BR102012030520A2 - Sistema refratário nanoestruturado de elevada resistência à erosão e ao choque térmico - Google Patents
Sistema refratário nanoestruturado de elevada resistência à erosão e ao choque térmico Download PDFInfo
- Publication number
- BR102012030520A2 BR102012030520A2 BR102012030520A BR102012030520A BR102012030520A2 BR 102012030520 A2 BR102012030520 A2 BR 102012030520A2 BR 102012030520 A BR102012030520 A BR 102012030520A BR 102012030520 A BR102012030520 A BR 102012030520A BR 102012030520 A2 BR102012030520 A2 BR 102012030520A2
- Authority
- BR
- Brazil
- Prior art keywords
- erosion
- alumina
- thermal shock
- high resistance
- weight
- Prior art date
Links
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 title claims abstract description 45
- 230000035939 shock Effects 0.000 title claims abstract description 31
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 40
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 29
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 7
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid group Chemical group C(CC(O)(C(=O)O)CC(=O)O)(=O)O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 239000008119 colloidal silica Substances 0.000 claims description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 9
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 8
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 claims description 8
- 229910021487 silica fume Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910052580 B4C Inorganic materials 0.000 claims description 7
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N boron carbide Chemical compound B12B3B4C32B41 INAHAJYZKVIDIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000003349 gelling agent Substances 0.000 claims description 7
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000007900 aqueous suspension Substances 0.000 claims description 5
- 229910001570 bauxite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims description 5
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 claims description 5
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 claims description 4
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 claims description 4
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 claims description 4
- 238000004080 punching Methods 0.000 claims description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H sodium hexametaphosphate Chemical group [Na]OP1(=O)OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])OP(=O)(O[Na])O1 GCLGEJMYGQKIIW-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims description 3
- 235000019982 sodium hexametaphosphate Nutrition 0.000 claims description 3
- 239000001577 tetrasodium phosphonato phosphate Substances 0.000 claims description 3
- 229910052849 andalusite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000002902 bimodal effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 abstract description 2
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 17
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 16
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 10
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 5
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 5
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 5
- JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N phencyclidine Chemical class C1CCCCN1C1(C=2C=CC=CC=2)CCCCC1 JTJMJGYZQZDUJJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 4
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 4
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 4
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001208 Crucible steel Inorganic materials 0.000 description 2
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical compound [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000004231 fluid catalytic cracking Methods 0.000 description 2
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- HIGRAKVNKLCVCA-UHFFFAOYSA-N alumine Chemical compound C1=CC=[Al]C=C1 HIGRAKVNKLCVCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 aluminum aluminate Chemical class 0.000 description 1
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000007767 bonding agent Substances 0.000 description 1
- 230000009172 bursting Effects 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 229910052570 clay Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229940005740 hexametaphosphate Drugs 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 239000012784 inorganic fiber Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000543 intermediate Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 235000015927 pasta Nutrition 0.000 description 1
- 239000003348 petrochemical agent Substances 0.000 description 1
- QVLTXCYWHPZMCA-UHFFFAOYSA-N po4-po4 Chemical compound OP(O)(O)=O.OP(O)(O)=O QVLTXCYWHPZMCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013001 point bending Methods 0.000 description 1
- 238000009774 resonance method Methods 0.000 description 1
- 239000003923 scrap metal Substances 0.000 description 1
- 239000011949 solid catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K trisodium phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])([O-])=O RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
SISTEMA REFRATÁRIO NANOESTRUTURADO DE ELEVADA RESISTÊNCIA À EROSÃO E AO CHOQUE TÉRMICO. A presente invenção faz referência a um sistema refratário nanoestruturado de elevada resistência à erosão, compreendendo agentes ligantes coloidais, tais como sílica ou alumina, e aditivos sinterizantes. A combinação da maior reatividade das partículas nanométricas dos ligantes com a capacidade de sinterização em baixa temperatura permite a produção de materiais de elevada resistência à erosão quando expostos a temperaturas até 1000<198>C.
Description
SISTEMA REFRATÁRIO NANOESTRUTURADO DE ELEVADA RESISTÊNCIA À EROSÃO E AO CHOQUE TÉRMICO
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção se aplica ao campo petroquímico e se refere a um sistema refratário nanoestruturado de elevada resistência à erosão e ao choque térmico, o qual compreende agentes Iigantes como a sílica e a alumina coloidal, além de aditivos sinterizantes, como o alumínio metálico e o carbeto de boro.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO Na indústria petroquímica, o termo erosão refere-se ao desgaste dos
materiais refratários ocasionado pelo impacto das partículas sólidas do catalisador utilizado durante o processo de craqueamento do petróleo em unidades de processamento e produção.
