BRPI0814013B1 - Processo para a preparação de um material refratário disforme de consistência de terra úmida - Google Patents
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Abstract
material refratário disforme, um processo para a produção de um material refratário disforme de consistência de terra úmida, bem como o uso do material refratário amorfo. a invenção refere-se a um material refratário disforme, um processo para a preparação de um material refratário disforme de consistência de terra úmida, bem como o uso do material refratário disforme.
Description
A invenção refere-se a um material refratário disforme, um processo para a produção de um material refratário disforme de consistência de terra úmida, bem como o uso do material refratário disforme.
Materiais refratários disformes, também mencionados massas refratárias, consistem em uma mistura, que consiste em um componente básico refratário e aglutinante.
Materiais refratários disformes são especialmente usados como massas de construção, massas de reparo e de tratamento bem como argamassa. Massas de construção, reparo e tratamento são especialmente usadas para construir, reparar e tratar o revestimento interno de reservatórios para a produção de aço, por exemplo, agregados para fundir ou tratar aço líquido.
A solidificação ou endurecimento dos materiais refratários disformes pode ser efetuada de diferentes modos. Dessa maneira, por exemplo, são conhecidos sistemas hidráulicos, nos quais, após a adição de água, uma ligação hidráulica leva à fixação do material refratário disforme. Também são conhecidos tipos de ligação cerâmica, nos quais a fixação é efetuada através de um tratamento térmico e uma sinterização que ocorre junto com este. Além disso, são conhecidas também as chamadas massas que "curam a frio", nas quais a solidificação é efetuada através de uma ligação química ou orgânica.
O componente básico refratário pode consistir em uma ou mais substâncias refratárias, por exemplo, substâncias à base do sistema Al2O3-SiO2 (materiais refratários ácidos) ou à base de materiais refratários básicos, por exemplo, materiais à base de MgO.
Um campo de aplicação importante de materiais refratários disformes é seu uso como massas para panelas intermediárias ou massas para revestimento de panelas intermediárias. Para esse fim, são especialmente usadas massas básicas que, a seguir, formam o revestimento interno refratário de panela intermediária.
Massas que curam a frio também são usadas para massas para panela intermediária. A vantagem das massas que curam a frio está especialmente no fato, de que não é preciso aplicar qualquer energia térmica adicional, para causar uma ligação na massa. Contudo, nesses tipos de massas utilizam-se regularmente um ou mais elementos aglutinantes, por exemplo, vidro solúvel, resina sintética bem como aglutinantes contendo enxofre ou fenol. Contudo, a desvantagem desses aglutinantes, é que tanto o manuseio dos aglutinantes, quanto também do material refratário disforme preparado com esse é muito caro. Isso também é especialmente encontrado nas propriedades adesivas dos aglutinantes, que levam a que as máquinas, nas quais os aglutinantes e o material refratário disforme preparado com esses são tratados, podem ser coladas pelos aglutinantes. Por esse motivo, devem ser usadas máquinas muito mais complicadas e, com isso, mais caras, por exemplo, máquinas misturadoras caras que, além disso, precisam ser regularmente limpas. Além disso, alguns desses elementos aglutinantes têm cheiro incômodo, são inflamáveis ou tóxicos, de maneira que, para manusear os aglutinantes ou as massas preparadas com esses, as máquinas precisam ser encapsuladas de forma cara. Alguns desses aglutinantes também precisam ser armazenados sempre em lugares frescos, pois senão pode ocorrer um endurecimento indesejado, ou uma solidificação do aglutinante, antes do aglutinante ter sido acrescentado à massa. Ao contrário, em parte também é necessário, aquecer o material refratário disforme preparado com tais elementos aglutinantes para provocar a reação de ligação dos elementos aglutinantes.
O objetivo da invenção é pôr à disposição uma massa que cura a frio, isto é, um material refratário disforme utilizável sem o uso de energia térmica externa, que é aplicável sem o uso de elemento aglutinante adesivo. Especialmente para preparar o material refratário disforme não devem ser necessários quaisquer desses aglutinantes líquidos, que têm cheiro incômo do, sejam tóxicos ou inflamáveis. Além disso, o material refratário disforme deve ser aplicável sem o uso de energia térmica externa adicional, portanto, deve solidificar ou curar sem o uso de energia térmica externa adicional.
