BR0201088B1 - processo para preparaÇço de um produto resistente Às chamas contendo um material elÁstico. - Google Patents

Description

Relatório Descritivo de Patente de Invenção para "PROCESSOPARA PREPARAÇÃO DE UM PRODUTO RESISTENTE ÀS CHAMASCONTENDO UM MATERIAL ELÁSTICO".

A invenção se refere a um material sintético, resistente às cha-mas para produtos resistentes às chamas.

Como resistor, denomina-se a seguir um material, o qual é ocomponente principal de um produto resistente às chamas. Este resistor po-de ser no caso mais geral, um material resistente às chamas, mineral, meta-loxídico, tal como MgO, AfeO3, doloma ou semelhante.

Como elastificante, denominam-se a seguir materiais minerais,elastificantes, que apresentam uma resistência às chamas relativamente altae com base em uma dilatação de temperatura diferente com relação ao re-sistor e as perturbações da estrutura causadas pela mesma, tal como porexemplo, microfendas, especialmente ao longo dos limites do grão e de ou-tros efeitos conduzem a um aumento da resistência à mudança de tempera-tura de uma mistura de resistor e elastificante - ao contrário do resistor puro.

Produtos resistentes às chamas, especialmente produtos resis-tentes às chamas básicos à base de óxido de magnésio, doloma, cromitae/ou espinélio (MgAI204) são aplicados em todos os processos de alta tem- peratura com erosão pelas escórias básica tal como por exemplo, na produ-ção de cimento, cal, dolomita, ferro e aço bem como na produção de metaisnão ferrosos e na indústria de vidro como material de revestimento para for-nos, recipientes e agregados de tratamento. Com alta resistência às chamase boa estabilidade química estes materiais ou artigos moldados apresentam, no entanto, alta fragilidade, isto é, um alto módulo de elasticidade, do quecom respeito à dilatação por calor, tensões, solicitações mecânicas e à resis-tência de mudança de temperatura (TWB), resultam influências negativassobre a duração de vida.

Além disso, sabe-se que artigos moldados resistentes às cha- mas também podem ser preparados à base de AI2O3, sendo aplicada aquicomo matéria-prima especialmente bauxita, argila tabular ou córundo de fu-são. Campos de aplicação principais para tais pedras são tampas de fornoselétricos e panelas na indústria de aço bem como fornos de cimento e osfornos da indústria de vidro.

Sabe-se, que as altas tensões por dilatação térmica de produtosou artigos moldados resistentes às chamas básicos podem ser reduzidaspelo deslocamento das pedras resistentes às chamas com juntas de arga-massa dispostas intercaladas, encaixes metálicos, tais como chapas, chapasperfuradas ou redes.

Além disso, para aperfeiçoar a resistência à mudança de tempe-ratura, especialmente também de materiais resistentes às chamas básicos,foram escolhidas no passado inúmeras medidas. De Harders/Kienow, Feuer-festkunde, Herstellung, Eigenschaften und Venwendung feuerfester Baustof-fe, Springer Verlag 1960, capítulo 5.5, página 754 e 755 sabe-se, que sepode aperfeiçoar nitidamente a resistência à mudança de temperatura pelaadição de minério de cromo (pedra de cromomagnésio) e por uma chamadafalha de mistura, isto é, a minimização da fração do grão médio (0,2 até 0,6mm). Uma desvantagem decisiva da falha de mistura é, no entanto, por umlado, que seu efeito só é suficientemente alto em combinação com um com-ponente TWB tal como óxido de magnésio em pedras de cromomagnésio ouminério de cromo em pedras de magnésia-cromo, se por outro lado na apli-cação das falhas de mistura também não pode ser obtida nenhuma densida-de ótima da embalagem do grão, tal como é desejado para a obtenção deuma alta resistência à infiltração em comparação com escórias. Além disso,com relação à adição de minério de cromo (por exemplo, Harders/Kienow,página 754), a quantidade de minério de cromo e a ótima fração do grão dominério de cromo foi definida. Para obter uma TWB suficiente, reconhece-ram-se como sendo adequadas, com isso, quantidades de minério de cromoentre 15 e 30 %, em peso. O efeito elastificante do minério de ferro em arti-gos moldados à base de óxido de magnésio foi insuficiente até agora. Des-vantagens decisivas da aplicação de minério de cromo como elastificante(componente TWB) são no entanto, de que em uma mudança da atmosferado forno realizam-se cansaços do material e de que pela oxidação sob o e-feito de álcalis o óxido de cromo que se apresenta trivalente no minério decromo é transformado em óxido de cromo hexavalente tóxico, com todos osproblemas ligados com isso sob pontos de vista higiênicos de trabalho e téc-nicos de descarte.

