BR112017014235B1 - Composição de grupo para a produção de um produto refratário, processo para a produção de um produto refratário, produto refratário e aplicação de um produto refratário - Google Patents
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Abstract
composição de grupo para a produção de um produto refratário, processo para a produção de um produto refratário, produto refratário e aplicação de um produto refratário. a invenção se refere a uma composição de grupo para a produção de um produto refratário, um processo para a produção de um produto refratário, um produto refratário, assim como, a aplicação de um produto refratário.
Description
[001] A invenção se refere a uma composição de grupo para a produção de um produto refratário, um processo para a produção de um produto refratário, um produto refratário, assim como, a aplicação de um produto refratário.
[002] O termo “produto refratário” no sentido da invenção, se refere particularmente a produtos refratários cerâmicos com uma temperatura de cementação superior a 600° C e, de forma preferida, materiais refratários de acordo com o DIN 51060, ou seja, materiais com um equivalente do cone pirométrico> SK 17. A determinação do equivalente do cone pirométrico pode ocorrer, particularmente, de acordo com DIN EN 993-12.
[003] Uma composição de grupo indica, de modo conhecido, uma composição de um ou vários componentes, pela qual, por meio de um tratamento térmico, ou seja, particularmente por meio de uma cozedura cerâmica ou por meio de derretimento, pode ser produzido um produto refratário.
[004] Os materiais refratários clássicos para a produção de um produto refratário se baseiam, particularmente, nos óxidos metálicos Al2O3, MgO, SiO2, CaO, Cr2O3 e ZrO2. Para a produção de materiais cerâmicos refratários clássicos são fornecidas composições de grupo de componentes ou matéria-prima, que compreendem, particularmente materiais que consistem nesses óxidos. Basicamente, é possível produzir materiais refratários cerâmicos com propriedades refratárias extraordinárias com base nesses óxidos.
[005] Desenvolvimentos recentes tendem a expandir a aplicação de produtos refratários em áreas nas quais produtos refratários clássicos não podem ser utilizados em função de suas propriedades refratárias. Com relação a isso, produtos refratários clássicos baseados em óxidos de metal estão sujeitos a limites, particularmente, do ponto de vista de sua tolerância a danos, assim como sua resistência a corrosão. Contudo, é possível uma expansão nos limites de aplicação, contanto que materiais refratários apresentem, além de matérias-primas a base de óxidos de metal, adicionalmente, materiais básicos não óxidos. Em tais materiais não óxidos pode ser tratar, particularmente, em materiais não óxidos na forma de carbonetos metálicos, nitretos metálicos, boretos metálicos, oxicarbonetos metálicos, oxinitretos metálicos e de oxicarbonitretos metálicos. Por uma combinação de materiais básicos não óxidos, por um lado, assim como, básicos não óxidos, por outro lado, podem ser utilizados materiais refratários com propriedades que tornam os mesmos empregáveis para o uso pelas áreas de aplicação de materiais refratários cerâmicos baseados em óxidos metálicos.
[006] Particularmente, é possível aprimorar consideravelmente as temperaturas de cementação, à tolerância ao dano, assim como, a resistência à corrosão de materiais refratários cerâmicos com base em uma combinação de materiais básicos óxidos e não óxidos.
[007] Por materiais básicos não óxidos se trata, geralmente, de materiais sintéticos. De forma particularmente comum, tais materiais não óxidos são de base de alumina e carbono. Para a produção de tais materiais não óxidos de base de alumina e carbono, tais materiais de base de alumina e carbono são fundidos, geralmente, em um arco voltaico. A fundição arrefecida é posteriormente processada em pedaços e disponibilizada com matéria-prima para composições de grupo para a produção de produtos refratários.
[008] Basicamente, a produção de materiais não óxidos foi avaliada por processos de eletrofusão. Contudo, particularmente na produção, ocorrem dois problemas quando o teor de carbono é utilizado de forma muito elevada na composição de grupo. Por um lado, na produção da matéria- prima, pode ocorrer o surgimento de indesejados teores muito elevados da fase de carbeto de alumínio Al4C3. Essa fase é, contudo, extremamente sensível à hidratação, de modo que um produto refratário, que não compreende teores insignificantes dessa fase, é igualmente sensível à hidratação. Por outro lado, durante o processo de fundição, pode ocorrer a formação de monóxido de carbono (CO), o que pode ser perigoso, devido a toxicidade desse gás, particularmente para a equipe de operação nos arredores do forno do arco voltaico.
[009] A invenção tem por objetivo, disponibilizar uma composição de grupo pela qual um produto refratário, particularmente, um denominado produto refratário não óxido, possa ser produzido, o qual se destaca por um teor extremamente menor de fases sensíveis à hidratação, particularmente, um teor baixo de fases de base de alumina- carbono sensíveis à hidratação, como, particularmente Al4C3.
[010] Um outro objetivo da invenção consiste em disponibilizar uma composição de grupo para a produção de um produto refratário, particularmente, de um produto refratário não óxido, em cujo derretimento resulte apenas um teor extremamente menos de monóxido de carbono.
