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Celebramos los 50 años de laboratorio de cerámica de KELLER HCW

Introducción

La calidad de las materias primas utilizadas constituye el fundamento de la calidad de un producto de cerámica estructural. Para diseñar de forma óptima una instalación de producción es necesario obtener datos pertinentes y precisos sobre las materias primas utilizadas. Es por eso que se someten las materias primas y/o mezclas preparadas de nuestros clientes a extensas pruebas en el laboratorio de cerámica interno de Keller HCW ya durante la fase de planificación del proyecto. Gracias al estrecho vínculo con la práctica, se puede ajustar el diseño de una instalación de manera óptima a los requisitos de las materias primas. De los datos cerámicos determinados también se pueden extraer conclusiones valiosas para la optimización de plantas existentes. Estaremos encantados de llevar a cabo todas las pruebas aquí descritas para usted si nos lo pida. De esta manera podremos proporcionarle datos valiosos para el funcionamiento y la optimización de su planta.

En la práctica, esto significa para usted:

  • Propiedades optimizadas del producto
  • Consumo de energía minimizado
  • Tiempos de ejecución más cortos
  • Mayor productividad

Nuestra gama de servicios

Exploración y muestreo de nuevas canteras y/o muestreo de canteras existentes

Cuando se construye una nueva fábrica cerámica en una nueva ubicación, es necesario explorar el nuevo terreno de la cantera y tomar muestras representativas de arcilla. Junto con geólogos y, si es necesario, un grupo de ingenieros de perforación llevamos a cabo la exploración. Según las condiciones geográficas y geológicas en el sitio, se pueden hacer sugerencias para la extracción del yacimiento, su drenaje y el almacenamiento y la mezcla óptimos de las materias primas extraídas. Las muestras de perforación o prospección extraídas se examinan por su comportamiento cerámico-tecnológico con el fin de desarrollar una mezcla preparada óptima y diseñar la planta planificada.

Desarrollar y/u optimizar mezclas preparadas

Por varias razones, puede ser necesario desarrollar nuevas mezclas de arcilla u optimizar las mezclas preparadas ya existentes. Ya sea que se vayan a desarrollar nuevos productos con propiedades especiales o que se vayan a mejorar los productos existentes en términos de calidad, que se agoten los yacimientos existentes o que se mejore la rentabilidad de las mezclas existentes conservando las mismas propiedades: en cualquier caso, podemos ayudar con las investigaciones adecuadas y nuestros muchos años de experiencia.

Análisis de mezclas de arcilla ya utilizadas en una fábrica

Incluso con una mezcla preparada existente, los análisis realizados en el laboratorio de cerámica de Keller HCW pueden proporcionar indicaciones valiosas para la optimización de los procesos de fabricación o la calidad del producto. En cualquier caso, se determinan los datos cerámico-tecnológicos de la mezcla para el moldeo, el secado y la cocción. Y con la ayuda de estos datos, es posible optimizar el proceso de fabricación.

La preparación

Varios agregados están disponibles en el laboratorio de cerámica de Keller HCW para la preparación. El objetivo es diseñar la línea de moldeo, existente o futura, con la mayor precisión posible a escala de laboratorio.

Sustancias duras se pueden desmenuzar previamente mediante una trituradora de mandíbula. La preparación fina puede ser una preparación por vía seca con un molino de impacto de palas con varias salidas de tamiz o una preparación por vía semi-húmeda a través de laminadores con separaciones entre los cilindros ajustables de hasta 0,5 mm. Las muestras se mezclan y se humedecen en una amasadora-mezcladora, lo que garantiza que no se produzcan cambios de grano debidos a la alta energía de mezcla. El contenido de agua de amasado de las mezclas que se pretende extruir se ajusta de tal manera que se alcance la rigidez de extrusión (valor penetrométrico) planificada para el posterior proceso de producción. Son posibles valores penetrométricos entre 1,0 kg/cm² y 3,5 kg/cm².

El moldeo

En 2009, se modificó la extrusora de laboratorio existente para hacer posible determinar el comportamiento de la mezcla durante el proceso de extrusión. Ahora se miden y registran digitalmente el torque requerido para la extrusión, la velocidad de la hélice, la velocidad de extrusión y la acumulación o reducción de la presión de la mezcla en el cilindro de la extrusora y en un cilindro de medición. Con estos datos se puede realizar un cálculo de simulación, en función del cual se puede optimizar la geometría de la extrusora en cuanto al paso de la hélice, longitud de contrapresión y capacidad de acumulación de presión. También se pueden sacar conclusiones sobre el torque esperado, la presión de extrusión y la velocidad necesaria de la hélice.

El secado / la cocción

Durante los análisis que siguen se producirán varias probetas para los ensayos de secado y cocción. Los análisis se basan en gran medida en ensayos prácticos. Sobre la base de análisis químicos, análisis de eluatos, la distribución granulométrica y, si corresponde, también una determinación de los componentes minerales se determina la información adicional sobre las propiedades físicas y químicas, que complementa, en caso necesario, los resultados de los análisis cerámicos.

