Introducción
Alúmina fundida blanca (WFA)es un material industrial de alúmina fundida producido por fusión por arco eléctrico de alúmina calcinada. Se utiliza en aplicaciones abrasivas y refractarias seleccionadas donde propiedades como la composición química, la dureza, las características de las partículas y el comportamiento a altas temperaturas pueden ser relevantes.
La evaluación de WFA puede ocurrir en dos niveles distintos:
1. Caracterización del propio grano o polvo de WFA
2. Prueba de una herramienta abrasiva o formulación refractaria que contiene WFA
Estas no son medidas intercambiables de la calidad de WFA. La caracterización del material describe el grano o polvo suministrado, mientras que las pruebas a nivel de aplicación evalúan el comportamiento de un sistema abrasivo o refractario completo en condiciones definidas.
Caracterización de materiales frente a pruebas a nivel de aplicación
La caracterización a nivel de material cubre propiedades y especificaciones medidas en grano o polvo WFA. Dependiendo del grado del producto y el uso previsto, estos pueden incluir el tamaño de partícula o la designación del grano, la composición química, la densidad aparente, la morfología de las partículas y la dureza como característica del material de referencia.
Las pruebas a nivel de aplicación evalúan un producto o formulación que contiene WFA. Los ejemplos incluyen la relación de rectificado y la rugosidad de la superficie de la pieza de trabajo para sistemas abrasivos y la refractariedad bajo carga (RUL) o pruebas de corrosión para cuerpos refractarios. Estos resultados dependen de la herramienta completa o de la formulación refractaria, el procedimiento de prueba y la pieza de trabajo o el entorno de servicio en lugar de solo del grano WFA.
Análisis de tamaño de partículas y clasificación de arena
El tamaño de las partículas es un parámetro importante de la especificación WFA. Su importancia depende de la aplicación abrasiva o refractaria prevista, el diseño del producto y las condiciones de procesamiento. ningún solterodistribución del tamaño de partículases óptimo para cada aplicación.
Clasificación basada en tamices
Para grados apropiados de granos abrasivos más gruesos, la clasificación basada en tamices es un enfoque estándar. Se pasa una muestra representativa a través de una serie de tamices con aberturas definidas y la masa retenida en los tamices correspondientes se utiliza para evaluar la distribución del tamaño de grano.
Diferentes rangos de tamaño de partículas y sistemas de clasificación de abrasivos pueden utilizar diferentes procedimientos de medición o clasificación. Las designaciones de malla, los valores medidos del tamaño de partículas y las designaciones de granos abrasivos describen características relacionadas pero diferentes y no deben asumirse como directamente equivalentes.
Para los granos abrasivos aglomerados, la norma ISO 8486-1 cubre los macrogranos F4 a F220, mientras que la ISO 8486-2 cubre los microgranos F230 a F2000 dentro de los alcances definidos por esas normas.
Difracción láser para polvos finos
Se puede utilizar la difracción láser para caracterizar polvos WFA más finos. En este método, las partículas dispersas interactúan con un rayo láser y el patrón de dispersión de luz resultante se utiliza para calcular una distribución del tamaño de las partículas mediante un modelo óptico.
El tamaño informado se basa en una representación de esfera equivalente en lugar de una medición directa de la geometría tridimensional de cada partícula irregular. Por lo tanto, los resultados pueden depender de la preparación de la muestra, las condiciones de dispersión, la aglomeración, la configuración óptica y el procedimiento de medición.
ISO 13320:2020 proporciona un marco general para el análisis del tamaño de partículas mediante difracción láser. Es un estándar de método de medición y por sí solo no define los grados de grano abrasivo WFA.
Por qué los métodos de tamaño de partículas no son intercambiables
La clasificación basada en tamices y la difracción láser funcionan según diferentes principios de medición y sus resultados no deben considerarse directamente intercambiables.
Por ejemplo, un D50 obtenido por difracción láser es un parámetro estadístico dentro de una distribución de tamaño de partícula medida. No es automáticamente equivalente a una designación de grano F, grano P u otra designación de grado abrasivo.
Por lo tanto, los datos sobre el tamaño de las partículas deben interpretarse junto con el método de prueba, el parámetro informado, el sistema de clasificación y la especificación del producto aplicable.
Densidad aparente
La densidad aparente es la masa de una cantidad de grano abrasivo dividida por el volumen que ocupa en las condiciones de prueba especificadas. Debido a que el resultado depende de la forma en que se introduce el material en el recipiente de medición, se debe indicar el procedimiento aplicable cuando se comparan los valores de densidad aparente.
La densidad aparente es distinta de la densidad aprovechada y de las mediciones de densidad del material, como la densidad esquelética o verdadera.
Para los granos abrasivos, la norma ISO 9136-1:2004 especifica un método de prueba de densidad aparente para macrogranos, mientras que ISO 9136-2:1999 aborda los microgranos. Su uso debe seguir el alcance de materiales y tamaños definido en las normas respectivas.
