El paso crucial de la pasta verde al ladrillo terminado: Un análisis exhaustivo del proceso de cocción y descarga de ladrillos refractarios de alta calidad

La transformación de los ladrillos refractarios, de pastas verdes formadas a productos terminados, depende de los procesos de cocción y descarga. El proceso completo de cocción generalmente incluye tres etapas principales: carga del horno, cocción a alta temperatura y descarga del horno. Este proceso no solo determina la densidad, la resistencia y la estabilidad volumétrica del producto, sino que también afecta directamente la precisión dimensional, la calidad de la apariencia y el rendimiento, lo que lo convierte en la etapa central más exigente técnicamente en la fabricación de productos refractarios.

I. Carga del horno: La etapa fundamental que determina la calidad de la cocción

El dicho de la industria "siete partes de apilamiento, tres partes de cocción" enfatiza la influencia decisiva de la calidad de la carga del horno en los resultados de la cocción. La carga del horno implica la disposición científica de las pastas verdes de ladrillo en el horno según la estructura y el régimen térmico del horno. El objetivo principal es optimizar la distribución del flujo de aire, garantizar una transferencia de calor uniforme y lograr un equilibrio entre calidad, rendimiento y consumo energético.

La carga del horno requiere primero determinar un método de apilamiento razonable según el tipo y la forma de los ladrillos. La altura de apilamiento varía según el material; por ejemplo, los ladrillos de magnesia y los de alto contenido de alúmina suelen apilarse a una altura de 1 a 1,1 metros, los de sílice pueden alcanzar de 1 a 1,7 metros y los de arcilla se encuentran entre ambos. La mayoría de los tipos de ladrillos se apilan en plano, mientras que los de sílice suelen apilarse verticalmente y los de arcilla pueden apilarse de lado. La proporción de ladrillos estándar y de formas especiales en la vagoneta del horno suele ser de 6:4, con los ladrillos estándar colocados en la parte inferior y los de formas especiales en la superior. Para los tipos de ladrillos especiales propensos a agrietarse, se debe utilizar un método de protección de "ladrillo sobre ladrillo".

Para garantizar la calidad, se debe aumentar al máximo la densidad de apilamiento para mejorar la producción de un solo horno y reducir el consumo de combustible. Sin embargo, la densidad de apilamiento debe ajustarse a los principios de distribución del flujo de aire, con dos parámetros clave a controlar: el valor K y el valor m. El valor K es la relación entre el área del canal exterior y el área del canal interior. Para ladrillos de arcilla y sílice, generalmente se controla entre 1,3 y 1,6, y para ladrillos con alto contenido de alúmina y productos de magnesia, entre 1,3 y 1,4. Un valor K demasiado bajo afectará la distribución de la llama, mientras que un valor demasiado alto puede provocar una cocción insuficiente en el centro. El valor m es el porcentaje del área efectiva del canal respecto al área de la sección transversal del horno. Para ladrillos de arcilla y sílice, generalmente es del 25 al 35 %, y para ladrillos con alto contenido de alúmina y productos de magnesia, es del 35 al 50 %. Cuanto mayor sea el valor m, menor será la resistencia al flujo de aire, pero la cantidad de ladrillos cargados disminuirá en consecuencia. 

Además, la operación de carga del horno debe garantizar que las pilas de ladrillos sean planas, estables y rectas para evitar deformaciones a altas temperaturas. Para evitar la adhesión de los ladrillos y reducir la deformación, se debe distribuir uniformemente de 0,5 a 3 mm de arena de relleno entre cada capa de ladrillos. Los diferentes tipos de ladrillos utilizan diferentes materiales de arena de relleno, como arena de sílice o bauxita para ladrillos de arcilla y ladrillos con alto contenido de alúmina, arena de sílice residual para ladrillos de sílice y arena de magnesia o cromita para ladrillos de magnesia.

II. Cocción a Alta Temperatura: El Proceso Fundamental de la Densificación Estructural

La cocción es una etapa crítica en la formación de la estructura final y el rendimiento de los ladrillos refractarios. En condiciones de alta temperatura, las piezas brutas de los ladrillos experimentan una serie de cambios físicos y químicos, que incluyen la eliminación de humedad, la descomposición mineral, la formación de una nueva fase, la formación de una fase líquida y la densificación por sinterización.

