BRPI0717399A2 - Mistura para furo de corrida - Google Patents

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BRPI0717399A2
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BR
Brazil
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roseki
silicon nitride
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carbon
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BRPI0717399-7A
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English (en)
Inventor
Yutaka Kitazawa
Original Assignee
Krosakiharima Corp
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Description

"MISTURA PARA FURO DE CORRIDA" CAMPO TÉCNICO
A presente invenção diz respeito a uma mistura para furo de corrida preparada misturando-se um aglutinante e um pó refratário de tamanho controlado de forma a incluir uma fração de partículas finas com um diâmetro de partículas de 75 μπι ou menos. FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
Será descrito um modo de uso de uma mistura para furo de corrida considerando a operação de um alto-forno como um exemplo. Depois do término do vazamento, a mistura para furo de corrida é inserida por pressão e cheia em um furo de corrida para tampá-lo. Quando chega o momento de um vazamento seguinte usando o furo de corrida, a mistura para furo de corrida queimada pelo calor do forno durante um processo anterior é perfurada para formar uma passagem de metal em fusão. Ferro-gusa em fusão e escória em fusão no forno são descarregadas do forno através da passagem de metal em fusão. A fim de impedir o aumento progressivo no diâmetro do furo, a mistura para furo de corrida tem que ter excelente resistência a erosão/corrosão pelo ferro-gusa em fusão e escória em fusão.
Até então, é de conhecimento que é efetivo adicionar um material à base de nitreto de silício e um material à base de carbono (carbonáceo) a uma mistura para furo de corrida a fim de melhorar a resistência a erosão/corrosão de uma mistura para furo de corrida, como revelado no documento de patente 1 seguinte.
O documento de patente 1 descreve que, quando uma mistura para furo de corrida contém um material à base de nitreto de silício e um material à base de carbono, uma ligação SiC é formada a cerca de 1400°C ou mais, de acordo com as fórmulas de reação (1) e (2) seguintes. A ligação SiC densifica a matriz da mistura para furo de corrida e endurece a matriz para melhorar a resistência a erosão/corrosão da mistura para furo de corrida. Si3N4 3Si + 2N2 (1) Si + C -> SiC (2)
Especificamente, o documento de patente 1 revela uma mistura para furo de corrida compreendendo: ferro - nitreto de silício com um diâmetro de partícula de 75 μΐΉ ou menos, como um material à base de nitreto de silício; coque com um diâmetro de partícula de 0,3 mm ou menos, e pelotas de piche, como o material à base de carbono; e roseki (pirofilito) com um diâmetro de partícula de 0,3 mm ou menos, com a condição de que a quantidade total de 100% em massa dos três componentes consista em cerca de 42% em massa do material à base de nitreto de silício, cerca de 26% em massa do material à base de carbono e cerca de 32% em massa de roseki (ver exemplo inventivo 1 e parágrafo [0025] no documento de patente 1).
Além da mistura para furo de corrida apresentada, é também de conhecimento as misturas de furo de corrida seguintes como o tipo contendo um material à base de nitreto de silício e um material à base de carbono.
O documento de patente 2 seguinte revela uma mistura para furo de corrida compreendendo: ferro - nitreto de silício com um diâmetro de partícula de 74 μιη ou menos; negro-de-fumo com um diâmetro de partícula de menos de 1 μιη; uma microssílica com um diâmetro de partícula de menos de 1 μιη, com a condição de que a quantidade total de 100% em massa dos três componentes consista em cerca de 42,8% em massa de ferro - nitreto de silício, cerca de 28,5% em massa de negro-de-fumo e cerca de 28,5% em massa de microssílica (ver exemplo inventivo 3 no documento de patente 2). O documento de patente 2 também revela uma mistura para
furo de corrida compreendendo: ferro - nitreto de silício com um diâmetro de partícula de 74 μιη ou menos; negro-de-fumo com um diâmetro de partícula de menos de 1 μηι; uma microssílica com um diâmetro de partícula de menos de 1 μιη e argila como um material à base de sílica (silicioso), com a condição de que a quantidade total de 100% em massa dos três componentes consista em cerca de 43% em massa de ferro - nitreto de silício, cerca de 14% em massa de negro-de-fumo e cerca de 43% em massa de material à base de sílica (ver exemplo comparativo 1-5 no documento de patente 2).
O documento de patente 3 seguinte revela uma mistura para
furo de corrida compreendendo: ferro - nitreto de silício com um diâmetro de partícula de 0,5 ou menos; coque com um diâmetro de partícula de 2 mm ou menos; e um pó roseki ultrafino com um diâmetro de partícula médio de 4 μιη, com a condição de que uma quantidade total de 100% em massa dos três componentes consista em 40% em massa do ferro - nitreto de silício, 40% em massa de coque e 20% em massa de pó roseki ultrafino (ver exemplo inventivo 4 no documento de patente 3).
O documento de patente 4 seguinte revela uma mistura para furo de corrida compreendendo: ferro - nitreto de silício controlado para ter um tamanho de partícula de 200 mesh ou menos, isto é, um diâmetro de partícula de cerca de 75 μπι ou menos; grafite controlada para ter um tamanho de partícula de 200 mesh ou menos; e roseki com um diâmetro de partícula de 0,1 ou menos, com a condição de que a quantidade total de 100% em massa dos três componentes consista em 50% em massa de ferro - nitreto de silício, 17% em massa de grafite e 33,5% em massa de roseki (ver exemplo inventivo D no documento de patente 4).
O documento de patente 5 seguinte revela uma mistura para furo de corrida compreendendo: ferro - nitreto de silício com um diâmetro de partícula de 45 μηι ou menos; negro-de-fiimo; e roseki com um diâmetro de partícula de 0,1 mm ou menos, com a condição de que a quantidade total de 100% em massa dos três componentes consista em 55,5% em massa do ferro - nitreto de silício, 11,1% em massa do negro-de-fumo e 33,3% em massa do roseki (ver exemplos inventivos 1 a 3 no documento de patente 5).
O documento de patente 6 seguinte revela uma mistura para furo de corrida compreendendo: ferro - nitreto de silício com um diâmetro de partícula de 0,1 mm ou menos; negro-de-fiimo; e roseki com um diâmetro de partícula de 0,1 mm ou menos, com a condição de que a quantidade total de 100% em massa dos três componentes consista em 71,4% em massa do ferro - nitreto de silício, 4% em massa do negro-de-fumo e 23,8% em massa do roseki (ver exemplos comparativos 3 a 7 no documento de patente 6).
O documento de patente 7 seguinte revela uma mistura para furo de corrida compreendendo: ferro - nitreto de silício com um diâmetro de partícula de 75 μηι ou menos; negro-de-fumo; e roseki com um diâmetro de partícula de 0,1 mm ou menos, com a condição de que a quantidade total de 100% em massa dos três componentes consista em 50% em massa do ferro - nitreto de silício, 27,8% em massa do negro-de-fumo e 22,2% em massa do roseki (ver amostra no. 7 na tabela 1 do documento de patente 7). [Documento de patente 1] JP 283131IB [Documento de patente 2] JP 2002-60820A [Documento de patente 3] JP 200-31971IA [Documento de patente 4] JP 08-231278A [Documento de patente 5] JP 2004-103 79A [Documento de patente 6] JP 2001-335374A [Documento de patente 7] JP 11-199337A REVELAÇÃO DA INVENÇÃO
[PROBLEMA A SER SOLUCIONADO PELA INVENÇÃO]
As fórmulas de reação (1) e (2) descritas no documento de patente 1 são corrigidas na teoria. Entretanto, de acordo com os pesquisadores do inventor deste pedido, foi demonstrado que uma ligação SiC dificilmente é formada, a menos que exista um componente de sílica em uma fração de partículas finas com um diâmetro de partícula de 75 μηι ou menos, que constitui uma matriz de uma mistura para furo de corrida, bem como um material à base de nitreto de silício e um material à base de carbono. Foi também demonstrado que um tipo de material que serve como uma fonte de componente de sílica, um tamanho de partícula de cada do material à base de nitreto de silício, o material à base de carbono e o material que serve como uma fonte de componente de sílica, e uma razão relativa entre os três componentes, tornam-se fatores chaves na formação de uma ligação SiC.
