BR0318091B1

BR0318091B1 - composição refratária seca, composição refratária instalada e método de instalação de um revestimento refratário.

Info

Publication number: BR0318091B1
Application number: BRPI0318091-3A
Authority: BR
Inventors: Douglas K Doza; Dana G Goski; Yuechu Ma
Priority date: 2003-02-07
Filing date: 2003-06-13
Publication date: 2012-12-11
Also published as: CA2515337A1; ZA200506295B; JP4541162B2; AU2003243579A1; EP1603850A1; ES2396113T3; CN100491293C; US6864199B2; CA2515337C; BR0318091A; JP2006513966A; EP1603850B1; EP1603850A4; CN1761635A; US20040157725A1; WO2004071993A1

Description

COMPOSIÇÃO REFRATÁRIA SECA, COMPOSIÇÃO REFRATÁRIA INSTALADA E MÉTODO DE INSTALAÇÃO DE UM REVESTIMENTO REFRATÁRIO

Antecedentes da Invenção:

A presente invenção se refere a um refratário seco (isto é, um refratário monolítico instalado na forma em pó seca sem a adição de água ou aglutinantes químicos líquidos), particularmente um refratário seco adequado para uso em aplicações de contenção de metal que proporciona resistência superior à propagação de rachaduras. Refratários são amplamente usados como revestimentos

de trabalho e revestimentos secundários (segurança) nos campos de processamento de metal e relacionados. Alguns revestimentos refratários também são usados para conter o calor e gases associados a operações de processamento de metal dentro dos vasos. Conforme usado aqui, aplicação de "contenção de metal" é uma na qual "contenção de metal" fundido e escória é de importância primária ou mesmo crucial, enquanto que uma aplicação de "contenção de metal/calor" é uma na qual contenção de calor (isolamento) do vaso e contenção de metal fundido e escória são de interesse.

Revestimentos refratários para aplicações de contenção de metal e calor/metal são, tipicamente, consumíveis. Eles são corroídos, racham ou, de outro modo, são danificados pela exposição a condições dentro do vaso. Quando uma determinada quantidade de consumo ou dano do revestimento refratário ocorreu, reparo ou substituição do revestimento é necessária. O reparo ou substituição interrompe a operação de processamento de metal, algumas vezes durante um tempo prolongado. Algumas interrupções são inesperadas, enquanto que outras são mais ou menos previsíveis. Em virtude do fato de o reparo ou substituição de um revestimento refratário paralisar as operações, é desejável que o revestimento refratário tenha um desempenho de maneira previsível para permitir reparos esquematizados ao invés de reparos de emergência.

A corrosão do revestimento refratário em virtude de contato com metal fundido corrosivo e escória resulta em um consumo gradual do revestimento refratário. As taxas de corrosão geralmente podem ser previstas através de inspeção visual de partes expostas do revestimento do vaso ou outras técnicas. Uma taxa de corrosão prevista pode ser estabelecida para um revestimento refratário em particular baseado nas características de contenção térmica e de metal da aplicação e consumo histórico do refratário. Para fornos de indução elétrica, a taxa de corrosão também pode ser estimada pelas alterações nas leituras elétricas ao longo do tempo.

A rachadura de um revestimento refratário resulta quando um refratário quebradiço ligado é submetido a estresses mecânicos e térmicos. Esses estresses resultam, comumente, de expansão e contração do revestimento como um resultado de alterações no ambiente térmico. A rachadura permite que metal fundido e escória se infiltrem no revestimento, resultando em uma área de falha isolada no vaso de processamento ou transferência de metal. A falha de um revestimento refratário em virtude de rachadura é muito 3 0 mais previsível do que a corrosão. Rachaduras freqüentemente não ocorrem em uma área exposta do revestimento refratário, de modo que inspeção visual usualmente não é útil para identificar rachaduras. A natureza das rachaduras que se formam em um revestimento refratário também pode variar com a composição refratária e as condições térmicas. Revestimentos refratários caracterizados por ligações mais fracas tendem a formar micro-rachaduras sob estresse, enquanto que revestimentos refratários caracterizados por ligações mais fortes tendem a formar macro-rachaduras sob estresse. Macro-rachaduras são particularmente indesejáveis em virtude do fato de elas resultarem da falha de ligações de alta resistência.

Além de serem imprevisíveis, falhas por rachaduras podem ser catastróficas. Uma macro-rachadura que se estende completamente através do revestimento a partir da face quente até a face fria (por exemplo, o lado do envoltório de aço de um vaso de processamento de metal) pode permitir que metal fundido e/ou escória atinja o envoltório externo do vaso trafegando através da rachadura. Quando isso ocorre, os materiais fundidos podem queimar o envoltório, o que pode resultar em dano extensivo ao equipamento e/ou ferimentos ao pessoal. Uma queimadura desse tipo pode causar retardos não esquematizados longos na operação para fazer reparos no revestimento, envoltório de aço e estrutura e qualquer equipamento subjacente.

Refratários também podem ser usados em aplicações de isolamento térmico (no campo de processamento de metal ou outro), onde choques térmicos repetidos são esperados. Tais aplicações podem incluir construções de paredes de condutos 3 0 e incineradores. Embora corrosão possa ocorrer em aplicações de refratários de isolamento térmico em ambientes particularmente corrosivos, falha de refratários de isolamento térmico resultam, tipicamente, de rachaduras causadas por choques térmicos repetidos.

Refratários secos e particularmente refratários secos

que são instalados usando-se vibração para compactar o pó refratário seco, proporcionam resistência superior à propagação de rachaduras quando comparado a outros tipos de revestimentos refratários convencionais tais como materiais de fundição, materiais de socamento, tijolos e tijolos refratários. A resistência superior a rachaduras de revestimentos refratários passíveis de vibração resulta de um sistema de ligação único que permite que esses revestimentos respondam às condições térmicas da aplicação através de formação de ligações térmicas em taxas controladas em faixas de temperatura predeterminadas. Por exemplo, em uma aplicação de contenção de metal, o revestimento refratário responde às condições térmicas do vaso de metal fundido associado e quaisquer intrusões de

2 0 metal fundido e escória no revestimento. As composições

química e mineralógica de refratários passíveis de vibração secos usados em aplicações de contenção de metal e contenção de calor/metal também podem ser selecionadas para serem resistentes a tipos específicos de metal e escórias associados a processos em particular.

Um refratário passível de vibração instalado seco inicialmente existe em um estado não ligado. Nesse estado não ligado, ele não exibe comportamento quebradiço. 0 revestimento refratário seco não ligado não racha ou

3 0 fratura quando submetido a estresses externos, mas, ao contrário, absorve e distribui esses estresses. À medida que o revestimento refratário instalado não ligado é exposto ao calor, contudo, ele começa a formar ligações térmicas. A região mais próxima da face quente tende a formar fortes ligações térmicas. 0 refratário fortemente ligado se torna denso e duro e é química e fisicamente resistente à penetração pelo metal fundido e escória.

A extensão de ligação térmica varia com a composição refratária e as condições térmicas presentes em uma aplicação em particular. Em algumas aplicações, espera-se que essencialmente todo o refratário esteja fortemente ligado e exiba pouco comportamento quebradiço. Em outras aplicações, espera-se que a região mais distante da face quente permaneça em uma condição não ligada ou não sinterizada e espera-se que a área intermediária forme ligações térmicas por soldadura fracas. O refratário nas regiões fritas e não sinterizadas retém suas propriedades de fluido e forma um invólucro que permanece capaz de absorver estresses mecânicos e térmicos. Dentro desse invólucro, o refratário fortemente ligado mais próximo da face quente pode exibir comportamento quebradiço típico de composições refratárias convencionais. Contudo, esse invólucro protetor pode ser degradado ou mesmo eliminado se as condições térmicas na aplicação causam ligação do refratário nas regiões fritas e não sinterizadas.