Para resolver esse objetivo, põe-se à disposição um material refratário disforme na forma de uma mistura seca com - um componente básico refratário e - um componente aglutinante, em que o componente aglutinante apresenta um componente ácido e um componente básico.
A invenção baseia-se na consideração básica de prever tal com-ponente aglutinante no material refratário disforme, que apresente um componente ácido e um componente básico. A aplicação de tal componente a- glutinãnte baseia-se no conhecimento, de que a partir de um componente ácido e de um componente básico unicamente pela adição de água (água de preparação) pode ser preparado um aglutinante, que leva à solidificação, ou cura do material refratário disforme.
O material refratário disforme de acordo com a invenção, por conseguinte é preparado unicamente com água, para obter um material refratário disforme plástico, pronto para o uso. Portanto, a aplicação de aglutinantes adesivos líquidos não é mais necessária. As desvantagens mencionadas acima, que ocorrem ao usar elementos aglutinantes adesivos, são inteiramente suprimidas com isso.
Verificou-se, que a partir de um componente aglutinante composto de acordo com a invenção, é possível preparar um aglutinante tão destacado, que o componente aglutinante do material de acordo com o pedido, segundo uma forma de concretização preferida da invenção, não apresenta qualquer outro componente, além do componente ácido e do componente básico - no estado ainda não misturado com água -.
No caso do componente ácido, trata-se preferivelmente de um componente que desenvolve seu efeito ácido em meio aquoso, ou em solução aquosa. O componente ácido pode estar presente, por exemplo, na forma de pelo menos uma das seguintes substâncias: ácido, sal de um ácido, éster de um ácido. Sais ou ésteres de ácidos podem ser, por exemplo, sulfo- natos, fosfatos, sulfatos ou carbonatos.
O material refratário disforme apresenta de modo particularmente preferido, um componente ácido na forma de pelo menos um ácido, preferivelmente na forma de pelo menos um ácido orgânico fraco até meio fraco, especialmente na forma de um ácido orgânico fraco.
Por exemplo, pode estar previsto um componente ácido na forma de pelo menos uma das seguintes substâncias: ácido cítrico, ácido ami- dossulfônico, ácido málico, ácido tartárico, ácido fórmico, ácido acético, ácido oxálico, ácido bórico, bicarbonato de sódio, ligninossulfonato, hidrogeno- fosfato, hidrogenossulfato, metafosfato de sódio.
Os componentes ácidos mencionados acima podem ser aplicados em combinação desejada como componente ácido. Por exemplo, a combinação de ácido amidossulfônico e ácido bórico representa uma combinação preferida de componentes ácidos.
No caso do componente básico trata-se preferivelmente de um componente que desenvolve seu efeito básico em meio aquoso, ou em solução aquosa. O componente básico pode estar presente, por exemplo, na forma de pelo menos uma das seguintes substâncias: base, hidróxido, urotropina (hexametilenotetramina), óxido de cálcio, hidrato de cal, óxido de magnésio, MgO "kauster". Hidróxidos podem ser, por exemplo, hidróxido de sódio, hidróxido de potássio ou hidróxido de magnésio.
Os componentes básicos mencionados acima podem ser aplicados em combinação desejada como componente básico.
Os componentes ácidos e básicos mencionados acima podem ser aplicados como componente aglutinante em combinação desejada.
Por exemplo, o componente aglutinante do material refratário disforme pode apresentar uma das seguintes combinações de componente ácido e básico: ácido cítrico e hidrato de cal; ácido cítrico e óxido de cálcio; metafosfato de sódio e hidrato de cal; ácido amidossulfônico, ácido bórico e hidrato de cal.