Da AT-PS 158208 sabe-se, que pedras de óxido de magnésiopodem ser acrescentar para aperfeiçoar a TWB de pós de argila, córundo epós de alumínio, sendo que na cozedura da pedra in situ é forma espinélio(MgO-AI2O3). O espinélio formado com isso, está concentrado no material damatriz, o qual envolve os grãos do resistor e em parte não reage, de modoque na corrosão destas pedras por escórias, de preferência, a matriz decisi-va para a estabilidade é destruída. Além disso, o aperfeiçoamento da TWBobtenível é limitada, pois a fração de AI2O3 necessária para um aperfeiçoa-mento decisivo tem que encontrar-se bem acima de 8 %, em peso. No en-tanto, devido ao crescimento forte demais das pedras em conseqüência doaumento de volume na matriz isto não é possível, pois senão a moderabili-dade e a estabilidade mecânica se tornam baixas demais e a porosidadeaumenta demais.

Um considerável aperfeiçoamento tanto da TWB como tambémda estabilidade química de pedras de óxido de magnésio puderam ser obti-dos pelo acréscimo de espinélio de magnésio-alumínio pré-sintetizado naforma de escória de ferro ou de espinélio de fusão, sendo que as quantida-des de adição usuais encontram-se entre 15 e 25 %, em peso.

Além disso, conhece-se da DE 44 03 869 C1 um aterro cerâmicoresistente às chamas, que contém como veículo da resistência às chamasessencialmente escória de ferro de MgO, sendo aplicado como elastificanteum espinélio do tipo hercinita. Esta possui, no entanto, somente uma resis-tência deficiente contra escórias básicas.

O objetivo da invenção é produzir um material sintético, resisten-te às chamas para um produto resistente às chamas, o qual elastifica o pro-duto com segurança e que possui uma maior resistência à corrosão contracompostos especialmente básicos.

O objetivo é solucionado por um material sendo um pleonastoe/ou um espinélio do tipo pleonasto, que além de FeOx e AI2O3 apresentaMgO1 sendo que a razão do ferro calculado como Fe2O3 : AI2O3 alcança de30 : 70 até 60 : 40, e estão contidos 20 até 60 %, em mol, de MgO1 com re-lação ao Fe2O3 + AI2O3.

Um outro objetivo da invenção é produzir um processo para pre-parar um produto com o emprego do material.

Este objetivo é solucionado com um processo, no qual material émisturado com um componente principal metaloxídico, mineral, resistente àschamas (resistor), triturado e classificado correspondentemente ao seu ta-manho de grão como produto de fusão solidificado ou como produto de sin- terização.

Particularmente, o resistor é introduzido previamente com umgrão máximo de 4 mm e uma divisão do grão correspondente a uma curvade Fuller típica e é misturado com 3 até 50 %, especialmente 5 até 20 %, depreferência, 8 até 16 % do material e eventualmente reticulado com a quan-tidade necessária de Iigninossulfonato como fixador temporário. Além disso,a mistura de resistor, elastificador e, eventualmente, fixador temporário éprensada em um corpo moldado em uma pressão de prensagem específicade >50 MPa, especialmente 100 até 200 MPa.

Preferencialmente, o artigo moldado é secado e cozido em uma temperatura de sinterização de > IOOO0C, especialmente de 1200°C até1700°C, de preferência, 1350°C até 1600°C.

A invenção é elucidada por exemplo, à vista de um desenho,cuja única figura mostra o sistema ternário FeOx, AI2O3, MgO, sendo que nosistema ternário o campo de composição 1 do material do tipo pleonasto deacordo com a invenção, é desenhado tracejado.

O material do tipo pleonasto de acordo com a invenção, apre-sentam em um teor de 20 até 50 % de MgO uma razão de AI2O3-FeOx de70:30 até 40:60. Como material de acordo com a invenção, aplica-se espe-cialmente também o próprio pleonasto. Segundo Matthes, S., Mineralogie,Springer Verlag, Berlim Heidelberg New York Tóquio 1983, página 68, o ple-onasto é um cristal misto da composição (Mg, Fe2+) (Al, Fe3+)204.