A natureza da ligação térmica também varia com a composição refratária e as condições térmicas presentes em uma aplicação em particular. Revestimentos com ligações mais fracas tendem a formar micro-rachaduras sob estresse, enquanto que revestimentos com ligações mais fortes tendem a formar macro-rachaduras sob estresses. As macro- rachaduras se formam e metal fundido e escória penetram no revestimento refratário, o revestimento adjacente às rachaduras respondem a alterações nas condições térmicas e começam a formar ligações térmicas. À medida que esse ciclo continua, a proporção do revestimento refratário que exibe comportamento quebradiço aumenta progressivamente, acionando o plano térmico do revestimento para o envoltório. Se o revestimento não falhou ou ficou fora de serviço anteriormente como um resultado de corrosão, eventualmente, a proporção de refratário não ligado e fracamente ligado disponível para absorver e distribuir estresse é muito pequena e falha do revestimento resulta.

Em vista das desvantagens da técnica anterior, existe uma necessidade por um refratário seco para aplicações de contenção de metal que proporciona maior resistência à propagação de rachaduras, exibe menos comportamento quebradiço quando ligado e tem uma vida útil mais longa.

Ê um objetivo da invenção proporcionar um refratário seco para aplicações de contenção de metal que é resistente à propagação de rachaduras e particularmente macro- rachaduras .

É outro objetivo da invenção proporcionar um refratário seco para aplicações de contenção de metal que exibe menos comportamento quebradiço quando o refratário instalado formou ligações fortes em resposta ao calor.

É ainda outro objetivo da invenção proporcionar um refratário seco para contenção de metal que proporciona uma vida útil mais longa do revestimento. Sumário da Invenção: Os objetivos precedentes são obtidos em uma composição refratária seca incluindo fibras de metal. A invenção abrange uma composição refratária seca compreendendo (1) uma mistura refratária seca incluindo um material de matriz em uma quantidade de 20 a 100 por cento em peso e um agregado refratário denso em uma quantidade de 0 a 80 por cento em peso; e (2) fibras de metal em uma quantidade de 0,5 a 15 por cento em peso da mistura refratária. 0 material de matriz tem um tamanho de partícula de menos do que 100 mesh e o agregado refratário denso tem um tamanho de partícula que pode ser maior ou igual a 100 mesh. O material de matriz e o agregado refratário denso são selecionados de modo que, quando a composição é instalada na forma em pó sem a adição de água ou aglutinantes químicos líquidos em um vazio adjacente a uma fonte de calor, pelo menos uma primeira porção da composição próxima da fonte de calor forma fortes ligações térmicas.

Em uma modalidade preferida, o material de matriz e o agregado refratário denso são selecionados de modo que, quando a composição refratária seca é instalada, uma segunda porção da composição além da fonte de calor que não a primeira porção permanece em uma forma não sinterizada. Em outra modalidade preferida, o material de matriz está presente em uma quantidade de 2 0 a 60 por cento em peso e o agregado refratário denso está presente em uma quantidade de 40 a 80 por cento em peso. A mistura refratária seca também pode incluir um agente de ligação ativado pelo calor em uma quantidade de 0,1 a 8 por cento em peso ou um supressor de poeira em uma quantidade suficiente para controlar a poeira respirável durante instalação da composição.

As fibras de metal da composição acima descrita podem ser de aço inoxidável, aço de carbono, uma liga de cromo, uma liga de cobre, uma liga de alumínio, uma liga de titânio ou uma mistura desses. As fibras de metal têm, de preferência, um comprimento de cerca de 1,2 7 a cerca de 5,08 cm.

A invenção também abrange uma composição refratária instalada. A composição acima descrita é instalada na forma em pó sem a adição de água ou aglutinantes químicos líquidos em um vazio adjacente a uma fonte de calor de modo que pelo menos uma primeira porção da composição instalada próxima da fonte de calor forma fortes ligações térmicas. Em uma modalidade preferida, uma segunda porção da composição além da fonte de calor que não a primeira porção permanece em uma forma não sinterizada.

A invenção também abrange um método de fabricação de uma composição refratária. 0 método compreende as etapas de seleção de uma mistura refratária seca incluindo um material de matriz em uma quantidade de 20 a 100 por cento em peso e um agregado refratário denso em uma quantidade de 0 a 80 por cento em peso; seleção de fibras de metal em uma quantidade de 0,5 a 15 por cento em peso da mistura refratária seca; e mistura da mistura refratária seca e das fibras de metal na ausência de água ou aglutinantes químicos líquidos adicionados. Nesse método, o material de matriz e o agregado refratário denso são selecionados de modo que, quando a composição misturada é instalada na forma em pó sem a adição de água ou aglutinantes químicos líquidos em um vazio adjacente a uma fonte de calor, pelo menos uma primeira porção da composição próxima da fonte de calor forma fortes ligações térmicas. Em uma modalidade preferida, o método também inclui a etapa de seleção do material de matriz e agregado refratário denso de modo que, quando a composição misturada é instalada, uma segunda porção da composição além da fonte de calor que não a primeira porção, permanece em uma forma não sinterizada.

As fibras de metal na composição do método acima descrito são selecionadas de aço inoxidável, aço de carbono, uma liga de cromo, uma liga de cobre, uma liga de alumínio, uma liga de titânio ou uma combinação desses. 0 método pode incluir a etapa de seleção de fibras de metal tendo um comprimento de cerca de 1,27 a cerca de 5,08 cm.

O método descrito acima pode incluir seleção de um agente de ligação ativado pelo calor em uma quantidade de 0,1 a 8 por cento em peso da mistura refratária seca e mistura do agente de ligação ativado pelo calor com a mistura refratária seca. 0 método também pode incluir seleção de um supressor de poeira em uma quantidade suficiente para controlar a poeira visível e respirável durante instalação da composição e mistura do supressor de poeira com a mistura refratária seca.

A invenção também abrange um método de instalação de um revestimento refratário. O método compreende as etapas de seleção de uma mistura refratária seca incluindo um material de matriz em uma quantidade de 2 0 a 100 por cento em peso e um agregado refratário denso em uma quantidade de 0 a 80 por cento em peso; seleção de fibras de metal em uma quantidade de 0,5 a 15 por cento em peso da mistura 3 0 refratária seca; mistura da mistura refratária seca e das fibras de metal na ausência de água ou aglutinantes químicos líquidos adicionados; entornar a composição misturada na forma em pó em um vazio adjacente a uma fonte de calor; desaeração da composição entornada; e aquecimento da composição desaerada de modo que pelo menos uma primeira porção da composição próxima da fonte de calor forma fortes ligações térmicas. O método também pode incluir a etapa de seleção do material de matriz e agregado refratário denso de modo que, quando a composição desaerada é aquecida, uma segunda porção da composição além da fonte de calor que não a primeira porção, permanece em uma forma não sinterizada. As fibras de metal da composição descrita acima são selecionadas de aço inoxidável, aço de carbono, uma liga de cromo, uma liga de cobre, uma liga de alumínio, uma liga de titânio e combinações desses. A etapa de desaeração também pode incluir compactação da composição.

Também dentro do escopo da invenção estão uma composição e métodos para uso em um forno de indução elétrica por contato com metal. Uma modalidade preferida da 2 0 invenção é uma composição refratária seca compreendendo (1) uma mistura refratária seca incluindo um material de matriz em uma quantidade de 2 0 a 100 por cento em peso e um agregado refratário denso em uma quantidade de 0 a 80 por cento em peso; e (2) fibras de metal em uma quantidade de 0,5 a 15 por cento em peso da mistura refratária seca. 0 material de matriz e o agregado refratário denso são selecionados de modo que, quando a composição refratária seca é instalada na forma em pó sem a adição de água ou aglutinantes químicos líquidos em um vazio adjacente à face quente de um forno de indução elétrica por contato com metal, pelo menos uma primeira porção da composição próxima da face quente forma fortes ligações térmicas. De preferência, o material de matriz e o agregado refratário denso são selecionados de modo que quando a composição refratária seca é instalada, uma segunda porção da composição além da face quente que não a primeira porção permanece na forma não sinterizada. 0 material de matriz pode estar presente em uma quantidade de 40 a 80 por cento em peso. A mistura refratária seca da composição descrita acima pode incluir um agente de ligação ativado pelo calor em uma quantidade de 0,1 a 8 por cento em peso.

