BRPI0716400B1

BRPI0716400B1 - Produto refratário queimado

Info

Publication number: BRPI0716400B1
Application number: BRPI0716400-9A
Authority: BR
Inventors: Lynker Andreas
Original assignee: Refractory Intellectual Property Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2006-08-28
Filing date: 2007-08-08
Publication date: 2018-04-10
Also published as: JP2010501462A; ZA200900695B; EA200900075A1; DE102006040270B4; PL2057106T3; WO2008025440A1; CN101500964A; EA016194B1; US7939459B2; US20100016146A1; BRPI0716400A2; AU2007291592A1; CA2661071A1; EP2057106B1; ES2387415T3; AU2007291592B2; MX2009000957A; EP2057106A1; CA2661071C; CN101500964B

Description

(54) Título: PRODUTO REFRATÁRIO QUEIMADO (51) Int.CI.: C04B 38/00; C04B 35/443; C04B 35/043; C04B 35/66 (30) Prioridade Unionista: 28/08/2006 DE 10 2006 040 270.7 (73) Titular(es): REFRACTORY INTELLECTUAL PROPERTY GMBH & CO. KG (72) Inventor(es): ANDREAS LYNKER

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para PRODUTO REFRATÁRIO QUEIMADO.

DESCRIÇÃO

A presente invenção refere-se a um produto cerâmico refratário queimado. De acordo com a presente invenção, este termo genérico abrange os produtos moldados (formados) ou não moldados (não conformados). Os produtos conformados são aqueles que possuem um formato definido de modo de modo que os mesmos possam ser montados prontos para uso por parte do fabricante. Os produtos conformados incluem: tijolos, bocais, tubos, tampões, chapas, etc. O termo produtos não conformados inclui aqueles que são, em sua maioria, feitos pelo usuário a partir de um material apropriado (monolítico). Os mesmos incluem os fundos de forno que são fundidos a partir de uma massa monolítica, mas também de massas de reparação, etc.

Os produtos moldados podem ser supridos ao usuário queimados ou não queimados. Similarmente aos produtos não moldados, os produtos moldados são também queimados em última instância durante o seu υβό, no sentido de que os mesmos são aquecidos pelo menos a temperaturas nas quais os componentes da batelada se sinterizam.

Neste contexto, o termo material de batelada refratária compreende tanto os materiais que já possuem propriedades refratárias, como também os materiais que se tornam refratários durante / após o tratamento de aquecimento (queima).

Os produtos cerâmicos refratários deste tipo já são conhecidos há algum tempo em inúmeras modalidades. As exigências para tais produtos dependem de suas respectivas aplicações. Fundamentalmente, é requerida uma alta resistência ao calor. Os produtos resistentes ao calor a até 1300°C são, com frequência, suficientes para o alinhamento dos fornos de cimento rotativos. Os produtos cerâmicos refratários para aplicações metalúrgicas (alinhamento de vasos de fusão, bocais, tampões, bujões de purga de gás, chapas corrediças, etc.) convencionalmente têm uma resistência ao calor de pelo menos 1400 a 1700°C. A refratividade dos produtos para o alinhamento de fábricas de incineração de refugos é normalmente de 1300 a 1500°C.

Uma resistência ao calor acima de 1700°C é necessária, por exemplo, nas seguintes aplicações: tanques de fusão de vidro, unidades para a produção e tratamento de fusões de metal.

Outros aspectos principais de propriedade são: a resistência ao choque térmico, o comportamento da corrosão, a elasticidade estrutural, a refratividade sob carga, a permeabilidade ao gás, a resistência à compressão a frio, opcionalmente também após mudanças de temperatura, a resistência à flexão à alta temperatura.

Também a este respeito, as exigências específicas de produto dependem de suas aplicações específicas. Por exemplo, os critérios a seguir se aplicam a produtos para o alinhamento de tanques de fusão de vidro: os tanques de vidro são, em sua maior parte, alinhados com tijolos refratários de grandes dimensões (por exemplo, de 1,0 x 0,5 x 0,5 m). Para esta aplicação, portanto, objetiva-se um aperfeiçoamento (redução) da fragilidade, além de uma baixa suscetibilidade à corrosão.

A Patente DE 100 54 125 A1 apresenta uma batelada para a fabricação de um produto cerâmico refratário. A batelada contém um formador de fase de fusão como o componente principal que forma uma fase de fusão / vidro a temperaturas operacionais de 700 a 1300°C. Esta fase de fusão deve encher a porosidade aberta do produto tanto quanto possível a fim de obter um produto tão denso quanto possível após a queima.

