BR0309056B1 - material refratário à base de alumina policristalina e utilização do mesmo. - Google Patents

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Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MATERIAL REFRATÁRIO À BASE DE ALUMINA POLICRISTALINA E UTILIZAÇÃO DO MESMO".
Domínio Técnico da Invenção A invenção refere-se aos refratários à base de alumina destina- dos notadamente aos revestimentos de fornos os mais diversos, assim como ao revestimento de cadinhos de fundição, aptos a receber materiais em fu- são. Estado da Técnica
A utilização de refratários à base de alumina é muito difundida, por exemplo sob a forma de coríndon branco eletrofundido, ou sob a forma de alumina calcinada à alta temperatura no forno giratório. A preparação de uma alumina apta a uma aplicação refratária não permanece menos uma operação delicada. A matéria-prima é, com efeito, constituída essencialmen- te pelas bauxitas, pelos hidratos de alumina naturais dos quais se extrai a alumina por ataque alcalino para formar um aluminato de sódio, a partir do qual se faz precipitar posteriormente o hidrato de alumina, que dá em segui- da a alumina por calcinação.
Ora, a calcinação do hidróxido de alumínio é conhecida para ser feita através de uma seqüência das transformações complexas, que se su- cedem até temperaturas elevadas. Assim, para se obter um material estável, convém calcinar o produto à temperatura muito elevada. É a escolha que é feita no caso da alumina dita tabular.
Já que se deve subir muito a temperatura, pode-se preferir ir até a fusão; prepara-se então o coríndon eletrofundido cujo uso como material refratário é também bem-conhecido.
Nos dois casos, a alumina deve ser levada a uma granulometria conveniente. No caso da alumina tabular, o material é boletado antes da cal- cinação, enquanto que, no caso do coríndon eletrofundido, o material é a- montoado e crivado.
Tentativas de enformação direta foram feitas pelo passado. Po- de-se citar em particular a patente US 1.871.793 de Alcoa de 1932, que des- creve a atomização da alumina eletrofundida para transformá-la em esferas ocas de diâmetro inferior a 5 mm e de espessura de parede inferior a 250 μm. O produto obtido é uma alumina metalúrgica, destinada a servir de ma- téria-prima à fabricação do alumínio; sua utilização como refratário não é considerada. É provável, com efeito, que esse material constituído de esfe- ras que reúnem minibolas de ping-pong deve ter uma resistência mecânica bastante fraca.
Por outro lado, fabrica-se de forma comum, coríndon eletrofun- dido atomizado para se obter um material que se apresenta sob a forma de esferas cheias, que são em seguida utilizadas para a fabricação de abrasi- vos.
Objetivo da Invenção
A finalidade da presente invenção é de fornecer um material re- fratário à base de alumina, apresentando uma boa estabilidade térmica e uma boa resistência à compressão, utilizável notadamente sob a forma de concreto refratário a ser projetado.
A invenção tem por objetivo um material refratário à base de co- ríndon eletrofundido constituído de esferas de diâmetro compreendido entre 50 μm e 5 mm, apresentando uma taxa de porosidade total compreendida entre 10 e 50 % do volume de esferas, a porosidade fechada representando de 80 a 98 % da porosidade total. Descrição da Invenção
Quando da fabricação de esferas de coríndon eletrofundido ato- mizado por abrasivos, a requerente constatou, na ocasião de incidentes de fabricação, que era possível obter produtos intermediários entre esferas cheias e esferas ocas. O material se apresenta bem sob a forma de esferas, mas a estrutura dessas esferas é aquela de uma esponja mais ou menos densa; enquanto que a esfera oca comporta uma única macroporosidade de forma esférica centrada na esfera, o material obtido apresenta numerosas macroporosidades de qualquer forma, repartidas de forma mais ou menos homogênea. Ao término de múltiplos testes destinados a reduzir a porosida- de aberta dessas esferas, a requerente chegou a definir condições opera- cionais, permitindo obter esferas nas quais poucas porosidades desembo- cam na superfície.
O material, de acordo com a invenção, apresenta em relação à esfera oca uma resistência à compressão, mais considerável, enquanto que sua condutividade térmica permanece baixa devido à presença de porosida- des.
Ele se apresenta sob a forma de esferas praticamente esféricas de diâmetro externo compreendido entre 50 μιη e 5 mm, e, de preferência, entre 0,5 mm e 2 mm. Essas esferas apresentam uma porosidade majorita- riamente fechada, compreendida entre 10 e 50 % do volume total das esfe- ras, e, de preferência, entre 20 e 30 %. A porosidade aberta, correspondente aos poros que desembocam na superfície da esfera, medida por picnometria à água sob pressão atmosférica, se situa entre 2 e 20 %.
A matéria dessas esferas é constituída de alumina policristalina formada de cristalitos de tamanho inferior a 50 μητι. Essa estrutura se revela notavelmente estável até cerca de 1500°C. Pode-se verificá-la, examinando o material ao microscópio eletrônico, após recozimento a 1500°C, e esse exame mostra que nenhuma mudança chega a modificar a estrutura do pro- duto.
A resistência à compressão das esferas, de acordo com a inven- ção, se situa tipicamente entre 150 e 300 g, contra 30 a 40 g para as esferas ocas da técnica anterior, com uma condutividade térmica do material a gra- nel no domínio de temperatura 200°C - 1200°C de 0,5 a 0,8 Wm"10K"1, con- tra 0,4 a 0,6 Wm"10K"1 para as esferas ocas da técnica anterior.
Esse material permite, em particular, a preparação de concretos a projetar fáceis de uso, propriedade referente à forma esférica das partícu- las das quais é constituído.
O processo de fabricação dos produtos, de acordo com a inven- ção, consiste em escoar o coríndon branco ou castanho fundido em jato bas- tão, sobre uma lâmina de ar horizontal carregada de água pulverizada, o que leva à atomização do produto. Os parâmetros os mais apropriados para se obterem os produtos, de acordo com a invenção, são os seguintes: - pressão de ar sobre a lâmina: 0,05 a 0,1 MPa;
- largura da lâmina: 2 mm por kg de coríndon líquido a tratar em
um minuto;
- espessura da lâmina: alguns milímetros;
- relação entre vazão de água e vazão de coríndon fundido: 0,2
a 1,5 litro de água por kg de coríndon fundido. Exemplos Exemplo 1
Fundiu-se em um forno com arco de 2 MW da alumina Bayer em quantidade suficiente para dispor de uma reserva de coríndon branco eletro- fundido de 2 toneladas aproximadamente. Essa reserva permitiu o escoa- mento contínuo de um jato regular de coríndon líquido durante 10 minutos, à velocidade de 100 kg por minuto, diretamente sobre uma lâmina mista de ar e de água.
Essa lâmina era gerada por um orifício de seção retangular de largura de 240 mm e de altura de 6 mm, posicionado em um plano vertical, e alimentado por uma fonte de ar, mantendo em regime permanente uma pressão de 0,09 MPa sobre o orifício. A corrente de ar recebia uma injeção de 22 kg de água por minuto.
O coríndon assim fundido foi recuperado em um fosso a jusante da instalação e sua granulometria era a seguinte:
- fração < 0,5 mm: 15 %;
- fração > 2 mm: 20 %
- fração > 5 mm: 3 %
A taxa de porosidade do produto era de 28 %, dos quais 1,3 % de porosidade aberta.
A resistência das esferas à compressão era de 260 g.
Exemplo 2
Preparou-se um concreto refratário, a partir de uma mistura de produtos ocos com a seguinte composição em peso:
- coríndon castanho de granulometria compreendida entre 2 e 5
mm: 23 %; - coríndon castanho de granulometria < 0,2 mm: 24%
- microssílica amorfa em esferas de tamanho inferiores a 20 ,um: 5%
- alumina P622B com baixo teor em alumina de Lafarge Alumi- nates: 5%
Para a compressão e a colocação, acrescentaram-se à mistura os seguintes produtos:
- metafosfato de sódio: 0,2%
- polimetacrüato de amônio Darvan C ® da sociedade Polyplas- tic: 0,3%
- água: 6%
Após secagem e cozimento, obteve-se um concreto refratário de massa volúmica 3,0 kg/dm3.
Sua condutividade térmica medida a 600°C era de 5,5 W°m"1oK"1, e sua resistência à compressão foi estimada em 110 MPa. Exemplo 3
Preparou-se um concreto refratário a partir de uma mistura de produtos secos com a seguinte composição em peso:
- esferas, de acordo com a invenção, de tamanho compreendido entre 2 e 5 mm: 15,4%
- esferas, de acordo com a invenção, de tamanho compreendido entre 0,2 e 2 mm: 37%
- coríndon castanho de tamanho < 0,2 mm: 30%
- microssílica amorfa em esferas de tamanho < 20 μιτι: 5,5% - alumina P622B: 6,6%
- cimento Secar 80: 5,5%
Para a compressão e a colocação, acrescentaram-se os seguin- tes produtos:
- metafosfato de sódio: 0,2% - Darvan C®: 0,3%
- água: 8%
Após secagem e cozimento, obteve-se um concreto refratário de massa volúmica 2,5 kg/dm3.
Sua condutividade térmica medida a 600°C era de 2,7 W°m"1°K"1, e sua resistência à compressão era superior a 100 MPa. Colocada sobre as paredes de um forno que trabalha a 1450°C, essa guarnição se revelou per- feitamente estável.

