como la mayoría de los óxidos simples, fallan abruptamente fundiéndose a
una temperatura fija, el punto de fusión. La mayoría de los cuerpos refractarios, sin embargo, no se
comportan de manera tan simple. Los cambios de las propiedades mecánicas del material,
ablandamiento y eventualmente fusión, pueden suceder gradualmente sobre un rango de temperaturas
considerable.
El método más ampliamente usado para medir la temperatura de ablandamiento de refractarios es la
determinación del Cono Pirométrico Equivalente (CPE), por el procedimiento estandarizado como
Ensayo ASTM C-24.

9. Para determinar el CPE, se pulveriza la muestra a una malla menor a 65, y entonces se conforma en
un cono de ensayo como en la figura 6.1. Como aglutinante se utiliza agua y pequeñas cantidades de
dextrina o cola. Estos conos se montan sobre una placa inerte junto con una serie de conos
pirométricos estándar con los que se compara el comportamiento de la muestra. La placa se calienta
entonces a una velocidad especificada en un horno con distribución de temperatura uniforme y de
preferencia una atmósfera oxidante o neutral. El ablandamiento del cono se indica cuando el cono se
dobla hasta que su punta toca la placa. El CPE de la muestra de ensayo es el Cono Pirométrico que
corresponde más de cerca en tiempo de ablandamiento con el cono de ensayo. La temperatura de
ablandamiento se expresa como el número de Cono Pirométrico Equivalente, cuya relación con la
temperatura de ablandamiento se muestra en la tabla 6.5.
Este método tiene la ventaja de ser bastante simple y no exige un equipo costoso. Su principal
desventaja es que no da un elevado grado de precisión, debido a causas aleatorias como las
variaciones en la atmósfera del horno o por otras causas que además no son fáciles de controlar. Sin
embargo, bajo buenas condiciones, puede obtenerse una precisión de –15 °C.
TABLA 5. Temperaturas de punto final de los conos pirométricos americanos. NÚMERO DE
CONO
Numero
de cono
Temperatur
a °C
Numero
de cono
Temperatura
°C
022 605 1 1.160
021 615 2 1.165
020 650 3 1.170
019 690 4 1.190
018 720 5 1.205
017 770 6 1.230
016 795 7 1.250
015 805 8 1.260
014 830 9 1.285
013 860 10 1.305
012 875 11 1.325
011 905 12 1.335
010 895 13 1.350
09 830 14 1.400
08 850 15 1.435
07 990 16 1.465
06 1.015 17 1.475
05 1.040 18 1.490
04 1.060 19 1.520
03 1.115 20 1.530
02 1.125 21 1.580
01 1.145 22 1.595

10. Resistencia al ataque químico
Cualquier sustancia en contacto con un refractario a alta temperatura puede reaccionar con él, esto es
particularmente importante en presencia de metales fundidos, escorias y cenizas.
Si el producto de la reacción tiene un punto de fusión más bajo que el refractario, como sucede cuando
escoria y refractario presentan un carácter diferente, se forman eutécticos de bajo punto de fusión,
disminuyendo la vida del refractario.
La resistencia de los refractarios a las escorias está determinada primeramente por las condiciones de
equilibrio. Los óxidos refractarios comunes son los mismos óxidos que forman las escorias, por lo
que muy raramente es posible hallar un refractario que sea insoluble en la escoria.
Una regla que debe tomarse en cuenta, es que un óxido refractario ácido no reacciona con una escoria
ácida, y un óxido refractario básico no reacciona con una escoria básica. Si se tiene en contacto óxidos
ácidos y óxidos básicos, ya sea de la escoria o del refractario, estos reaccionarán entre si formando
compuestos que si son de bajo punto de fusión, se disolverán en la escoria, dañando así al refractario.
En algunas ocasiones, se forman compuestos de un punto de fusión muy elevado, los que se sitúan
entre la interfase refractario-escoria, y protegen al refractario de la corrosión por ataque químico de
la escoria.