As fibras de metal são selecionadas de aço inoxidável, aço de carbono, uma liga de cromo e misturas dos mesmos. As fibras de metal podem ter um comprimento de cerca de 1,27 a cerca de 5,08 cm.

Outra modalidade preferida da invenção é uma composição refratária instalada. A composição descrita acima é instalada na forma em pó sem a adição de água ou aglutinantes químicos líquidos em um vazio adjacente à face quente de um forno de indução elétrica por contado com metal, de modo que pelo menos uma primeira porção da composição instalada próxima da face quente forma fortes ligações térmicas. De preferência, o material de matriz e o agregado refratário denso são selecionados de modo que quando a composição refratária seca é instalada, uma segunda porção da composição além da face quente que não a primeira porção permanece na forma não sinterizada.

Ainda outra modalidade preferida da invenção é um método de instalação de um revestimento refratário. 0 3 0 método compreende as etapas de seleção de uma mistura refratária seca incluindo ura material de matriz em uma quantidade de 2 0 a 100 por cento em peso e um agregado refratário denso em uma quantidade de 0 a 80 por cento em peso; seleção de fibras de metal em uma quantidade de 0,5 a 15 por cento em peso da mistura refratária seca; mistura da mistura refratária seca e das fibras de metal na ausência de água ou aglutinantes líquidos adicionados; entornar a composição misturada na forma em pó em um vazio adjacente â face quente de um forno de indução elétrica por contato de metal; desaeração da composição entornada; compactação da composição; e aquecimento da composição desaerada de modo que pelo menos uma primeira porção da composição próxima da face quente forma fortes ligações térmicas. As fibras de metal são selecionadas de aço inoxidável, aço de carbono, uma liga de cromo e misturas dos mesmos. De preferência, o método também inclui a etapa de seleção do material de matriz e do agregado refratário denso de modo que quando a composição desaerada é aquecida, uma segunda porção da composição além da face quente que não a primeira porção permanece na forma não sinterizada.

Esses e outros objetivos da invenção se tornarão evidentes a partir da descrição detalhada.

Breve Descrição dos Desenhos:

A FIG. 1 é uma vista seccional transversal esquemática de um vaso de fundição de metal tendo um revestimento de trabalho refratário passível de vibração seco convencional.

A FIG. 2 é uma vista em diagrama parcial do revestimento refratário da FIG. 1 antes de aquecimento.

A FIG. 3 é uma vista em diagrama parcial do 3 0 revestimento refratário da FIG. 1 após aquecimento inicial. A FIG. 4 é uma vista em diagrama parcial do revestimento refratário da FIG. 3 após o revestimento ter sido usado durante um tempo se aproximando de sua vida útil.

A FIG. 5 é uma vista em diagrama parcial do

revestimento refratário da FIG. 3 mostrando a resposta do revestimento a uma rachadura.

A FIG. 6 é uma vista em diagrama parcial de um revestimento refratário incluindo fibras de metal instalado no vaso da FIG. 1, mostrando a resposta do revestimento a uma rachadura.

A FIG. 7 é uma curva de resistência à curvatura para um refratário passível de vibração seco convencional.

A FIG. 8 é uma curva de resistência à curvatura para um refratário passível de vibração seco incluindo fibras de metal.

Descrição Detalhada da(s) Modalidade(s) Preferida(s):

A composição da presente invenção é um refratário monolítico para instalação na forma em pó seco sem a adição de água ou aglutinantes químicos líquidos. A composição inclui fibras de metal que diminuem as características quebradiças da parte ligada da composição instalada e resistem a rachaduras. Instalações experimentais de composições refratárias secas incluindo fibras de metal demonstraram vida útil aperfeiçoada comparado a refratários passíveis de vibração secos convencionais.

Composições refratárias secas que incluem fibras de metal podem ser usadas para aplicações de contenção de metal, contenção de metal/calor e isolamento térmico. Essas 3 0 composições são úteis em instalações incluindo, mas não limitadas a, fornos de indução elétrico com canal e sem núcleo, revestimentos secundários em calhas de alto fornos e caldeiros usados na produção de aço, pisos de fornos tratados pelo calor, fornos de cozimento de carbono, caixas de filtros em fundição de alumínio e magnésio, revestimentos em zonas na parte superior de vasos de processamento de metal (por exemplo, coberturas superiores), cuba de alto forno, forno reverberatórios, sistemas de lavagem de manipulação de metal e poços onde correm metal.

A composição refratária da presente invenção é particularmente adequada para uso em aplicações de contenção de metal. Composições refratárias particularmente adequadas para uso em aplicações de contenção de metal/calor e isolamento térmico são o assunto de nosso pedido copendente intitulado "Crack-Resistant Insulating Dry Refractory", depositado em sete de Fevereiro de 2003.

A composição refratária seca da presente invenção inclui pelo menos material de matriz e fibras de metal. A 2 0 composição também pode incluir outros materiais refratários, particularmente agregado refratário denso. A composição refratária seca também pode incluir um agente de ligação ativado pelo calor a fim de promover a formação de ligações fortes dentro da composição, um supressor de 2 5 poeira para controlar a poeira visível e respirável durante instalação da composição em forma de pó seco ou um agente de ligação e um supressor de poeira.

As fibras ou agulhas de metal podem ser de qualquer material ferroso ou não ferroso adequado incluindo, mas não limitado, a aço inoxidável, aço de carbono, uma liga de cromo, uma liga de cobre, uma liga de alumínio, uma liga de titânio ou uma combinação desses. A composição, número e tamanho das fibras de metal podem ser selecionados baseado no ambiente químico e térmico do vaso. Por exemplo, fibras de uma liga de cromo isenta de níquel ao invés de aço inoxidável podem ser usadas em refratários para operações de processamento de magnésio a fim de evitar contaminação do magnésio pelo níquel e fibras de uma liga da Série 406 podem ser usadas em refratários para vasos com uma atmosfera rica em hidrogênio. 0 uso de uma combinação de fibras tendo diferentes composições pode proporcionar resultados superiores.

As fibras de metal úteis na prática da invenção têm, de preferência, um comprimento de cerca de 1,27 a cerca de 5,08 cm, mais preferivelmente cerca de 1,27 a cerca de 5,08 cm. 0 uso de uma combinação de comprimentos de fibras, quer de uma composição de um único metal ou uma combinação de composições de metal, pode proporcionar resultados superiores. Agulhas de metal comercialmente disponíveis variam, tipicamente, em tamanho seccional transversal à configuração. Agulhas de metal podem ser produzidas através de estampagem a partir de uma folha de metal, resultando em formas de agulha em folha fendida deformadas ou não deformadas (disponíveis, por exemplo, da Fibercon International, Inc., Evans City, PA) ou através de extrações de fundido, resultando em formas de agulhas em formato de canoa (disponíveis, por exemplo, da Ribbon Technology Corp., Gahanna, OH). Tipicamente, as larguras das agulhas variam de cerca de 0,0254 a cerca de 0,3105 cm, 3 0 os comprimentos das agulhas variam de cerca de 1,2 7 a cerca de 5,08 cm e proporções de aspecto oscilam de cerca de 4:1 a cerca de 200:1. Variações do tamanho e configuração da agulha dentro das faixas acima descritas não parecem afetar adversamente o desempenho da composição refratária reivindicada.