En las probetas producidas se determinan el contenido de agua de amasado requerido para el moldeo, la contracción durante el secado, la sensibilidad a fisuras de secado, la resistencia mecánica a la flexión del material seco y resistencia mecánica a la flexión del material seco con humedad de equilibrio. Al mismo tiempo, se registran el curso de la deshidratación y la contracción por secado, la llamada curva de Bigot y la conductividad de la humedad de la respectiva estructura capilar.

Las probetas se queman en hornos eléctricos con una tasa de calentamiento de 180 K/h y un tiempo de mantenimiento a temperatura útil para la cocción en el horno de 3 horas.

El nivel de temperatura útil de cocción depende del producto deseado y de las propiedades de la materia prima y varia entre aproximadamente 840 y  1300 °C, como máximo. Ya que para la posterior puesta en marcha y la operación de la planta es importante conocer los posibles márgenes de actuación, hacemos ensayos de cocción a cinco temperaturas diferentes. Los datos obtenidos también se pueden utilizar para determinar la calidad que se espera en la fábrica en cuanto a tolerancias dimensionales, desviaciones de color, los valores de absorción de agua y de la resistencia a la compresión y la carga de rotura a la flexión.

Mediante las probetas cocidas se pueden determinar y documentar todos los defectos de cocción que pueden presentarse, tales como el hinchazón, los grumos/el derretimiento, descamaciones o eflorescencias, de modo que se puedan incluir las medidas adecuadas en el diseño de la planta, por ejemplo, la adición de bario. De estos valores, que han sido determinados en pequeña escala pero utilizando una tecnología comparable, se pueden derivar las conclusiones necesarias para la planificación y el posterior funcionamiento de la planta.

El secadero de ensayo / el horno de gas

Los análisis realizados a escala de laboratorio pueden ser refinados utilizando nuestro secadero de ensayo para secar los recién moldeados productos verdes provenientes de su propia producción. El secadero de ensayo es un contenedor móvil de 20 pies con una cámara de secado de aproximadamente 1,5 x 1,8 x 1,7 m (ancho x alto x profundo), que se puede equipar con todos los dispositivos de distribución de aire contenidos en la oferta de Keller HCW. Este secadero puede ser utilizado en el laboratorio en Laggenbeck. Pero si es posible, será transportado a la fábrica cerámica ya existente de nuestros clientes donde será instalado cerca de la línea de moldeo. Los productos verdes utilizados para los análisis entonces no sólo son formados de la mezcla preparada utilizada en la fábrica del cliente, sino que también presentan las tensiones y texturas típicas del respectivo proceso de moldeo. Además, se secan en los portaladrillos existentes o planificados para el futuro. Además, para cada ensayo de secado se pueden utilizar piezas húmedas obtenidas en el momento inmediato después de la extrusión.

De esta manera, se puede determinar los posibles tiempos de secado y la curva de secado exacta con mucha más precisión. En función de los errores que pueden ocurrir durante los ensayos de secado, se pueden hacer ajustes en la curva de secado, la herramienta de moldeo o también el portaladrillo.

Por regla general, las piezas crudas secas son muy fáciles de transportar. Por eso hacemos los ensayos de cocción aquí en nuestro laboratorio de cerámica en Laggenbeck, en un horno estacionario de cámaras alimentado por gas. Durante los ensayos de cocción, es posible cambiar la atmósfera del horno para poder realizar pruebas en atmósfera oxidante así como en atmósfera reductora.

Los ensayos de cocción en el horno de gas también se hacen con productos secos originales. Por lo tanto, los posibles defectos, que incluso pueden tener su origen en pasos de producción anteriores, como corazones negros, grietas, manchas de color, deformaciones, etc., también pueden registrarse con mayor precisión y, de ser posible, eliminarse mediante los ajustes apropiados en el régimen de cocción.

En el caso de mezclas cerámicas que tienden a reabsorber agua, es importante que se retiren las piezas del secadero antes de que estén completamente secos para después cocerlas en el horno. El secado final de estos productos se hace en un secadero eléctrico de laboratorio inmediatamente antes de la cocción.

Medimos datos relevantes para la calidad y el medioambiente en su fábrica

Junto con el departamento de ingeniería de procesos medimos durante la puesta en marcha, y también más tarde, en las instalaciones que ya están en funcionamiento, muchos valores relevantes para el medioambiente y la calidad.

Esto incluye el registro de dimensiones y pesos durante los diversos pasos de producción, pero también medimos la contracción, la temperatura y la humedad del aire, la velocidad del flujo de aire y la temperatura del producto cerámico durante el secado.

Durante la cocción, se puede utilizar un carro de medición especialmente equipado (suelen estar disponibles en las fábricas) para registrar las temperaturas de los productos durante su paso por el horno y, por lo tanto, la igualación de temperatura a través de la sección transversal de la carga. De ello se pueden derivar medidas apropiadas para optimizar la curva de cocción.

Además son posibles mediciones simples de contaminantes como azufre, flúor y cloro en las tuberías de aire caliente y gases de combustión en el horno.

¿Qué cantidades de muestras se necesitan?