A mistura para furo de corrida no exemplo inventivo 3 no documento de patente 2 contém um material que serve como uma fonte de componente sílica na fração de partículas finas. Entretanto, o material que serve como uma fonte de componente sílica consiste somente em microssílica. Microssílica é transformada em SiO gás em uma faixa de temperatura de cerca de 1.400°C e disperso em uma matriz de uma mistura para furo de corrida na direção de dentro para sua camada superficial, de forma que ele não possa formar um número suficiente de ligações SiC na mistura para furo de corrida. Este problema provavelmente ocorre não somente na microssílica, mas também quando se usa um material à base de sílica de alta pureza contendo SiO2 em uma quantidade de 80% em massa ou mais, tal como uma pedra de sílica, ou sílica amorfa anidra ou aquosa incluindo sílica em fusão, farinha de sílica e carbono branco.
A mistura para furo de corrida no exemplo comparativo 1 -5 no documento de patente 2 contém um material que serve como uma fonte de componente sílica na fração de partículas finas. Entretanto, o material que serve como uma fonte de componente sílica consiste somente em microssílica e argila. Embora argila não seja suscetível a gaseificação, comparada com material à base de sílica de alta pureza, ela tem uma propriedade de contrair durante a queima, supostamente por causa de uma quantidade relativamente grande de água de cristalização contida nela. Isto provavelmente leva a degradação da matriz de uma mistura para furo de corrida. Portanto, mesmo se ligações SiC puderem ser formadas, há dificuldade em realizar completamente um efeito de endurecimento da matriz com base nas ligações SiC.
Em decorrência das pesquisas pelo inventor deste pedido, observou-se que é necessário usar roseki como um material que serve como uma fonte de componente sílica a fim de permitir a formação adequada de ligações SiC, e realizar completamente o efeito de endurecimento da matriz com base na formação de ligações SiC.
A mistura para furo de corrida no documento de patente 1 contém roseki como um material que serve como uma fonte de componente sílica. Com base no uso de roseki, o problema citado que ocorre quando se usa um material à base de sílica de alta pureza e argila é reduzido. Entretanto, no documento de patente 1, por causa da inadequação no tamanho de partícula de cada um do roseki e do material à base de carbono (coque), é impossível formar eficientemente ligações SiC. Além disso, por causa de uma razão relativa excessivamente pequena do ferro - nitreto de silício para cada um do material à base de carbono e do roseki, uma perda, isto é, uma parte residual incapaz de contribuir para a formação de ligações SiC, surgirá em pelo menos um do material à base de carbono e do roseki.
A mistura para furo de corrida no documento de patente 3 também contém roseki como um material que serve como uma fonte de componente sílica. Entretanto, por causa de inadequação no tamanho de partícula de cada um do ferro - nitreto de silício e do coque, é impossível formar eficientemente ligações SiC. Além disso, por causa de uma razão relativa excessivamente pequena do ferro - nitreto de silício para cada um do material à base de carbono e do roseki, uma perda, isto é, uma parte residual incapaz de contribuir para a formação de ligações SiC, surgirá em pelo menos um do material à base de carbono e do roseki.
De acordo com pesquisas do inventor deste pedido, ligações SiC são formadas através de uma reação entre os três componentes consistindo em um material à base de nitreto de silício, um material à base de carbono e roseki e, se o tamanho de partícula de cada um dos três componentes e a razão relativa entre os três componentes não forem adequados, tal como descrito anteriormente, um excesso e uma deficiência ocorrerão nos três componentes para prejudicar a formação eficiente de ligações SiC.
Se for obtida uma técnica capaz de formar ligações SiC, minimizando ainda o excesso e deficiência nos três componente, é possível formar um maior número de ligações SiC do que antes nas mesmas condições para uma quantidade total dos três componentes, de maneira a melhorar a resistência a erosão/corrosão de uma mistura para fiiro de corrida. Além do mais, a técnica tem uma vantagem de ser capaz de reduzir a quantidade total dos três componentes a ser usados para obter um número visado de ligações SiC, de maneira a impedir um aumento no custo de uma mistura para furo de corrida, e prover flexibilidade do projeto de uma composição de uma mistura para furo de corrida sem ser os três componentes.
Entretanto, até então, não foi considerado formar ligações SiC ao mesmo tempo minimizando o excesso ou deficiência nos três componentes. Embora uma mistura para furo de corrida contendo uma combinação dos três componentes tenha sido conhecida, não existe nenhuma mistura para furo de corrida convencional preparada combinando-se adequadamente um tamanho de partícula de cada um dos três componentes e uma razão relativa entre os três componentes, supostamente em virtude de os inventores anteriores não terem atingido o conhecimento de que ligações SiC podem ser formadas somente pela combinação dos três componentes. Uma mistura para furo de corrida também precisa ter
"perfiirabilidade". O termo "perfurabilidade" significa facilidade de perfuração durante uma operação de perfuração de uma mistura para furo de corrida queimada pelo calor de um forno para formar um furo nele. Ligações, tais como ligações SiC, melhoram a resistência a erosão/corrosão de uma mistura para furo de corrida. Entretanto, se tais ligações já tiverem sido formadas antes da operação de perfuração, a períurabilidade da mistura para furo de corrida se deteriorará. Assim, é desejável que praticamente não seja formada ligação em um estado quando uma mistura para furo de corrida é colocada para tampar um furo de corrida, isto é, quando a temperatura da mistura para furo de corrida é cerca de 1.200°C ou menos, ao passo que ligações são formadas em um momento quando a temperatura na mistura para furo de corrida atinge 1.400°C ou mais pelo contato com ferro gusa líquido e escória líquida depois da operação de perfuração. Deste ponto de vista, nas misturas de furo de corrida dos
documentos de patente 4 a 7, continua haver uma necessidade de melhorias adicionais não somente na formação eficiente de ligações SiC, mas também na períurabilidade, tal como descrito a seguir.
A mistura para furo de corrida no documento de patente 3 é incapaz de formar eficientemente ligações SiC por causa da inadequabilidade no tamanho de partícula do roseki e na razão relativa entre os três componentes. Além disso, carboneto de boro incluído na fração de partículas finas reage com ferro - nitreto de silício em preferência à reação de formação da ligação SiC entre os três componentes, para formar indesejavelmente ligações de nitreto de boro em uma faixa de baixa temperatura de 1.200°C ou menos. Conseqüentemente, a períurabilidade deteriorará. Isto é um problema que provavelmente ocorre normalmente em uma mistura para furo de corrida usando um composto de boro.
A mistura para furo de corrida em cada um dos documentos de patente 5 e 6 é incapaz de formar eficientemente ligações SiC por causa da inadequabilidade no tamanho de partícula do roseki, e obter períurabilidade adequada por causa de uma razão relativa excessivamente pequena do material à base de carbono. Especificamente, um material à base de carbono serve não somente como uma fonte de um componente C para formar ligações SiC, mas também um meio para suprimir a reação de formação da ligação de oxinitreto de silício entre roseki e um material à base de nitreto de silício em uma faixa de baixa temperatura de cerca de 1.200°C ou menos. Assim, se a razão relativa do material à base de carbono for pequena, a formação de ligações de oxinitreto de silício é iniciada na faixa de baixa temperatura de cerca de 1.200°C ou menos para causar deterioração na perfiirabilidade.
A mistura para furo de corrida no documento de patente 7 é incapaz de formar eficientemente ligações SiC por cauda da inadequabilidade no tamanho de partícula do roseki. Além disso, silício metálico incluído na fração de partícula fina reage com o material à base de carbono em preferência a uma reação de formação da ligação SiC entre os três componentes, para formar indesejavelmente ligações de carbonetos (neste caso, ligações SiC) em uma faixa de baixa temperatura de 1.200°C ou menos. Conseqüentemente, a perfurabilidade se deteriorará. Este é um problema que provavelmente ocorrerá normalmente em uma mistura para furo de corrida usando um pó de metal.