Fibras de metal estão presentes na composição em uma quantidade de cerca de 0,5 a cerca de 15 por cento em peso da mistura refratária seca. Fibras de materiais mais pesados, tal como aço, estão presentes, de preferência, em uma quantidade de cerca de 3 a cerca de 10 por cento em peso, mais preferivelmente cerca de 4 a cerca de 7 por cento em peso. Fibras de materiais mais leves, tais como ligas de alumínio, estão presentes, de preferência, em quantidades menores, por exemplo, cerca de 2 a cerca de 5 por cento em peso, mais preferivelmente cerca de 3 a cerca de 5 por cento em peso, em virtude do fato de pesos menores proporcionarem um número suficiente de agulhas. As fibras de metal geralmente são adicionadas aos ingredientes da composição refratária seca durante mistura. A mistura refratária seca é projetada ou selecionada

para uma aplicação em particular, baseado no ambiente químico e térmico ao qual a mistura refratária será exposta. Misturas refratárias para aplicações de contenção de metal contêm, tipicamente, material de matriz e agregado refratário denso, enquanto que misturas refratárias para aplicações de contenção de metal/calor e isolamento térmico contêm, tipicamente, predominantemente material de matriz e material enchedor de peso leve, com pouco ou nenhum agregado refratário denso. Para aplicações de contenção de metal, o ambiente térmico e químico pode ser afetado (1) pelas condições limites relacionadas às dimensões do envoltório e a capacidade desejada do poço de metal fundido, (2) a identidade e propriedades físicas do metal e (3) o ambiente de operação esperado do vaso, incluindo sua capacidade nominal, a presença de características tais como injeção de oxigênio, torques de plasma e dispositivos de resfriamento de água ou ar, valor de isolamento desejado, tempo de campanha, facilidade de reparo e custos do material. Geralmente, os materiais são selecionados para a composição refratária de modo que a composição pode tolerar o ambiente térmico do vaso, manter a integridade estrutural de qualquer envoltório que circunda o vaso e proporcionar o valor de isolamento desejado. Análise térmica convencional e técnicas de design de revestimento são usadas para desenvolver um perfil térmico do vaso baseado . nesses fatores.

O material de matriz é selecionado para intensificar o desempenho da composição em um ambiente de operação em particular. Por exemplo, diferentes materiais de matriz serão selecionados para uso em refratários destinados a uso em contenção de fundido de ferro, fundido de aço e metal fundido de cobre e alumínio. O material de matriz é um refratário granular fino natural ou sintético capaz de conferir boa resistência química e térmica no ambiente no qual a composição será usada. A elevada área de superfície das partículas finamente divididas e a composição mineralógica dessas partículas promovem ligação quando as partículas são expostas ao calor. Materiais de matriz adequados podem incluir silicatos, refratários contendo alumina, alumino-silicatos e silicatos de alumínio alcalino terroso. De preferência, o material de matriz é selecionado de alumina calcinada, alumina fundida, magnésia sinterizada, magnésia fundida, sílica fumegada, sílica fundida, carbureto de silício, carbureto de boro, diboreto de titânio, boreto de zircônio, nitreto de boro, nitreto de alumínio, nitreto de silício, Sialon (oxinitreto de silício-alumínio), óxido de titânio, sulfato de bário, zircônio, um mineral do grupo silimanita, pirofilita, argila resistente ao calor, carbono, wolastonita, fluoreto de cálcio (fluorspar), espinélio, óxido de cromo, olivina, um agregado de aluminato de cálcio, um silicato de alumina- zircônia, cromita, óxido de cálcio, dolomita e outros materiais de matriz conhecidos na técnica. Uma combinação de materiais de matriz pode ser usada se desejado.

A composição pode incluir agregado refratário denso, dependendo da aplicação e das características dos outros constituintes na mistura refratária. 0 agregado refratário denso contribui para a integridade estrutural da composição e está presente, tipicamente, em composições refratárias que serão expostas a metais fundidos corrosivos, tais como ferro e aço. De preferência, pelo menos uma pequena quantidade de agregado refratário denso está presente em composições refratárias usadas em aplicações de contenção de metal/calor e isolamento térmico. 0 agregado refratário denso pode incluir minerais naturais ou sintéticos ou uma combinação dos dois. Minerais naturais podem incluir argila resistente ao calor calcinada, Chamotte calcinada, um mineral do grupo silimanita, bauxita calcinada, pirofilita, sílica, zircônio, badeleiíta, cromita, dolomita e olivina. Minerais sintéticos podem incluir cordierita, carbureto de silício, alumina sinterizada (por exemplo, alumina tabular), alumina fundida, sílica fundida, mulita sinterizada, mulita fundida, zircônia fundida, mulita de zircônia sinterizada, mulita de zircônia fundida, magnésia sinterizada, magnésia fundida, espinélio sinterizado, espinélio fundido, grog refratário denso, um agregado de cromo-alumina, um agregado de aluminato de cálcio e um silicato de alumina-zircônia. Uma combinação de agregados refratários densos pode ser usada para se obter resultados em particular.

Tipicamente, o tamanho de partícula do agregado refratário denso será maior do que 100 mesh. 0 agregado refratário denso pode estar presente em uma quantidade de cerca de 0 a cerca e 80 por cento em peso para aplicações de contenção de metal e em uma quantidade de cerca de 0 a cerca de 70 por cento em volume para aplicações de contenção de metal/calor e isolamento térmico.

A composição mineralógica do material de matriz e do agregado refratário denso pode ser idêntica, com o mesmo material refratário desempenhando as funções de proporcionar o corpo ou esqueleto refratário e intensificação do desempenho da composição no ambiente de operação. As partículas maiores, tipicamente maiores do que cerca de 100 mesh, funcionam primariamente como o agregado refratário denso que intensifica a integridade estrutural da composição e as partículas menores, tipicamente menores do que cerca de 100 mesh, mais preferivelmente menores do que cerca de 65 mesh, funcionam primariamente como o material de matriz que proporciona boa resistência ao ambiente químico e térmico no qual a composição será usada. Partículas na faixa de cerca de 100 mesh podem exibir uma função secundária além de sua função primária; isto é, determinadas partículas agregadas refratárias densas nessa faixa de tamanho podem ter propriedades de ligação que intensificam a resistência química e térmica e determinadas partículas de material de matriz nessa faixa de tamanho podem intensificar a integridade estrutural.

0 material enchedor de peso leve compreende um agregado refratário de isolamento que reduz a densidade da composição e intensifica suas propriedades de isolamento térmico. 0 material enchedor de peso leve pode ser um material natural ou sintético, mais tipicamente um oxido refratário. Mais especificamente, o material enchedor de peso leve pode ser selecionado de perlita, vermiculita, pedra-pomes, xisto expandido (por exemplo, KT 200 eKT 500, disponíveis da K T Pumice, Inc.), argila resistente ao calor expandida (por exemplo, CE Mulcoa 47LW, disponível da C-E Minerais e agregado com baixo teor de ferro Whi-Agg disponível da Whitfield & Son Ltda.), esferas ocas de sílica expandida (por exemplo, microesferas cerâmicas ocas Fillite, disponíveis da Trellebord Fillite, Inc. e agregado Veri-lite, disponível da A.P. Green Industries, Inc.), alumina em vesículas, alumina porosa sinterizada (por exemplo, catalisador de alumina), um agregado de isolamento de espinélio de alumina, um agregado de isolamento de aluminato de cálcio (por exemplo, agregado de peso superleve SLA-92 da Alcoa) , mulita expandida, alumino- silicato de peso leve, grog de peso leve e anortita. Outros 3 0 agregados refratários de isolamento ou minerais porosos (incluindo minerais sinteticamente expandidos) conhecidos na técnica também podem ser usados. Uma combinação de materiais enchedores de peso leve pode ser usada, se desejado.

0 material enchedor de peso leve tem, tipicamente, um

tamanho de partícula de cerca de 0,9525 cm ou menos. O material enchedor de peso leve, tipicamente, não está presente em quantidades apreciáveis em aplicações de contenção de metal, mas está presente em uma quantidade de cerca de 15 a cerca de 85 por cento em volume, de preferência cerca de 50 a cerca de 80 por cento em volume, em aplicações de contenção de metal/calor e isolamento térmico.

