BR112017000292B1 - Rolo transportador e processo para fabricar um rolo transportador - Google Patents
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Abstract
O presente pedido refere-se a uma composição de revestimento protetora e abrasível para aplicação sobre cilindros e mais particularmente aos cilindros transportadores compreendendo um revestimento abrasível para uso em aplicações a altas temperaturas, a um processo para fabricar tais cilindros e ao seu uso. A corrosão pela fusão do alumínio é reduzida e as substâncias de deposição são removidas por atrito. A vida útil do cilindro é então aumentada. O revestimento compreende 83 a 98%, em peso, de um agregado que compreende partículas de Si3N4, SiC ou SiAION ou uma mistura dos mesmos e 2 a 17%, em peso, de partículas submicrométricas de Al2O3 ou SiO2, ZrO2, CeO2, Y2O3 ou mistura destes.
Description
[001] A presente invenção a uma composição de revestimento protetora e abrasível para aplicação sobre rolos e mais particularmente aos rolos transportadores compreendendo um revestimento abrasível para uso em aplicações a altas temperaturas, a uma composição para produzir tal revestimento, a um processo para fabricar tais rolos transportadores e ao seu uso.
[002] As lâminas de metal transportadas são com frequência tratadas contra corrosão com alumínio ou ligas de zinco contendo alumínio. Os rolos transportadores de materiais compreendidos de sílica fundida, mullita, sillimanita, alumina, matriz de SiC ou metal como aço refratário são bem conhecidos devido ao seu excelente comportamento à alta temperatura como sua alta refratariedade e baixa expansão térmica e à sua inércia relativa com respeito aos metais fundidos. São amplamente usados em forno de soleira de rolos transportadores. Embora os rolos transportadores contendo sílica sejam preferenciais, eles apresentam uma desvantagem: enquanto avançam dentro do forno, o alumínio das lâminas de metal revestidas começa a fundir-se. O alumínio parcialmente fundido reage com SiO2 ou silicatos provenientes do corpo cerâmico do rolo transportador resultando em oxidação do alumínio (Al => Al2O3) e em redução do silicato para a forma de metal (predominantemente Si), reduzindo então, de modo drástico, a vida dos rolos transportadores devido à corrosão.
[003] É agora sabido que, a fim de evitar a corrosão, os rolos transportadores podem se revestidos com SiAlON ou com carbeto de silício ou nitreto de silício sinterizado. O revestimento pode compreender, adicionalmente, partículas de titanato de alumínio. É de fato conhecido que todos estes materiais têm propriedades não umectantes com respeito ao alumínio fundido.
[004] Embora a corrosão seja reduzida, alguns fenômenos de deposição ainda persistem. Pelo uso de um revestimento de nitreto de silício rígido ou durável, o Si3N4 é apenas lentamente oxidado na superfície resultando na formação de sílica. Fases menores, como sílica proveniente da oxidação de nitreto de silício, reagem com o alumínio produzindo Al2O3 e Si que se acumulam sobre a superfície do rolo transportador revestido.
[005] Um revestimento rígido revelado em US-A1-2007/089642 compreende partículas de nitreto de silício e um aglutinante compreendendo partículas sólidas, em nanoescala, com superfície modificada, em um solvente orgânico. O revestimento é descrito como rígido devido à forte aderência do revestimento de nitreto no substrato. Um solvente orgânico é usado para evitar alguma hidrólise das partículas de nitreto de silício. Este revestimento rígido é habitualmente aplicado em cadinho revelsolar mas pode também ser aplicado em tubo ascendente em metalurgia de alumínio para evitar a corrosão do alumínio.
[006] US-A1-2009160108 descreve rolo transportador de sílica fundida sem revestimento, no qual a porosidade da superfície tem sido preenchida, por exemplo, com nitreto de silício usando um solvente orgânico. Isto evita em alguma extensão a deposição na superfície. Visto que a sílica fundida é a fase maior sobre a superfície, a corrosão também é observada quando em contato com o alumínio.
[007] O objetivo da invenção é fornecer um rolo transportador que é resistente à corrosão de alumínio, e, além disso, soluciona o problema de deposição. A superfície do rolo transportador é revestida, mas, ao contrário de US-A1-2007/0089642, o revestimento não é rígido. Na presente invenção, o revestimento é abrasível e é parcialmente removido pelo desgaste juntamente com as substâncias de deposição deixando uma superfície limpa enquanto que mantém uma boa resistência contra a corrosão do alumínio.