E um objetivo da presente invenção prover uma mistura para furo de corrida capaz de formar ligações SiC com mínimo excesso ou deficiência de seus componentes, e excelente perfurabilidade. [MEIOS DE SOLUCIONAR O PROBLEMA]
De acordo com um aspecto da presente invenção, é provida uma mistura para furo de corrida que é preparada misturando com um aglutinante um pó refratário de tamanho controlado de forma a incluir uma fração de partículas finas com um diâmetro de partícula de 75 μιτι ou menos. Na mistura para furo de corrida, a fração de partículas finas é compreendida de três componentes consistindo em um material à base de nitreto de silício, um material à base de carbono e roseki, ou compreendida dos três componentes, e um ou mais selecionados do grupo que consiste em um material à base de alumina, um material à base de carboneto de silício, um material à base de óxido de elemento terra rara, argila, um material à base de sílica de alta pureza contendo SiO2 em uma quantidade de 80% em massa ou mais, um material à base de composto de boro em uma quantidade de menos de 0,3% em massa com relação a 100% em massa do material à base de nitreto de silício, e um pó de metal em uma quantidade de menos de 10% em massa em relação a 100% em massa do material à base de carbono. Adicionalmente, a quantidade total de 100% em massa dos três componentes na faixa de partículas finas consiste em 51 a 74% em massa do material à base de nitreto de silício, 15 a 35% em massa do material à base de carbono e 10 a 30% em massa do roseki.
Na forma usada nesta especificação, o termo expresso como uma fórmula química, tal como Si3N4, significa uma composição química, e um material expresso como "material à base de X", tal como um material à base de nitreto de silício ou um material à base de carbono, significa um material refratário real contendo uma impureza inevitável. Na forma usada nesta especificação, o termo "X" a Y' expressando uma faixa numérica inclui os valores limites inferior e superior XeY.
Quando a faixa de tamanho de partícula de cada um do material à base de nitreto de silício, do material à base de carbono e do roseki a ser misturados entre si, e uma razão relativa entre os três componentes, são estabelecidos da maneira apresentada, um excesso e uma deficiência nos três componentes durante uma reação de formação da ligação SiC podem ser suprimidos. Isto possibilita formar uma maior quantidade de ligações SiC do que antes, mesmo nas mesmas condições para uma quantidade total dos três componentes, de maneira a obter uma mistura para furo de corrida com excelente resistência a erosão/corrosão. Adicionalmente, um limite inferior da razão relativa do material à base de carbono para os três componentes é estabelecida como apresentado. Isto possibilita impedir que ligações de oxinitreto de silício sejam formadas entre o material à base de nitreto de silício e o roseki antes de uma operação de perfuração de maneira a evitar deterioração na perfurabilidade.
Mesmo que o material à base de alumina, o material à base de carboneto de silício e o material à base de óxido de elementos terras raras sejam usados em combinação com os três componentes, ligações indesejáveis que prejudicam a perfurabilidade são menos prováveis de se formarem, em virtude de elas principalmente não estarem envolvidas na reação de formação da ligação SiC entre os três componentes. Similarmente, mesmo se a argila e o material à base de sílica de alta pureza forem usados em combinação com os três componentes, é possível conseguir uma mistura para furo de corrida que é menos provável de formar ligações indesejáveis que prejudicam a perfurabilidade. O problema supramencionado que ocorre quando se usa argila ou material à base de sílica de alta pureza é reduzido pelo uso de roseki. Mesmo se cada um do material à base de composto de boro e do pó de metal for usado, a formação de ligações indesejáveis que prejudicam a perfurabilidade pode ser evitada pela restrição da sua quantidade de mistura. Da maneira mostrada, uma mistura para furo de corrida tendo adicionalmente perfurabilidade adequada pode ser obtida. DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS A figura 1 é um diagrama triangular que mostra as respectivas
razões de mistura de um material à base de nitreto de silício, um material à base de carbono e roseki em um pó misturado. MELHOR MANEIRA DE REALIZAR A INVENÇÃO
A presente invenção será agora descrita com base em uma modalidade da mesma.
Com vista a permitir que uma estrutura cristalina seja próxima a uma estrutura altamente empacotada, obtendo ainda excelente eficiência operacional e outros, um pó refratário constituindo uma mistura para furo de corrida tem o tamanho controlado, por exemplo, de maneira tal que ele compreenda 45 a 75% em massa de uma fração de partículas finas com um diâmetro de partícula de 75 μιη ou menos, e 5 a 25% em massa de uma fração de partículas grosseiras com um diâmetro de partícula maior que 1 mm, com o restante sendo uma fração de partículas médias com um diâmetro de partícula maior que 75 μπι a 1 mm, medido usando uma peneira padrão definida na JIS-Z8801.
No pó refratário, a fração de partículas finas com um diâmetro de partícula de 75 μπι ou menos é formada de maneira a incluir pelo menos um material à base de nitreto de silício, um material à base de carbono e roseki. Os três componentes que constituem a fração de partículas finas reagem entre si para formar ligações SiC.
Embora um material à base de nitreto de silício, um material à base de carbono e roseki possam ser incluídos não somente na fração de partículas finas, mas também na fração de partículas médias e grosseiras com diâmetro de partícula maior que 75 μπι, cada um do material à base de nitreto de silício, do material à base de carbono e do roseki com um diâmetro de partícula maior que 75 μπι basicamente não esteja envolvido na formação de ligações por causa de um tamanho de partícula grosseiro deste.
Na descrição seguinte, cada um dos termos "material à base de nitreto de silício", "material à base de carbono" e "roseki" significa um componente que constitui a fração de partículas finas, a menos que de outra forma declarado. Adicionalmente, o termo "os três componentes" significa três componentes consistindo em um material à base de nitreto de silício, um material à base de carbono e roseki que constituem a fração de partículas finas.
Do ponto de vista de facilidade de uma reação de formação de ligação Sic para aumentar ainda mais o número de ligações SiC a ser formadas, cada um dos três componentes é preferivelmente com o tamanho controlado de maneira tal que um diâmetro de partícula médio deste seja 20 μηι ou menos, e 85% em massa ou mais destes pertence a uma fração de partículas com um diâmetro de partícula de 45 μηι ou menos, medido usando uma peneira padrão definida em JIS-Z8801. Neste caso, a maioria dos três componentes não existe em uma fração de partículas com um diâmetro de partícula maior que 45 μ a 75 μιτι na fração de partículas finas. Mais preferivelmente, cada um dos três componentes tem um diâmetro de partícula médio de 15 μηι ou menos.
Na forma usada nesta especificação, o termo "diâmetro de partículas médio" significa um tamanho de partícula médio com base no volume correspondente a um valor cumulativo central de uma curva cumulativa (um gráfico traçado com base em um eixo horizontal representando o diâmetro de partículas e um eixo vertical representando uma freqüência cumulativa) medido por um analisador de distribuição de tamanho de partícula do tipo dispersão por difração de raios-X.
Do ponto de vista de suprimir a ocorrência de excesso e deficiência nos três componentes durante a reação de formação de ligação SiC, é essencial que a quantidade total de 100% em massa dos três componentes consista em 51 a 74% em massa de mistura do material à base de nitreto de silício, 15 a 35% em massa do material à base de carbono e 10 a 30% em massa do roseki.
Se a razão relativa do material à base de nitreto de silício for maior que 74% em massa, uma perda, isto é, uma parte residual incapaz de contribuir para a reação de formação da ligação SiC, surgirá no material à base de nitreto de silício. Se a razão relativa do material à base de nitreto de silício for menor que 51 % em massa, uma perda, isto é, uma parte residual incapaz de contribuir para a reação de formação da ligação SiC, surgirá em pelo menos um do material à base de carbono e do roseki.
Se a razão relativa do material à base de carbono for maior que 35% em massa, uma perda, isto é, uma parte residual incapaz de contribuir para a reação de formação da ligação SiC, surgirá no material à base de carbono, e a resistência da mistura para furo de corrida será reduzida por causa de uma quantidade excessiva do componente C, que provavelmente causará deterioração na resistência a erosão/corrosão da mistura para furo de corrida. Se a razão relativa do material à base de carbono for menor que 15% em massa, uma perda, isto é, uma parte residual incapaz de contribuir para a reação de formação da ligação SiC, surgirá em pelo menos um do material à base de nitreto de silício e do roseki, e o número de ligações de oxinitreto de silício a ser formadas a uma temperatura (por exemplo, cerca de 1.200°C) de uma mistura para furo de corrida em um estado quando ela é colocada para tampar um furo de corrida antes de uma operação de perfuração, de acordo com a fórmula da reação seguinte (3), será aumentada para causar deterioração na perfurabilidade da mistura para furo de corrida: Si3N4 + SiO2 2N2ON2 (3)
Se a razão relativa do roseki for maior que 30% em massa, uma perda, isto é, uma parte residual incapaz de contribuir para a reação de formação da ligação SiC, surgirá no roseki, e um componente SiO2 será excessivamente aumentado, que provavelmente causará deterioração na resistência a erosão/corrosão de uma mistura para furo de corrida. Se a razão relativa do roseki for menor que 10% em massa, uma perda, isto é, uma parte residual incapaz de contribuir para a reação de formação da ligação SiC, surgirá em pelo menos um do material à base de nitreto de silício e do material à base de carbono.