[011] Um outro objetivo da invenção consiste em disponibilizar um processo pelo qual possa ser produzido um produto refratário, particularmente, um produto refratário não óxido, com um teor extremamente baixo de fases sensíveis à hidratação, particularmente, de fases com base de alumina- carbono sensíveis à hidratação.
[012] Um outro objetivo da invenção consiste em disponibilizar um processo para a produção de um produto refratário, particularmente, de um produto refratário não óxido, em cuja produção resulte apenas teores extremamente baixos de monóxido de carbono.
[013] Um outro objetivo da invenção consiste em disponibilizar um produzido um produto refratário, particularmente, um produto refratário não óxido, que apresenta um teor extremamente baixo de fases sensíveis à hidratação, particularmente, de fases com base de alumina- carbono sensíveis à hidratação.
[014] Para a solução do objetivo, é disponibilizado, de acordo com a invenção, uma composição de grupo para a produção de um produto refratário, que compreende os seguintes componentes: um componente básico com base de alumina; pelo menos um dos seguintes componentes siliciosos: pelo menos um componente silicioso de base de silicato de alumínio ou pelo menos um componente silicioso com base de silicato de zircônio; um componente de carbono.
[015] Foi verificado, de forma surpreendente, de acordo com a invenção que, por uma tal composição de grupo, um produto refratário básico não óxidos pode ser produzido, que apresenta apenas um teor extremamente baixo de fases sensíveis à hidratação, particularmente, de fases sensíveis à hidratação na forma de Al4C3.
[016] Além disso, foi constatado de forma surpreendente, no derretimento de uma tal composição de grupo, particularmente, no derretimento em um forno de arco voltaico, que resulta apenas um teor extremamente baixo de monóxido de carbono.
[017] Uma parcela essencial dessas propriedades vantajosas da composição de grupo de acordo com a invenção, tem, particularmente o pelo menos um componente silicioso na forma de pelo menos um silicato de alumínio ou pelo menos um silicato de zircônio. Ainda não pode ser cientificamente esclarecido, de forma individual, em que esse efeito vantajoso desse silicato toca na solução, de acordo com a invenção, há, contudo, indicações de que a presença de silício deprime a formação de Al4C3.
[018] Pela composição de grupo, de acordo com a invenção, um produto não óxido com base de alumina-carbono pode ser produzido. A composição de grupo apresenta, portanto, um componente básico com base de alumina (Al2O3). O componente básico pode consistir de um ou vários componentes ou matérias-primas com base de alumina. Em que o componente básico “com base de” alumina é desenvolvido expresso que o mesmo compreende um ou vários componentes ou matérias-primas, que consistem respectivamente em pelo menos 50 % em massa de Al2O3, em relação ao respectivo componente. Em certa medida, o componente básico pode consistir, particularmente, de um ou mais dos seguintes componentes: corindo de fusão, corindo de sinterização ou óxido de alumínio calcinado. De forma particularmente preferida, o componente básico se encontra na forma de óxido de alumínio calcinado. O componente básico pode estar presente, de forma preferida, em um teor de pelo menos 50 % em massa na composição de grupo, ou seja, por exemplo, também em um teor de pelo menos 55, 60, 65, 70, 75, 80, 82, 84, 86, 88, 90, 91, 92, 93, 94 ou 95 % em massa. Além disso, o componente básico pode estar presente, por exemplo, em um teor de no máximo, 99, 98, 97, 96, 95, 94, 93, 92, 91 ou 90 % em massa na composição de grupo.
[019] Os teores aqui especificados em detalhes em % em massa se referem, respectivamente, à massa total da composição de grupo de acordo com a invenção ou com o produto, de acordo com a invenção, contanto que não indicado em contrário.
[020] O pelo menos um componente silicioso pode compreender um ou mais dos seguintes componentes ou matérias- primas: pelo menos um componente silicioso com base de silicato de alumínio ou pelo menos um componente silicioso com base de silicato de zircônio. De acordo com uma modalidade preferida, o pelo menos um componente silicioso compreende pelo menos um componente silicioso com base de silicato de alumínio e pelo menos um componente silicioso com base de silicato de zircônio (zircônio mineralógico, ZrSiO4).
[021] O termo “silicato de alumínio” é entendido aqui como bem genérico para silicatos com base de óxido base Al2O3 e SiO2. Em certa medida, o termo silicatos de alumínio, assim como, silicato de alumo e silicatos de alumínio. O componente silicioso com base de silicato de alumínio pode estar presente particularmente na forma de um ou vários dos seguintes componentes ou matérias-primas com base de silicato de alumínio: caulim, metacaulim, argila refratária, pirofilite, bauxita ou mullita calcinada. Por caulim se trata de uma matéria-prima natural com caulinita como componente principal (Al4[(OH)8|Si4O10]). Por pirofilite (Al2[ (OH)2|Si4O10]) se trata de um silicato que ocorre com frequência que, geralmente, pode ser prontamente encontrado como matéria-prima natural. Por bauxita se trata de uma resina de alumínio, que compreende particularmente diversos minerais de alumínio (particularmente gibsita (ϒ-Al (OH)3), boemita (ϒ-AlO (OH)) diásporo (α-AlO (OH)), ligas de ferro (hematita (Fe2O3) e goetita (FeO (OH)), caulinita e óxido de titânio (anátase (Ti O2)). Mullita (3 Al2O3 • 2 SiO2 ;2 Al2O3 • SiO2) pode estar presente particularmente como mullita sintética, particularmente, na forma de pelo menos um dos seguintes componentes, como silicato de alumínio, na composição de grupo de acordo com a invenção: mullita de fundição ou mullita de sinterização.