As características do material enchedor de peso leve podem variar com a aplicação. Em aplicações de contenção de metal/calor, o material enchedor de peso leve deve ter propriedades compatíveis com o metal, por exemplo, um agregado de isolamento de alumino-silicato em aplicações de contenção de ferro, bem como propriedades desejadas de contenção de calor. Em aplicação de isolamento térmico, o material enchedor de peso leve pode ser selecionado pelo valor de isolamento ou mesmo baixo custo. Materiais enchedores de peso leve tendo tamanhos de micro poro geralmente são preferidos. É mais fácil formar ligações em torno do material enchedor de peso leve com tamanho de micro poro em aplicações de contenção de calor/metal e outras aplicações de demanda, resultando em uma rede de ligação mais forte. Materiais enchedores de peso leve tendo tamanhos de micro poro têm valores de isolamento maiores. 3 0 A ligação térmica da composição refratária instalada pode ser obtida através de ligação cerâmica em alta temperatura do material de matriz e qualquer agregado refratário denso em resposta ao ambiente térmico da composição instalada. Por exemplo, ligação cerâmica do material de matriz e qualquer agregado refratário denso pode proporcionar ligação suficiente em aplicações tais como aquelas nas quais formação de ligação não é desejada até que a composição atinja cerca de 1093,333°C ou mais. Conseqüentemente, a presença de um agente de ligação distinto não é necessária para o desempenho com sucesso da composição refratária seca.

Se desejado, contudo, a composição pode conter pelo menos um agente de ligação ativado pelo calor distinto para controlar a resistência do material e o desenvolvimento de ligação após calor ter sido aplicado a composição refratária instalada. O agente de ligação pode ser selecionado baseado nas temperaturas às quais a aplicação será exposta, de modo que ligação pode estar substancialmente completa em temperaturas tão baixas quanto cerca de 176,6667° C a tão altas quanto 982,2222° C ou mais. De preferência, o agente de ligação é não líquido em temperatura ambiente, embora a adição de um agente de ligação líquido atomizado durante preparo da composição (não durante instalação) também possa proporcionar resultados aceitáveis. Quando usado, o agente de ligação está presente, tipicamente, em uma quantidade de cerca de 0,1 a cerca de 8 por cento em peso para aplicações de contenção de metal e de cerca de 0,1 a cerca de 15 por cento em volume para aplicações de contenção de calor/metal 3 0 e isolamento térmico. Para aplicações nas quais um agente de ligação ativado pelo calor distinto é usado, o agente de ligação pode ser um único agente de ligação ou uma combinação de agentes de ligação. 0 agente de ligação pode ser um agente de ligação orgânico, um agente de ligação inorgânico ou uma combinação desses. Conforme descrito acima, ligação cerâmica do material de matriz e qualquer agregado refratário denso também podem contribuir para ligação de uma composição refratária instalada mesmo quando um agente de ligação distinto está presente.

Agentes de ligação orgânicos, os quais são usados, tipicamente, para temperaturas abaixo de cerca de 315,5556° C, desenvolvem resistência durante aquecimento dentro da faixa de temperatura. Resinas fenólicas (fenol- formaldeído), incluindo resina novolac (uma resina de fenol-formaldeído de termoassentamento seca) é um agente de ligação orgânico preferido. Resinas com baixo teor de fenol são particularmente preferidas. Outros agentes de ligação orgânicos adequados incluem resina furano, piche, gilsonita, ligno-sulfonato, açúcar, metil/etilcelulose, amido e ácido oxálico.

Agentes de ligação inorgânicos são usados, tipicamente, para desenvolvimento de ligação em temperaturas maiores do que cerca de 315,5556° C. Eles promovem a formação de ligações vítreas em faixas de temperatura intermediárias e ligações cerâmicas em faixa de temperaturas maiores. Agentes de ligação inorgânicos adequados incluem óxido de boro, ácido bórico, um sal de fluoreto de não cálcio (por exemplo, fluoreto de alumínio 3 0 ou fluoreto de magnésio), um composto de silicato (por exemplo, silicato de sódio ou silicato de potássio), um composto de borato (por exemplo, borato de sódio ou fluoroborato de potássio), um composto de fosfato (por exemplo, pó de ortofosfato seco), um cimento de silicato de cálcio, um cimento de aluminato de cálcio, cloreto de magnésio, argila em esferas, caulim, um composto de sulfato (por exemplo, sulfato de alumínio, sulfato de cálcio ou sulfato de magnésio), um pó de metal (por exemplo, alumínio em pó ou ligas de silício) e frita refratária. Outros agentes reconhecidos na técnica como agentes de ligação ativados pelo calor também podem ser usados. Oxido de boro e ácido bórico são agentes de ligação inorgânicos particularmente preferidos em virtude do fato de eles serem eficazes e baratos. Frita refratária (tamanho de partícula tipicamente de menos do que cerca de 2 00 mesh) também é um agente de ligação inorgânico preferido. Fritas com baixo ponto de fusão são preferidas para aplicações que requerem ligação em baixa temperatura e fritas com elevado ponto de fusão são preferidas para aplicações com limites de 2 0 temperatura de operação maiores.

0 tamanho de partícula dos agentes de ligação é, tipicamente, menor do que cerca de 100 mesh, mais preferivelmente menor do que cerca de 60 mesh. Partículas mais finas proporcionam melhor dispersão, mas partículas mais grossas podem estar mais disponíveis ou disponíveis em um custo menor.

A mistura refratária seca também pode incluir uma pequena quantidade de um supressor de poeira. 0 supressor de poeira funciona primariamente para reduzir a poeira visível a fim de manter o ambiente da instalação limpo e facilitar o uso. Ele também funciona para manter os níveis de poeira respiráveis trazidos pelo ar dos materiais na composição abaixo de seus respectivos limites de exposição, embora partículas de poeira respiráveis tendam a aderirem a partículas de poeira visíveis maiores quando poeira visível está presente. Um supressor de poeira geralmente é necessário em composições a serem instaladas sob condições prováveis de resultar na geração de grandes quantidades de poeira, particularmente instalações em larga escala e aqueles sem sistemas de ventilação de controle de poeira. O supressor de poeira não é necessário para conter satisfatoriamente metal fundido ou calor ou proporcionar isolamento térmico, de modo que o supressor de poeira pode ser omitido. Quando usado, o supressor de poeira está presente em uma quantidade suficiente para controlar a poeira respirável visível durante instalação da composição, tipicamente de cerca de 0 a cerca de 2 por cento em peso para aplicações de contenção de metal e de cerca de 0 a cerca de 3 por cento em volume para aplicações de contenção de metal/calor e isolamento térmico.

Óleo de peso leve, tal como óleo mineral, é um supressor de poeira preferido. Quanto mais leve o peso do óleo, maior a quantidade de supressor de poeira que é provável de ser necessária para se obter resultados satisfatórios. Por exemplo, uma modalidade preferida de uma mistura refratária seca para uma aplicação de contenção de metal/calor pode incluir óleo de peso leve em uma quantidade de cerca de 0,25 a cerca de 1,6 por cento em volume. Outras substâncias que reduzem a formação de poeira 3 0 sem interferir com o desempenho do refratário, tais como outros óleos de peso leve, querosene, glicóis e polímeros orgânicos viscosos (de preferência, formulações não aquosas), também podem ser usados. Uma combinação de supressores de poeira, tal como uma mistura de óleo de peso leve e querosene, pode ser usada se desejado.

Uma composição refratária seca para uma aplicação de contenção de metal é descrita abaixo:

(1) uma mistura refratária seca incluindo os seguintes ingredientes em percentual em volume aproximado:

Ingrediente Percentual em volume

Material de matriz 2 0 a 100

Agregado refratário denso 0 a 80

Agente de ligação ativado pelo calor 0 a 8

Supressor de poeira 0 a 2

e

(2) agulhas de metal em uma quantidade de 0,5 a 15 por cento em peso da mistura descrita acima.

De preferência, a mistura refratária seca descrita acima inclui os seguintes ingredientes em percentual em volume aproximado:

Ingrediente Percentual em volume

Material de matriz 20 a 60

Agregado refratário denso 40 a 80

Agente de ligação ativado pelo calor 0 a 5

Supressor de poeira 0 a 2

Uma composição refratária seca para contenção de metal/calor e aplicações de isolamento térmico é descrita abaixo:

(1) uma mistura refratária seca incluindo os seguintes ingredientes em percentual em volume aproximado: Ingrediente Percentual em volume

Material de matriz 15 a 50

Material enchedor de peso leve 15 a 85

Agregado refratário denso 0 a 70

Agente de ligação ativado pelo calor 0 a 15

Supressor de poeira 0 a 3

e

Ingrediente Percentual em volume

Material de matriz 15 a 35

Material enchedor de peso leve 35 a 75

Agregado refratário denso 0 a 65

Agente de ligação ativado pelo calor 0 a 10

Supressor de poeira 0 a 3

A composição refratária seca não contém umidade ou aglutinantes químicos líquidos adicionados. A composição não traz umidade em seu estado quando-instalada. Espera-se que a composição refratária, quando instalada, contenha menos do que cerca de 0,5 por cento em peso de água resultante de águas de hidratação associada aos constituintes refratários e/ou umidade absorvida do ambiente, embora essa quantidade possa variar com a composição refratária específica e condições ambientais durante armazenamento e instalação.