De modo particularmente preferido, o material refratário disforme apresenta um componente ácido na forma de pelo menos um ácido e um componente básico na forma de pelo menos uma base, que só reagem uns com os outros com adição de água em uma reação ácido-base. Especialmente um componente ácido pode estar previsto em forma de pelo menos um ácido e um componente básico em forma de pelo menos uma base, que reagem com adição de água em uma reação exotérmica, especialmente em uma reação ácido-base exotérmica. A vantagem particular de uma reação tão exotérmica está no fato, de que através do aumento de temperatura que ocorre com essa reação, o tempo necessário para endurecer o material refratário disforme pode ser nitidamente reduzido comparado com o tempo de cura de materiais refratários disformes de acordo com o estado da técnica, nos quais não é provocada qualquer reação exotérmica de um componente ácido e de um básico com água.
De acordo com a invenção, foi verificado, que um decurso de solidificação particularmente vantajoso, ou uma cura particularmente favorável no material refratário disforme pode ser obtido pelo fato, de que a reação exotérmica mencionada acima aumenta a temperatura do material em pelo menos 5°C, isto é, por exemplo, também em pelo menos 8°C ou em pelo menos 10°C. Além disso, pode ser especialmente previsto, que através da reação exotérmica a temperatura do material pode ser aumentada em no máximo 30°C, isto é, por exemplo, também em no máximo 18°C. Através da reação exotérmica, a temperatura do material pode ser aumentada, portanto, por exemplo, em 5 a 30°C, em 8 a 30°C ou por exemplo, em 10 a 30°C. Em outras palavras: o componente ácido e o componente básico do material refratário disforme são tão ajustados, que esses reagem uns com os outros após a adição de água em tal reação exotérmica, especialmente em uma reação ácido-base, que através dessa reação a temperatura do material aumenta em torno da faixa de temperatura mencionada acima. Com esse aumento de temperatura, a cura do material refratário disforme decorre de forma suficientemente rápida, mas não rápida demais e também não sob uma reação vigorosa do componente ácido e do básico com água.
A proporção de componente ácido no material refratário disforme pode ser preferivelmente, por exemplo, ≥ 0,5% em peso, isto é, por exemplo, também ≥1% em peso, ≥1,5% em peso ou ≥2% em peso. Além disso, a proporção de componente ácido no material pode ser preferivelmente, por exemplo, ≤ 10% em peso, isto é, por exemplo, também ≤ 8% em peso, ≤6% em peso ou ≤ 4% em peso. Portanto, a proporção de componente ácido no material pode encontrar-se, por exemplo, na faixa de 0,5 a 10% em peso, 1 a 8% em peso, 1,5 a 6% em peso ou na faixa de 2 a 4% em peso.
As proporções de % em peso referem-se, conquanto aqui não sejam indicadas de outro modo, fundamentalmente ao peso total do material refratário disforme (sem água).
A proporção de componente básico no material pode ser, por exemplo, ≥0,5% em peso, isto é, por exemplo, também ≥1% em peso ou ≥1,5% em peso. Além disso, a proporção de componente básico no material pode ser, por exemplo, ≤ 10% em peso, isto é, por exemplo, ≤ 8% em peso, ≤ 6% em peso, ≤4% em peso ou ≤ 2% em peso. Portanto, a proporção de componente básico no material pode encontrar-se na faixa de 0,5 a 10% em peso, 0,5 a 8% em peso, 0,5 a 6% em peso, 1 a 4% em peso ou na faixa de 1 a 2% em peso.
Preferivelmente, o componente ácido e o componente básico do componente aglutinante estão presentes em tais proporções quantitativas no material refratário disforme, que após a adição de água esses neutralizam completamente, isto é, reagem uns com os outros especialmente, por exemplo, de maneira tal em uma reação ácido-base, que após a completa reação praticamente não há mais qualquer componente ácido e qualquer componente básico do componente aglutinante no material refratário disforme ou em todo caso, em quantidades residuais extremamente baixas, por exemplo, em proporções quantitativas de ≤ 1% em peso, de ≤ 0,5% em peso ou de apenas ≤ 0,1% em peso.
Preferivelmente pode ser previsto, que o componente ácido e o componente básico do componente aglutinante são bem hidrossolúveis, de maneira que esses se dissolvem facilmente na água de preparação e podem reagir completamente uns com os outros.