A presente invenção se baseia no objetivo de prover um produto cerâmico refratário que seja também adequado para aplicações a alta temperatura (> 1500°C, também > 1700°C) e além de apresentar resistência à alta temperatura cumulativa, como também, na medida do possível, muitas das seguintes propriedades: uma boa resistência ao choque térmico, uma alta resistência à compressão a frio após mudanças de temperatura, e uma baixa permeabilidade ao gás. A mesma deve de preferência ser utilizável em unidades com uma atmosfera redutora e/ou oxidante.

Testes extensivos foram realizados no sentido de chegar a estes objetivos. As informações a seguir, entre outras, foram, assim, obtidas:

- além da composição química, a estrutura do produto queimado desempenha um papel predominantemente importante;

- o valor absoluto para a porosidade aberta não representa uma questão preponderante. O tipo e a formação dos poros, no entanto, têm uma forte influência sobre as propriedades do produto. A porosidade pode, da mesma forma, ser especificamente influenciada pela seleção dos componentes específicos da batelada e dos tamanhos dos grãos;

- o mesmo se aplica à elasticidade estrutural;

- as propriedades requeridas são obtidas por uma estrutura que, além de partículas grossas de MgO, tem uma matriz baseada em um espiné10 lio de MA (MgO AI2O3) resultante de componentes de batelada de partículas finas (< 100 pm);

- a matriz deve consistir predominantemente, melhor totalmente, em um espinélio de MA. No melhor das hipóteses, teores mínimos de partículas livres de MgO são permitidos de acordo com a presente invenção. O teor do mesmo deve ser de < 1,0% em massa, melhor de < 0,5% em massa ou < 0,1 % em massa, com base na matriz total;

- o espinélio de MA da matriz pode, de uma maneira présintetizada, ser um componente da tabela. É vantajoso que 0 espinélio seja conformado proporcionalmente no local sob queima. O óxido de alumínio (AI2O3) da batelada, deste modo, reage ao teor de grãos finos do MgO e/ou na área de superfície das partículas grossas de MgO. A reconformação de fase (a conformação no local do espinélio de MA) é ligada a um aumento de volume;

- 0 alongamento e a contração térmicos de MgO e do espinélio de MA são usados de modo a formar cavidades do tipo rachadura entre as duas fases estruturais;

- a porosidade aberta é determinada dentro da matriz de partículas finas e por meio dos poros do tipo rachadura (do tipo abertura) em torno das partículas grossas. Os poros terminam sobre as partículas de MgO de grãos grossos (em sua maior parte densos);

- o teor de grãos grossos de MgO deve estar acima de 50% em massa, por exemplo, de 52 a 60% em massa. O restante sendo predominan4 temente caracterizado pela matriz de espinélio de MA;

- as propriedades de produto podem ser influenciadas por uma abertura de grão entre os grãos grossos de MgO e os constituintes de grãos finos da batelada. O grão grosso de MgO pode ser usado em um tamanho de grão de 0,5 mm, mais ainda de > 1 mm na batelada. Os constituintes que devem formar a matriz são usados predominantemente a (dgo) <100 pm, com frequência ainda a < 50 pm. O tamanho de grão dificilmente muda na queima. Existe, no entanto, uma sinterização;

- e, portanto, uma ligação dos grãos individuais menores ou uma formação de pontes entre as partículas de batelada. O grão cresce ligeiramente, devido à formação de um espinélio sobre a superfície do grão.

Em sua modalidade mais geral, a presente invenção se refere a um produto refratário queimado, cuja estrutura compreende uma matriz de espinélio de MA (1^a fase estrutural) na qual grãos grossos de MgO com um tamanho de partícula de dgo > 300 pm (2^a fase estrutural) se encontram presentes, em que poros do tipo rachadura tridimensionais são formados entre as duas fases estruturais.

Os poros (distância entre o grão grosso e a matriz d de espinélio circundante) devem, de acordo com uma modalidade, se estender sobre mais de 50% da superfície de grão grosso em questão. Este valor pode ser aumentado em 60%, 70%, 75%, 80%, 90%. Em termos concretos, isto significa que um grão grosso de MgO com uma área de superfície X de no máximo até 0,5 X fica em contato com o material de matriz circundante. Os poros do tipo rachadura que se estendem ao longo da superfície dos grãos gros25 sos de MgO constituem um máximo de 1/20 do teor de volume dos grãos grossos de MgO, de acordo com uma modalidade. Este valor pode ser reduzido a 1/30, 1/50, 1/70, ou 1/100, no qual os valores mínimos podem ser de 1/100, 1/80, 1/60, 1/40 ou 1/25.