A composição refratária seca pode ser preparada através de combinação das matérias primas comercialmente disponíveis (pré-selecionadas para os tamanhos de partícula desejados) para a mistura refratária seca com as fibras de metal em um misturador. Os materiais são misturados juntos a fim de proporcionar uma distribuição substancialmente contínua. 0 processo de mistura e equipamento são típicos daqueles usados em métodos conhecidos de fabricação de refratários passíveis de vibração secos. Um supressor de poeira pode ser adicionado à composição durante mistura. Um supressor de poeira atomizado também pode ser pulverizado na composição.

A composição refratária pode ser instalada da mesma forma que um refratário passível de vibração seco convencional, entornando-se a mesma no lugar (por exemplo, em um vazio adjacente a uma fonte de calor) e, então, desaerando ou densificando a mesma. Isso pode ser realizado através de compactação da composição no lugar, por exemplo, através de vibração ou socando. Para composições mais densas, desaeração também pode ser realizada forçando-se a composição (usando uma ferramenta de forquilha ou aparelho

2 0 similar) para remover o ar encerrado na composição quando

se entorna. A remoção do ar encerrado leva as partículas a um melhor contato umas com as outras e proporciona acondicionamento de partículas suficiente para permitir a formação de ligações fortes e o desenvolvimento de capacidade de suporte de carga (se desejado) no refratário ligado.

As diferenças entre um refratário passível de vibração seco convencional instalado e um refratário instalado incluindo fibras de metal em uma aplicação exemplificativa

3 0 de contenção de metal podem ser observadas com referência às FIGS. 1-6. A FIG. 1 é uma vista seccional transversal esquemática de um vaso de fundição de metal 10 tendo um revestimento refratário de trabalho 12. 0 lado do revestimento mais próximo do poço de metal fundido 14 é referido como a face quente 16 e o lado do revestimento mais próximo do envoltório externo 18 que mantém o revestimento no lugar antes que ele seja compactado é referido como a face fria 20. Para fins desse exemplo, admite-se que o vaso 10 seja um forno de indução elétrica por contato com metal contendo alumínio fundido 14 em uma temperatura de cerca de 760° C. A FIG. 2 é uma vista parcial em diagrama do revestimento refratário 12 da FIG. 1 antes de aquecimento, ilustrando a forma não sinterizada do refratário.

Antes de operação de um vaso recentemente revestido ou

reparado 10, a temperatura do revestimento 12 pode ser aumentada gradualmente em direção à temperatura de operação. Durante esse período de aquecimento, muitas reações químicas e físicas desejáveis e conseqüenciais podem ocorrer no revestimento 12. O aumento da temperatura do revestimento 12 pode iniciar ou acelerar essas reações, incluindo ativação de quaisquer agentes de ligação ativados pelo calor presentes na composição. Em virtude do fato de nenhuma água ou aglutinantes químicos líquidos estarem presentes no revestimento refratário seco instalado 12, nenhuma etapa de secagem prolongada é necessária entre a instalação e aquecimento.

A composição refratária seca é, de preferência, selecionada com uma faixa de temperatura de sinterização 3 0 apropriada que permitirá a formação de ligações térmicas fortes em uma região predeterminada do corpo refratário instalado 12. Após instalação, o revestimento refratário 12 formará progressivamente ligações térmicas em resposta à exposição ao calor.

As FIGS. 3-5 mostram a formação progressiva de ligação

em um revestimento refratário passível de vibração seco instalado convencional 12 e a FIG. 6 mostra a formação progressiva de ligação em um revestimento refratário instalado 12' incluindo fibras de metal 30. O gradiente de temperatura (também referido como o plano térmico) do revestimento 12, 12' a partir da face quente 16 para a face fria 2 0 é mostrado na parte inferior de cada diagrama.

A FIG. 3 é uma vista em diagrama parcial do revestimento refratário 12 da FIG. 1 após aquecimento inicial. A região 22 do revestimento 12 adjacente à face quente 16 tende a formar ligações fortes (isto é, ligações com uma resistência maior do que cerca de 1000 p.s.i. para uma aplicação em forno de indução elétrica por contato com alumínio). O refratário fortemente ligado 22 é denso e duro e pode exibir comportamento quebradiço. A região 24 do revestimento 12 mais distante da face quente 16 e adjacente ao envoltório 18 tende a permanecer em uma condição não sinterizada (isto é, com uma resistência menor do que cerca de 200 p.s.i. para uma aplicação em forno de indução elétrica por contato com alumínio) . A região intermediária 26 tende a formar ligações fritas fracas (isto é, com uma resistência maior do que cerca de 200 p.s.i., mas menor do que cerca de 1000 p.s.i. para uma aplicação em forno de indução elétrica por contato com alumínio). As regiões fritas 26 e não sinterizadas 24 do revestimento 12 retêm suas propriedades de fluido e formam um invólucro que permanece capaz de absorver estresses mecânicos e térmicos. Para fins de ilustração, as regiões 22, 24 e 26 caracterizadas por diferentes resistências de ligação são mostradas como áreas distintas com limites distintos. Contudo, conforme descrito acima, as ligações formadas no revestimento 12 em resposta ao calor são de natureza progressiva, de modo que uma continuidade de resistências de ligação existe a partir da face quente 16 para o refratário não sinterizado 24.

A FIG. 4 é uma vista em diagrama parcial do revestimento refratário 12 da FIG. 3 após o revestimento refratário 12 ter sido usado durante um tempo se aproximando de sua vida útil. O revestimento 12 foi corroído distante do local original da face quente 16 para definir uma nova face quente 16A e desviou o plano térmico do revestimento 12 para a face fria 20. O refratário restante ainda inclui regiões fortemente ligadas 22, fritas 26 e não sinterizadas 24. 2 0 A FIG. 5 é uma vista em diagrama parcial do

revestimento refratário 12 da FIG. 3 no qual uma rachadura 28 foi formada na região quebradiça fortemente ligada 22, permitindo que metal fundido 14 penetre profundamente no revestimento 12. Em resposta às condições térmicas resultantes dessa penetração, o revestimento refratário 12 formou progressivamente ligações térmicas adicionais 22A, 24A, 26A adjacentes à rachadura 28, causando um desvio localizado do plano térmico do revestimento 12. A propagação da rachadura 28 foi cessada através da formação de novas ligações fortes 22A que proporcionam boa resistência à penetração de metal fundido, mas apenas uma fina camada de refratário não sinterizado 24A continua a absorver e distribuir estresses.

0 revestimento refratário 121 inclui fibras de metal 30, exibindo as mesmas características que o revestimento passível de vibração seco convencional 12 mostrado nas FIGS. 2-4, mas responde diferentemente à rachadura. A FIG. 6 é uma vista em diagrama parcial de um revestimento refratário instalado 12' contendo fibras de metal 30, mostrando a resposta do revestimento 12' a uma rachadura 28' na face quente 26. As fibras de metal 30 no revestimento 12' resistem à propagação da rachadura 28', de modo que a rachadura 28' penetra apenas uma curta distância na região fortemente ligada 22' . Mesmo se a rachadura tivesse se propagado no revestimento 12' até o mesmo ponto mostrado na FIG. 5, de modo que apenas uma fina camada do refratário não sinterizado 24' restasse, o revestimento 12' tem mais capacidade de absorver e distribuir estresses em virtude do fato de a região fortemente ligada 22' ser menos quebradiça do que aquela do revestimento refratário convencional 12 mostrado na FIG. 5.