A reação do componente ácido e do componente básico ainda pode ser mais aperfeiçoada, quando esses estão presentes em forma finamente dividida, preferivelmente e uniformemente dividida no material refratário disforme. De acordo com uma forma de concretização, o componente ácido e o componente básico do componente aglutinante estão presentes em forma finamente dividida, preferivelmente com um limite superior do grão de 1000 μm ou de 500 μm, determinado de acordo com a DIN 52.098.
Portanto, o componente ácido e o componente básico preferivelmente no material refratário disforme podem assumir uma forma seca ou derramável ou que pode fluir.
Além disso, o componente ácido e o componente básico estão presentes no material refratário disforme em uma forma estável ao armazenamento, de maneira que o material refratário disforme (no estado não misturado com água) possa ser armazenado e transportado de forma simples, sem que o componente ácido e o componente básico (no estado seco) reajam entre si ou com o componente básico refratário.
A proporção total de componente aglutinante no material refratário disforme pode ser, por exemplo, ≥ 1% em peso, assim, por exemplo, também ≥ 1,5% em peso, ≥ 2% em peso, ≥ 2,5% em peso, ≥ 3% em peso ou ≥ 3,5% em peso. A quantidade máxima de componente aglutinante no material pode ser, por exemplo, 20% em peso, assim, por exemplo, também ≤ 18% em peso, ≤ 16% em peso, ≤ 14% em peso, ≤12% em peso, ≤ 10% em peso, ≤8% em peso ou ≤ 6% em peso. Portanto, a proporção de componente aglutinante no material pode encontrar-se, por exemplo, na faixa de 1 a 20% em peso, isto é, por exemplo, também na faixa de 1,5 a 16% em peso, 1,5 a 12% em peso ou na faixa de 2 a 10% em peso.
Fundamentalmente, o componente básico refratário do material refratário disforme pode representar um componente básico refratário desejado, especialmente um componente básico refratário inorgânico.
No caso do componente básico refratário no material refratário disforme, trata-se preferivelmente de um componente básico refratário bási- co, preferivelmente de um componente básico refratário à base de MgO.
Um componente básico refratário básico pode ser baseado, por exemplo, em pelo menos uma das seguintes substâncias: óxido de magnésio (especialmente óxido de magnésio de sinterização), espinélio de óxido de magnésio, doloma, olivina, pedra calcárea.
A proporção de componente básico refratário no material refratário disforme pode ser, por exemplo, ≥ 88% em peso, assim, por exemplo, também ≥ 90% em peso ou em ≥ 92% em peso. A proporção máxima de componente básico refratário pode ser, por exemplo, ≤ 98,5% em peso, assim, por exemplo, também ≤ 97% em peso ou ≤ 96% em peso. Portanto, a proporção de componente básico refratário no material pode estar, por exemplo, na faixa de 88 a 98,5% em peso, assim, por exemplo, também na faixa de 90 a 97% em peso ou na faixa de 92 a 96% em peso.
O componente básico refratário pode estar presente, por exemplo, em uma granulação de ≤ 5 mm e, por exemplo, em uma granulação de ≥ 0,5 mm ou ≥ 1 mm. Portanto, o componente básico refratário pode estar presente, por exemplo, em uma granulação de > 0 a 5 mm, ≥ 0 a 3 mm, ≥ 0 a 1 mm, ≥ 1 a 5 mm ou ≥ 1 a 3 mm.
O material refratário disforme (não misturado com água) assume preferivelmente uma forma derramável, isto é, como massa que pode escoar, ou que pode esfarelar, ou como uma mistura seca.