[022] Componentes siliciosos com base de silicato de alumínio podem estar presentes, por exemplo, em um teor de pelo menos 0,5 % em massa e, por exemplo, em um teor de no máximo 25 % em massa na composição de grupo, portanto, por exemplo, também em um teor de pelo menos 1, 2, 3 ou 4 % em massa e, por exemplo, também em um teor de no máximo 20, 15, 12, 10, 9, 8, 7 ou 6 % em massa.
[023] De forma preferida, o componente silicioso com base de silicato de alumínio está presente na forma de pelo menos uma das matérias-primas argila refratária ou caulim ou na forma das matérias-primas argila refratária e caulim.
[024] Silicato de zircônio (portanto ZrSiO4; nome mineral „zircônio") pode estar presente, particularmente, como matéria-prima natural.
[025] Silicato de zircônio pode estar presente, por exemplo, em teores de pelo menos 1 % em massa e, por exemplo, em teores de no máximo 35 % em massa na composição de grupo, portanto, por exemplo, também em um teor de pelo menos 2, 3, 4, 5, 6 ou 7 % em massa e, por exemplo, também em um teor de no máximo 30, 25, 20, 15, 12, 11, 10 ou 9 % em massa.
[026] De forma generalizada, componentes siliciosos podem estar presentes, por exemplo, em um teor de pelo menos 0,5 % em massa e, por exemplo, em um teor de no máximo 35 % em massa na composição de grupo, portanto, por exemplo, também em um teor de pelo menos 1, 2, 3 ou 4 % em massa e, por exemplo, também em um teor de no máximo 30, 25, 20, 15, 12, 11, 10 ou 9 % em massa.
[027] O componente de carbono compreende um ou vários portadores de carbono, por exemplo, pelo menos um dos seguintes portadores de carbono: Grafite, bistre ou coques de petróleo. De forma preferida, o componente de carbono está presente na forma de grafite.
[028] O componente carbono pode estar presente, por exemplo, em um teor de pelo menos 0,5 % em massa e, de forma preferida, em um teor de no máximo 8,5 % em massa na composição de grupo, portanto, por exemplo, também em um teor de pelo menos 1, 2, 3 ou 4 % em massa e, por exemplo, também em um teor de no máximo 8, 7, 6 ou 5 % em massa.
[029] De acordo com a invenção, demonstrou-se surpreendentemente que o teor de Al4C3 em uma composição de grupo de acordo com a invenção pode ser drasticamente reduzida por um produto refratário produzido por processo de fundição se o teor de carbono na composição de grupo for ajustado de tal modo que o teor de carbono no produto produzido a partir da composição de grupo se encontrar abaixo de 2,4 % em massa. De acordo com a invenção, foi demonstrado que esse objetivo pode ser alcançado, particularmente, então, se o teor de carbono na composição de grupo se encontrar particularmente inferior a 8,5 % em massa. Em certa medida, pode ser previsto que o teor de carbono na composição de grupo se encontra, particularmente, abaixo de 8,5 % em massa, portanto, por exemplo, também inferior a 8, 7, 6 ou 5 % em massa. Além disso, pode ser previsto, por exemplo, que o teor de carbono na composição de grupo se encontra acima de 0,45 % em massa.
[030] De acordo com a invenção pode ser previsto que a composição de grupo apresente, além do componente básico (particularmente, na forma de óxido de alumínio calcinado), do componente silicioso (particularmente, na forma de caulim, metacaulim, argila refratária, pirofilite, bauxita e/ou mullita queimada, assim como, na forma de zircônio), como também o componente de carbono (particularmente na forma de grafite), outros componentes apenas em um teor abaixo de 2 % em massa, portanto, por exemplo, também em um teor inferior a 1 % em massa.
[031] De forma preferida, todos os componentes da composição de grupo de acordo com a invenção estão presentes da forma mais granulada possível. De forma preferida, todos os componentes da composição de grupo estão presentes com um tamanho médio do grão de 1 mm. Pode ser previsto, por exemplo, que pelo menos 90 % em massa dos componentes da composição de grupo, portanto, por exemplo também 100 % em massa dos componentes da composição de grupo se encontram em uma granulação inferior a 1 mm, inferior a 0,8 mm, inferior a 0,6 mm ou também inferior a 0,5 mm.