Em unidades de craqueamento catalítico fluido (UFCC) de petróleo, a resistência à erosão/abrasão determina a vida útil do revestimento refratário, uma vez que a geração de trincas no material possibilita a deposição do coque por condensação nos vazios disponíveis.
Além disso, os materiais aplicados em UFCC também estão sujeitos a danos por choque térmico, o que resulta na formação de trincas que aumentam o desgaste por erosão. Deste modo, outra característica que se faz necessária é a de elevada integridade estrutural sob variações cíclicas de temperatura.
Em áreas de maior erosão, como os ciclones, são utilizadas massas refratárias de alta alumina aplicadas por socagem manual ou mecanizada em malhas hexagonais.
Estes materiais apresentam um volume erodido de cerca de 3 cm3 após queima a 815°C (conforme ensaio de erosão executado de acordo com a norma ASTM C 704.
Nesta mesma condição, concretos empregados em riser e aplicados por vibração ou autoescoamento devem apresentar uma erosão inferior a 12 cm3.
Assim, com o objetivo de proporcionar uma elevada resistência à erosão e choque térmico aos materiais refratários, a presente invenção propõe uma formulação distinta daquelas comumente utilizadas.
Ao invés de Iigantes tradicionais, tal como o cimento de aluminato de
cálcio, utiliza-se suspensões aquosas de partículas coloidais de sílica ou alumina (nanométricas), que aumentam a reatividade do sistema refratário, além de aditivos sinterizantes, os quais conferem maior capacidade de sinterização em baixa temperatura.
A tecnologia descrita na presente invenção pode ser utilizada em
composições refratárias para aplicação por vibração, autoescoamento e projeção pneumática, bem como em massas plásticas para instalação por socagem manual ou mecanizada.
O sistema refratário da presente invenção apresenta índices de desgaste por erosão inferiores a 1 cm3, indicando a possibilidade de aumento de vida útil do material refratário e redução do lucro cessante decorrente de paradas para a manutenção dos mesmos.
TÉCNICA RELACIONADA
Documentos do estado da técnica fazem referência a composições refratárias não específicas para uso em petroquímica, sendo relacionadas, também, a materiais para aplicação na indústria de produção de aço.
O documento de anterioridade US 5,494,267, por exemplo, descreve uma composição refratária especialmente projetada para dispositivos que acondicionem metal líquido, sendo esta aplicada por bombeamento e 25 compreendendo de 36% a 92% em peso de carbeto de silício, de 8% a 20% em peso de sílica coloidal como agente ligante, dentre outros constituintes, que podem incluir alumina, microssílica, grafite e agentes de pega.
Já o documento US 6,528,011 relata um sistema refratário ligado por sílica coloidal para uso em fornos a arco elétrico, os quais são responsáveis pela conversão de sucata metálica em ferro fundido e aço. O sistema é composto por 55% a 90% em peso de alumina, 2,5% a 30% em peso de carbeto de silício, 2% a 20% em peso de sílica e 0,1% a 4% em peso de carbono.
Ainda, o documento EP 425086 descreve uma composição de um
concreto para uso em calhas, canais de corrida e outros possíveis sistemas de acondicionamento e processamento de ferro fundido e aço, o qual é composto por 55% a 90% em peso de um agregado refratário de base (tal como argila calcinada, mulita, alumina eletrofundida marrom ou 10 alumina tabular), carbeto de silício em uma proporção de até 35% em peso e 8% a 14% em peso de sílica coloidal dispersa em água.
O documento de anterioridade Pl 0802121-0, por exemplo, se refere ao uso associado da sílica coloidal com fibras inorgânicas, com o objetivo de minimizar os problemas de trincas e fissuras superficiais em peças refratárias.
Nenhum dos documentos do estado da técnica faz referência ao uso combinado de Iigantes coloidais e aditivos sinterizantes para a obtenção de materiais de elevada resistência ao desgaste por erosão e ao choque térmico para aplicação na indústria petroquímica.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Esta invenção descreve um sistema refratário nanoestruturado de elevada resistência à erosão e ao choque térmico, compreendendo de 50% a 90% em peso de agregados refratários; de 5% a 40% em peso de alumina; de 0% a 10% em peso de microssílica; de 0,05% a 10% em peso de aditivos sinterizantes.