O produto deve compreender uma matriz de grão grosso de

MgO mais um espinélio de MA de pelo menos 98, melhor > 99 % em massa, além das impurezas tecnicamente provocadas. O teor de SiO₂ é de preferência de < 1,5% em massa ou < 0,5% em massa. A formação de silicatos de magnésio e alumínio é, deste modo, evitada a sua maior extensão possível.

Este produto pode ser fabricado a partir de uma batelada que compreende, além do grão grosso de MgO com um tamanho de grão de d₉₀ > 300 pm, pelo menos um componente de partícula fina com um tamanho de grão de d₉₀ > 100 pm a partir do grupo de AI₂O₃ (AI₂O₃ + MgO) e/ou de um espinélio de MA pré-sintetizado.

Quando o teor do espinélio secundário, deste modo, o espinélio que é formado somente quando o produto é queimado pela primeira vez, é de pelo menos 10% em massa, baseado no produto total, obtém-se um produto favorável. Isto significa que, além de um espinélio de MA présintetizado (como um constituinte do componente de partícula fina), a batelada correspondente conterá AI₂O₃, o qual pode reagir com MgO (por exemplo, os grãos grossos de MgO), ou uma mistura de AI₂O₃ e MgO de partícu15 Ias finas (proporcional) para uma formação direta no local de um espinélio de MA.

Teores de AI₂O₃ livres, de partícula fina na batelada apresentam ainda a vantagem de converter quaisquer teores indesejados de MgO livres, particularmente dentro do componente de grão fino, em um espinélio de MA durante uma queima.

A este respeito, a presente invenção busca obter um produto queimado que, com a exceção do grão grosso de MgO, em uma escala técnica, seja isento de MgO livre. De qualquer maneira, o teor correspondente dentro de uma matriz de partícula fina deve ser limitado de tal modo que, com base no produto total, o mesmo fique em < 1,0% em massa.

O óxido de alumínio livre na estrutura do produto queimado deve também ser, tanto quanto possível, evitado.

O produto queimado descrito torna o grão grosso de MgO o principal componente com relação a uma ductilidade maior do produto, a sua resistência à compressão a frio (de acordo com o documento EN 993-5) podendo ser > 50 MPa. Isto é, o inverso dos tijolos de espinélio de MA convencionais, nos quais o grão de espinélio cria a flexibilidade em questão da es6 trutura. O grão grosso de MgO é igualmente positivo para o processamento da batelada. Por exemplo, o desgaste dos moldes de compressão no uso da batelada de acordo com a presente invenção é muito inferior em comparação às bateladas com um grão grosso de espinélio de MA duro.

Em contrapartida aos ensinamentos da Patente DE 100 54 125

A1, os poros, de acordo com a presente invenção, não são enchidos por meio de teores elevados de fase de fusão; muito ao contrário, os poros do tipo rachadura entre as duas fases estruturais são significativamente essenciais às propriedades do produto. A 1500°C, os produtos, de acordo com a presente invenção, devem formar < 5% da fase de fusão.

Os grãos de MgO presentes em uma matriz de espinélio tornam a estrutura tão flexível que produtos correspondentes, como, por exemplo, tijolos, poderão ser usados até mesmo em fornos rotativos, tais como os usados, por exemplo, na produção de cimento.

Outras possibilidades de uso são:

- tijolos para alinhamento de tanques de fusão de vidro;

- tijolos (tais como os tijolos axadrezados) para uso nos regeneradores de tanques de vidro, em particular, na zona de condensação de sulfato de tais regeneradores, em particular, sob condições redutoras.

A porosidade aberta total do produto queimado é convencionalmente < 20% v/v, com frequência, < 17 % v/v, mas também pode ser de 15% v/v (determinado de acordo com o documento EN 993 parte 1).

Os poros do tipo rachadura essenciais para a estrutura de um produto, de acordo com a presente invenção, definem um espaço de poro / halo de poro em torno dos grãos grossos de MgO não completos de fato, mas acima de parte considerável da respectiva superfície de grão grosso.