[032] Como a maioria das composições de grupo para a produção de materiais cerâmicos não óxidos, a composição de grupo de acordo com a invenção também pode reagir de forma extremamente sensível a determinados componentes. A esse respeito, pode ser previsto, de acordo com a invenção que os componentes da composição de grupo coincidam de forma precisa uma sobre a outra, de modo que a composição de grupo apresente determinados materiais ou óxidos não acima de uma determinada medida. Particularmente, pode ser previsto que a composição de grupo apresente os seguintes óxidos nos seguintes teores, sendo que os respectivos teores podem estar presentes individualmente ou em qualquer combinação na composição de grupo:Al2O3: pelo menos 60, 65, 70, 73, 76, 78, 80,82, 84, 85, 86, 87, 88 ou 89 % em massa, no máximo 98, 97, 96, 95, 94, 93 ou 92 % em massa;SiO2: pelo menos 0,5 ou 1 ou 1,5 ou 2 ou 2,5 % em massa, no máximo, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4 ou 3 % em massa;ZrO2: pelo menos 0,05 ou 0,1 ou 0,5 ou 1, 2, 3ou 4 % em massa, no máximo, 25, 22, 20, 18, 16, 14, 12, 10, 9, 8, 7, 6 ou 5 % em massa; TiO2: inferior 2 ou 1 ou 0,5 % em massa;Fe2O3: inferior 2 ou 1 ou 0,5 % em massa;Na2O + Li2O +K2O: inferior 2 ou 1 ou 0,5 % emmassa.
[033] Para a produção de um produto refratário a partir da composição de grupo de acordo com a invenção, o mesmo pode ser submetido a um tratamento térmico, particularmente, ser derretido. Após o arrefecimento de uma tal fundição formada a partir da composição de grupo de acordo com a invenção, obtém-se um produto refratário.
[034] Também é objeto da invenção um processo para a produção de um produto refratário, que compreende as seguintes etapas:disponibilizar uma composição de grupo de acordo com a invenção; derreter a composição de grupo;arrefecer a fundição.
[035] O derretimento da composição de grupo por tratamento térmico ocorre particularmente de tal modo que a composição de grupo forme uma fundição. O derretimento da composição de grupo pode ocorrer particularmente em um forno de arco voltaico. Particularmente, o derretimento da composição de grupo pode ocorrer a temperaturas acima de 2.000°C.
[036] De forma preferida, o derretimento da composição de grupo pode ocorrer em atmosferas redutoras. Dependendo dos parâmetros selecionados para o processo de fundição e/ou dos componentes da composição de grupo, uma tal atmosfera redutora pode se ajustar por si só no derretimento da composição de grupo de acordo com a invenção.
[037] Após um arrefecimento posterior e endurecimento da fundição, obtém-se um produto refratário, particularmente, na forma de um produto refratário não óxido, por exemplo, também de um produto refratário na forma de uma fundição solidificada.
[038] Também é objeto da invenção um produto que é produzido particularmente por um processo de acordo com a invenção, particularmente, um produto refratário na forma de uma fundição solidificada.
[039] Por exemplo, a composição de grupo de acordo com a invenção pode ser fundida em um crisol por um forno de arco voltaico e posteriormente arrefecida e solidificada no local, de modo que seja obtido um produto refratário na forma de uma fundição solidificada.
[040] Um produto de acordo com a invenção se destaca por fases e propriedades características.
[041] Assim, o produto de acordo com a invenção pode apresentar, particularmente, uma densidade muito elevada, particularmente, uma densidade superior a 3,3 g/ cm3, portanto, por exemplo, também uma densidade na faixa de 3,3 bis 3,9 g/ cm3, portanto, por exemplo, também uma densidade de pelo menos 3,4 ou 3,5 ou 3,55 ou 3,6 g/cm3 e, por exemplo, também uma densidade de no máximo 3,85 ou 3,8 ou 3,75 ou 3,70 g/cm3. De forma particularmente preferida, a densidade é de cerca de 3,62 g/cm3.
[042] O produto de acordo com a invenção pode apresentar, de forma preferida, uma porosidade aberta comparativamente menor, por exemplo, porosidade aberta inferior a 8 % em volume, portanto, por exemplo, também uma porosidade aberta na faixa de 2 a 8 % em volume, portanto, por exemplo, também uma porosidade aberta de no máximo, 7, 6 ou 5 % em volume e, por exemplo, também uma porosidade aberta de pelo menos 3 ou 3,5 ou 4 ou 4,5 % em volume. De forma particularmente preferida, a porosidade aberta é de cerca de 4,85 % em volume.
[043] As informações aqui especificadas com relação à densidade são determinadas de acordo com o British Standard BS 1902-3.16: 1990 em uma pressão de mercúrio nas medições de 0,52 psia (pound-force per square inch).
[044] As informações aqui especificadas com relação à porosidade aberta são determinadas de acordo com o British Standard BS 1902-3.16: 1990 em uma pressão de mercúrio nas medições de 0,52 psia, assim como, 33.000 psia (observação: para a determinação da porosidade aberta de acordo com o British Standard BS 1902-3.16: 1990 são necessárias medições em duas pressões diferentes).