[008] A presente invenção refere-se a um rolo transportador com ao menos uma camada de um revestimento abrasível compreendendo: a) 83% em peso a 98% em peso de um agregado compreendendo partículas de Si3N4, SiC ou SiAlON ou uma mistura destes, b) 2% em peso a 17% em peso de partículas submicrométricas de Al2O3 ou SiO2, ZrO2, CeO2, Y2O3 ou mistura destes.
[009] O tamanho médio de partículas das partículas submicrométricas é maior que 100 nm mas menor que 1.000 nm.
[010] O agregado pode compreender, adicionalmente, partículas de Al2TiO5.
[011] Tais rolos transportadores são principalmente usados em um forno de soleira de rolos transportadores no qual a temperatura de utilização está acima de 800°C. As partículas de Si3N4 do revestimento tendem a cair por atrito das lâminas de metal transportadas sobre o rolo transportador quando a deposição de metal ou de óxido de metal, como alumina ou alumínio parcialmente oxidado, acumula-se sobre a superfície do rolo transportador. As ligações entre as partículas de Si3N4 / partículas de Si3N4, e também as ligações entre as partículas de Si3N4 / substrato são, de fato, fracas. Após um determinado tempo à temperatura alta (até várias semanas no forno do cliente), a coesão entre as partículas de nitreto de silício e as partículas de aglutinante aumenta e o revestimento densifica-se, mas mantém suas propriedades abrasíveis. Contudo, as substâncias de deposição são ainda descamadas porque a porção do revestimento densificado finalmente se descama sob o efeito de atrito. Isto também é a consequência do atrito das lâminas de metal sobre a superfície do rolo transportador e da aderência na interface entre o rolo transportador e o revestimento densificado que é mais fraca que a aderência na interface entre as substâncias de deposição e o revestimento densificado. De acordo com a concentração ou a natureza das partículas submicrométricas, a adesão ao substrato e a coesão com o substrato são, adicionalmente, aprimoradas e não obstante o atrito, as substâncias de deposição não caem mas permanecem sobre o rolo transportador. Entretanto - se necessário - estas substâncias de deposição podem ainda ser descamadas mecanicamente por uma ação externa. O rolo transportador neste caso precisa ser desmontado e as substâncias de deposição são então removidas pela aplicação de atrito suficiente. Outra opção é remover completamente o revestimento e reaplicar um revestimento novo no rolo transportador.
[012] O termo abrasível é usado para descrever um revestimento que é desgastado sob o atrito das lâminas de metal transportadas ou pela aplicação de uma ação externa como um processo de lixação. A consequência é que a superfície do revestimento é autorregenerada e o ciclo de vida do rolo transportador é aumentado.
[013] O revestimento compreende, opcionalmente, um aglutinante temporário como um aglutinante orgânico. O aglutinante orgânico pode ser um polímero acrílico ou um polímero epoxídico, amido, poli(álcool vinílico) etc. A vantagem do aglutinante orgânico é aumentar em uma base temporária as propriedades mecânicas necessárias, por exemplo, para transportar e/ou instalar o rolo transportador sem dano. Quando o rolo transportador estiver sendo usado no forno, o aglutinante orgânico desaparece devido à alta temperatura deixando o rolo transportador com o revestimento abrasível.
[014] A área superficial específica das partículas de nitreto é menor que ou igual a 8 m2/g e, preferencialmente, está entre 0,5 m2/g e 5 m2/g. Se a área superficial específica for maior que 8 m2/g, rachaduras serão observadas devido à tensão gerada durante a secagem do revestimento. Por exemplo, foi formado um revestimento compreendendo partículas tendo uma área superficial específica de 10 m2/g, e o número de rachaduras foi excessivamente alto em uma tal extensão que o artigo revestido foi inutilizável.
[015] O uso de vários tipos de partículas apresentando áreas superficiais específicas diferentes permite adaptar a densidade e as propriedades do revestimento pela otimização de empilhamento de pó quando a composição é aplicada sobre um substrato.
[016] A invenção fornece, adicionalmente, um rolo transportador em que o revestimento abrasível é feito de uma pluralidade de camadas de composições compreendendo: c) 83% em peso a 98% em peso de um agregado compreendendo partículas de Si3N4, SiC ou SiAlON ou uma mistura destes, d) 2% em peso a 17% em peso de partículas submicrométricas de Al2O3 ou SiO2, ZrO2, CeO2, Y2O3 ou mistura destes.
[017] O agregado pode compreender, adicionalmente, partículas de Al2TiO5.
[018] Quando o revestimento é removido sob atrito, a vida de serviço do rolo transportador pode ser ajustada de acordo com as condições utilizadas para a fabricação do revestimento.