Adicionalmente, o sistema compreende de 5% a 20% em peso de uma suspensão aquosa de sílica ou alumina coloidal com concentração entre 30% a 60% em peso; de 0,01% a 2% em peso de aditivos dispersantes e/ou agentes gelificantes; de 0% a 2% em peso de agentes plastificantes e/ou Iigantes fosfatados e de 0% a 5% em peso de água, estes componentes estando presentes com base na soma total dos constituintes.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
A presente invenção se refere a sistemas refratários 5 nanoestruturados de elevada resistência à erosão e ao choque térmico pelo uso, em particular, de ligantes, em especial a alumina ou sílica coloidal, em combinação com aditivos sinterizantes tal como o carbeto de boro e/ou Al metálico. Tais sistemas refratários são úteis, principalmente, para aplicação em unidades de craqueamento catalítico fluido de petróleo 10 (UFCC).
Nestes sistemas, componentes como a sílica e a alumina coloidal proporcionam maior facilidade de secagem. Além disto, os sistemas também apresentam excelente integridade estrutural quando submetidos a variações cíclicas de temperatura, permitindo resfriamentos ou aquecimentos rápidos, sem a ocorrência de danos ou trincamento.
Já os aditivos sinterizantes, como o alumínio metálico e o carbeto de boro úteis para o sistema da presente invenção induzem à formação de uma fase líquida transiente em temperaturas inferiores a 1 .OOO0C, sendo esta responsável por uma maior densificação do material ao primeiro contato com temperatura elevada.
De forma mais específica, o sistema refratário nanoestruturado de elevada resistência à erosão e ao choque térmico da presente invenção compreende:
- de 50% a 90% em peso de agregados refratários;
- de 5% a 40% em peso de alumina;
- de 0% a 10% em peso de microssílica; e
- de 0,05% a 10% em peso de aditivos sinterizantes.
Com base na soma total dos constituintes, são adicionados:
- de 5% a 20% em peso de uma suspensão aquosa de sílica ou alumina coloidal com concentração entre 30% a 60% em peso; - de 0,01% a 2% em peso de aditivos dispersantes e/ou agentes gelificantes;
- de 0% a 2% em peso de agentes piastificantes e/ou Iigantes fosfatados; e
- de 0% a 5% em peso de água (água adicional).
Os agregados refratários são selecionados do grupo que consiste em: alumina tabular, alumina eletrofundida, sílica fundida, bauxita, mulita calcinada ou eletrofundida, chamotes sílico-aluminosos, chamotes aluminosos, andaluzita, zircônia, grãos eletrofundidos de alumina-zircônia e mulita-zircônia e outros agregados refratários.
A escolha dos agregados refratários a serem empregados no sistema refratário depende do local de aplicação de tais revestimentos.
As aluminas tabulares ou aluminas eletrofundidas, por exemplo, são agregados de elevada dureza úteis quando os sistemas refratários objeto da presente invenção tem aplicação em ciclones, já que neste caso não há restrições em relação à condutividade térmica do sistema refratário.
Já quando tais sistemas são utilizados em risers, existe a necessidade de uma baixa densidade aparente e condutividade térmica reduzida. Sendo assim, é preciso optar por outros tipos de agregados, tais 20 como: sílica fundida, bauxita, mulita ou chamotes sílico-aluminosos. Dentre os exemplos citados, a sílica fundida é a que possibilita os mais baixos valores de densidade aparente e condutividade térmica. Adicionalmente, o seu coeficiente de expansão linear extremamente reduzido contribui para obtenção de elevada resistência ao dano por choque térmico cíclico.
O agregado de mulita, em especial, apresenta características
intermediárias entre a alumina tabular ou eletrofundida e a sílica fundida. Portanto este material pode ser uma opção mais adequada quando se deseja aliar boa resistência à erosão e ao choque térmico com menor condutividade térmica.
A alumina, utilizada em concentrações variando de 5% a 40% em peso, pode ser do tipo calcinada ou reativa ou um material aluminoso compreendendo mais de 50% em peso de AI2O3 ou bauxita. A alumina reativa ou calcinada apresenta, em geral, distribuição granulométrica bimodal com diâmetro médio de 2 pm a 3 pm ou mono-modal com diâmetro <1 pm.