  • Se requiere una cantidad mínima de aproximadamente 20 kg de muestra para el análisis específico de Keller HCW de una mezcla operativa preparada. Esta debe ser tomada antes de su entrada a la extrusora. Idealmente, se toma la muestra directamente antes de la amasadora de dos ejes en la extrusora.
  • Para llevar a cabo una medición de extrusión, se requiere una cantidad de muestra de aproximadamente 120 kg, ya que solo se puede usar material recién preparado y no evacuado para esta medición.
  • Dependiendo de la complejidad de los trabajos involucrados, necesitamos entre 50 y 200 kg de las materias primas individuales para desarrollar una mezcla preparada. Los gastos necesarios y la información requerida sobre las materias primas deben coordinarse previamente con el laboratorio de cerámica de Keller HCW.
  • Los ensayos de secado en el secadero de ensayo suelen ser hechos en el sitio, o sea en la planta del cliente. Si esto no es posible, deben coordinarse conjuntamente las cantidades de muestra necesarias y cuyo transporte.
  • Para los ensayos de cocción en el horno de gas, se necesitan entre 50 y 100 piezas crudas secas, dependiendo de la carga que se planifica. Es esencial que se retiren estas piezas del proceso de secado con una humedad residual de > 5 a 10 % antes del secado final, a fin de evitar una reabsorción de humedad ambiental durante el transporte y el almacenamiento.

El muestreo

Al extraer muestras de arcilla, es sumamente importante obtener muestras representativas y, de ser posible, conservarlas en el estado en que fueron tomadas.

Muestreo de nuevas canteras

La extracción de una muestra representativa de arcilla de un nuevo terreno de cantera de arcilla, aún no abierta, es una de las tareas más difíciles del muestreo. En primer lugar, se toman muestras de la zona de la futura cantera con un equipo de perforación adecuado, idealmente con un taladro de tallo hueco, en una cuadrícula definida. Estas muestras deben tomarse a una profundidad que corresponda al menos a la profundidad de extracción posterior. A partir de los núcleos, se puede crear un perfil de las capas en el yacimiento y se puede planificar la excavación. Además, se pueden tomar de los núcleos las muestras de las diferentes capas. Impurezas como capas de piedra son apenas reconocibles, por lo que puede ser necesario realizar un corte adicional con una excavadora para reconocer estas capas.
La documentación precisa es extremadamente importante. Se debe anotar el nombre exacto de la ubicación, el país, la región, la cantera, etc. y la posición exacta del punto de extracción de la muestra (coordenadas GPS). El muestreo también debe documentarse fotográficamente.

Muestreo de un yacimiento activo

Hay varias formas de obtener una muestra representativa de un terreno de cantera activa.

  • Si no hay diferencias o estratificaciones visibles y el grosor de la frente de excavación no es demasiado alto, se puede realizar una muestra de ranura o una muestra fortuita de toda la altura de la frente de excavación. Esto debe hacerse en varios puntos en la cantera, reduciendo la cantidad de muestra después, si es necesario, mediante un divisor.
  • Si en la fosa se ven capas claramente visibles, entonces se deben tomar muestras de ranuras o pastos de las capas individuales. Si se pueden detectar capas claramente visibles en la cantera, se deben tomar muestras de ranura o muestras fortuitas de cada capa individual.

En este paso, la documentación precisa, como ya descrito en el punto 1, también es extremadamente importante. También espesores de capa y otras anomalías en la cantera, como por ejemplo la presencia de capas de piedra, deben documentarse y fotografiarse. En el caso de impurezas más pequeñas, como inclusiones de cal, partículas de yeso o similares, un objeto de dimensiones conocidas, por ejemplo, un bolígrafo o un encendedor, debe mostrarse en la imagen para permitir una comparación de tamaños.

Muestreo de una pila de almacenamiento de arcilla o de un yacimiento de arcilla

En este caso la toma de muestras es algo más fácil, porque las muestras suelen estar ya mezcladas. Para el muestreo, se toman muestras pequeñas de varios puntos de la pila y se combinan para formar una muestra total.

Tomar muestras del triturador amasador vertical o de la amasadora de dos ejes

Durante el muestreo se debe garantizar en primer lugar la seguridad de la persona que toma la muestra. Las muestras se pueden tomar directamente de la salida del alimentador o de la amasadora. Se supone que entonces las muestras se encuentran suficientemente mezcladas para que sean representativas.

Embalaje y envío

Las muestras deberían ser empaquetadas en bolsas de plástico herméticamente cerrado para que se conserven las propiedades específicas, como la humedad de cantera en el momento cuando el material fue extraído del yacimiento. Las etiquetas con las designaciones deben colocarse de tal manera que no puedan ser destruidas por la humedad de la arcilla o por etiquetas aplicadas posteriormente (por ejemplo, por el transportador). Una muestra sin etiqueta no tiene valor. El envío debe hacerse lo más rápido posible. En invierno, por ejemplo, hay que tener cuidado de que las muestras no se alteren por las heladas. Con antelación deben enviarse los documentos de envío, por ejemplo la guía aérea, por correo electrónico al laboratorio de cerámica (keramiklabor@keller.de) para que se pueda trazar la ruta del paquete.



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