Um material usado como o material à base de nitreto de silício pode ser, por exemplo, um ou mais selecionados de nitreto de silício e ferro - nitreto de silício. Entre eles, ferro - nitreto de silício é preferido. O motivo é que um componente Fe no ferro - nitreto de silício promove a reação de formação da ligação SiC. Entretanto, se o teor do componente Fe no ferro - nitreto de silício for excessivamente alto, um efeito de promoção da reação torna-se excessivo, que provavelmente causará uma redução no número de ligações SiC a ser formadas. Assim, ferro - nitreto de silício preferivelmente consiste em 70% em massa ou mais de SiO3N4, com o restante sendo basicamente Fe.
Um material usado como o material à base de carbono pode
ser, por exemplo, um ou mais selecionados do grupo que consiste em: negro- de-fumo, tal como negro térmico, negro de acetileno, negro de canal, negro de lâmpada, negro de forno ou negro de Ketjen; grafite, tal como grafite terrosa (amorfa) ou grafite floculada; coque de petróleo, coque de carvão; e carvão antracita. Entre eles, o material à base de carbono com uma pureza de C de 80% em massa ou mais é preferível. Em termos de capacidade de facilitar a reação de formação da ligação SiC e suprimir uma quantidade de aglutinante a ser adicionado para obter a eficiência operacional desejada, negro-de-fumo é preferido.
O roseki é um minério com flexibilidade relativamente alta e
rica sensação de gordura. O roseki tem uma composição mineral que compreende um componente primário consistindo em pirofilita e componentes coexistentes, tais como quartzos, caolim, sericita e diáspora. O roseki também tem uma composição química que compreende: um componente primário consistindo em Al2O3 e SiO2; um componente alcalino consistindo em K2O e Na2O; TiO2; e Fe2O3. O roseki é referido como "pedra sabão" ou "esteatita" na China, ou referido como "agalmatolita" na Europa e nos Estados Unidos.
Embora um mecanismo específico a respeito de como ligações SiC são adequadamente formadas quando se usa roseki não seja claro, acredita-se que roseki contendo moderadamente Al2O3 é menos provável de se dissipar, comparado com um material à base de sílica de alta pureza, e pelo menos esta propriedade contribui para a formação de ligações SiC. Adicionalmente, embora um material à base de alumina-sílica consistindo basicamente em Al2O3 e SiO2 inclua não somente roseki, mas também outros materiais, tais como mulita e chamote, verificou-se que, entre eles, o uso de roseki é particularmente efetivo para formar adequadamente ligações SiC. Portanto, na presente invenção, roseki é usado como um material à base de alumina-sílica que constitui a fração de partículas finas.
Diferentemente de argilas minerais, tal como argila caolim, roseki apresenta expansibilidade em um estado quente e assim não apresenta risco de causar degradação na matriz por causa da contração. Assim, roseki possibilita realizar completamente um efeito de endurecimento da matriz com base na formação de ligações sistema em ligações SiC. Além do mais, um efeito sinergístico de melhorar a plasticidade de uma mistura para furo de corrida pode também ser obtida, supostamente por causa do roseki na argila mineral.
Como o roseki, é preferível usar um tipo contendo Al2O3 em uma quantidade de 8 a 17% em massa, medida pelo procedimento analítico de raios-X de fluorescência definido em JIS-R2216, com o restante sendo basicamente SiO2.
A tabela 1 mostra exemplos de uma composição química de
roseki.
TABELA 1
SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 Na2O K2O roseki A 79,04 0,62 16,68 0,20 0,11 0,07 roseki B 83,93 0,22 12,04 0,79 0,10 0,93 roseki C 89,26 0,31 8,10 0,09 0,05 0,02 roseki D 80,48 0,27 15,38 0,57 0,06 0,55 roseki E 89,33 0,29 8,63 0,21 0,04 0,07
O número de ligações SiC a ser formadas em uma matriz de
uma mistura para furo de corrida varia dependendo de um ambiente de uso da mistura para furo de corrida. Do ponto de vista de permitir que seja formado um número apropriado de ligações SiC, uma quantidade de mistura do material à base de nitreto de silício que constitui a fração de partículas finas é preferivelmente estabelecida, por exemplo, na faixa de cerca de 20 a 50% em massa, em termos de uma razão ocupada no pó refratário. Neste caso, a quantidade total dos três componentes que constituem a fração de partículas finas é, por exemplo, na faixa de cerca de 27 a 68% em massa, em termos de uma razão ocupada no pó refratário.
Nesta modalidade, é especificada uma razão relativa entre os três componentes para permitir que sejam formadas ligações SiC sem uma perda nos três componentes, de forma que a quantidade total dos três componentes necessários para obter um número desejado de ligações SiC pode ser reduzida. Isto proporciona maior flexibilidade para projetar uma composição do restante da fração de partículas finas sem ser os três componentes.
Entretanto, um material para o restante da fração de partículas finas sem ser os três componentes está limitado a um ou mais selecionados do grupo que consiste em um material à base de alumina, um material à base de carboneto de silício, um material à base de óxido de elementos terras raras, argila, um material à base de sílica de alta pureza, um material à base de compostos de boro em uma quantidade de menos de 0,3% em massa com relação a 100% em massa do material à base de nitreto de silício e um pó de metal em uma quantidade de menos de 10% em massa com relação a 100% em massa do material à base de carbono.
Um material usado como o material à base de alumina ode ser um material contendo A1203 em uma quantidade de 50% em massa ou mais, por exemplo, um ou mais selecionados do grupo que consiste em bauxita, alumina calcinada, alumina sinterizada e alumina em fusão.
Um material usado como o material à base de óxido de elementos terras raras pode ser, por exemplo, um ou mais selecionados do grupo que consiste em material à base de óxido de ítrio, um material à base de óxido de lantânio e um material à base de óxido de cério. Um material usado como o material à base de sílica de alta pureza pode ser, por exemplo, um ou mais selecionados do grupo que consiste em microssílica, sílica em fusão, farinha de sílica, carbono branco e pedra de sílica.
Um material usado como o material à base de composto de boro pode ser, por exemplo, um ou mais selecionados de um material à base de carboneto de boro e um material à base de nitreto de boro.
Um material usado como o pó de metal pode ser, por exemplo, um pó de alumínio, um pó de silício metálico e um pó de ferro silício.
Cada um do material à base de alumina, do material à base de carboneto de silício e do material à base de óxido de elementos terras raras basicamente não está envolvido na reação de formação da ligação SiC entre os três componentes e, portanto, mesmo se eles forem usados em combinação com os três componentes, ligações indesejáveis que prejudicam a perfurabilidade são menos prováveis de se formarem.
Similarmente, mesmo se a argila e o material à base de sílica de alta pureza forem usados em combinação com os três componentes, é possível atingir uma mistura para furo de corrida que é menos provável de formar ligações indesejáveis que prejudicam a perfurabilidade. Argila apresenta comportamento de contração em um estado quente. Entretanto, desde que a argila seja usada em combinação com roseki que apresenta comportamento de expansão em um estado quente, a degradação na matriz de uma mistura para furo de corrida por causa da contração da argila pode ser suprimida para obter um efeito da adição da argila, isto é, um efeito de ser capaz de melhorar a plasticidade da mistura para furo de corrida, sem degradação na matriz da mistura para furo de corrida. Do ponto de vista de impedir mais confiavelmente o efeito negativo por causa da contração da argila, a argila é misturada preferivelmente em uma quantidade de menos de 60% em massa, mais preferivelmente em uma quantidade de menos de 40% em massa, acima de tudo preferivelmente em uma quantidade de zero% em massa, com relação a 100% em massa do roseki. Adicionalmente, do ponto de vista de melhorar ainda mais a perfurabilidade de uma mistura para furo de corrida, o material à base de sílica de alta pureza é misturado preferivelmente em uma quantidade de menos de 7% em massa, mais preferivelmente em uma quantidade de zero% em massa com relação a 100% em massa do material à base de nitreto de silício.
Mesmo se for usado cada um do material à base de composto de boro e do pó de metal, a formação de ligações indesejáveis que prejudicam a perfurabilidade pode ser evitada restringindo-se uma quantidade de mistura deste da maneira supradescrita. Da maneira exposta, pode-se obter uma mistura para furo de corrida tendo adicionalmente perfurabilidade adequada.