Otro factor importante es la viscosidad de la escoria. En un recipiente recubierto de sílice o arcilla
refractaria, la escoria que se encuentra cerca del recubrimiento disolverá el refractario y se volverá
muy viscosa. El ataque adicional sólo será posible por medio de difusión a través de la capa viscosa.
En consecuencia, tales refractarios son muy resistentes incluso frente a escorias que no se encuentran
completamente saturadas con los óxidos refractarios. Por comparación, los refractarios básicos
producen un fundido muy fluido, por lo que son fácilmente atacados.
Existen diferentes ensayos para determinar la resistencia de los refractarios al ataque químico. El más
extendido, quizás por su sencillez. es el ensayo normalizado DIN.
Consiste en realizar un taladro en el ladrillo a examinar en forma de un dedo, e introducir por él unos
50 gramos de la escoria o cenizas a ensayar finamente dividida, llevándolo a continuación a horno
con temperatura fija y tiempo constante. Una vez concluido el tratamiento, se corta el ladrillo
transversalmente para observar la profundidad e intensidad del ataque, proporcionando un buen índice
de comparación del comportamiento de escorias y refractarios.
Resistencia al choque térmico
La resistencia al choque térmico es una función del coeficiente de expansión térmica, de la resistencia
mecánica y del módulo de elasticidad, pero también, de la existencia de transformaciones
polimórficas. En el caso de los refractarios sin transformación polimórfica, la dimensión aumenta casi
linealmente con la temperatura, tal como se ilustra en las curvas para arcilla refractaria, el cromo, el
corindón y la magnesita en la figura 6.2. Por otra parte, la sílice sufre transformaciones
cristalográficas durante el calentamiento: a 573 ºC (𝑐𝑢𝑎𝑟𝑧𝑜 𝛼 → 𝑐𝑢𝑎𝑟𝑧𝑜𝛽), a 870 ºC (𝑐𝑢𝑎𝑟𝑧𝑜𝛽 →
𝑡𝑟𝑖𝑑𝑖𝑚𝑖𝑡𝑎), y a 1 470 ºC (𝑡𝑟𝑖𝑑𝑖𝑚𝑖𝑡𝑎 𝑎 𝑐𝑟𝑖𝑠𝑡𝑜𝑏𝑎𝑙𝑖𝑡𝑎). La segunda transformación es muy lenta por
lo que el cuarzo
consecuencia, el volumen del ladrillo de sílice, el cual usualmente es una mezcla de las tres
modificaciones, aumenta rápidamente hasta 400 ºC, pero permanece esencialmente constante por
encima de esa temperatura. Así, la sílice proporciona buena resistencia al choque térmico a
temperatura elevada, en tanto que pueden formarse grietas considerables si el ladrillo se enfría por
debajo de 400 ºC.

11. Relacionado con el agrietamiento térmico, se tiene el desconchado o descantillado térmico. Al
desconchado se ha definido tradicionalmente como la fractura del ladrillo o bloque refractario debido
a cualquiera de las siguientes causas:
Un gradiente de temperatura en el ladrillo, debido a un enfriamiento o calentamiento no uniformes,
que es suficiente para producir tensiones de magnitud tal que puedan llegar a una rotura.
Una compresión de la estructura del refractario, debida a la expansión de la totalidad de la pieza
restringida por la estructura circundante (desconchamiento mecánico)
Una variación en el coeficiente de expansión entre las capas superficiales y el cuerpo del ladrillo,
debido a cambios estructurales o a la penetración de escorias, cenizas, etc.
Se obtiene alta resistencia al desconchado en refractarios que combinan un coeficiente de expansión
térmica pequeño con una elevada conductividad térmica y una elevada resistencia mecánica.
La resistencia al choque térmico se puede medir experimentalmente por uno de los siguientes
métodos:
Determinación del máximo salto de temperatura que puede soportar una pieza sin fracturarse al
sumergiría en agua a temperatura ambiente. Se determina por el número de sucesivos ciclos
térmicos: inmersión en agua desde una temperatura dada calentamiento, que es capaz de aguantar
sin fracturarse (vidrios y refractarios).