Claims (8)

1. Material refratário à base de coríndon eletrofundido, caracteri- zado pelo fato de ser constituído de esferas de diâmetro compreendido entre 50 μm e 5 mm, apresentando uma taxa de porosidade total compreendida entre 10 e 50% do volume das esferas, a porosidade fechada representando de 80 a 98% da porosidade total, em que as esferas são constituídas de a- Iumina policristalina em cristalitos de tamanho inferior a 50 μηη.
2. Material refratário de acordo com a reivindicação 1, caracteri- zado pelo fato da porosidade total estar compreendida entre 20 e 30% do volume das esferas.
3. Material refratário de acordo com a reivindicação 1 ou 2, ca- racterizado pelo fato de a resistência à compressão das esferas das quais ele é constituído se situar entre 150 e 300 g.
4. Material refratário de acordo com qualquer uma das reivindi- cações 1 a 3, caracterizado pelo fato da condutividade térmica do material a granel estar compreendida entre 0,5 e 0,8 Wm10K"1.
5. Material refratário de acordo com qualquer uma das reivindi- cações 1 a 4, caracterizado pelo fato de não dar iugar a nenhuma transfor- mação cristalina até 1500°C.
6. Material refratário de acordo com qualquer uma das reivindi- cações 1 a 5, caracterizado pelo fato do diâmetro médio das esferas estar compreendido entre 0,5 e 2 mm.
7. Utilização de materiais como definidos em qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de ser para a fabricação de concretos refratários.
8. Utilização de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de o concreto refratário ser colocado por projeção.
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