Un valor de densidad aparente más alto no debe interpretarse automáticamente como un rendimiento superior del material o de la aplicación. El resultado puede verse influenciado por la distribución del tamaño de las partículas, la morfología y el procedimiento de medición especificado.
Morfología de partículas
Morfología de partículasCuando sea pertinente, también podrán evaluarse las características de la forma del grano y de la superficie.
La morfología puede interactuar con la distribución del tamaño de las partículas y otras variables del material para influir en la manipulación del polvo, el comportamiento del empaque y el comportamiento del contacto abrasivo. Por lo tanto, debería considerarse junto con otras características de calificación en lugar de utilizarse como un indicador independiente de desempeño.
Composición química y perfiles de óxido.
La composición química es un área importante de especificación de grados de la WFA. El WFA se compone predominantemente de óxido de aluminio (Al2O3), mientras que las concentraciones de componentes secundarios varían según el grado y las especificaciones del producto.
Dependiendo del grado, la química reportada puede incluir parámetros como Na2O, SiO2, Fe2O3 y TiO2. Estos ejemplos no son exhaustivos y los límites de composición relevantes dependen de la especificación del producto aplicable.
La fluorescencia de rayos X (XRF) se utiliza comúnmente para el análisis elemental, y los resultados analíticos frecuentemente se informan como concentraciones equivalentes de óxido. También se pueden utilizar métodos químicos húmedos para analitos seleccionados utilizando procedimientos analíticos y de preparación de muestras apropiados para el material y el componente objetivo.
La composición química debe evaluarse según los requisitos del grado WFA especificado y la aplicación prevista. Un valor más alto de Al2O3 por sí solo no establece un rendimiento abrasivo o refractario superior.
Dureza como característica del material
Durezaes una característica del WFA asociada con su estructura de corindón o alfa-alúmina. Puede usarse como propiedad del material de referencia, pero no es necesariamente una prueba de rutina específica de lote para cada grado comercial de WFA.
Al corindón comúnmente se le asigna una dureza de aproximadamente 9 en la escala de Mohs. La escala de Mohs es ordinal en lugar de lineal, por lo que las diferencias numéricas entre niveles adyacentes no deben interpretarse como diferencias cuantitativas iguales en dureza.
También se puede medir la dureza de indentación Vickers, pero no es una prueba directa de polvos sueltos y requiere una muestra adecuadamente preparada, como un grano montado y pulido o una superficie de material preparada. Los valores informados dependen de factores como la preparación de la muestra y las condiciones de la prueba.
Pruebas abrasivas a nivel de aplicación
Relación de molienda
La relación de rectificado, comúnmente conocida como relación G, es una métrica utilizada para evaluar el comportamiento de la muela en condiciones definidas. Comúnmente se expresa como el volumen de material eliminado de la pieza de trabajo en relación con el volumen de desgaste de la muela.
La relación G no es una propiedad intrínseca del grano WFA. Depende de la especificación completa de la rueda, el material de la pieza de trabajo, los parámetros operativos, las condiciones del refrigerante, la práctica de rectificado y otras variables del proceso.
Una relación G más alta indica que se elimina más material de la pieza de trabajo en relación con el desgaste de la rueda en las condiciones de esa prueba en particular. Debe interpretarse junto con el comportamiento de eliminación de material requerido, la condición de la superficie y los requisitos del proceso en lugar de tratarse como una medida universal de la calidad del abrasivo.
Rugosidad de la superficie
La rugosidad de la superficie es otro resultado a nivel de aplicación que se puede medir después del pulido o acabado. Se puede utilizar perfilometría óptica o de contacto y, cuando corresponda, se pueden informar parámetros como Ra.
La rugosidad de la superficie está influenciada por la herramienta abrasiva, la pieza de trabajo, la especificación del grano, los parámetros del proceso y el método de medición. Un valor de rugosidad más bajo no es inherentemente preferible en todas las aplicaciones; Los criterios de aceptación dependen de la condición de la superficie requerida y del objetivo de fabricación.
Pruebas refractarias a nivel de aplicación
Refractariedad bajo carga
La refractariedad bajo carga (RUL) evalúa el comportamiento de deformación de un producto refractario conformado bajo una carga de compresión específica a medida que aumenta la temperatura.
Según un procedimiento de prueba definido, los cambios dimensionales en la muestra refractaria se miden en función de la temperatura. ISO 1893:2007 especifica un método diferencial para determinar la refractariedad bajo carga de productos refractarios conformados bajo temperatura en aumento progresivo.
Por lo tanto, RUL es una propiedad del cuerpo refractario y no una prueba de rutina de grano WFA suelto. Los resultados dependen de la formulación refractaria completa, la porosidad, el sistema de fases y aglutinantes, el historial de procesamiento y las condiciones de prueba.