Determinación de un índice analítico de resistencia al choque térmico, Ir:
𝑰𝒓 =
𝒌𝑹
𝜶𝑬𝑪
Donde:
k: conductividad temica
R: carga de rotura
𝛼: coeficiente de dilatación
𝐸: módulo de Young
C: calor especifico
Una alta carga de rotura R permite soportar tensiones más altas sin fractura. Las tensiones por
dilatación o contracción son proporcionales a 𝛼.R, por lo que una reducción en este factor permite
reducir la dilatación o contracción y. por ende. Las tensiones térmicas generadas, según la ecuación.
𝜎 = −𝛿𝐸 = −𝛼𝐸∆𝑇

12. Resistencia a la oxidación y a la reducción
Los refractarios de óxidos pueden verse afectados por oxidación tanto como reducción. Bajo
condiciones fuertemente reductoras los refractarios de óxidos pueden reducirse parcialmente. Éste es
en particular el caso de los refractarios que se encuentran en contacto con metales altamente reactivos.
Por ejemplo, si se funde aluminio en un crisol de cuarzo tendrá lugar la reacción:
4 Al + 3 SiO2 = 2 Al2O3 + 3 Si
También pueden formarse compuestos volátiles: SiO a partir de refractarios de sílice y vapor de
magnesio por reducción de ladrillos de magnesita.
Para la fusión de metales menos nobles como aluminio, titanio, niobio, etc., la selección del refracta-
rio es bastante problemática. El aluminio puede fundirse en crisoles de alúmina, el titanio y niobio no
pueden fundirse en ninguno de los refractarios de óxidos conocidos sin que haya algo de reacción y
disolución de óxido debido a la fase metálica.
Resistencia a la deformación bajo carga (Creep)
La acción combinada de cargas y temperaturas elevadas da lugar a fenómenos de fluencia lenta o
creep, similares a los encontrados en los materiales metálicos: deformaciones crecientes con el
tiempo.
No obstante, en el caso de los refractarios cerámicos, los ensayos de fluencia o deformación bajo
carga se realizan siempre bajo cargas de compresión.
Los ensayos de fluencia consisten en calentar el refractario a temperatura uniforme, someterlo a una
carga de compresión constante y observar su variación en el tiempo. De esta forma se obtienen curvas
de deformación en función del tiempo.
En los ensayos estándar de resistencia bajo carga suele emplearse una carga constante de 2 Kp/crn2,
determinándose la temperatura a la cual el refractario sufre una deformación dada (nor-malmente del
0.5%), en un tiempo de 100 o 1000 horas
El ensayo se realiza normalmente en hornos eléctricos aunque también pueden utilizarse hornos de
gas con atmósfera oxidante.
Puede decirse que la resistencia a la compresión en caliente por parte de un refractario está influida
directamente por la magnitud y viscosidad de la fase vítrea. Generalmente, al aumentar la
temperatura, el cristal o el componente vítreo se conviene de forma gradual en un liquido viscoso,
aunque la temperatura inicial de ablandamiento y el rango de temperaturas donde se da la deformación
viscosa puede variar ampliamente.
Las impurezas tales como álcalis, calizas y óxidos de hierro actúan formando eutécticos de bajo punto
de fusión. Su presencia disminuye la temperatura de formación inicial de líquido y su viscosidad
incrementando la deformación.
Otros factores pueden afectar el comportamiento a alta temperatura son:

13.  Una mayor temperatura de cocción aumentará en general la resistencia porque distribuye más
uniformemente la fase vítrea.
 El aumento de porosidad disminuye la capacidad de un ladrillo para resistir la deformación bajo
carga, ya que los poros permiten la posibilidad de que un ladrillo se comprima sobre si mismo. y
también de que disminuya la cantidad de refractario disponible en un volumen dado para soportar la
presión.
Resistencia mecánica a baja temperatura
La resistencia mecánica a baja temperatura es muy superior a la que tendrá el material a alta
temperatura. No obstante, como la resistencia en frío refleja los tratamientos térmicos que un
refractario recibe en su manufactura y como estos tratamientos térmicos afectan a la porosidad,
densidad másica. refractariedad bajo carga y resistencia a la abrasión, puede obtenerse gran cantidad
de información sobre cualquier tipo de refractario cocido a partir del ensayo de resistencia, mediante
una correlación adecuada. Por esta razón los requerimientos de la resistencia en frío se utilizan a
menudo en las especificaciones de los refractarios.
