Determinación experimental y termodinámica de la influencia de la relación Al/C en la microquímica y microestructura de materiales de MgO-C-Al

Abstract

En el presente trabajo se ha establecido entre 1100º y 1800ºC la microquímica y microestructura de materiales de MgO-C-Al con elevado contenido en MgO y para diferentes relaciones Al/C, en condiciones fuertemente reductoras. Los resultados experimentales obtenidos se han discutido en función de la estabilidad termodinámica de las diferentes fases del sistema MgO-C-Al, determinadas teóricamente a distintas temperaturas y presiones parciales de Mg(g), Al(g) y CO (g). La combinación de ambos estudios, ha permitido realizar una descripción completa del proceso de reacción que tiene lugar en las composiciones estudiadas. Palabras clave: Magnesia, grafito, aluminio, estabilidad termodinámica, relación Al/C.Experimental and thermodynamic analysis of the Al/C ratio on the microchemistry and microstructure of MgO-C-Al materials.The microchemistry and microstructure of MgO-C-Al materials with high magnesia content and different Al/C ratio have been established between 1100º and 1800ºC, under strong reducing condition. The experimental results have been discussed as a function of thermodynamic stability of different phases of the MgO-C-Al system, theoretically determined at different temperatures and partial pressures of Mg(g), Al(g) and CO(g). Both studies have allowed established a complete description of the reaction process in all compositions studied. Keywords: Magnesium oxide, graphite, aluminium, thermodynamics stability, Al/C ratio INTRODUCCIóNEl desarrollo de materiales compuestos oxido/no óxido intenta conjugar las excelentes propiedades físico-químicas a alta temperatura de los óxidos con la mejora de las propiedades termomecánicas, resistencia a la corrosión y conductividad térmica que confieren los no óxidos.Los refractarios de MgO-grafito presentan, por tanto, la elevada refractariedad del MgO con la mejora de las propiedades termomecánicas y el aumento de la resistencia a la corrosión química que aporta el grafito. Sin embargo su empleo está limitado en gran medida por la oxidación del grafito que reduce drásticamente la vida útil del material.(1,2).Con el fin de evitar la oxidación del grafito es usual la incorporación de aditivos de carácter antioxidante al material para fijar el oxigeno, por formación del oxido correspondiente, disminuyendo así la presión parcial de oxígeno, potenciando al mismo tiempo la reducción paralela del monóxido de carbono y la precipitación de carbono. Uno de los primeros elementos empleados para esta función y el de uso más extendido en la actualidad es el aluminio (3,4) aunque también se emplean el Si y el Mg(5), aleaciones de Mg-Al, carburos varios (B 4 C, SiC)(2) y carburos de aluminio tipo Al 8 B 4 C 7 (6).La inclusión de polvos metálicos como Al en la formulación de materiales de MgO-C es por tanto, una práctica común en la actualidad (3,4,7). Su reacción con los constituyentes del refractario(8) y los de la atmósfera en equilibrio dan lugar a nuevas fases que mejoran las propiedades mecánicas del material (9,10). Por otro lado, el proceso de reacción del Al ayuda a reducir...