Já a microssílica deve possuir área superficial específica próxima a 20 m2/g e tem a função de contribuir para um melhor empacotamento do sistema refratário, possibilitando o aumento da fluidez.
Para promover a ligação entre os agregados, alumina calcinada ou reativa, microssílica e aditivos sinterizantes utilizam-se uma suspensão aquosa de sílica ou alumina coloidal com concentração entre 30% e 60% em peso.
Ligantes fosfatados, tal como o hexametafosfato de sódio, podem ser utilizados no sistema desenvolvido e o CMC (carboximetilcelulose) pode ser utilizado como agente plastificante para a produção de massas plásticas.
Adicionalmente, o ácido cítrico pode ser utilizado como aditivo dispersante para promover alterações na fluidez e o sínter de MgO, como agente gelificante, servindo para o ajuste do tempo de pega.
De acordo com o ajuste granulométrico adotado o sistema refratário
pode ser adequado para aplicação por vibração, autoescoamento, projeção pneumática e socagem manual ou mecanizada.
Exemplos da invenção:
Os exemplos citados são ilustrativos, não Iimitativos e correspondem a modalidades da invenção.
Com base neles, é possível comprovar a eficiência do uso de sílica ou alumina coloidal em combinação com os aditivos sinterizantes alumínio metálico e/ou carbeto de boro na otimização da resistência à erosão de sistemas refratários.
Exemplo 1: A Tabela 1 apresenta exemplos da proporção entre os componentes do sistema refratário para concretos a base de alumina tabular, mulita e sílica fundida.
TABELA 1 CONCRETOS A BASE DE ALUMINA TABULAR, MULITA E SÍLICA FUNDIDA Matérias- Especificação Alumina Mulita Sílica primas (%-p) Tabular Fundida Alumina D £ 6 mm 86 - 16 Tabular Mulita D £ 6,73 mm - 85,5 Sílica D £ 4,75 mm - - 70 Fundida Alumina CL370 e/ou 9,5 10 10 Reativa ou Al OOOSG Calcinada Microssílica MS971D 2 2 2 Aditivos Alumínio Metálico 2,5 2,5 2 Sinterizantes e/ou Carbeto de boro Ligante Sílica ou Alumina 7 13 8,7 Coloidal Coloidal Aditivo Ácido Cítrico - 0,1 Dispersante Aditivo Sínter de MgO 0,01 0,04 0,01 Gelificante MÉTODO DE APLICAÇÃO Vibração Autoescoamento Vibração As matérias-primas foram homogeneizadas e misturadas. Para isto, adicionou-se, inicialmente, cerca de 75% em peso de toda a suspensão coloidal e somente após a virada do concreto, ou seja, quando este já se apresentava como uma massa homogênea, os 25% restantes foram introduzidos. Para determinar as propriedades dos materiais, foram moldados corpos de prova para a realização de testes de caracterização. A cura foi realizada a 50°C em ambiente insaturado (na ausência de umidade) e, após a secagem a 1100C por 24 horas, efetuou-se a queima na temperatura de 815°C por 5 horas.
Os concretos produzidos foram submetidos aos ensaios de densidade aparente, módulo de ruptura a quente, resistência à erosão a frio, choque térmico cíclico e condutividade térmica.
A densidade aparente foi calculada utilizando-se o método de imersão de Archimedes (de acordo com a norma ASTM C 830-88).
O módulo de ruptura a 815°C foi determinado em uma máquina de flexão a três pontos, em que a velocidade de carregamento foi de 12,5 N/s, conforme a norma ASTM C 583-8.
Para a resistência à erosão, utilizaram-se amostras de dimensões 115 mm x 115 mm x 25 mm, as quais foram posicionadas à 90° em relação ao eixo de um jato de partículas erosivas de carbeto de silício, conforme a norma ASTM C 704.
No ensaio de resistência ao choque térmico cíclico, amostras de 150 mm x 25 mm x 25 mm foram aquecidas a 815°C e resfriadas ao ar 20 (AT=790°C). Este procedimento foi repetido até completar o total de 8 ciclos, sendo que, a cada 2 ciclos, o efeito do dano por choque térmico foi avaliado pela queda percentual do módulo elástico, conforme o método de ressonância de barras, conforme norma ASTM C 1198-91.
A condutividade térmica, em amostra previamente queimada a 815°C/10 horas, foi determinada para as temperaturas de 200°C, 400°C, 600°C e 815°C.