[019] Com a finalidade de tornar o rolo transportável, o rolo transportador revestido é, preferencialmente, aquecido ao menos a 800°C durante ao menos 3 horas.
[020] A espessura média do revestimento é, vantajosamente, de ao menos 150 μm.
[021] O revestimento abrasível pode ser feito pelo uso de uma composição conforme descrita abaixo. O objetivo da invenção é, também, uma composição para produzir um revestimento abrasível sobre rolo transportador compreendendo: e) 50% em peso a 75% em peso de um agregado de partículas de Si3N4, SiC ou SiAlON ou uma mistura destes, f) 1,5% em peso a 10% em peso, preferencialmente 1,5% em peso a 5% em peso, de partículas submicrométricas de Al2O3 ou SiO2, ZrO2, CeO2, Y2O3 ou uma mistura destes, g) 15% em peso a 48,5% em peso de H2O, a dita composição caracterizada pelo fato de que as partículas de Si3N4, SiC ou SiAlON têm uma área superficial específica (BET) menor que ou igual a 8 m2/g, e preferencialmente entre 0,5 m2/g e 5 m2/g.
[022] O agregado pode compreender, adicionalmente, partículas de Al2TiO5 tendo uma área superficial específica (BET) menor que ou igual a 8 m2/g, e preferencialmente entre 0,5 m2/g e 5 m2/g.
[023] A otimização de uma distribuição de grãos com base na área superficial específica de pó permite fluidez de composição ajustada com altas densidades de revestimento. Os rolos transportadores são então mais fáceis de revestir.
[024] Quando as partículas de nitreto de silício são suspensas ou dissolvidas em água, é observada hidrólise da partícula de superfície. Isto é, de fato, a razão de o porquê US-A1-2007/0089642 descreve que água não precisa estar presente a fim de obter um revestimento rígido. Os presentes inventores observaram, entretanto, de modo surpreendente, que esta hidrólise cria uma afinidade química otimizada das superfícies dos grãos em relação ao aglutinante, reduzindo significativamente a necessidade de aglutinante, para se alcançar uma mínima aderência do revestimento ao substrato.
[025] O tamanho médio de partículas das partículas submicrométricas como Al2O3 ou SiO2, é maior que 100 nm. Elas são comumente usadas sob a forma de uma solução aquosa coloidal. Uma solução aquosa coloidal é fácil e segura de manusear.
[026] Outro objetivo da invenção é um processo para fabricar um rolo transportador compreendendo as etapas de: h) fornecer um rolo transportador compreendido de sílica fundida, mullita, sillimanita, alumina, matriz de SiC ou metal como aço refratário, tendo um núcleo e uma superfície, i) aplicar a composição descrita acima em ao menos uma porção de ao menos uma superfície do artigo, j) secar o rolo transportador, k) opcionalmente, aquecer o rolo transportador a 800°C durante ao menos 3 horas.
[027] O revestimento é aplicado ao rolo transportador por aspersão, imersão, inundação ou aspersão de plasma da composição.
[028] Os rolos transportadores conforme descritos acima podem ser usados, vantajosamente, para transportar lâminas de aço tratadas com alumínio.
[029] A invenção será agora ilustrada à guisa de exemplos de acordo com a invenção e exemplo comparativo.
[030] A propriedade abrasível é avaliada pelo teste de resistência ao desgaste e pela resistência ao risco. Um mínimo de resistência ao risco é exigido para manipular o rolo transportador sem danos. Além disso, a resistência ao desgaste não deve ser tão baixa para garantir um mínimo de vida útil do revestimento, mas não tão alta, para permitir que as substâncias de deposição sejam removidas por atrito. Foi observado pelos inventores que a propriedade abrasível, resulta de uma combinação dos dois valores de resistência.
[031] A resistência ao desgaste é determinada de acordo com o protocolo a seguir. A Figura 1 representa uma vista lateral das condições de teste. Um rolo transportador de sílica fundida (1) de 50 mm de comprimento e com um diâmetro de 50 mm é pesado e então dotado com um revestimento de 200 μm (4) da composição a ser avaliada. Quando o revestimento (4) estiver secado (60°C durante 2 horas), o rolo transportador revestido é pesado de novo e o peso do revestimento é determinado.