Existen dos tipos de ensayos para determinar estas características:
 Ensayo de resistencia a la compresión, (similar al ensayo de tracción en metales, pero con cargas de
compresión). Los refractarios comunes presentan valores entre 150-350 kg/cm2.
 Determinación del módulo de elasticidad y carga de rotura a flexión, este ensayo no es usual en los
controles de calidad de recepción o fabricación, pero si en la investigación y desarrollo de nuevos
materiales. El ensayo más habitual es el de flexión de una probeta prismática biapoyada.
La carga de rotura a flexión viene dada por la expresión:
R = 3W1 / 2 bh2
Siendo:
R: carga de rotura a flexión (kp/cm2)
W: carga vertical aplicada (Kp)
L: longitud entre apoyos (cm)
b: ancho de la probeta (cm)
h: altura de la probeta (cm)
Se requieren unas 10 probetas para poder dar un valor medio fiable.

14. Porosidad, densidad y permeabilidad
A menos que se recurra a procesos muy costosos, todos los refractarios producidos tendrán una cierta
cantidad de poros, cuyo número, tamaño y continuidad tendrán una influencia muy importan-te en el
comportamiento del material refractario.
Hay dos tipos de porosidad, la abierta o aparente y la porosidad total.
a) La porosidad aparente es la relación entre poros abiertos en comunicación con el exterior y el
volumen total del refractario. Se mide por el volumen de agua que absorbe el refractario.
Porosidad aparente = ( V agua absorbida / V geométrico ) x 100
La porosidad total es la relación entre el volumen de todos los poros y el volumen geométrico del
refractario. Se hallará por diferencia entre el volumen geométrico y el ocupado una vez dividido
finamente en polvo (por desplazamiento de un líquido indicador tras inmersión).
Porosidad total = V poros / V geométrico x 100 = (1 – V polvo / V geométrico) x 100
Esta porosidad total, oscila normalmente entre el 10 y el 25 %.
La porosidad tiene poca relación con la permeabilidad, la cual es una medida de la tasa de difusión
de líquidos y gases a través del refractario, y de esta forma viene gobernada por el tamaño y número
de poros conectados o canales con continuidad de un lado al otro del refractario.
La permeabilidad es de una importancia decisiva en aplicaciones tales como recubrimientos de hornos
altos, donde puede ocurrir desintegración como resultado de la penetración de CO y la subsiguiente
deposición de carbono dentro del ladrillo. Existen ensayos normalizados (BS, ASTM) para
determinar la permeabilidad al aire y la resistencia al CO.
Como la porosidad puede definirse tanto una densidad aparente o bien una densidad absoluta. La
densidad aparente de los refractarios es utilizada como una indicación de la razón entre poros y sólido,
pero no tiene ningún sentido si no se refiere al peso especifico verdadero del refractario o densidad
absoluta.
Por ejemplo: la densidad aparente de un ladrillo de cromita que tiene un peso específico de 4 gr/cm3,
pero una porosidad del 25%, es todavía mucho mayor que la de un ladrillo de arcillas densas cuya
porosidad es del 10%, pero con un peso especifico de solo 2,6 gr/cm3.
Un incremento en la densidad aparente o total de un cierto refractario aumenta la resistencia mecánica
en frío y en caliente, la capacidad calorífica y la conductividad térmica.
El peso específico verdadero de un refractario cocido puede diferir sustancialmente del de las
materias primas a partir de las cuales ha sido conformado; esto es debido a la conversión de los
constituyentes minerales. Por ejemplo, la cuarcita con un peso específico de 2.65 gr/cm3 se
convierte al calentarla en cristobalita y tridimita con pesos específicos de 2.32 y 2.26 gr/cm3
respectivamente. El peso específico resultante de la sílice cocida refleja el grado de conversión y es
un ensayo muy adecuado para observar el tratamiento de cocido.