As frações de partículas médias e grosseiras do pó refratário podem ser formadas, por exemplo, por um ou mais selecionados do grupo que consiste em: material à base de alumina-sílica, tais como roseki, mulita, caolim, chamote, sericita, silimanita, quianita ou andalusita; um material à base de alumina, tais como bauxita, diáspora, xisto, alumina em fusão, alumina sinterizada, alumina calcinada, espinélio sinterizado ou espinélio em fusão; pedra de sílica, zircônio; zircônia, magnésia; aço cromo; clínquer de dolomita; calcário; e pelotas.
A mistura para furo de corrida é obtida misturando-se o pó refratário referido com um aglutinante. O aglutinante pode incluir alcatrão e resina. O alcatrão pode incluir alcatrão de carvão, alcatrão de petróleo, alcatrão de madeira, alcatrão de xisto, asfalto e piche. A resina pode incluir resina fenólica tipo novolac ou tipo resol e resina furan. Quando a resina, particularmente uma resina fenólica tipo novalac com termoplasticidade, é usada, um agente de cura, tal como hexametilmetramina, é preferivelmente usado em combinação com ele. Adicionalmente, o alcatrão e a resina podem ser usados juntos. Por exemplo, o aglutinante é adicionado preferivelmente em uma quantidade de 10 a 20% em massa, mais preferivelmente em uma quantidade de 12 a 17% em massa, com relação e em adição a 100% em massa do pó refratário. Uma quantidade de componentes de carbono residual contidos no aglutinante é, por exemplo, na faixa de cerca de 20 a 30% em massa e um carbono residual do aglutinante basicamente não contribui para a formação de ligações SiC.
Nesta especificação, os termos "mistura para furo de corrida preparada misturando-se o pó refratário com o aglutinante" são usados como um conceito incluindo uma mistura para furo de corrida preparada misturando-se o pó refratário com o aglutinante depois de um aditivo para ajuste de função ser adicionado ao pó refratário de acordo com a necessidade. Um material usado como o aditivo pode incluir, por exemplo, um dispersante e um material de melhoria da resistência. O dispersante pode incluir, por exemplo, sulfonato aniônico, especificamente β-naftalenosulfonato, sulfonato de alquil arila aniônico, e sulfonato de lignina modificado aniônico. O dispersante pode ser usado para promover dispersibilidade da fração de partículas finas. O material de aumento da resistência pode incluir fibra inorgânica, tais como fibra de carbono e fibra de vidro. O material de aumento da resistência pode ser usado para aumentar a resistência da mistura para furo de corrida.
Uma função da mistura para furo de corrida de acordo com esta modalidade é a seguinte.
A mistura para furo de corrida de acordo com esta modalidade é primeiro inserida sob pressão e cheia em um furo de corrida de um alto- forno depois do término do vazamento, e, neste estado, queimada pelo calor do forno em um período até o vazamento seguinte usando o furo de corrida. Em um estado quando a mistura para furo de corrida é colocada no tampão do furo de corrida, uma porção da mistura para furo de corrida localizada adjacente e dentro do forno é mantida a uma temperatura de cerca de 1.000 a 1.200°C. Uma razão relativa entre os três componentes é especificada, e o componente da fração de partículas finas sem ser os três componentes é restrita, como mencionado antes, de forma que a formação de ligações indesejáveis, tais como ligações de oxinitreto de silício, nesta faixa de temperatura, possa ser suprimida. Isto possibilita impedir que uma matriz da mistura para furo de corrida se torne excessivamente endurecida no estado quando a mistura para furo de corrida é colocada para tampar o furo de corrida.
Então, quando chegar o momento de um vazamento seguinte usando o furo de corrida, a mistura para furo de corrida solidificada no furo de corrida é perfurada para formar uma passagem para o metal em fusão. A mistura para furo de corrida tem excelente perfurabilidade, em virtude de ela poder ser impedida de ficar excessivamente dura no estado cheio, como mencionado anteriormente. Além do mais, a matriz da mistura para furo de corrida no estado cheio pode ser impedida de endurecer excessivamente e assim ficar frágil. Isto também possibilita impedir a ocorrência de trinca na mistura para furo de corrida durante a perfuração de maneira a facilitar a operação de perfuração.
Então, quando ferro gusa em fusão e escória em fusão escoam através da passagem de metal em fusão formada na mistura para furo de corrida, a temperatura da mistura para furo de corrida é aumentada até cerca de 1.450 a 1.550°C. Em uma faixa de temperatura de 1.400°C ou mais, o material à base de nitreto de silício é decomposto, liberando ainda N2, e reage com C suprido do material à base de carbono e SiO2 suprido do roseki para formar ligações SiC. Isto possibilita melhorar a resistência a erosão/corrosão da mistura para furo de corrida de maneira a facilitar a extensão do tempo de vazamento e melhorar o efeito de proteção da parede do forno.
Como exposto, a mistura para furo de corrida de acordo com esta modalidade não apresenta resistência excessiva antes de ser perfurada, mas apresenta resistência suficiente depois de ser perfurada. [EXEMPLO]
O teste seguinte foi realizado para verificar o relacionamento entre a razão relativa entre o material à base de nitreto de silício, o material à base de carbono e o roseki, e cada um de uma taxa de formação da ligação SiC e da resistência a erosão/corrosão.
Um pó misturado consistindo em ferro - nitreto de silício, negro-de-fumo e roseki (roseki A contendo AI2O3 em uma quantidade de 15% em massa ou mais, como mostrado na tabela 1) foi primeiramente preparado. O ferro - nitreto de silício foi formado usando um pó de ferro - nitreto de silício com tamanho controlado de maneira tal que seu diâmetro de partículas médio ficasse na faixa de 8 a 10 μιη, e 90% em massa deste pertencessem a uma fração de partículas com um diâmetro de partícula de 45 μιτι ou menos. O negro-de-fumo foi formado usando um pó de negro-de-fumo com tamanho controlado de maneira tal que seu diâmetro de partícula médio fosse 01, μιη ou menos, e uma quantidade total deste pertence a uma fração de partículas com um diâmetro de partícula de 45 μτη ou menos. O roseki foi formado usando um pó roseki de tamanho controlado de maneira tal que seu diâmetro de partícula médio ficasse na faixa de 6 a 14 μηι, e 90% em massa ou mais deste pertencessem a uma fração de partículas com um diâmetro de partícula de 45 μιη ou menos.
Então, o pó misto foi misturado com uma solução aquosa de acácia (concentração: 10%) adicionado a ele em uma quantidade de 15% em massa com relação e em adição a 100% em massa do pó misturado, e um pó misturado obtido foi submetido a formação por pressão a 7 MPa, após o que um compacto obtido foi seco a 110°C por 24 horas para obter um compacto seco. O compacto seco foi queimado a 1.500°C por 3 horas em uma atmosfera redutora simulando uma atmosfera em um furo de corrida de um alto-forno real, para obter um corpo queimado. Este corpo queimado foi usado como uma amostra.
Neste caso, uma razão relativa entre os três componentes que constituem o pó misturado foi alterada de forma variada para uma pluralidade de tipos de amostras, e medições da taxa de formação de SiC e da resistência a erosão/corrosão foram realizadas para cada uma das amostras.
Exemplos representativos dos resultados do teste estão mostrados nas tabelas 2 a 4.
A taxa de formação de SiC significa uma razão de massa de componentes SiC na amostra para uma massa total da amostra. Um valor da taxa de formação de SiC foi medido pelo processo analítico de raios-X fluorescente definido em JIS-R2216.
Um índice de desgaste significa um valor obtido como se segue. Cada uma das amostras é erodida/corroída usando escória de alto-forno como um agente erosivo/corrosivo a 1.500°C por 6 horas por um dispositivo de teste de erosão/corrosão rotativo, e a máxima dimensão de desgaste é medida. Então, a máxima dimensão de desgaste de cada uma das amostras é dividida pela máxima dimensão de desgaste da amostra A, e um quociente obtido é multiplicado por 100 para obter o índice de desgaste. O índice de desgaste indica a melhor resistência a erosão/corrosão à medida que seu valor fica menor.