Para preparar uma massa pronta para o uso, isto é, de consistência de terra úmida (plástica) a partir do material refratário disforme de acordo com a invenção, esse é preparado com água. Preferivelmente, acrescenta-se ao material tal quantidade de água, que esse obtém uma consistência de terra úmida, especialmente uma consistência fragmentável de terra úmida. O material pode ser preparado, por exemplo, com uma quantidade de água de ≥ 1 % em peso, isto é, por exemplo, também com uma quantidade de ≥ 1,5% em peso ou de 2% em peso. O limite superior da quantidade de água de mistura pode perfazer, por exemplo, ≤ 10% em peso, isto é, por exemplo, também ≤ 8% em peso,≤ 6% em peso ou ≤ 5% em peso. Portanto, a quantidade de água de mistura pode encontrar-se, por exemplo, na faixa de 1 a 10% em peso, 1 a 8% em peso ou 1 a 5% em peso. Um processo para a preparação de urn material refratário disforme de consistência de terra úmida a partir do material refratário disforme de acordo com a invenção pode apresentar, por exemplo, os seguintes estágios subsequentes: - preparação do material refratário disforme aqui descrito; - mistura do material com água para preparar um material refratário disforme de consistência de terra úmida.
Tal como exposto acima, o material refratário disforme pode ser especialmente preparado com uma quantidade tal de água, que esse obtém uma consistência de terra úmida.
Para isso, o material refratário disforme pode ser preferivelmente preparado com as quantidades de água mencionadas acima.
A adição de água ao material refratário disforme pode ser prefe-rivelmente efetuada em um misturador, especialmente, por exemplo, em um misturador forçado ou em um misturador de circulação ou em uma máquina pulverizadora, por exemplo, em uma máquina pulverizadora de autoclave, na qual a adição de água é preferivelmente efetuada na extremidade da mangueira.
O material refratário disforme é preferivelmente usado para o enchimento posterior do molde. De modo correspondente, o material refratário disforme preparado com água, isto é, plástico (de consistência de terra úmida) pode ser enchido, especialmente e imediatamente ou pouco após a preparação e mistura, em um outro estágio atrás de um molde. Para o enchimento posterior do molde, o material refratário disforme pode ser usado em uma panela intermediária.
O material refratário disforme de consistência de terra úmida tem um comportamento de cura extremamente favorável. Dessa maneira, o material refratário de consistência de terra úmida já após um período relativamente curto apresenta tal estabilidade, que ele não precisa ser mantido em forma através de outros agentes auxiliares, tais como, por exemplo, moldes. Por exemplo, é possível deixar endurecer o material refratário disforme de consistência de terra úmida durante um espaço de tempo de somente ≥ 10 minutos, isto é, por exemplo, também por um espaço de tempo de ≥ 30 minutos ou ≥ 1 hora. O tempo de cura máximo perfaz, por exemplo, ≤ 4 horas, isto é, por exemplo, também ≤3 horas ou ≤ 2 horas. Portanto, o tempo de cura perfaz, por exemplo, 10 minutos até 4 horas, isto é, por exemplo, também 30 minutos até 2 horas.
Após a solidificação ou cura, alguns agentes auxiliares, com os quais o material refratário de consistência de terra úmida é mantido em forma, podem ser removidos, por exemplo, retirados os moldes. A seguir, o material refratário endurecido está apto para o uso.
O material refratário disforme destaca-se especialmente também pelo fato de que é possível acrescentar-lhe água à temperatura ambiente, portanto, o material refratário disforme não precisa ser externamente aquecido, para causar um efeito aglutinante do componente aglutinante após adicionar água ao material. Ao contrário, no material refratário disforme de acordo com a invenção, uma reação exotérmica do componente ácido e do componente básico após a adição da água, pode fornecer uma temperatura elevada, eventualmente necessária do material.
O material refratário disforme pode ser fundamentalmente usado de modo e maneira desejados. O uso do material refratário disforme está preferivelmente previsto como massa para panela intermediária. Dessa maneira, o material refratário disforme como massa para panela intermediária pode ser usado para construções monolíticas ou para reparos.