[045] Além disso, o produto de acordo com a invenção pode apresentar um baixo teor de carbono, particularmente, um teor de carbono inferior a 2,4 % em massa, portanto, particularmente também um teor de carbono inferior a 2,2 ou 2,0 ou 1,8 ou 1,6 ou 1,4 ou 1,2 ou 1,0 % em massa ou também inferior a 0,9 % em massa. Ademais, o teor de carbono no produto de acordo com a invenção pode estar presente em pelo menos 0,1 ou 0,2 ou 0,3 ou 0,4 ou 0,5 ou 0,6 ou 0,7 ou 0,8 % em massa.
[046] As informações aqui especificadas com relação ao teor de carbono no produto são determinadas de acordo com a DIN EN ISO 21068-2:2008-12.
[047] Também é particularmente característico para o produto de acordo com a invenção que o mesmo pode apresentar inclusões sólidas de metais e ligas de metais. Por esses metais, pode se tratar particularmente por metais na forma de alumínio e silício metálico, visto que o elemento alumínio está presente no componente básico e o elemento silício está presente no componente silicioso da composição de grupo. Por ligas metálicas pode se tratar, particularmente, em tais que compreendam pelo menos um dos metais de alumínio e silício e que compreendam, eventualmente, um ou vários metais, que estão presentes como elementos nos componentes da composição de grupo, por exemplo, titânio (Ti) ou ferro (Fe) como impurezas naturais na bauxita. Em certa medida, inclusões sólidas características no produto de acordo com a invenção podem ser alumínio metálico ou silício metálico, assim como, eventualmente, uma ou mais ligas com base de metais alumínio e silício, assim como, pelo menos um dos metais titânio e ferro, por exemplo, pelo menos uma das seguintes ligas: AlSi, AlSiFe, AlSiTi ou AlSiTiFe.
[048] Inclusões sólidas de alumínio ou silício metálico ou de ligas metálicas indicadas anteriormente podem estar presentes no produto, de acordo com a invenção, por exemplo, em teores de até 2 % em massa.
[049] Característico nessas inclusões sólidas de alumínio e silício metálico, assim como, de ligas metálicas é particularmente também, que as mesmas são embutidas no produto de acordo com a invenção, particularmente, até que o produto de acordo com a invenção esteja presente na forma de uma fundição solidificada. Particularmente, até que o produto de acordo com a invenção esteja presente na forma de uma fundição solidificada, o produto de acordo com a invenção apresenta uma densidade elevada e uma porosidade aberta apenas pequena, de modo que as inclusões sólidas desses metais e ligas de metais sejam protegidas da atmosfera ambiente. Particularmente também devido a essas circunstâncias, o produto de acordo com a invenção se cristaliza como matéria-prima que se destaca para uma composição de grupo para a produção de um produto refratário ligado por carbono, particularmente, para a produção de um produto ligado por carbono na forma de um produto de carbono-alumina (particularmente, de uma rocha de Al2O3-C) ou de um produto de carbono-magnésia (particularmente de uma rocha de MgO-C). Pois as inclusões sólidas metálicas e ligas de metal permanecem estáveis também em temperaturas de aplicação elevadas, visto que as mesmas quase não entram em contato com a atmosfera ambiente. Apenas quando o produto refratário se desgasta ou quando há fissuras surgem inclusões sólidas metálicas e ligas de metal na superfície e atuam como antioxidantes. Além disso, fissuras existentes podem ser fechadas pelas inclusões sólidas metálicas e ligas de metal, pelo fato de que as mesmas oxidam ao entrar em contato com a atmosfera sob admissão de volume e fecham, por meio disso, as fissuras existentes. O objeto refratário pode reagir, em certa medida, de forma auto protetora contra desgastes e danos. Com relação a isso, não são necessários quaisquer outros antioxidantes adicionais a uma composição de grupo para a produção de um tal produto refratário ligado por carbono, além de uma matéria-prima do produto de acordo com a invenção.
[050] Além das fases anteriormente especificadas, podem estar presentes no produto de acordo com a invenção, particularmente ainda uma ou mais das seguintes fases: carbonetos metálicos, oxicarbonetos metálicos, oxicarbonitretos metálicos, oxinitretos metálicos ou nitretos metálicos. Nessas fases, pode se tratar, por exemplo, de uma ou várias das seguintes fases: SiC, Al4O4 C, SiAlON, SiCAlON ou oxinitretos de Al.
[051] Em certa medida, um produto de acordo com a invenção pode apresentar as seguintes fases nos seguintes teores de massa, respectivamente individuais ou em combinação:corindo (Al2O3): pelo menos 64, 68, 70,72, 74, 76, 78, 80, 82, 84, 86, 88, 90, 91 ou 92 % em massa, no máximo 99,5 ou 99, 98, 97, 96 ou 95 % em massa;massa total das fases Al4O4C, SiC, SiAlON, SiCAlON, oxinitreto de Al: pelo menos 0,5 ou 1 ou 1,5 ou 2 ou 2,5 ou 3 ou 3,5 % em massa, no máximo 36, 33, 35, 30, 25, 20, 18, 16, 14, 12, 10, 9, 8, 7, 6, 5 ou 4 % em massa;massa total de Al e Si metálico, assim como, das ligas de metal AlSi, AlSiFe, AlSiTi, AlSiTiFe:no máximo 2 ou 1,5 ou 1 % em massa; por exemplo também pelo menos 0,1 ou 0,5 % em massa.Al4C3: no máximo 2 ou 1,5 ou 1 ou 0,5 % em massa.