TABELA 2
A B C D E F G H I J K L M N O P O Razão de mistura Ferro - nitreto de silício 51 51 51 55 55 55 59 59 63 63 64 65 65 67 70 72 74 Negro-de- fumo 19 27 35 15 30 35 19 25 15 25 26 16 20 19 17 16 15 roseki 30 22 14 30 15 10 22 16 22 12 10 19 15 14 13 12 11 Resultado de teste Taxa de formação de SiC f%l 35,2 35,2 35,0 37,3 37,7 35,8 40,8 40,4 37,2 41,2 35,1 39,7 43,7 44,4 45,4 41,8 38,2 índice de desgaste 100 100 97 93 94 98 83 85 95 82 95 88 79 79 77 82 92 TABELA 3
R S T U V W X Y Z AA AB AC AD AE AF AG AH Razão de mistura Ferro nitreto de silício 0 0 0 25 35 47 47 50 50 58 60 60 70 70 78 80 100 Negro-de- fumo 0 50 100 35 50 33 24 10 50 35 13 32 13 22 15 10 0 roseki 100 50 0 40 15 20 29 40 0 7 27 8 17 8 7 10 0 Resultado de teste Taxa de formaçã o de SiC r%i 0,0 0,0 0,0 17,1 24,2 32,5 32,4 24,6 0,0 23,0 32,1 27,3 31,8 25,8 20,5 24,4 0,0 ndice de desgaste 285 250 183 150 133 107 108 128 171 135 108 118 110 130 143 126 154
TABELA 4
AI AJ AK AL AM AN AO AP AQ AR AS AT AU AV AW Razão de mistura Ferro - nitretc de silício 24 17 12 30 16 10 25 58 72 82 90 75 50 65 80 Negro-de- fumo 73 63 47 25 23 5 7 6 5 3 5 0 0 35 20 roseki 3 20 41 45 61 85 68 36 23 15 5 25 50 0 0 Resultado de teste Taxa de formação de SiC [%1 9,9 11,7 8,1 20,5 10,7 6,5 16,9 14,0 11,0 5,6 10,4 0,0 0,0 0,2 0,1 ndice de desgaste 203 199 225 165 237 263 234 162 134 139 128 155 183 180 163
Cada uma das amostras A a Q na tabela 2 tem uma taxa de formação de SiC de 35% ou mais e um índice de desgaste de 100 ou menos, que é superior no que diz respeito à taxa de formação de SiC e a resistência à erosão/corrosão às amostras R a AH na tabela 3 e as amostras AI a AW na tabela 4. Em vista deste resultado, considera-se que condições das respectivas razões de mistura das amostras A a Q são preferíveis.
A figura 1 é um diagrama triangular que mostra as respectivas razões de mistura das amostras A a AW. A base, o lado oblíquo esquerdo e o lado oblíquo direito do diagrama triangular representam uma razão de mistura de negro-de-fumo, uma razão de mistura de ferro - nitreto de silício e uma razão de mistura de roseki, respectivamente. Os códigos A a AW atribuídos aos respectivos dos gráficos correspondem aos códigos A a AW nas tabelas 2 a 4. Cada uma das razões de mistura relativas às amostras AaQ está representada no gráfico por um círculo brando, e cada uma das razões de mistura relativas às amostras R a AW está representada no gráfico por um círculo preto.
Os traçados das amostras AaQ (na tabela 2) que apresentam excelentes características são distribuídos na região sombreada da figura 1. Em vista deste fato, considera-se que excelente taxa de formação de SiC e resistência a erosão/corrosão podem ser obtidas pelo menos nesta região, isto é, uma região onde 100% em massa do pó misturado consiste em 51 a 74% em massa de ferro - nitreto de silício, 15 a 35% em massa de negro-de-fumo e a 30% em massa de roseki.
Entre as amostras A a Q, as amostras G, H, J e L a P são particularmente excelentes na taxa de formação de SiC. Então, na região sombreada na figura 1, uma região definida pelos pontos G, H, J e L a P, isto é, uma região onde 100% em massa do pó misturado consistem em 59 a 72% em massa do material à base de nitreto de silício, 17 a 25% em massa do material à base de carbono e 12 a 22% em massa do roseki, é preferível. Adicionalmente, considera-se que uma região onde 100% em massa d o pó misturado consiste em 65 a 70% em massa do material à base de nitreto de silício, 17 a 20% em massa do material à base de carbono e 13 a 15% em massa do roseki é mais preferido.
Em cada uma das amostras Z, AV e AW colocadas no gráfico na base do diagrama triangular da figura 1, a taxa de formação de SiC é aproximadamente zero. Até então, acreditava-se pelo conhecimento técnico comum dos versados na tecnologia que ligações SiC são formadas somente por um material à base de nitreto de silício e um material à base de carbono de acordo com as fórmulas de reação (1) e (2) reveladas no documento de patente 1. Entretanto, na realidade, contra tal conhecimento técnico comum dos versados na tecnologia, verificou-se que ligações SiC dificilmente são formadas sem a presença de roseki.
A tabela 5 mostra as respectivas composições das misturas de furo de corrida de acordo com os exemplos inventivos e exemplos comparativos. O roseki B na tabela 1 foi usado como roseki que constitui a fração de partículas finas. Uma distribuição de tamanho de partícula de ferro - nitreto de silício, negro-de-fumo e roseki constituindo a fração de partículas finas na tabela 1 é a mesma das tabelas 2 a 4. Grafite terroso foi formado usando um pó de grafite terroso de tamanho controlado de maneira tal que seu diâmetro de partículas médio fosse 20 μτη ou menos, e 85% em massa ou mais pertença a uma fração de partículas com um diâmetro de partícula de 45
μιτι ou menos.
TABELA 5
Exemplo inventivo 1 Exemplo inventivo 2 Exemplo inventivo 3 Exemplo inventivo 4 Exemplo inventivo 5 Exemplo inventivo 6 Comparative Example 1 Pó refratário Fração de partículas grosseiras e fração de partículas médias Roseki (diâmetro de partícula maior que 75 μιτι a 3 mm) 15 15 15 15 10 15 15 Bauxita (diâmetro de partícula maior que 75 μιπι3 mm) 15 15 10 13 10 15 10 Carboneto de silício (diâmetro de partícula maior que 75 μπι a 1 mm) 15 10 10 10 4 15 12 Coque (diâmetro de partícula maior que 75 μηι a 0,5 mm) 4 4 4 4 4 4 4 Fração de partículas finas (diâmetro de partícula de Material à base de nitreto de silício ferro nitreto de silício 20 (61) 35 ( 66 ) 35 ( 60 ) 35 ( 64 ) 47 ( 68 ) 14 ( 61 ) 35 ( 69 ) Material base de carbono negro-de- fumo 7(21) 10(19) 12 3 ^<26) 10 ( 18 ) 12 ( 17 ) 5(22) 4(8) grafite terrosa roseki 6(18) 8(15) 8( 14) 10 ( 18 ) 10 ( 14 ) 4(17) 12 ( 24 ) 75 μηι ou menos) Outros argila 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2.6 2.6 bauxita 5 10 5 carboneto de silício 10 15 ferro- silício 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0.4 0.4 Alcatrão (com relação e em adição a 100% em massa de pó refratário) 15.3 15.5 15,7 15,7 16,1 15,0 15,0 Teste ndice de desgaste 100 80 77 78 82 115 90 'erfurahilidadc o o . o o o - * Um valor indicado entre ( ) na tabela 5 é uma razão relativa ocupada em uma quantidade total de 100% em massa do material à base de nitreto de silício, material à base de carbono e o roseki que constituem a fração de partículas finas.
Os itens de teste na tabela 5 serão descritos a seguir.
O índice de desgaste foi obtido da seguinte maneira. Cada uma das misturas de furo de corrida nos exemplos inventivo e comparativo foi submetida a formação por pressão a 7 MPa, e queimada em uma atmosfera redutora a 400°C. O compacto queimado foi usado como um corpo de prova. Então cada um dos corpos de prova foi erodido/corroído usando escória de alto-forno como um agente erosivo/corrosivo a 1.500°C (correspondendo a uma temperatura de uma mistura para furo de corrida durante o vazamento) por 6 horas em um dispositivo de teste de erosão/corrosão rotativo, e a máxima dimensão de desgaste foi medida. Então, a máxima dimensão de desgaste de cada um dos corpos de prova foi dividida pela máxima dimensão de desgaste do corpo de prova para a mistura para furo de corrida do exemplo inventivo 1 e um quociente obtido foi multiplicado por 100 para obter o índice de desgaste.