[032] O rolo transportador (1) é montado em um eixo (5) e uma placa de metal (3) (lâmina de aço USIBOR1500 de 200 mm x 100 mm x 1 mm, 150 g) retida horizontalmente entre duas pernas (8a,8b) de 20(c) x 60 mm fixada em um tubo metálico (9) que rotaciona livremente em torno de um eixo (6) para garantir que a placa de metal (3) esteja sempre em contato com o rolo transportador revestido (1) a medida que o desgaste ocorre; a placa (3) montada perpendicularmente a um suporte (2), é disposta para entrar em contato com o rolo transportador revestido. Os dois eixos (5) e (6) são paralelos. A placa (3) é retida entre as pernas (8a,8b) por um parafuso (7) de modo a não ser deslocada pela rotação do rolo transportador. A placa está progressivamente inclinando ao redor do eixo (6) à medida que o revestimento é desgastado. A distância (a) entre o eixo (6) e o ponto de contato de a placa (3) / o rolo transportador revestido é ajustada em 150 mm. A distância (b) entre o ponto de contato de a placa (3) / o rolo transportador revestido e a extremidade da placa (3) mais próxima ao suporte (2) é ajustada em 125 mm.
[033] O rolo transportador é girado a 220 rpm. A rotação é periodicamente interrompida e o peso de revestimento restante é determinado. As operações são repetidas até que 30% em peso do revestimento tenha sido abradado.
[034] Um revestimento é marcado (--) se 30% em peso do revestimento for desgastado durante menos que 250 minutos. Um revestimento é marcado (++) se mais que 500 minutos forem exigidos para desgastar 30% em peso do revestimento. Um revestimento é marcado (+-) se 30% em peso do revestimento for desgastado durante um tempo compreendido entre 250 minutos e 500 minutos.
[035] A resistência ao desgaste representa a resistência da ligação entre os componentes do revestimento.
[036] A resistência ao risco representa a resistência adesiva ao substrato. É a carga (em newton) exigida para riscar a superfície revestida. Foi descoberto, de modo surpreendente, que a resistência ao risco pode ser relativamente alta enquanto que a resistência ao desgaste é baixa.
[037] Abaixo de um valor de 1 N, a resistência adesiva é muito fraca. O revestimento é danificado quando o rolo transportador é transportado ou manipulado.
[038] Quando a resistência ao risco é maior que 7 N, é considerado que o revestimento tem uma aderência forte. O revestimento pode, entretanto, ainda ser abradado.
[039] Como exemplos, três composições (Composições 1 a 3 usadas para produzir os Exemplos 1 a 9) são preparadas por mistura de pós de nitreto de silício com uma solução coloidal de SiO2ou Al2O3 e água. O rolo transportador é então imerso na solução de composição e então é secado a 60°C durante 2 horas.
[041] Os rolos transportadores (Exemplos 1 a 9) são então testados sob três condições diferentes.
[042] Primeira (Exemplos 1 a 3), os rolos transportadores não são submetidos ao tratamento térmico adicional além de a temperatura de secagem.
[043] Segunda (Exemplos 4 a 6), um aglutinante orgânico é adicionado à composição de revestimento a uma concentração de 2% em peso. Os rolos transportadores são imersos na solução de revestimento e então são secados e testados.
[044] Terceira (Exemplos 7 a 9), os rolos transportadores - revestidos usando uma composição compreendendo o aglutinante orgânico - são aquecidos a 800°C durante 3 horas.
[045] Como exemplo comparativo (Exemplo 10), um rolo transportador é revestido com a composição descrita em US-A1-2008-260608. Por causa da granulometria das partículas de Si3N4 (os grãos são predominantemente < 1 micrômetro), o revestimento é formado por aspersão. Após uma etapa de secagem, o rolo transportador é aquecido a 1.000°C durante 3 horas. A composição é a seguinte:
[047] Como pode ser observado na Tabela 2, os exemplos (1 a 3) que não foram queimados, têm uma baixa resistência ao desgaste e ao risco. Estes rolos revestidos são resistentes à corrosão de alumínio, mas os rolos não são transportáveis.
[048] A adição de um aglutinante orgânico à composição aumenta a resistência ao risco e a resistência ao desgaste de todas as composições (Exemplos 4 a 6).
[049] Quando se aquecem os rolos transportadores a 800°C durante 3 horas (Exemplos 7 a 9), o aglutinante orgânico desaparece sem danificar a camada de nitreto de silício. A resistência ao desgaste é muito pouco aprimorada em comparação com os rolos transportadores não aquecidos. Com uma resistência ao desgaste fraca (--), as substâncias de deposição tenderão a cair com as partículas de nitreto de silício quando submetidas ao atrito. Com o aumento da resistência ao desgaste (+/-) e da resistência ao risco, as substâncias de deposição tenderão a cair com as partículas de nitreto de silício isoladas, mas também com as mesmas formando uma porção do revestimento. O valor mais alto da resistência ao risco pode resultar em substâncias de deposição mais aderentes exigindo, então, esforço adicional para removê-las.