[052] A massa total das fases Al4O4C, SiC, SiAlON, SiCAlON, oxinitreto de Al pode ser determinada amplamente ou em parte significativa pelo teor de massa em Al4O4C, sendo que, o teor de massa em Al4O4C na massa total das fases Al4O4C, SiC, SiAlON, SiCAlON, oxinitreto de Al, por exemplo, pode se encontrar na faixa de 0 a 100 % em massa, em relação à massa total das fases Al4O4C, SiC, SiAlON, SiCAlON, oxinitreto de Al. Como esclarecido a seguir, um teor das fases não oxídicas restantes, particularmente, das fases SiC, SiAlON e SiCAlON, pode ser vantajosa no produto de modo que o teor de massa em Al4O4C na massa total das fases Al4O4C, SiC, SiAlON, SiCAlON, oxinitreto de Al, em relação à massa total das fases Al4O4C, SiC, SiAlON, SiCAlON e oxinitreto de Al, possa se encontrar, por exemplo, também em no máximo, 90, 80, 70 ou 60 % em massa e, por exemplo, também em pelo menos 10, 20, 30 ou 40 % em massa. Com relação a isso, no produto de acordo com a invenção, por exemplo, a massa total em Al4O4C pode ser de: pelo menos 0,25 ou 0,5 ou 1 ou 1,5 ou 2 ou 2,5 ou 3 ou 3,5 % em massa, no máximo 36, 33, 30, 27, 25, 20, 18, 16, 14, 12, 10, 9, 8, 7, 6, 5 ou 4 % em massa.
[053] Além disso, no produto de acordo com a invenção, a massa total em SiC, SiAlON e SiCAlON pode ser de: pelo menos 0,25 ou 0,5 ou 1 ou 1,5 ou 2 ou 2,5 ou 3 ou 3,5 % em massa, no máximo 30, 25, 20, 18, 16, 14, 12, 10, 9, 8, 7, 6, 5 ou 4 % em massa.
[054] Além das fases mencionadas anteriormente, o produto de acordo com a invenção pode apresentar outras fases, particularmente, em um teor de no máximo 2 ou 1,5 ou 1 % em massa.
[055] De acordo com a invenção, foi verificado que o limite do teor de Al4O4C, no produto de acordo com a invenção, nos teores mencionados anteriormente, acompanha vantagens significativas para o produto. Assim, foi verificado que Al4O4C em temperaturas suficientemente elevadas e em teor suficientemente elevado de oxigênio pode reagir a Al2O3, que, ao contrário de Al4O4C, captura, contudo, um volume menor de cerca de 25,9 %, o que pode levar a um aumento da porosidade do produto. Um aumento da porosidade, contudo, pode levar a uma elevada infiltração de escórias do produto e com isso a uma pior resistência à corrosão do produto. De acordo com a invenção, a partir disso foi verificado que o limite do teor de Al4O4C, no produto, nos teores anteriores, não levam a qualquer piora significativa da resistência à corrosão do produto e os objetivos mencionados anteriormente da invenção podem ser solucionados, ao mesmo tempo, pela invenção.
[056] Além disso, foi verificado, de acordo com a invenção, que o limite do teor de Al4O4C no produto, de acordo com a invenção, leva ao fato de que os cristais de Al4O4C existentes no produto e são distribuídos essencialmente uniformes, particularmente, na forma de ilhas, pelo volume do produto. Em outras palavras: O produto, de acordo com a invenção, pode se destacar, particularmente, por cristais isotrópicos de Al4O4C distribuídos, particularmente, na forma de ilhas, pelo volume do produto. Particularmente, foi verificado que os cristais de Al4O4C no produto de acordo com a invenção estão presentes predominantemente na faixa dos limites de granulação dos grãos de Al2O3. Em experimentos, foi verificado que os cristais de Al4O4C em teores de Al4O4C no produto, que se encontram acima dos teores de acordo com a invenção, se dispõem predominantemente em camadas, portanto, particularmente de forma anisotrópica, pelo produto. Isso tem a desvantagem que uma tal camada de cristais de Al4O4C pode se encontrar no lado externo do produto e, com isso, entrar em contato com oxigênio, o que é desvantajoso sob o ponto de vista da resistência à oxidação. Além disso, entre tais cristais de Al4O4C dispostos em camada, por um lado, e Al2O3, por outro lado, devido aos diferentes coeficientes de expansão térmica desses materiais, surgem tensões térmicas significativas, que podem ser dissipadas, contudo, essencialmente aprimoradas em uma distribuição isotrópica dos cristais de Al4O4C.