A perfurabilidade foi avaliada da seguinte maneira. Cada uma das misturas de furo de corrida foi submetida a formação por pressão a 7 MPa para ter um compacto de forma colunar com um tamanho de φ 50 mm χ altura 50 mm e o compacto foi queimado em uma atmosfera redutora a 1.200°C (correspondendo a uma temperatura de uma mistura para furo de corrida em um estado quando é colocada para tampar um furo de corrida). O compacto queimado foi usado como um corpo de prova. Cada um dos corpos de prova foi perfurado no seu sentido longitudinal usando uma broca com um tamanho de φ 10 mm, e uma velocidade de penetração média da broca na amostra de teste durante a furação foi medida. Um maior valor da velocidade de penetração média indica melhor perfurabilidade. Quando a velocidade de penetração média da broca foi maior que 100 mm/min, o resultado foi indicado pelo "círculo duplo". Quando a velocidade de penetração média da broca foi na faixa maior que 70 mm/min a 100 mm/min, o resultado foi indicado por "o". Quando a velocidade de penetração média da broca foi maior que 50 mm/min a 70 mm/min, o resultado foi indicado por "Δ". Quando a velocidade de penetração média da broca foi menor que 50 mm/min, o resultado foi indicado por "χ". A mistura para furo de corrida indicada por "Δ ou "x" na avaliação da perfiirabilidade é inadequada para uso em um alto-forno real, em virtude de levar muito tempo para a operação de perfuração.
Em cada uma das misturas de furo de corrida nos exemplos inventivos 1 a 6, uma razão relativa entre o material à base de nitreto de silício, o material à base de carbono e o roseki atende a exigência definida nas reivindicações anexas, e apresenta excelente resistência a erosão/corrosão. Além do mais, cada uma das misturas de furo de corrida nos exemplos inventivos 1 a 6 também tem excelente perfurabilidade.
Embora a mistura para furo de corrida no exemplo inventivo 6 tenha resistência a erosão/corrosão suficientemente excelente, ela tem um índice de desgaste ligeiramente alto, comparado com as demais misturas de furo de corrida nos exemplos inventivos 1 a 5. Isto basicamente resultaria do fato de que a razão do material à base de nitreto de silício ocupado no pó refratário é relativamente pequena, isto é, 14% em massa. Considerando que cada um dos exemplos inventivos 1 a 5 onde uma quantidade de ferro - nitreto de silício ocupada no pó refratário é estabelecida em 20% em massa ou mais é superior em termos de resistência a erosão/corrosão ao exemplo inventivo 6, pode-se dizer que a razão do ferro - nitreto de silício ocupado no pó refratário é preferivelmente estabelecida em 20% em massa ou mais. Entretanto, em consideração à eficiência operacional e perfurabilidade da mistura para furo de corrida, etc., a razão de ferro - nitreto de silício ocupado no pó refratário é preferivelmente estabelecida em 50% em massa ou menos.
No caso em que a razão de ferro - nitreto de silício (com um diâmetro de partícula de 75 μηι ou menos) ocupado no pó refratário é na faixa de 20 a 50% em massa, se a razão relativa entre os três componentes na amostra O que apresenta a taxa de formação de SiC mais alta na tabela 2 for empregado, uma razão do material à base de carbono (com diâmetro de partícula de 75 μηι ou menos) ocupado no pó refratário será automaticamente estabelecido na faixa de cerca de 4,5 a 12,5% em massa e, quando for mais especificado, estabelecido na faixa de 4,8 a 12,2% em massa. Adicionalmente, uma razão do roseki (com um diâmetro de partícula de 75 μηι ou menos) ocupado no pó refratário será automaticamente estabelecido na faixa de cerca de 3,5 a 9,5% em massa e, quando for mais especificado, estabelecido na faixa de 3,7 a 9,3% em massa.
Na mistura para furo de corrida no exemplo comparativo 1, a razão relativa do material à base de carbono é excessivamente pequena, isto é, 8% em massa. Assim a mistura para furo de corrida no exemplo comparativo 1 é incapaz de formar eficientemente ligações SiC. Além disso, a formação de ligações de oxinitreto de silício de acordo com a fórmula de reação (3) é acelerada em uma faixa de baixa temperatura de cerca de 1.200°C ou menos, para causar deterioração significativa na perfurabilidade, embora a mistura para furo de corrida no exemplo comparativo 1 apresente superficialmente uma excelente característica em termos de resistência a erosão/corrosão. Especificamente, a resistência a erosão/corrosão da mistura para furo de corrida no exemplo comparativo 1 não é alcançada por ligações SiC, mas, basicamente, pelas ligações de oxinitreto de silício. Uma mistura para furo de corrida como esta é inadequada para uso em um alto-forno real por causa de sua baixa perfurabilidade.
A tabela 6 mostra as respectivas composições das misturas de furo de corrida de acordo com outros exemplos inventivos e exemplos comparativos. O roseki C na tabela 1 foi usado como roseki que constitui a fração de partículas finas. Uma distribuição de tamanho de partícula de ferro - nitreto de silício, negro-de-fumo e roseki que constituem a fração de partículas finas na tabela 6 é a mesma das tabelas 2 a 4. Um método de avaliação para cada um dos itens de teste é o mesmo da tabela 5. O índice de desgaste está indicado pelo valor relativo com a suposição de que o índice de desgaste da mistura para furo de corrida no exemplo inventivo 9 é 100.
TABELA 6
Exemplo inventivo 7 Exemplo inventivo 8 Exemplo inventivo 9 Exemplo comparativo 2 Exemplo comparativo 3 Fração de partículas grosseiras e Roseki (diâmetro de partícula maior que 75 μπι a 3 mm) 10 10 10 10 10 Bauxita (diâmetro de partícula maior que 75 μηι a 3 mm) 10 10 10 10 10 fração de partículas Carboneto de silício (diâmetro de partícula maior que 75 μπι a 1 mm) 10 10 10 10 10 Pó refratário médias Coque (diâmetro de partícula maior que 75 μπι a 0,5 mm) 5 5 5 5 5 Fração de partículas Material à base de nitreto de silício ferro - nitreto de silício 40 (69) 40 (69) 40 (69) 40(69) 40 (69) finas (diâmetro Material à base de carbono negro-de-fumo 12 (20) 10(17) 8,6(15) 8(14) 5.8 (10) de partícula roseki 8(14) 8(14) 8(14) 8(14) 8(14) de 75 μπι ou menos) Outros bauxita 5 7 8,4 9 11.2 Alcatrão (com relação e refratário) em adição a 100% em massa de pó 15.5 15.5 15,5 15,5 15,5 índice de desgaste 91 97 100 100 106 Teste Perfurabilidade o Δ X
* Um valor indicado entre ( ) na tabela 6 é uma razão relativa ocupada em
uma quantidade total de 100% em massa do material à base de nitreto de silício, material à base de carbono e do roseki que constituem a fração de partículas finas.
Como mostrado na tabela 6, a perfurabilidade piora à medida que a razão relativa de negro-de-fiimo é reduzida. O motivo é que, se a razão relativa de negro-de-fumo for pequena, as ligações de oxinitreto de silício serão indesejavelmente formadas primariamente na faixa de baixa temperatura de cerca de 1.200°C ou menos por uma reação entre roseki e ferro - nitreto de silício. Em vista do resultado da tabela 6, uma razão relativa do material à base de carbono deve ser 15% em massa ou mais a fim de se conseguir excelente perfurabilidade. Inesperadamente, o valor de 15% em massa está de acordo com um valor do limite inferior da razão relativa do material à base de carbono necessário para formar eficientemente ligações SiC. Ou seja, a especificação da razão relativa do material à base de carbono contribui não somente para a formação eficiente de ligações SiC, mas também para a obtenção de excelente perfurabilidade.
A tabela 7 mostra as respectivas composições de misturas de furo de corrida de acordo com outros exemplos inventivos e exemplos comparativos. O roseki D na tabela 1 foi usado como o roseki que constitui a fração de partículas finas. Uma distribuição de tamanho de partícula na tabela 7 é a mesma das tabelas 2 a 4. Um método de avaliação para cada um dos itens de teste é o mesmo da tabela 5. O índice de desgaste está indicado por um valor relativo com a suposição de que o índice de desgaste da mistura para furo de corrida no exemplo inventivo 10 é 100.