A técnica utilizada foi a do fio quente de acordo com a norma ASTM C 1113.
A Tabela 2 apresenta os resultados obtidos para os concretos nos diferentes ensaios de caracterização. TABELA 2 RESULTADOS OBTIDOS NOS ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO PROPRIEDADE Alumina Mulita Sílica Tabular Fundida Densidade Aparente após Queima 3,11 ±0,01 2,60 ± 0,01 2,17 ±0,02 a 815°C/5 horas (g/cm3) Módulo de Ruptura a 815°C (MPa) 35,4 ± 4,0 22,5 ± 1,5 18,9 ±3,8 Resistência à Erosão a Frio após 1,5 ±0,6 3,1 ±0,4 5,8 ±0,3 Queima a 815°C/5 horas (cm3) Resistência Módulo Ciclo 0 111,3 ± 3,1 66,9 ±2,1 28,0 ±0,9 Ciclo 8 104,0 ±2,3 55,9 ± 1,8 24,9 ± 0,8 Redução 6,6 ± 0,8 16,5 ±0,7 10,8 ±0,4 Percentual (%) Condutividade 200°C 9,08 ± 0,27 1,83 ±0,03 1,27 ±0,01 Térmica 400°C 5,82 ± 0,27 1,73 ±0,04 1,41 ±0,04 (W/m.K) 600°C 5,05 ±0,18 1,64 ±0,01 1,44 ±0,03 815°C 4,10 ±0,07 1,69 ±0,06 1,66 ±0,02 A especificação para refratários aplicados em UFCC1 no que diz respeito ao desgaste por erosão da indústria petroquímica brasileira, é de no máximo 12 cm3 para materiais com densidade aparente inferior a 2,4 g/cm3 (concretos para aplicação em riser) e de 6 cm3 para os que 5 possuem densidade superior a 2,6 g/cm3 (massas refratárias aplicadas em ciclones).
O sistema a base de alumina tabular apresentou um desgaste por erosão extremamente reduzido quando comparado com a especificação da indústria petroquímica e com o valor de referência dos produtos comerciais (que é de 3 cm3), mostrando que este sistema se mostrou perfeitamente adequado para aplicação em ciclones. O concreto a base de sílica fundida foi mais indicado para uso em riser devido a sua condutividade térmica reduzida, sendo que o volume erodido de aproximadamente 6 cm3 é bastante satisfatório para um material com densidade aparente de 2,17 g/cm3.
O sistema a base de mulita permitiu aliar elevada resistência a
erosão com baixa condutividade térmica. Adicionalmente, o fato de ser um concreto autoescoante o torna uma solução inovadora para riser de UFCC.
Para todos os materiais obtidos, a redução percentual do módulo elástico após o ensaio de choque térmico foi muito baixa, indicando uma característica de elevada integridade estrutural quando submetidos a variações cíclicas de temperatura.
Exemplo 2:
A Tabela 3 apresenta exemplos da proporção entre os componentes para composições de concretos autoescoantes a base de alumina tabular.
TABELA 3 CONCRETOS AUTOESCOANTES A BASE DE ALUMINA TABULAR Matérias-primas (%-p) Especificação A1 A2 Alumina Tabular D £ 6 mm 81 81 Alumina Reativa CL370 e/ou Al OOOSG 17 18,5 ou Calcinada Aditivos Alumínio Metálico 2 0,5 Sinterizantes e/ou Carbeto de Boro Ligante Coloidal Alumina Coloidal 8 Sílica Coloidal - 8 Aditivo Dispersante Ácido Cítrico - 0,1 Aditivo Gelificante Sínter de MgO 0,01 0,02 Teor de Água Adicional (%-p) 1,3 1,0 15
Na composição A1, foram utilizados 2% em peso de aditivos sinterizantes e a alumina coloidal foi o Iigante selecionado. Não utilizou-se agente dispersante e o gelificante foi ajustado para o teor de 0,01% em peso.
A composição A2 fez uso de sílica coloidal e, neste caso, para uma melhor dispersão do sistema, houve a incorporação de 0,1% em peso de ácido cítrico. A condição mais adequada para a consolidação do material foi obtida para um teor de 0,02% em peso de sínter de MgO.
Nos dois casos, além da água proveniente da própria suspensão coloidal, um pequeno teor adicional introduzido durante a mistura foi utilizado com o objetivo de promover um aumento da fluidez.