Na aplicação exemplificativa descrita acima, o gradiente térmico era tal que a continuidade das resistências de ligação no revestimento refratário 12 se estende através de três regiões 22, 24 e 26, cada uma caracterizada por uma resistência de ligação diferente. Contudo, o gradiente térmico não precisa se estender através de todas as três regiões em cada aplicação. Dependendo das características de design do refratário seco e do ambiente térmico, o gradiente térmico pode ser tal que o revestimento instalado 12 exibe boas resistências de ligação em apenas duas regiões ou mesmo uma região. Em uma aplicação tendo um baixo gradiente térmico, o revestimento instalado pode consistir de regiões fritas e fortemente ligadas, essencialmente sem refratário não sinterizado presente. Em uma aplicação tendo um gradiente térmico ainda mais baixo, essencialmente todo o refratário instalado pode ser fortemente ligado. Um revestimento refratário instalado também pode resistir à formação de ligações fortes na região mais próxima da face quente após o aquecimento inicial e permanecer na forma não sinterizada (ou uma combinação de forma frita e não sinterizada), com ligações fortes sendo formadas na região mais próxima da face quente apenas em resposta a uma alteração posterior nas condições térmicas, tal como penetração de gases quentes através de rachaduras ou juntas em um revestimento de trabalho de um conduto. A resistência das ligações formadas em uma região em particular também pode variar, baseado nas características da composição refratária e no ambiente térmico da aplicação.

O número de regiões com resistência de ligação em uma aplicação em particular pode mesmo alterar em resposta às condições térmicas. Na FIG. 5, a quantidade de refratário não sinterizado 24 na proximidade da rachadura 28 é pequena. Propagação adicional de rachadura poderia resultar de ligação de todo o refratário não sinterizado 24 nessa área.

Embora não se deseje estar preso à teoria, parece que as fibras de metal no revestimento refratário interferem com a propagação de rachaduras e reduzem a natureza quebradiça (aumento da resistência à tensão) da região fortemente ligada do revestimento refratário. Parece que fibras mais curtas contribuem mais para interferir com a propagação de rachaduras, enquanto que fibras mais longas contribuem mais para redução da natureza quebradiça do revestimento refratário ligado. 0 uso de uma combinação de fibras tendo fibras longas e curtas pode produzir um revestimento refratário tendo ótima resistência a rachaduras.

O desempenho da composição refratária com fibras de

metal em resposta ao estresse difere acentuadamente daquela dos refratários passíveis de vibração convencionais. Curvas de resistência à curvatura para uma composição refratária seca convencional e uma composição refratária seca

incluindo fibras de metal são, respectivamente, conforme mostrado nas FIGS. 7 e 8. Uma amostra de um refratário passível de vibração seco convencional (Allied Mineral Products, Inc. Dri-Vibe 493A) foi preparado através de compactação do refratário passível de vibração seco, queima

2 0 do mesmo em uma temperatura de 982,2222° C e resfriamento

do mesmo para a temperatura ambiente. Uma amostra de um refratário passível de vibração seco incluindo fibras de metal (Dri-Vibe 493A modificado contendo cerca de 4,6 por cento em peso de fibras de liga de cromo isentas de níquel)

foi preparada através do mesmo método. A resistência à curvatura das amostras na mesma taxa de carga foi determinada usando-se um módulo com 3 pontos do aparelho de ruptura. Conforme mostrado na FIG. 7, a amostra convencional tinha uma resposta geralmente linear à carga

3 0 com o tempo antes de quebrar ao meio. A amostra refratária com fibras de metal, mostrada na FIG. 8, tinha uma resposta mais irregular à carga com o tempo e curvatura sem quebra. Acredita-se que a resposta irregular seja indicativa de micro-rachaduras e curvatura.

Seguem exemplos de composições refratárias adequadas

para aplicações em particular.

Exemplo 1:

Uma composição refratária seca para um forno de indução elétrica sem núcleo por contato com alumínio foi preparada através de mistura dos seguintes ingredientes de uma mistura refratária seca:

Ingrediente Percentual em Alumina fundida marrom, 5 + 10 mesh 26 ,1 Alumina fundida marrom, 10 + 3 0 mesh 27 ,1 Alumina fundida marrom, - -3 0 mesh 18 ,3 Alumina fundida marrom, - 100 mesh 8, 1 Alumina fundida branca, - 2 00 mesh 8, 1 Sílica, -200 mesh 4, 0 Alumina calcinada, -325 mesh 5, 4 Frita refratária, -100 mesh 2, 9

com agulhas de aço inoxidável em uma quantidade de cerca de 4,6 por cento da mistura refratária seca. Uns na indústria de forno de indução elétrica acreditam que tal composição refratária era inadequada para uso em um forno de indução elétrica em virtude da presença de corrente elétrica no revestimento refratário. Em desacordo com isso, a composição refratária obteve resultados satisfatórios quando ela foi instalada em um forno de indução elétrica 2 0 por contato com alumínio, sem problemas observados com relação à condutividade elétrica pelas fibras de metal. Exemplo 2:

Uma composição refratária seca para um forno de indução elétrica por contato com magnésio foi preparada através de mistura dos seguintes ingredientes de uma mistura refratária seca:

Ingrediente Percentual em volume

Alumina fundida marrom, 5+10 mesh 18,7

Alumina fundida marrom, 10 + 30 mesh 24,1

Alumina fundida marrom, -30 mesh 14,4

Alumina fundida branca, -50 mesh 5,3

Alumina fundida marrom, -200 mesh 18,6

Alumina calcinada, -325 mesh 10,9

Magnésia calcinada, -2 00 mesh 4,8

Frita refratária, -100 mesh 3,2

com agulhas de liga de cromo isenta de níquel em uma quantidade de cerca de 4,6 por cento da mistura refratária seca.

Exemplo 3:

Uma composição refratária seca para um revestimento secundário de isolamento térmico em uma parede de conduto sujeita a choques térmicos repetidos foi preparada através de mistura dos seguintes ingredientes de uma mistura refratária seca:

Ingrediente Percentual em volume

Argila de poeira de pederneira

12, 8

calcinada, -4 mesh Mineral do grupo silimanita, -35 mesh 4,8

Pirofilita, -16 mesh 3,0

Argila resistente ao calor, -100 mesh 77,0

Perlita, -10 mesh 1,0 Frita refratária, -100 mesh 0,9

Óleo mineral 0,5

com agulhas de aço inoxidável em uma quantidade de cerca de por cento em peso da mistura refratária seca.

Uma composição refratária incluindo fibras de metal também obteve resultados satisfatórios como um revestimento secundário de um caldeiro de vazamento de metal usada no refino de aço. Tipicamente, caldeiros de vazamento de metal usam tijolos refratários como um revestimento secundário atrás de um revestimento de trabalho de tijolos. A despeito da presença de um revestimento secundário, o envoltório do caldeiro de vazamento de metal tende a se tornar distorcido pelo calor e estresses mecânicos durante uso, tornando difícil ajustar tijolos quando substituição do revestimento secundário é necessária e vãos entre os tijolos podem permitir que metal fundido e escória penetrem no envoltório, resultando em mais distorção. 0 uso de um refratário passível de vibração seco contendo fibras de metal como o revestimento secundário em um caldeiro de vazamento de metal proporciona um revestimento sem juntas com resistência satisfatória ao aço fundido e escória, que 2 0 pode ser instalado através de métodos passíveis de vibração a seco, evitando a necessidade de consumo de tempo para ajuste de tijolos no revestimento secundário. 0 uso de um refratário seco contendo fibras de metal também intensifica a vida útil do revestimento secundário através de redução de falhas relacionadas a rachaduras, particularmente durante dilaceramento da face quente.

No decorrer da presente especificação, quando uma faixa de condições ou um grupo de substâncias é definido com relação a uma característica em particular (por exemplo, temperatura, percentual volumétrico e semelhantes) da presente invenção, a presente invenção se refere a e incorpora explicitamente cada elemento específico e combinações de subfaixas ou subgrupos na mesma. Qualquer faixa ou grupo especificado deve ser compreendido como uma forma mais conveniente de se referir a cada elemento de uma faixa ou grupo individualmente, bem como a cada possível subfaixa e subgrupo abrangido pelo mesmo; e similarmente com relação a quaisquer subfaixas ou subgrupos no mesmo.