[057] Ademais, foi determinado, de acordo com a invenção, que as fases não oxídicas, fases que contém silício SiC, SiAlON e SiCAlON no produto de acordo com a invenção, nos teores anteriormente mencionados, são acompanhadas de significativas vantagens para o produto. Dessa forma, foi verificado que essas fases, a temperaturas suficientemente elevadas e em teor suficientemente elevado de oxigênio inferior, reagem, dentre outros, a SiO2. A presença de um determinado teor de SiO2 no produto pode levar novamente, contudo, a formação de fases de baixa fundição, que podem atuar contra um aumento da porosidade. Ao mesmo tempo, as propriedades de resistência ao calor do produto, contudo, podem ser pioradas. De acordo com a invenção, a partir disso foi verificado que o limite do teor de SiC, SiAlON e SiCAlON no produto, nos teores mencionados acima, não levam a qualquer piora significativa das propriedades de resistência ao calor do produto, que podem, contudo, aprimorar ainda mais a resistência à corrosão do produto.
[058] Os cristais das fases Al2O3, Al4O4C, SiC e SiCAlON existentes no produto de acordo com a invenção podem apresentar, particularmente, as seguintes dimensões médias, sendo que, os respectivos cristais poderiam estar presentes, particularmente, a pelo menos 90 % em massa, portanto, por exemplo, também a pelo menos 95 ou 100 % em massa, em relação ao teor dos respectivos cristais de uma das fases mencionadas anteriormente em relação à massa total dessa fase no produto, nessas dimensões:AI2O3: inferior a 500 μm, portanto, por exemplo,também inferior a 400, 300 ou inferior a 200 μm;Al4O4C: inferior a 100 μm, portanto, por exemplo,também inferior a 80, 60, 40 ou inferior a 20 μm;SiC: inferior a 20 μm, portanto, por exemplo,também inferior a 15, 10 ou inferior a 5 μm;SiCAlON: inferior a 20 μm, portanto, por exemplo, também inferior a 15, 10 ou inferior a 5 μm.
[059] Calculado respectivamente em forma oxídica, o produto pode compreender os seguintes óxidos nos respectivos teores de massa seguintes, sendo que os óxidos podem estar presentes respectivamente de forma individual ou combinados nos respectivos teores de massa no produto:Al2O3: pelo menos 64, 68, 70,72, 74, 76, 78, 80,82, 84, 86, 88, 90, 91 ou 92 % em massa, no máximo 99,5 ou99, 98, 97, 96 ou 95 % em massa;SiO2: pelo menos 0,5 ou 1 ou 1,5 ou 2 ou 2,5 %em massa, no máximo 15, 14, 13, 12, 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4ou 3 % em massa;ZrO2: no máximo 30, 25, 22, 20, 18, 16, 14, 12,10, 9, 8, 7, 6 ou 5 % em massa; por exemplo, também pelo menos 0,05 ou 0,01 ou 0,5 ou 1, 2, 3 ou 4 % em massa.TiO2: inferior a 2 ou 1 ou a 0,5 % em massa;Fe2O3: inferior a 2 ou 1 ou a 0,5 % em massa;
[060] Como já conduzido, o produto de acordocom a invenção se adequa de forma excepcional como matéria- prima para a produção de um produto refratário, particularmente, de um produto de liga de carbono. Com isso, o objeto da invenção é também a aplicação de um produto refratário acordo com a invenção como matéria-prima para a produção de um produto refratário, particularmente, de um produto de liga de carbono, particularmente, de um produto refratário de carbono-alumina ou de carbono-magnésia.
[061] A aplicação do produto refratário de acordo com a invenção pode ocorrer, nesse caso, com a medida de que o produto de acordo com a invenção, reduzido, particularmente, na forma de fundição solidificada, é reduzido, particularmente, um produto granulado e é disponibilizado, posteriormente, como matéria-prima para a produção de um tal produto de liga de carbono.
[062] Outras características da invenção são especificadas nas reivindicações, assim como, do exemplo de modalidade da invenção, a seguir.
[063] Todas as características da invenção podem ser combinadas entre si, de forma aleatória, individualmente ou em combinação.
[064] No exemplo de modalidade é descrita em mais detalhes uma execução de uma composição de grupo de acordo com a invenção.
[065] Primeiramente, foi disponibilizada uma composição de grupo que apresenta os seguintes componentes nos seguintes teores de massa:Óxido de alumínio calcinado: 90 % em massa;Grafite: 5 % em massa;Caulim: 5 % em massa
[066] O óxido de alumínio calcinado, que no exemplo de modalidade representa o componente básico com base de alumina, se encontra em uma pureza maior com um teor de Al2O3 de 99,4 % em massa, em relação à massa do óxido de alumínio calcinado. O valor d90 do tamanho do grão foi de 95μm.
[067] O grafite representa, no exemplo de modalidade, o componente de carbono. O teor de carbono foi de 94,61 % em massa, em relação à massa do grafite. O valor d90 do tamanho do grão foi de 500μm.