Surpreendentemente, verificou-se que o material pleonástico deacordo com a invenção ou o material do tipo pleonasto, especialmente opróprio pleonasto e especialmente em artigos moldados resistentes às cha-mas, que contêm MgO como resistor, em uma alta elastificação do MgO1provoca um aperfeiçoamento significativo do comportamento de corrosão deum produto preparado de MgO e pleonasto. Pelo teor de MgO do pleonastode 20 até 50 % de MgO o pleonasto aproxima-se química e mineralogica-mente ao resistor MgO. Usualmente, uma tal aproximação mineralógica equímica provoca entre o material que atua como elastificador e o resistoruma redução da elastificação, pois especialmente o comportamento de dila-tação térmica do resistor e do elastificador se ajustam. No material pleonastoou material do tipo de pleonasto de acordo com a invenção, o efeito elastifi-cante do material em comparação com um espinélio Fe0x/AI203 puro sur-preendentemente não é reduzido. No entanto, em comparação com materi-ais não contendo MgO pode ser obtida uma resistência química muito maior,especialmente resistência à corrosão contra compostos básicos, especial-mente cálcio-silicatosos, a qual não é obtenível com espinélios de Fe-0X/AI203 comparáveis.

A resistência termoquímica aumentada pode ser comprovadapor meio de um microscópio de aquecimento. Para obter resultados relevan- tes de acordo com a praxe com respeito ao comportamento da corrosão,foram preparados substratos de hercinita (FeAI2O4) bem como do materialdo tipo pleonasto, que continha 20, 35 e 50 % de MgO. A preparação do ma-terial de pleonasto é efetuada pela fusão em um forno de arco em uma tem-peratura de aproximadamente 2000°C, sendo que o material pleonástico foi preparado a partir das matérias-primas oxídicas respectivas óxido de alumí-nio, óxido de ferro e óxido de magnésio. Como substâncias de partida apli-cam-se especialmente argila, magnetita e óxido de magnésio cáustico. De-pois do resfriamento cortaram-se do material pleonástico substratos com asmedidas de 10x10x3 mm e sua reação foi examinada comparada com compostos cálcio-silicatosos. Como substância de referência para compos-tos cálcio-silicatosos, que também podem aparecer na indústria do aço comoescórias, aplicam-se diferentes clínqueres de cimento, a saber, clínquer decimento Portland, clínquer de cimento branco e clínquer de um cimento re-sistente ao sulfato.

Sobre os substratos foi colocado um cilindro de prova moldadocom uma altura de 3 mm e um diâmetro de 3 mm, em cada caso de clínquerde cimento Portland, clínquer de cimento branco ou clínquer de um cimentoresistente ao sulfato e é introduzido no microscópio de aquecimento. Este éaquecido, até ocorrer uma corrosão do substrato pelo clínquer de cimento. Atemperatura da corrosão corresponde ao primeiro aparecimento de uma rea-ção ou fusão na cunha entre o substrato e o clínquer de cimento. Na tabelaabaixo estão listados os valores correspondentes:

Tabela 1: Dependência da temperatura de corrosão da hercinita ou pleonas-to do teor de MgO

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Da tabela pode ser deduzido, que com crescente teor de MgOno material de pleonasto a temperatura de corrosão aumenta drasticamentee pode alcançar valores, que se encontram em até IOO0C maiores do que atemperatura de corrosão na hercinita. Já que a temperatura de corrosão domaterial de pleonasto aumenta com crescente teor de MgO, também um ar-tigo moldado, que contém o tal material, é nitidamente mais resistente à cor-rosão do que um artigo moldado, o qual contém hercinita.

O efeito elastificante do material resistente à corrosão de acordocom a invenção, é elucidado à vista do exemplo abaixo:

Óxido de magnésio com um grão máximo de 4 mm e uma divi-são do grão correspondendo a uma curva de Fuller típica é misturado com15 % de pleonasto e com a quantidade necessária de Iigninossulfonato co-mo fixador temporário. Em seguida, o aterro assim obtido é prensado comuma pressão de prensagem específica de 130 MPa. Após a secagem o arti-go moldado é cozido em uma temperatura de sinterização de 1450°C.

As propriedades obtidas estão enumeradas na tabela abaixo.

Tabela 2

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Na tabela estão confrontados uma pedra comparativa de óxidode magnésio, a qual não contém nenhum material de acordo com a inven-ção, uma pedra de cromito de óxido de magnésio, a qual contém minério decromo como elastificador e um a pedra de espinéiio de óxido de magnésio, aqual contém espinéiio de magnésio-alumínio como elastificador a artigosmoldados de pleonasto de óxido de magnésio de acordo com a invenção,sendo que o material de pleonasto de acordo com a invenção apresenta 20,35 e 50 % de MgO. O valor T0 é determinado segundo DIN 51 053, folha 1 eé a temperatura, na qual aparece a dilatação máxima Dmax. Trata-se, portan-to, da temperatura com o máximo da curva de temperatura de mudança dealtura na imagem 1 da DIN 51 053.