[050] Uma resistência ao risco alta permite substituir o rolo transportador sem decrescer a temperatura do forno o que pode ser exigido quando for necessária a manutenção ou a substituição do rolo transportador .
[051] Não obstante o aquecimento, os valores da resistência ao desgaste e da resistência ao risco da amostra comparativa são baixos (Exemplo 10). O comportamento deste revestimento é completamente diferente. A razão é que o tamanho de partícula das partículas de nitreto é menor que 1 μm. Embora o revestimento tenha sido aquecido a 1.000°C, um rolo transportador com este revestimento não pode ser usado nesta aplicação industrial porque a baixa resistência ao desgaste resulta em um revestimento elevadamente abrasível. Após um tempo curto, nenhum revestimento permanece sobre a superfície do rolo transportador induzindo o surgimento de deposição e corrosão do corpo do rolo transportador .
Claims (10)
1. ROLO TRANSPORTADOR (1) compreendendo uma superfície externa cilíndrica, em que o rolo transportador (1) compreende pelo menos uma camada de um revestimento abrasível (4), em que o revestimento (4) compreende: a) 83% em peso a 98% em peso de um agregado compreendendo partículas de um material selecionado de um grupo que consiste de Si3N4, SiC ou SiAlON ou uma mistura destes, b) 2% em peso a 17% em peso de partículas submicrométricas, tendo um tamanho médio > 100 nm e < 1.000 nm e compreendendo um material selecionado de um grupo que consiste de Al2O3, SiO2, ZrO2, CeO2, Y2O3 ou uma mistura destes, caracterizado pelo revestimento (4) ser aquecido a uma temperatura de 800°C por pelo menos 3 horas.
2. ROLO TRANSPORTADOR (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo agregado compreender, adicionalmente, partículas de Al2TiO5.
3. ROLO TRANSPORTADOR (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela área superficial específica do agregado de partículas ser de e incluindo 0,5 m2/g a e incluindo 5 m2/g.
4. ROLO TRANSPORTADOR (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo agregado de partículas compreender partículas tendo uma pluralidade de diferentes tipos de partículas, em que cada tipo de partícula tem uma área superficial específica diferente.
5. ROLO TRANSPORTADOR (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo revestimento (4) ser feito de uma pluralidade de camadas.
6. ROLO TRANSPORTADOR (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pela espessura média do revestimento (4) ser de ao menos 150 μm.
7. ROLO TRANSPORTADOR (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por ser feito de um material selecionado de um grupo que consiste de sílica fundida, mullita, sillimanita, alumina, matriz de SiC ou metal.
8. ROLO TRANSPORTADOR (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo revestimento (4) compreender um aglutinante temporário selecionado de um grupo que consiste de polímero acrílico ou polímero epoxídico ou poli(álcool vinílico).
9. PROCESSO PARA FABRICAR UM ROLO TRANSPORTADOR (1), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, o processo compreendendo as etapas de: a) fornecer um rolo transportador (1) feito de um material selecionado de um grupo que consiste de sílica fundida, mullita, sillimanita, alumina, matriz de SiC ou metal, o rolo transportador (1) tendo um núcleo e uma superfície externa cilíndrica; b) aplicar em ao menos uma porção de uma superfície externa cilíndrica, a composição compreendendo: - 50% em peso a 75% em peso de um agregado de partículas de um material selecionado de um grupo que consiste de Si3N4, SiC ou SiAlON ou uma mistura destes, - 1,5% em peso a 10% em peso de partículas submicrométricas compreendendo um material selecionado de um grupo que consiste de Al2O3 ou SiO2, ZrO2, CeO2, Y2O3 ou uma mistura destes, - 15% em peso a 48,5% em peso de H2O, caracterizado pelas partículas de Si3N4, SiC ou SiAlON ou uma mistura destes terem uma área superficial específica de e incluindo 0,5 m2/g a e incluindo 8 m2/g; c) secar o rolo transportador (1); e d) aquecer o rolo transportador (1) a uma temperatura de 800°C por pelo menos 3 horas.
10. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pela composição ser revestida por um processo selecionado de um grupo que consiste de aspersão, imersão, inundação ou aspersão de plasma.
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Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 08/07/2015, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS |
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B21F | Lapse acc. art. 78, item iv - on non-payment of the annual fees in time |
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