[068] Por fim, o caulim representa, no exemplo de modalidade, o componente silicioso com base de silicato de alumínio, sendo que, o teor total de Al2O3 e SiO2 foi de 97 ,6 % em massa, em relação à massa do caulim. O valor d90 do tamanho do grão foi de 17,6μm.
[069] A composição da composição de grupo foi como se segue:Al2O3: 91,66 % em massa;C: 4,73 % em massa;SiO2: 2,96 % em massa;Óxido alcalino: 0,24 % em massa;TiO2: 0,03 % em massa;Fe2O3: 0,13 % em massa;Outros : 0,25 % em massa.
[070] Os componentes da composição de grupoforam misturados e fundidos em um crisol em um forno de arco voltaico a uma temperatura superior a 2.000°C por uma duração de cerca de 5 horas.
[071] Posteriormente, a fundição foi deixada para arrefecer e solidificar no crisol, pelo que se obteve um produto refratário na forma de uma fundição solidificada.
[072] O produto possui as seguintes fases nos seguintes teores:Corindo (Al2O3): 95 % em massa; Al4O4C: 2 % em massa;SiC+SiCAlON: 1,8 % em massa;Outras fases: 1,2 % em massa.
[073] O teor de carbono no produto foi de 0,78 % em massa.
[074] A densidade do produto foi de 3,62 g/cm3.
[075] A porosidade aberta do produto foi de 4,85 % em volume.
[076] A densidade foi determinada de acordo com o British Standard BS 1902-3.16: 1990 em uma pressão de mercúrio nas medições de 0,52 psia. A porosidade aberta foi determinada de acordo com o British Standard BS 19023.16:1990 em uma pressão de mercúrio nas medições de 0,52 psia, assim como, de 33.000 psia. O teor de carbono no produto foi determinado de acordo com a DIN EN ISO 210682:2008-12.
[077] A partir desses resultados foram preparadas seções polidas e geradas cópias de vistas dessas amostras ampliadas em microscópio eletrônico, que são representadas nas Figuras 1 a 3.
[078] Na Figura 1 as barras brancas no canto inferior direito na imagem corresponde a um comprimento de 200 μm. A fase caracterizada com o número de referência 1 corresponde à Al2O3. Com o número de referência 2 são indicadas as fases não oxídicas particularmente na forma de SiC, Al4O4C, SiAlON, SiCAlON e oxinitreto de Al. Pode ser visto de forma clara a distribuição isotrópica das fases não oxídicas. Por fim, com o número de referência 3 são caracterizados poros na estrutura do produto.
[079] Na ilustração de acordo com a Figura 2, as barras brancas inferiores no centro da imagem correspondem a um comprimento de 5 μm. A fase principal, na forma de corindo, é caracterizada com o número 1. As fases caracterizadas com 4, 5 e 6 são respectivamente fases não oxídicas. Nesse caso, com o número de referência 4 é caracterizada respectivamente uma fase na forma de SiCAlON, com o número de referência 5 é caracterizada uma fase na forma de SiC e com o número de referência 6 é caracterizada uma fase mista não oxídica.
[080] Na ilustração de acordo com a Figura 3, as barras brancas no canto inferior direito na imagem correspondem a um comprimento de 50 μm. A fase principal, na forma de corindo, é caracterizada com o número de referência 1, enquanto que com o número de referência 4 é caracterizada novamente uma fase não oxídica na forma de SiCAlON e com o número de referência 7 é caracterizada uma fase na forma de silício metálico.
Claims (7)
1. COMPOSIÇÃO DE GRUPO PARA A PRODUÇÃO DE UM PRODUTO REFRATÁRIO, caracterizado por compreender os seguintes componentes:pelo menos 50% em massa de um componente básico com base de alumina na forma de um ou vários dos seguintes componentes: corindo de fusão, corindo de sinterização ou óxido de alumínio calcinado;0,5 - 15% em massa de pelo menos um dos seguintes componentes siliciosos: caulim, metacaulim, argila refratária, pirofilita, bauxita calcinada, mullita ou zircão.
2. COMPOSIÇÃO DE GRUPO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por conter um componente de carbono na forma de grafite.
3. PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE UM PRODUTO REFRATÁRIO, caracterizado por compreender os seguintes componentes:- disponibilizar uma composição de grupo conforme definida em pelo menos uma das reivindicações anteriores;- derreter a composição de grupo;- arrefecer a fundição.
4. PRODUTO REFRATÁRIO, caracterizado por compreender as seguintes fases nos seguintes teores:corindo: 64 a 99,5% em massa; emassa total de SiC, Al4O4C, SiAlON, SiCAlON, oxinitreto de Al: 0,5 a 36% em massa.
5. PRODUTO REFRATÁRIO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por possuir um teor de carbono no produto inferior a 2,4% em massa.
6. PRODUTO REFRATÁRIO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 ou 5, caracterizado por ser na forma de uma fundição solidificada.
7. APLICAÇÃO DE UM PRODUTO REFRATÁRIO, conforme definindo em qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado por ser matéria-prima para a produção de um produto refratário.
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