Pruebas de resistencia a productos químicos y escoria
Las pruebas de corrosión química o de escoria evalúan la interacción entre una formulación refractaria terminada y un medio corrosivo específico en condiciones de exposición definidas.
Los resultados pueden depender de la composición refractaria, la porosidad, la distribución de fases, la química del medio corrosivo, la temperatura, la atmósfera, la duración de la exposición y el procedimiento de prueba. Estos resultados caracterizan el sistema refractario y no deben atribuirse únicamente al contenido de WFA.
Lo que los compradores deben verificar en un TDS o COA
Para fines de adquisición y especificaciones, la información relevante de un producto WFA depende de su grado y uso previsto.
La documentación y los datos útiles pueden incluir:
- Grado WFA y forma del producto.
- Composición química
- Designación del tamaño del grano o de las partículas
- Distribución del tamaño de partículas y método de medición.
- Norma de clasificación de abrasivos aplicable
- Densidad aparente cuando sea relevante
- Morfología de las partículas cuando sea relevante.
- Datos de prueba específicos de la aplicación cuando sea necesario
- Ficha Técnica (TDS)
- Certificado de Análisis (COA)
- Ficha de datos de seguridad (SDS)
Un TDS generalmente proporciona información técnica típica o nominal sobre un producto, mientras que un COA informa resultados analíticos o de inspección específicos para un lote o lote en particular. Una SDS proporciona información sobre seguridad y comunicación de peligros.
No todos los parámetros o documentos son necesarios para todos los productos WFA. Los criterios de aceptación deben basarse en la especificación de grado aplicable, los requisitos acordados con el cliente y la aplicación prevista.
Por qué es importante la comparabilidad de los métodos de prueba
Una comparación significativa de los valores de prueba requiere métodos de medición y condiciones de prueba suficientemente comparables.
Por ejemplo:
- Las mediciones del tamaño de partículas mediante tamiz y difracción láser no son directamente intercambiables.
- Los valores de densidad aparente deben compararse utilizando procedimientos compatibles.
- Los resultados de dureza dependen del método de dureza y de la preparación de la muestra.
- La relación G depende de la muela, la pieza de trabajo y las condiciones de funcionamiento.
- Los resultados de RUL se aplican al cuerpo refractario probado y al procedimiento de prueba definido.
Por lo tanto, un valor numérico sin su método de medición o contexto de prueba puede proporcionar una base incompleta para comparar grados de WFA o sistemas que contienen WFA.
Conclusión
La alúmina fundida blanca se puede evaluar tanto a nivel de material como de aplicación. El tamaño de partícula o la especificación de grano, la composición química, la densidad aparente, la morfología y las características de dureza de referencia describen el grano o el polvo de WFA en sí.
La relación de rectificado, la rugosidad de la superficie de la pieza de trabajo, la refractariedad bajo carga y la resistencia a la escoria o la corrosión describen el comportamiento de herramientas abrasivas o sistemas refractarios que contienen WFA en condiciones específicas.
Para lograr una comparación significativa, los compradores e ingenieros deben evaluar los resultados de las pruebas junto con el método relevante, el estándar de clasificación, la especificación del producto y los requisitos de aplicación en lugar de confiar en valores numéricos aislados.
Referencias
- Organización Internacional de Normalización. Norma ISO 8486-1:1996. Abrasivos aglomerados. Determinación y designación de la distribución granulométrica. Parte 1: Macrogranos F4 a F220.
- Organización Internacional de Normalización. Norma ISO 8486-2:2007. Abrasivos aglomerados. Determinación y designación de la distribución granulométrica. Parte 2: Microgranos F230 a F2000.
- Organización Internacional de Normalización. Norma ISO 13320:2020. Análisis del tamaño de partículas - Métodos de difracción láser.
- Organización Internacional de Normalización. Norma ISO 9136-1:2004. Granos abrasivos - Determinación de la densidad aparente - Parte 1: Macrogranos.
- Organización Internacional de Normalización. Norma ISO 9136-2:1999. Granos abrasivos - Determinación de la densidad aparente - Parte 2: Microgranos.
- Organización Internacional de Normalización. Norma ISO 1893:2007. Productos refractarios - Determinación de la refractariedad bajo carga - Método diferencial con aumento de temperatura.
- Malkin, S. y Guo, C. (2008). Tecnología de rectificado: teoría y aplicaciones del mecanizado con abrasivos. 2da ed. Prensa industrial.
- Schafföner, S., Dietze, C., Möhmel, S., Fruhstorfer, J. y Aneziris, CG (2017). Refractarios que contienen agregados de alúmina fusionados y sinterizados: investigaciones sobre procesamiento, distribución del tamaño de partículas y morfología de las partículas. Cerámica Internacional, 43(5), 4252–4262. DOI: 10.1016/j.ceramint.2016.12.067.