As matérias-primas foram homogeneizadas e misturadas. Para isto, adicionou-se, toda a suspensão coloidal e a água adicional foi introduzida somente após a virada do concreto.
Para determinar as propriedades dos materiais, foram moldados corpos de prova para a realização de testes de caracterização. A cura foi realizada a 50°C em ambiente insaturado (na ausência de umidade) e, após a secagem a 1100C por 24 horas, efetuou-se a queima na temperatura de 815°C por 5 horas.
Os concretos produzidos foram submetidos aos ensaios de densidade aparente, módulo de ruptura a quente, resistência à erosão a frio, choque térmico cíclico e condutividade térmica, em testes tal como descritos no exemplo 1.
A Tabela 4 apresenta os resultados obtidos para os concretos A1 e A2 nos diferentes ensaios de caracterização.
TABELA 4 RESULTADOS OBTIDOS NOS ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO PROPRIEDADE A1 A2 Densidade Aparente após Queima 3,10 ±0,01 3,23 ± 0,01 a 815°C/5 horas (g/cm3) Módulo de Ruptura a 815°C (MPa) 34,1 ±2,1 54,7 ± 6,4 Resistência à Erosão a Frio após 1,4 ±0,3 1,1 ±0,0 Queima a 815°C/5 horas (cm3) Resistência Módulo Ciclo 0 189,5 ±8,9 144,7 ±4,4 Ciclo 8 170,1 ±12,8 134,8 ±8,7 (após 6 ciclos) Redução percentual (%) 10,3 7,3 As duas composições apresentaram valores de módulo de ruptura a 815°C extremamente elevados, com isso, o desgaste por erosão foi próximo de 1,0 cm3.
Ainda, os materiais apresentaram excelente integridade estrutural quando submetidos a variações cíclicas de temperatura, o que foi evidenciado pelo baixo valor da redução percentual do módulo elástico após o ensaio de choque térmico.
Exemplo 3:
O sistema proposto na presente invenção pode ser utilizado para a produção de massas plásticas de elevado desempenho em relação à resistência à erosão.
A Tabela 5 apresenta exemplos de composições de massas plásticas, utilizando aluminas tabulares como agregados.
Para este tipo de aplicação, além dos constituintes convencionais de concretos, faz-se necessária a adição de um agente plastificante.
TABELA 5 MASSAS PLÁSTICAS A BASE DE ALUMINA TABULAR Matérias- Especificação MP1 MP2 primas (%-p) Alumina D £ 6 mm 60 60 Tabular Alumina CL370 e/ou A1000SG 35 35 Reativa ou Calcinada Aditivos Alumínio Metálico e/ou 2 2 Sinterizantes Carbeto de Boro Ligante Alumina Coloidal 7,5 Sílica Coloidal - 7,5 Ligante Hexametafosfato de - 0,8 Fosfatado Sódio Aditivo Ácido Cítrico - 0,1 Dispersante Aditivo Sínter de MgO - 0,02 Gelificante Aditivo CMC 0,1 0,1 Plastificante Teor de Água Adicional (%-p) 4,0 3,5 Na composição MP1, foram utilizados 2% em peso de aditivos sinterizantes e a alumina coloidal foi o Iigante selecionado. Os agentes dispersantes e gelificantes não foram necessários.
A composição MP2 fez o uso de sílica coloidal e, neste caso, para 5 uma melhor dispersão do sistema, houve a incorporação de 0,1 % em peso de ácido cítrico. A condição mais adequada para a consolidação do material foi obtida para um teor de 0,02% em peso de sínter de MgO. Neste sistema, também foi adicionado um Iigante fosfatado, que é o hexametafosfato de sódio (0,8% em peso).
Nos dois casos, além da água proveniente da própria suspensão
coloidal, um pequeno teor adicional introduzido durante a mistura foi utilizado com o objetivo de promover uma plasticidade e tempo de trabalho adequado para moldagem.
As matérias-primas foram homogeneizadas e misturadas. Para isto, adicionou-se, toda a suspensão coloidal e a água adicional foi introduzida somente quando a massa já se apresentava homogênea. Os corpos de prova produzidos foram submetidos aos ensaios de densidade aparente, módulo de ruptura a quente, resistência à erosão a frio, choque térmico cíclico e condutividade térmica, em testes tal como descritos no exemplo 1.