TABELA 7
Exemplo inventivo 10 Exemplo inventivo 11 Exemplo Comparativo 4 Exemplo Comparativo 5 Pó refratário Fração de partículas grosseiras e fração de partículas médias Roseki (diâmetro de partícula maior que 75 μιτι a 3 mm) 15 15 15 15 Bauxita (diâmetro de partícula maior que 75 μιτι a 3 mm) 10 10 10 10 Carboneto de silício (diâmetro de partícula maioi que 75 μπι a 1 mm) 10 10 10 10 Coque (diâmetro de partícula maior que 75 μπι a 0,5 mm) 4 4 4 4 Fração de partículas finas 'diâmetro de partícula Material à base de nitreto de silício ferro - nitreto de silício 40 (69) 40 (69) 40(69) 40(69) VIaterial à base de carbono negro-de-fumo 10(17) 10(17) 10(17) 10(17) roseki 8(14) 8(14) 8(14) 8(14) Outros bauxita 2.96 2.92 2.9 1.8 de 75 μηι ou menos) carboneto de boro -- 0.04 ((0.1)) 0.08 ((0.2)) 0.1 ((0.3)) 1.2 ((3)) Alcatrão (corr relação e em adição a 100% em massa de pó refratário) 15.5 15.5 15.5 15 5 Teste índice de desgaste 100 100 94 78 Perfurabilidade o o X X
* Um valor indicado entre ( ) na tabela 7 é uma razão relativa ocupada em uma quantidade total de 100% em massa do material à base de nitreto de silício, material à base de carbono e o roseki que constituem a fração de partículas finas.
* Um valor indicado entre (( )) na tabela 7 é a razão para uma quantidade absoluta de 100% em massa do material à base de nitreto de silício que constitui a fração de partículas finas.
Como mostrado na tabela 7, a perfurabilidade piora à medida que a quantidade de mistura de carboneto de boro é aumentada. O motivo é que carboneto de boro reage com ferro - nitreto de silício em preferência a uma reação de formação da ligação SiC entre os três componentes e por meio disto ligações de nitreto de boro (BN) serão indesejavelmente formadas em uma faixa de baixa temperatura de cerca de 1.200°C ou menos. Como mostrado na tabela 7, carboneto de boro tem um impacto na perfurabilidade, mesmo se ele for adicionado em uma quantidade diminuta. A formação de ligações de nitreto de boro pode também ocorrer quando um material à base de composto de boro sem ser carboneto de boro é adicionado. Em vista do resultado na tabela 7, uma quantidade de mistura do material à base de composto de boro deve ser limitada a menos que 0,3% em massa com relação a 100% em massa do material à base de nitreto de silício. Mais preferivelmente, a quantidade de mistura do material à base de composto de boro é zero% em massa.
A tabela 8 mostra as respectivas composições de misturas de furo de corrida de acordo com outros exemplos inventivos e exemplos comparativos. O roseki E na tabela 1 foi usado como o roseki que constitui a fração de partículas finas. Uma distribuição de tamanho de partícula de ferro - nitreto de silício, negro-de-fumo e roseki que constituem a fração de partículas finas na tabela 8 é a mesma das tabelas 2 a 4. Um método de avaliação para cada um dos itens de teste é o mesmo da tabela 5. O índice de desgaste está indicado por um valor relativo com a suposição de que o índice de desgaste da mistura para furo de corrida no exemplo inventivo 12 é 100.
TABELA 8
Exemplo inventivo 12 Exemplo inventivo 13 Exemplo inventivo 14 Exemplo Comparativo 6 Exemplo Comparativo 7 Pó refratário Fração de partículas grosseiras e fração de partículas médias Roseki (diâmetro de partícula maior que 75 μπι a 3 mm) 10 10 10 10 10 Bauxita (diâmetro de partícula maioi que 75 μιτι a 3 mm) 10 10 10 10 10 Carboneto de silício (diâmetro de partícula maior que 75 μπι a 1 mm) 5 5 5 5 5 Coque (diâmetro de partícula maior que 75 μιτι a 0,5 mm) 4 4 4 4 4 Fração de partículas finas (diâmetro de partícuU de 75 μιτι ou menos) Material à base de nitreto de silício ferro - nitreto de silício 40 (59) 41 (59) 40 (59) 40 (59) 40 (59) Material à base de carbono negro-de-fumo 20 (29) 20 (29) 20(29) 20 (29) 20 (29) roseki 8(12) 8(12) 8(12) 8(12) 8(12) Outros bauxita 2,4 2 1,4 1 0.6 silício metálico 0,6 <3> 1 <5> 1,6 <8> 2 <10> 2.4 <12> Alcatrão (com relação e em adição a 100% em massa de pó refratário) 15.5 15.5 15,5 15,5 15,5 Teste índice de desgaste 100 100 96 88 90 Perfurabilidade . o o Δ X
* Um valor indicado entre ( ) na tabela 8 é uma razão relativa ocupada em
uma quantidade total de 100% em massa do material à base de nitreto de silício, material à base de carbono e roseki que constituem a fração de partículas finas.
* Um valor indicado entre < > na tabela 8 é uma razão para uma quantidade absoluta de 100% em massa do material à base de nitreto de silício que constitui a fração de partículas finas.
Como mostrado na tabela 8, a perfiirabilidade piora à medida que a quantidade de mistura de silício metálico aumenta. O motivo é que silício metálico reage com negro-de-fumo em preferência à reação de formação da ligação SiC entre os três componentes, e dessa forma ligações de carboneto de metal (neste caso, ligações SiC) serão indesejavelmente formadas em uma faixa de baixa temperatura de cerca de 1.200 ou menos. A formação de ligações de carboneto de metal pode também ocorrer quando um pó de metal sem ser silício metálico é adicionado. Em vista do resultado na tabela 8, uma quantidade de mistura do pó de metal deve ser limitada a menos de 10% em massa em relação a 100% em massa do material à base de carbono. Preferivelmente, a quantidade de mistura do pó de metal é limitada a 8% em massa ou menos com relação a 100% em massa do material à base de carbono.
Embora a presente invenção tenha sido completamente descrita com base em uma modalidade específica e exemplos, deve-se entender que várias mudanças, modificações e combinações ficarão aparentes aos versados na técnica. APLICABILIDADE INDUSTRIAL
A mistura para furo de corrida da presente invenção é desejavelmente usada para tampar um furo de corrida de um alto-forno. Adicionalmente, a mistura para furo de corrida da presente invenção é amplamente usada não somente para tampar um furo de corrida de um alto- forno, mas também para tampar um furo de corrida de metal em fusão de um forno elétrico, um forno de fusão de sucata ou um forno de fusão do tipo vazamento intermitente.

Claims (5)

1. Mistura para furo de corrida preparada misturando-se com um aglutinante um pó refratário de tamanho controlado para incluir uma fração de partículas finas com um diâmetro de partículas de 75 μιη ou menos, caracterizada pelo fato de que a fração de partículas finas é compreendida de três componentes consistindo em um material à base de nitreto de silício, um material à base de carbono e roseki, ou compreendida dos três componentes, e um ou mais selecionados do grupo que consiste em material à base de alumina, material à base de carboneto de silício, um material à base de óxido de elementos terras raras, argila, um material à base de sílica de alta pureza contendo S1O2 em uma quantidade de 80% em massa o mais, um material à base de composto de boro em uma quantidade de menos de 0,3% em massa com relação a 100% em massa do material à base de nitreto de silício, e um pó de metal em uma quantidade de menos de 10% em massa com relação a 100% em massa do material à base de carbono, e em que a quantidade total de100% em massa dos três componentes na faixa de partículas finas consiste em51 a 74% em massa do material à base de nitreto de silício, 15 a 35% em massa do material à base de carbono e 10 a 30% em massa do roseki.
2. Mistura para furo de corrida, de acordo com a reivindicação1, caracterizada pelo fato de que cada um dos três componentes tem o tamanho controlado de maneira tal que seu diâmetro de partículas médio seja20 μm ou menos, e 85% em massa ou mais pertençam a uma fração de partícula com um diâmetro de partícula de 45 μιη ou menos.
3. Mistura para furo de corrida, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o material à base de nitreto de silício é ferro - nitreto de silício e o material à base de carbono é negro-de-fumo.
4. Mistura para furo de corrida, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a razão do material à base de nitreto de silício ocupado no pó refratário é na faixa de 20 a 50% em massa.
5. Mistura para furo de corrida, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a razão da fração de partículas finas ocupada no pó refratário é na faixa de 45 a 75% em massa.
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