As seguintes receitas mostram quatro exemplos de composições de materiais refratários disformes de acordo com a invenção: Exemplo 1: Exemplo 2: Exemplo 3: Exemplo 4:
O material refratário disforme de acordo com as quatro receitas acima mencionadas foi misturado em cada caso com adição de 3% em peso, de água de preparação em um misturador de laboratório e efetuados os seguintes testes do decurso de ligação:
A fixação é efetuada por meio de um aparelho de acordo com a DIN-EN 1015-4 (1998) "Prüfverfahren für Mõrtel für Mauerwerk, parte 4, Bes- 10 timmung der Konsistenz von Frischmõrteln (mit Endriggerãt)" em intervalos de 2 minutos. O período calculado desde a adição de água até obter uma profundidade de penetração do corpo em queda de < 1 mm, é o tempo de fixação. A medição do aumento de temperatura através da reação ácido- base exotérmica foi efetuada por meio de um sensor de temperatura adicio- 15 nalmente incorporado no molde para o corpo de prova.
Os resultados alcançados com as misturas de ensaio eram tal como segue: Para o exemplo 1: aumento de temperatura: 12-26°C tempo de fixação: 8-14 minutos Para o exemplo 2: aumento de temperatura: 8-18°C tempo de fixação: 30-40 minutos Para o exemplo 3: aumento de temperatura: 14-28°C tempo de fixação: 10-16 minutos Para o exemplo 4: aumento de temperatura: 7-15°C tempo de fixação: 18-26 minutos Para o teste de aplicação como massa para panela intermediária, as mesmas preparações foram preparadas em quantidade satisfatória e após a mistura com 3% em peso, de água de preparação, os materiais refratários disformes de consistência de terra úmida obtidos em cada caso foram usados para o enchimento posterior de moldes em uma panela intermediária.
Os tempos de fixação determinados nesse caso (calculados desde a adição da água de preparação até o momento mais precoce, no qual o molde pôde ser puxado) e o aumento de temperatura medido em cada caso, eram tal como segue: Para o exemplo 1: aumento de temperatura: 15-22°C tempo de fixação: 10-15 minutos Para o exemplo 2: aumento de temperatura: 5-18°C tempo de fixação: 40-50 minutos. Para o exemplo 3: aumento de temperatura: 15-25°C tempo de fixação: 10-15 minutos. Para o exemplo 4: aumento de temperatura: 10-20°C tempo de fixação: 15-25 minutos.
Claims (7)
1. PROCESSO PARA A PREPARAÇÃO DE UM MATERIAL REFRATÁRIO DISFORME DE CONSISTÊNCIA DE TERRA ÚMIDA, caracterizado por compreender as seguintes etapas consecutivas: A. preparação de um material refratário compreendendo: a. um componente básico refratário à base de pelo menos uma das seguintes substâncias: óxido de magnésio, espinélio de óxido de magnésio, doloma, olivina, pedra calcárea; e b. um componente aglutinante, em que o componente aglutinante, relativamente ao peso total do matetial sem água, compreende: c. . um componente ácido de pelo menos uma das seguintes substâncias: ácido, sal e/ou ésteres de um ácido como um sulfonato, sulfato ou carbonato, numa faixa de 1,5 a 6% em peso, d. . um componente básico, na forma de pelo menos uma das seguintes substâncias: urotropina, óxido de cálcio, hidróxido de cálcio, hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, hidróxido de magnésio, numa faixa de 1 a 4% em peso B. mistura do material com 1 a 5% em peso de água, relativamente ao peso total do material sem água, para preparar um material refratário disforme de consistência de terra úmida.
2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo material compreender um componente ácido na forma de pelo menos um ácido orgânico fraco até moderadamente fraco.
3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo material compreender um componente ácido na forma de de pelo menos um dos seguintes ácidos: ácido cítrico, ácido amidossulfônico.
4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo componente aglutinante, além do componente ácido e do componente básico não apresentar quaisquer outros componentes aglutinantes.
5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo material compreender um componente ácido na forma de pelo menos um ácido e compreender um componente básico na forma de pelo menos uma base, que com adição de água ao material, reagem em uma reação ácido-base.
6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo material compreender um componente ácido na forma de pelo menos 5 um ácido e compreender um componente básico na forma de pelo menos uma base, que com adição de água ao material, reagem em uma reação exotérmica.
7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela temperatura do material poder aumentar em 5 a 30oC através da reação 10 exotérmica.
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