A Tabela 6 apresenta os resultados obtidos para as massas MP1 e MP2 nos diferentes ensaios de caracterização.
TABELA 6 RESULTADOS OBTIDOS NOS ENSAIOS DE CARACTERIZAÇÃO PROPRIEDADE MP1 MP2 Densidade Aparente após Queima 3,03 ± 0,02 2,96 ± 0,02 a 815°C/5 horas (g/cm3) Módulo de Ruptura a 815°C (MPa) 24,1 ±3,1 20,9 ±1,7 Resistência à Erosão a Frio após 1,1 ±0,0 1,5 ±0,1 Queima a 815°C/5 horas (cm3) Resistência Módulo Ciclo O 111,4 ± 5,2 92,5 ± 6,3 Ciclo 8 98,1 ±8,4 81,8 ±7,4 (após 6 ciclos) Redução Percentual (%) 11,9 11,6 As duas composições apresentaram valores de módulo de ruptura a 815°C elevados e desgaste por erosão extremamente baixo (1,1 cm3 e 1,5 cm3, respectivamente).
Adicionalmente, os dois materiais também possuem uma excelente integridade estrutural quando submetidos às variações cíclicas de temperatura, o que foi evidenciado pela baixa redução percentual do módulo elástico após o ensaio de choque térmico.
Claims (11)
1. SISTEMA REFRATÁRIO NANOESTRUTURADO DE ELEVADA RESISTÊNCIA À EROSÃO E AO CHOQUE TÉRMICO, caracterizado por compreender: - de 50% a 90% em peso de agregados refratários; - de 5% a 40% em peso de alumina; - de 0% a 10% em peso de microssílica; e - de 0,05% a 10% em peso de aditivos sinterizantes. - de 5% a 20% em peso, com base na soma total dos constituintes, de uma suspensão aquosa de sílica ou alumina coloidal com concentração entre 30% a 60% em peso; - de 0,01% a 2% em peso, com base na soma total dos constituintes, de aditivos dispersantes e/ou agentes gelificantes; - de 0% a 2% em peso, com base na soma total dos constituintes, de agentes plastificantes e/ou Iigantes fosfatados; e - de 0% a 5% em peso, com base na soma total dos constituintes, de água.
2. SISTEMA REFRATÁRIO NANOESTRUTURADO DE ELEVADA RESISTÊNCIA À EROSÃO E AO CHOQUE TÉRMICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os agregados refratários são selecionados do grupo que consiste em alumina tabular, alumina eletrofundida, sílica fundida, bauxita, mulita calcinada ou eletrofundida, chamotes sílico-aluminosos, chamotes aluminosos, andaluzita, zircônia, grãos eletrofundidos de alumina-zircônia e mulitazircônia.
3. SISTEMA REFRATÁRIO NANOESTRUTURADO DE ELEVADA RESISTÊNCIA À EROSÃO E AO CHOQUE TÉRMICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a alumina é alumina calcinada ou alumina reativa ou um material aluminoso compreendendo mais de 50% em peso de AI2O3 ou bauxita.
4. SISTEMA REFRATÁRIO NANOESTRUTURADO DE ELEVADA RESISTÊNCIA À EROSÃO E AO CHOQUE TÉRMICO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a alumina reativa ou calcinada apresenta uma distribuição granulométrica bimodal ou monomodal.
5. SISTEMA REFRATÁRIO NANOESTRUTURADO DE ELEVADA RESISTÊNCIA À EROSÃO E AO CHOQUE TÉRMICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a microssílica apresenta área superficial específica de cerca de 20 m2/g.
6. SISTEMA REFRATÁRIO NANOESTRUTURADO DE ELEVADA RESISTÊNCIA À EROSÃO E AO CHOQUE TÉRMICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os aditivos sinterizantes são selecionados do grupo que consiste em alumínio metálico, carbeto de boro ou uma mistura destes.
7. SISTEMA REFRATÁRIO NANOESTRUTURADO DE ELEVADA RESISTÊNCIA À EROSÃO E AO CHOQUE TÉRMICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aditivo dispersante é o ácido cítrico.
8. SISTEMA REFRATÁRIO NANOESTRUTURADO DE ELEVADA RESISTÊNCIA À EROSÃO E AO CHOQUE TÉRMICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente gelificante é o sínter de MgO.