Comparado com a pedra de óxido de magnésio, reconhece-seque o módulo E pode ser reduzido pela adição do material de acordo com ainvenção, muito eficientemente para uma faixa, que corresponde a da pedrade cromita de oxido de magnésio. Os valores em um pleonasto com 20 % defração de MgO são mesmo um pouco melhores do que em uma pedra deespinélio de óxido de magnésio. É notável, que em uma estabilidade à pres-são no frio muito alta de 75 MPa e uma pedra de pleonasto de óxido demagnésio com 50 % de MgO no material de pleonasto, pode ser obtida umaalta resistência à mudança de temperatura em um módulo E relativamentebaixo. Além disso, com uma tal pedra de pleonasto de óxido de magnésiopode ser obtido um bom valor T0 no teste de amolecimento de pressão, sen-do obtida simultaneamente a estabilidade à corrosão muito alta, já represen-tada na tabela 1.Naturalmente, os módulos elásticos dos artigos moldados po-dem variar pela variação da adição do material do material de pleonasto deacordo com a invenção ou do material pleonástico em diferentes limites a-daptados às respectivas necessidades. Além disso, é possível a adição depleonasto à sinterização de óxido de magnésio de diferente procedência.Além disso, com o elastificador pleonasto de acordo com a invenção tam-bém podem ser elastificados óxido de magnésio por fusão ou artigos molda-dos com resistores totalmente diferentes.Além disso, o material pode ser empregado como elastificadorna forma de uma mistura do material pieonástico e de outros eiastificadoresconhecidos, especialmente espinélio de magnésio-alumínio.No material e produtos do mesmo de acordo com a invenção, évantajoso que com a mesma capacidade de elastificação tal como nos eiasti-ficadores tradicionais seja obtida uma resistência à corrosão consideravel-mente mais forte, especialmente comparada com escórias básicas. Alémdisso, é vantajoso, que especialmente resistores à base de perícias (MgO)não são atacados pelo material pleonástico de acordo com a invenção, nãoda maneira por difusão na mistura, tal como é o caso por exemplo, ao em-pregar hercinita.

Claims (11)

1. Processo para preparação de um produto resistente às cha-mas contendo um material elástico, caracterizado pelo fato de que:- o material é misturado com um componente principal metaloxí-dico, mineral, resistente às chamas (resistor), e- triturado e classificado correspondentemente ao seu tamanhode grão, como produto de fusão solidificado ou como produto de sinterização;sendo que o referido material é um pleonasto e/ou um espinéliodo tipo pleonasto, que, além de FeOx e AI2O3, apresenta MgO1 esendo que a razão do ferro calculado como Fe2Ü3 : AI2O3 alcan-ça de 30 : 70 a 60 : 40, e estão contidos de 20 a 60 %, em mol, de MgO, emrelação ao Fe2Ü3 + AI2O3.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o material é um espinélio sintético, fundido das matérias-primasóxido de magnésio, argila e compostos de ferro, especialmente oxido de fer-ro, tal como magnetita, do tipo pleonasto.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que o material é um espinélio sintético sinterizado das matérias-primas óxido de magnésio, argila e magnetita do tipo pleonasto.

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-3, caracterizado pelo fato de que para controlar a temperatura da corrosão oteor de MgO no material está contido aumentado nos limites indicados, àscustas de Fe2Ü3 e AI2O3.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-4, caracterizado pelo fato de que o resistor contém MgO.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-5, caracterizado pelo fato de que o resistor contém AI2O3 ou doloma.

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-6, caracterizado pelo fato de que o resistor é óxido de magnésio de fusãoe/ou óxido de magnésio de sinterização.

8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a-7, caracterizado pelo fato de que o resistor é introduzido previamente comum grão máximo de 4 mm e uma divisão do grão correspondente a uma cur-va de Fuller típica e é misturado com de 3 a 50 %, especialmente de 5 a 20%, de preferência, de 8 a 16 % do material e eventualmente reticulado com a quantidade necessária de Iigninossulfonato como fixador temporário.

9. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelofato de que a mistura de resistor, elastificador e, eventualmente, fixador tem-porário é prensada em um corpo moldado em uma pressão de prensagemespecífica de >50 MPa, especialmente de 100 a 200 MPa.

10. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de que o artigo moldado é secado.

11. Processo de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracteri-zado pelo fato de que o artigo moldado é cozido em uma temperatura desinterização de > 1000°C, especialmente de 1200°C a 1700°C, de preferên-cia, de 1350°Ca 1600°C.