Embora modalidades específicas da invenção tenham sido descritas aqui em detalhes, deve ser compreendido que variações podem ser feitas na mesma por aqueles habilitados na técnica sem se desviar do espírito da invenção ou do escopo das reivindicações em anexo. Em particular, a presença, na composição refratária, de quantidades incidentais de partículas constituintes refratárias secas (por exemplo, material de matriz, agregados refratários densos ou material enchedor de peso leve) tendo um tamanho fora de uma faixa especificada não destrói a utilidade da invenção. Misturas contendo predominantemente partículas constituintes refratárias secas da faixa especificada e quantidades incidentais de partículas constituintes refratárias secas fora da faixa especificada são consideradas como estando dentro do escopo da invenção.

Claims

1. Composição refratária seca caracterizada pelo fato de compreender: uma mistura refratária seca na forma de um pó seco para entornar em um revestimento refratário vazio e incluindo um material de matriz tendo um tamanho de partícula de menos do que 14 9 μπι (100 mesh) em uma quantidade de 20 a 100 por cento em peso da mistura refratária seca, o material de matriz sendo selecionado de alumina calcinada, alumina fundida, magnésia sinterizada, magnésia fundida, sílica fumegada, sílica fundida, carbureto de silício, carbureto de boro, diboreto de titânio, boreto de zircônio, nitreto de boro, nitreto de alumínio, nitreto de silício, nitreto de silício e ferro, Sialon, óxido de titânio, sulfato de bário, zircônio, um mineral do grupo silimanita, pirofilita, argila resistente ao calor, wolastonita, fluoreto de cálcio, espinélio, óxido de cromo, olivina, um agregado de aluminato de cálcio, um silicato de alumina- zircônia, cromita, óxido de cálcio, dolomita e misturas dos mesmos; e um agregado refratário denso tendo um tamanho de partícula maior do que ou igual a 149 pm (100 mesh) em uma quantidade de 0 a 80 por cento em peso da mistura refratária seca, o agregado refratário denso sendo selecionado de argila resistente ao calor calcinada, Chamotte calcinada, um mineral do grupo silimanita, bauxita calcinada, pirofilita, sílica, zircônio, badeleiíta, cromita, dolomita, olivina, cordierita, carbureto de silício, alumina sinterizada, alumina fundida, sílica fundida, mulita sinterizada, mulita fundida, zircônia fundida, mulita de zircônia sinterizada, mulita de zircônia fundida, magnésia sinterizada, magnésia fundida, espinélio sinterizado, espinélio fundido, grog refratário denso, um agregado de cromo-alumina, um agregado de aluminato de cálcio, um silicato de alumina-zircônia e misturas dos mesmos; e opcionalmente, um agente de ligação ativado termicamente em uma quantidade de 0,1 a 8 por cento em peso da mistura refratária seca; o material de matriz, o agregado refratário denso e o agente de ligação ativado termicamente, se incluído, sendo selecionados de modo que, quando a composição refratária seca é instalada na forma em pó sem a adição de água ou aglutinantes químicos líquidos em um vazio adjacente a uma fonte de calor, pelo menos uma primeira porção da composição próxima da fonte de calor forma fortes ligações térmicas; e fibras de metal em uma quantidade de 3 a 15 por cento em peso, com base no peso da mistura refratária seca.

2. Composição refratária seca, de acordo com a reivindicação 1, caracteri zada pelo fato das fibras de metal serem selecionadas de aço inoxidável, aço de carbono, uma liga de cromo, uma liga de cobre, uma liga de alumínio, uma liga de titânio e misturas dos mesmos.

3. Composição refratária seca, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato das fibras de metal terem um comprimento de 12,7 mm a 50,8 mm.

4. Composição refratária seca, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato do material de matriz e o agregado refratário denso serem selecionados de modo que, quando a composição refratária seca é instalada, uma segunda porção da composição além da fonte de calor que não a primeira porção, vai permanecer na forma não sinterizada.

5. Composição refratária seca, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a mistura refratária seca compreende o agente de ligação ativado termicamente em uma quantidade de 0,1 a 8 por cento em peso.

6. Composição refratária seca, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato do agente de ligação ativado termicamente ser selecionado de óxido de boro, ácido bórico, criolita, um sal de fluoreto de não cálcio, um composto de silicato, um composto de borato, um composto de fosfato, um cimento de silicato de cálcio, um cimento de aluminato de cálcio, cloreto de magnésio, argila em esferas, caulim, um composto de sulfato, um pó de metal, frita refratária, resina fenólica, resina de furano, breu, gilsonita, ligno-sulfonato, açúcar, metil/etilcelulose, amido, ácido oxálico e misturas dos mesmos.

7. Composição refratária seca, de acordo com a reivindicação 1, caracteri zada pelo fato da mistura refratária seca ainda compreender um supressor de poeira em uma quantidade que mantém a forma de pó seco da mistura refratária seca e é suficiente para controlar a poeira visível e respirável durante instalação da composição.

8. Composição refratária seca, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato do supressor de poeira ser selecionado de um óleo de peso leve, querosene, um glicol, um polímero orgânico viscoso e misturas dos mesmos.

9. Composição refratária seca, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato da mistura refratária seca incluir o material de matriz em uma quantidade de 20 a 60 por cento em peso e o agregado refratário denso em uma quantidade de 40 a 80 por cento em peso.

10. Composição refratária seca, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato da mistura refratária seca compreender ainda carbono.

11. Composição refratária seca, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato do agente de ligação ativado termicamente compreende uma frita refratária.

12. Composição refratária instalada caracterizada pelo fato de compreender: a composição refratária seca como definida na reivindicação 1 instalada na forma de pó sem a adição de aglutinantes químicos líquidos ou água em um vazio adjacente a uma fonte de calor, pelo menos uma primeira porção da composição instalada próxima da fonte de calor formando fortes ligações térmicas.

13. Composição refratária instalada, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de uma segunda porção da composição além da fonte de calor que não a primeira porção permanecer em uma forma não sinterizada.

14. Método de instalação de um revestimento refratário caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: entornar a composição refratária seca como definida na reivindicação 1 compreendendo a mistura refratária seca na forma em pó e as fibras de metal, sem a adição de aglutinantes químicos líquidos ou água em um vazio adjacente a uma fonte de calor; desaeração da composição entornada; e aquecimento da composição desaerada de modo que pelo menos uma primeira porção da composição próxima da fonte de calor forma fortes ligações térmicas.

15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato da etapa de desaeração ainda compreender a etapa de compactação da composição.

16. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracteri zado pelo fato de que, quando a composição desaerada é aquecida, uma segunda porção da composição além da fonte de calor que não a primeira porção permanece em uma forma não sinterizada.

17. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a fonte de calor é a face quente de um forno de indução elétrica por contato de metal.

18. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato das fibras de metal terem um comprimento de 12,7 mm a 50,8 mm.

19. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato da mistura refratária seca compreender o agente de ligação ativado termicamente em uma quantidade de 0,1 a 8 por cento em peso, e o agente de ligação ativado termicamente é selecionado de óxido de boro, ácido bórico, criolita, um sal de fluoreto de não cálcio, um composto de silicato, um composto de borato, um composto de fosfato, um cimento de silicato de cálcio, um cimento de aluminato de cálcio, cloreto de magnésio, argila em esferas, caulim, um composto de sulfato, um pó de metal, frita refratária, resina fenólica, resina de furano, breu, gilsonita, ligno-sulfonato, açúcar, metil/etilcelulose, amido, ácido oxálico e misturas dos mesmos.

20. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato da mistura refratária seca incluir material de matriz em uma quantidade de 20 a 60 por cento em peso e o agregado refratário denso em uma quantidade de 40 a 80 por cento em peso.

21. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato do agente de ligação ativado termicamente compreender uma frita refratária.