15. Capacidad calorífica y conductividad térmica
La capacidad calorífica de un refractario a una temperatura dada es función de su densidad másica
aparente y de su calor específico a dicha temperatura.
La conductividad térmica es una medida de la tasa de transmisión de calor a través del refractario.
Ambas propiedades se incrementan al aumentar la densidad másica, y de aquí que disminuyan al
aumentar la porosidad.
Los refractarios pueden ser usados para confinar, almacenar o transmitir el calor, la conductividad
térmica deseada variará en función de la aplicación. De hecho, en los refractarios comerciales es
factible obtener un amplio rango de conductividades, incluyendo los aislantes, que se obtienen
mediante un alto grado de porosidad (mínimo 45%).
Idealmente un refractario que forma una pared de un horno, deberá tener una conductibilidad térmica
muy baja para retener tanto calor como sea posible; por otra parte, si el material refractario es la pared
de una mufla o retorta calentada exteriormente, deberá tener alta conductibilidad térmica para
transmitir la mayor cantidad posible de calor hacia el interior.
A pesar de tratarse de una magnitud física perfectamente definida, la medida de la conductividad
térmica es uno de los ensayos más largos y costosos y quizás, el más sujeto a errores e imprecisiones
experimentales. Por otra parte, se trata de una propiedad muy importante en el diseño de los hornos.
El procedimiento más utilizado para medir la conductividad es aquel que utiliza el aparato
desarrollado por Patton y Norton. Se basa en hacer pasar un flujo de calor q uniforme a través de la
muestra, flujo que se mide mediante el aumento de la temperatura del agua que refrigera su otro
extremo. Una vez establecidas las condiciones de equilibrio. el coeficiente de conductividad se halla
a partir del gradiente de temperatura en la muestra para una temperatura dada en una de sus caras.
Los refractarios silico-aluminosos presentan, entre los 700 y 1400 0C, una conductividad de
prácticamente 1 Kcal/m.hr.0C. La alta alúmina presenta valores de 2 Kcal/m.hr.0C, aunque en
ocasiones puede alcanzar valores tres veces superiores.
Los materiales básicos presentan en general una conductividad mayor: de 2,5 Kcal/m.hr.0C para la
magnesia a 1000 0C, y entre 1.5 y 2.5 Kcal/m.hr.0C para la dolomía estabilizada.
Los refractarios de SiC son casos excepcionales, con conductividades entre 4-10 Kcal/m.hr.0C.
Todavía son superiores los de grafito, con conductividades de unos 50-100 Kcal/m.hr.0C.
6.2.10
Conductividad eléctrica
La conductividad del refractario es muy importante cuando se usa en hornos eléctricos. El grafito y
los metales son los únicos buenos conductores de la electricidad entre los refractarios, todos los
demás son aislantes. El grafito es un material muy refractario y se utiliza como electrodo y en el
encofrado para todos los hornos eléctricos de alta temperatura.

16. Referencias
 Vanini, T., Metalurgia General; UNMSM, Lima, Perú, 1985.
 Schumann, R., Ingeniería Metalúrgica, Volumen I.
 Rosenqvist, T., “Fundamentos de metalurgia Extractiva”, Limusa, México, 1987.
 Rovira Pereira, Abelardo; “Metalurgia General”, Editorial Dossat SA; Madrid, 1970.
 M. Gutierrez, F. Barbés, G. Goñi, A. Alfonso, R. Parra, L. Verdeja. “Los ensayos de corrosión de
refractarios en laboratorios y el MDN”; VIII Congreso Nacional de Propiedades Mecánicas de Sólidos,
Gandía 2002.
 P. Ruz, M. Rosales, A. Moyano; “Fenómenos de impregnación en materiales refractarios”; Ac-tas del XI
Congreso Nacional de Metalurgia y Ciencia de Materiales; La Serena – Chile, 2000.
 De Aza, “Materiales refractarios”, CSIC – ICV; 3º Congreso Peruano de Ingeniería de Materia-les,
Arequipa – Perú, 2004.