9. SISTEMA REFRATÁRIO NANOESTRUTURADO DE ELEVADA RESISTÊNCIA À EROSÃO E AO CHOQUE TÉRMICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o Iigante fosfatado é o hexametafosfato de sódio.
10. SISTEMA REFRATÁRIO NANOESTRUTURADO DE ELEVADA RESISTÊNCIA À EROSÃO E AO CHOQUE TÉRMICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente plastificante é o carboximetilcelulose.
11. SISTEMA REFRATÁRIO NANOESTRUTURADO DE ELEVADA RESISTÊNCIA À EROSÃO E AO CHOQUE TÉRMICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o sistema refratário é adequado para aplicação por vibração, autoescoamento, projeção pneumática e socagem manual ou mecanizada.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BR102012030520-8A BR102012030520B1 (pt) | 2012-11-30 | Sistema refratário nanoestruturado de elevada resistência à erosão e ao choque térmico |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BR102012030520-8A BR102012030520B1 (pt) | 2012-11-30 | Sistema refratário nanoestruturado de elevada resistência à erosão e ao choque térmico |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BR102012030520A2 true BR102012030520A2 (pt) | 2014-09-09 |
| BR102012030520B1 BR102012030520B1 (pt) | 2024-04-09 |
Family
ID=
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Roy et al. | Nanotechnology in castable refractory | |
| CN102030550B (zh) | 一种含均质料的刚玉-莫来石质高强耐磨可塑料 | |
| EP3686175B1 (en) | Kr desulfurization stirring paddle casting material and preparation method therefor | |
| Otroj et al. | Microstructure and phase evolution of alumina–spinel self-flowing refractory castables containing nano-alumina particles | |
| BR112015018590B1 (pt) | Sistema de aglutinante de geopolímero para concretos refratários, mistura de concreto refratário seca, que contém o sistema de aglutinante, bem como o uso da mistura | |
| Silva et al. | Effect of alumina and silica on the hydration behavior of magnesia‐based refractory castables | |
| Ismael et al. | Refractory castables based on colloidal silica and hydratable alumina | |
| CN109734462B (zh) | 磷酸二氢铝结合钢纤维增强耐火浇注料及制备方法 | |
| Braulio et al. | Colloidal alumina as a novel castable bonding system | |
| JPH01160883A (ja) | 軽量溶成シリカ耐火組成物 | |
| EP3255024B1 (en) | Heat-insulating monolithic refractory material | |
| CN104671804B (zh) | 一种高铝耐火可塑料及其制备方法 | |
| JP5943032B2 (ja) | 軽量断熱アルミナ・マグネシア質耐火物の製造方法 | |
| Zhang et al. | Influence of powder characteristics of reactive alumina on properties of alumina-spinel castables | |
| CA2809049C (en) | Monolithic graphitic castable refractory | |
| JP2018108902A (ja) | 軽量断熱不定形耐火物 | |
| Zhang et al. | Trace nanoscale Al2O3 in Al2O3-MgAl2O4 castable for improved thermal shock performance | |
| BRPI0620211A2 (pt) | argamassa refratária de enchimento auto-moldável e utilização de uma argamassa | |
| CA1247151A (en) | Abrasion resistant refractory composition | |
| US4680279A (en) | Abrasion resistant refractory composition | |
| BR112015027276B1 (pt) | Produto refratário moldado contendo grafite, e processo para redução de sua dilatação térmica reversível | |
| BR102012030520A2 (pt) | Sistema refratário nanoestruturado de elevada resistência à erosão e ao choque térmico | |
| EP0809614A1 (en) | Castable refractory systems | |
| AU723770B2 (en) | Low cement refractory castable system for wet process pumping/spraying | |
| BR102012030520B1 (pt) | Sistema refratário nanoestruturado de elevada resistência à erosão e ao choque térmico |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B03A | Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette] | ||
| B06F | Objections, documents and/or translations needed after an examination request according [chapter 6.6 patent gazette] | ||
| B06V | Preliminary requirement: patent application procedure suspended [chapter 6.22 patent gazette] | ||
| B07A | Application suspended after technical examination (opinion) [chapter 7.1 patent gazette] | ||
| B09B | Patent application refused [chapter 9.2 patent gazette] | ||
| B12B | Appeal against refusal [chapter 12.2 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 30/11/2012, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. PATENTE CONCEDIDA CONFORME ADI 5.529/DF, QUE DETERMINA A ALTERACAO DO PRAZO DE CONCESSAO. |