Uma magnésia de sinterização sintética, por exemplo, pode ser usada como o material base de MgO, mas também a magnésia fundida ou o MgO queimado a partir de uma magnesita natural. O grão grosso de MgO (as partículas da segunda fase estrutural) regularmente possui um tamanho de grão de < 8 mm, no máximo < 6 mm, também com frequência < 4 mm.

O produto queimado deve ser substancialmente caracterizado por duas fases estruturais e por poros entre as mesmas. Por conseguinte, a batelada deve conter componentes adicionais em teores tão baixos quanto possível, convencionalmente < 3 em percentual em massa.

A batelada é processada de maneira convencional, por exemplo, com um aglutinante temporário (como, por exemplo, uma solução de sulfonato de lignina). A mistura é em seguida comprimida em tijolos, secada e queimada, por exemplo, entre 1500 a 1600°C.

A Figura 1 mostra uma imagem estrutural típica de um produto de acordo com a presente invenção, incluindo uma ampliação da seção marcada (Figura 1a).

A fase estrutural 1, isto é, a matriz de espinélio de MA, é marcada com a referência numérica 1 (ou com a letra m), os grãos grossos de MgO (= 2^a fase estrutural) com a referência numérica 2 (ou com a letra k). A matriz de espinélio foi conformada a partir de componentes de batelada de partícula fina em queima. A estrutura contém aproximadamente 10% em massa de um espinélio secundário que foi conformado apenas na queima.

Os grãos grossos de MgO são separados da matriz circundante em grandes áreas de sua superfície por meio de poros do tipo rachadura tridimensionais (p). Estes poros são formados por meio de um comportamento de alongamento térmico diferente das fases estruturais e a conformação de espinélio no local durante a queima do produto. A Figura 1 mostra ainda o princípio do método aplicado para a determinação das fases estruturais por meio de microscopia de luz direta. O método descrito no documento de Radex-Rundschau 1988, volume 4, páginas 172 a 182, permite a determinação de teores em volume de várias fases estruturais por meio do método de corte de linha. Tal linha a é marcada na Figura 1 e mostra que tais poros (p) se encontram presentes em virtualmente todas as superfícies dos grãos grossos de MgO. A avaliação concreta é realizada como se segue: a seção moída é superposta às linhas de medição selecionadas aleatoriamente. Os comprimentos de corda das fases de corte, o grão (k), o halo (p) e a matriz (m) de poro / poro são medidos ao longo destas linhas. O teor em volume de uma fase corresponde ao número de linhas de medição dentro de uma fase sobre a linha de medição total, vide também a equação [1]:

V_x = (ZL_X)/L_tot [1] em que:

Vx é o teor em volume da fase x em [% de v/v]

X é a fase: grão k, halo de poro p, matriz m

Lx é o comprimento de corda dentro da fase x Ltot é o comprimento total da linha de medição Para uma avaliação representativa e reproduzível, de 50 a 100 linhas por seção moída deve ser avaliada, em que as linhas correm em dife10 rentes direções. Além disso, pelo menos três seções moldas em três direções diferentes do sistema de coordenadas devem ser tomadas como base.

Os teores em volume das fases estruturais e os poros são obtidos a partir do cálculo mínimo dos dados individuais assim obtidos.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Produto refratário queimado caracterizado pelo fato de que a temperaturas de aplicação de até 1500°C, forma menos de 5% em massa de uma fase de fusão, cuja estrutura compreende uma matriz de

5 espinélio de MA (1^a fase estrutural) na qual grãos grossos de MgO com um tamanho de partícula de d90 > 300 pm (2^a fase estrutural) se encontram presentes, no qual poros do tipo rachadura tridimensionais são formados entre as duas fases estruturais.
2. Produto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado 10 pelo fato de que os poros do tipo rachadura se estendem por mais de 50% da superfície do grão grosso de MgO.
3. Produto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os poros do tipo rachadura compreendem um máximo de 1/20 do teor de volume do grão grosso de MgO.

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4. Produto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que possui uma porosidade aberta de até 20% v/v.
5. Produto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que possui uma resistência à compressão a frio de > 50 MPa.
6. Produto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado 20 pelo fato de que o teor de grãos grossos de MgO é de mais de 50% em massa.
7. Produto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o teor de grãos grossos de MgO é dentre 52 e 60% em massa.

Petição 870170094562, de 05/12/2017, pág. 5/8

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