El proceso de cocción completo suele dividirse en una etapa de calentamiento, una etapa de mantenimiento de temperatura máxima y una etapa de enfriamiento.

Durante la etapa de calentamiento, se elimina la humedad residual y el agua cristalina, la materia orgánica se quema y se descompone, y algunos minerales experimentan transiciones de fase, lo que provoca una disminución temporal de la resistencia del ladrillo. Cuando la temperatura alcanza la temperatura de formación de la fase líquida, se mejora la difusión de la fase líquida y la transferencia de masa, y las partículas se aproximan entre sí por la acción de la tensión superficial, logrando la densificación por sinterización.

Durante la etapa de mantenimiento a la temperatura máxima de cocción, tienden a completarse diversas reacciones, las fases cristalinas crecen completamente y las temperaturas internas y superficiales del producto tienden a ser constantes, logrando la homogeneización estructural. Cuanto mayor sea el tamaño del ladrillo y mayor la densidad de carga del horno, mayor será el tiempo de mantenimiento requerido.

La etapa de enfriamiento es un proceso de estabilización de la estructura y transformación de fase. Durante esta etapa, ocurren fenómenos como la transformación cristalina, la solidificación de la fase vítrea y la formación de microfisuras. El régimen de enfriamiento afecta directamente la resistencia y la resistencia al choque térmico del producto.

El régimen de cocción incluye la temperatura máxima, la velocidad de calentamiento, el tiempo de mantenimiento, la velocidad de enfriamiento y el control de la atmósfera del horno. La temperatura de cocción depende principalmente de las propiedades y la pureza de las materias primas. La temperatura de referencia general es aproximadamente 0,8 veces el punto de fusión de los minerales principales, y las materias primas de alta pureza generalmente requieren temperaturas de cocción más altas. Los materiales en polvo fino, debido a su gran superficie específica, pueden promover la sinterización y reducir moderadamente la temperatura de cocción.

La atmósfera del horno también afecta el rendimiento del producto. Los ladrillos de arcilla se cuecen principalmente en una atmósfera oxidante para mejorar su refractariedad; los ladrillos de sílice a menudo utilizan una atmósfera reductora para mejorar la mineralización; y los productos que contienen carbono deben cocerse en una atmósfera aislada del aire o con nitrógeno controlado para evitar la oxidación del carbono. El régimen de cocción también está estrechamente relacionado con el tipo de horno. Los hornos de tiro descendente grandes generalmente requieren un calentamiento lento y tiempos de mantenimiento más largos para garantizar una temperatura uniforme.

Un régimen de cocción razonable se basa en cálculos teóricos y experiencia de producción, y es clave para controlar la tasa de rechazo y estabilizar la calidad del producto.

III. Descarga del horno: El último eslabón para garantizar el rendimiento del producto

La descarga del horno es el proceso de retirar los productos completamente enfriados del horno o del carro del horno. Aunque este paso tiene una baja dificultad técnica, el grado de estandarización operativa afecta directamente la calidad de la apariencia del producto terminado.

Durante la descarga, los productos deben manipularse con cuidado para evitar defectos como astillamientos y grietas causadas por colisiones. Los diferentes tipos de ladrillos deben apilarse por separado y etiquetarse claramente para evitar confusiones durante la inspección posterior debido a sutiles diferencias de tamaño. Los ladrillos de herramientas deben clasificarse por separado para su reutilización en la carga posterior del horno. Al mismo tiempo, se deben seguir estrictamente los procedimientos de operación de seguridad y se deben implementar medidas de protección laboral.

La cocción y la descarga de ladrillos refractarios son los eslabones técnicos más críticos en el proceso de transformación del cuerpo verde al producto terminado. Una carga científica del horno garantiza una distribución uniforme del calor, la cocción a alta temperatura logra la densificación estructural y la descarga estandarizada garantiza la calidad de la apariencia. Estos tres aspectos están interconectados y determinan conjuntamente el rendimiento integral y la estabilidad del producto. Un control adecuado de cada proceso es la base fundamental para lograr una producción a gran escala y estable de productos refractarios de alta calidad.