ES2218236T3 - Utilizacion de materiales refractarios sinterizados a base de oxido de estaño para la realizacion de canales de hornos de produccion de vidrio. - Google Patents

Abstract

Utilización de bloques (1, 2, 3, 4) a base de óxido de estaño fritado para la realización de la garganta de un horno de fabricación de vidrio.

Description

Utilización de materiales refractorios sinterizados a base de óxido de estaño para la realización de canales de hornos de producción de vidrio.

Se refiere la invención a la utilización de productos refractarios fritados a base de óxido de estaño para la realización de los canales de los hornos de las fabricas de vidrio y los canales así realizados.

El óxido de estaño fritado es un material utilizado para los electrodos dispuestos en los hornos de fusión de ciertos vidrios. Por lo común, los electrodos calentadores empleados en los hornos eléctricos de fusión del vidrio, en particular del vidrio sodocálcico, son electrodos de molibdeno. Este material ofrece en efecto densidades de corriente muy elevadas. Sin embargo, para el vidrio con plomo (cristal), no se puede utilizar el molibdeno ya que reduce el plomo. Se utilizan entonces electrodos de óxido de estaño cuyas cualidades de conductividad eléctrica están reconocidas.

En la práctica actual, los electrodos son las únicas partes de los hornos industriales de fabricación de vidrio donde se pueden encontrar productos a base de óxido de estaño fritado.

Cada zona de los hornos de fusión del vidrio tiene una función particular y presenta pues condiciones específicas.

La llamada garganta es un canal cerrado por el cual transita el vidrio fundido procedente del depósito de fusión y que se dirige hacia el depósito de refinado y después hacia los "feeders". Durante este trayecto, disminuye la temperatura del vidrio fundido; a título indicativo, diremos que es del orden de 1350 a 1500ºC en el canal o garganta mientras que el vidrio que recorre los "feeders" tiene típicamente una temperatura de 1100-1350ºC.

La garganta es una zona térmicamente poco aislada que queda muy fuertemente sometida a la corrosión y a la erosión por el vidrio fundido. Es asiento de una fuerte erosión ya que su sección es limitada, y debe correr por la misma el conjunto del vidrio fundido. A titulo de ejemplo, diremos que en un horno cuya superficie es de aproximadamente 100 m^{3}, el vidrio debe fluir a una velocidad correspondiente a 400 toneladas por día en una sección de aproximadamente 0,8 m^{2}. En estas condiciones de corrosión y erosión, se desgasta la garganta más rápidamente que la mayor parte de las otras zonas del horno. Con frecuencia es el desgaste de la garganta lo que determina el término de vida útil de un horno.

Actualmente, se utilizan principalmente dos tipos de materiales para responder a las solicitaciones a las que quedan expuestas las gargantas de los hornos de fabricación de vidrio.

El más utilizado es un producto electrofundido del tipo Alumina-Zirconio-Silice (abreviadamente AZS) que contiene aproximadamente 41% de zirconio. A titulo de ejemplo, podemos mencionar el ER-1711 (análisis químico: Al_{2}O_{3} : 45,5%, ZrO_{2} : 41%, SiO_{2} : 12%, Na_{2}O : 1%, y otros : 0,5% en peso) producido y comercializado por la solicitante. Este producto es ampliamente utilizado pero su resistencia al desgaste no es al día de hoy suficiente para responder a las evoluciones actuales deseadas por los fabricantes de vidrio que van en el sentido de una mayor velocidad de producción y sobre todo de un aumento de la duración de vida útil de los hornos.

Los productos que contienen óxido de cromo ofrecen actualmente una alternativa a los productos electrofundidos AZS.

Encontramos en ocasiones productos electrofundidos del tipo alúmina-cromo-zirconio-sílice (ACZS). A titulo de ejemplo, podemos citar el producto ER-2161 (análisis químico : Al_{2}O_{3} : 31,5%, Cr_{2}O_{3} : 26%, ZrO_{2} : 26%, SiO_{2} : 13% y otros 3,5% en peso) producido y comercializado por la solicitante. La resistencia a la corrosión es mejor que la de los productos AZS electrofundidos pero sigue siendo insuficiente en particular con respecto a los productos fritados que contienen más óxido de cromo.

Para este tipo de productos, podemos citar el C-1221 fabricado y comercializado por CORHART REFRACTORIES Co. y constituido, esencialmente, por 94% de óxido de cromo y 4% de óxido de titanio en peso.

Este tipo de producto resiste bien la corrosión por el vidrio fundido pero presenta el gran inconveniente de colorear el vidrio por liberación de óxido de cromo en el vidrio fundido. Este es un problema redhibitorio para la fabricación de los vidrios blancos y extrablancos en los cuales el contenido de óxido de cromo debe ser inferior a 5 ppm. A titulo de ejemplo, diremos que se han realizado mediciones en un horno para vidrio sodocálcico equipado con una garganta de óxido de cromo. El contenido medido de óxido de cromo en el vidrio a la salida del horno era de 45 ppm, lo cual no es en absoluto aceptable para los vidrios extrablancos.

Los vidrios a los que mas afecta este problema de coloración son los vidrios sodocálcicos extrablancos para la fabricación de frascos y cristalería de lujo, pero también los vidrios opalinos al flúor, los vidrios al plomo (cristal), los vidrios de borosilicatos duros o de borosilicatos neutros blancos.

Es de hacer notar que no es suficiente que un material tenga una excelente resistencia a la corrosión por el vidrio fundido para que convenga en la realización de gargantas o canales de hornos de fabricación de vidrio. Es preciso también que presenta una conductibilidad térmica adaptada a las condiciones de poco aislamiento de la garganta. Así, por ejemplo, los materiales de muy alta proporción de zirconio, aunque presenten una resistencia a la corrosión por el vidrio fundido superior a los materiales AZS, tienen una mala conductibilidad térmica que les hace inadaptados para la realización de gargantas. En efecto, la corrosión es menos importante cuando disminuye la temperatura. Para la aplicación en garganta, es pues deseable disponer de una temperatura de interfaz vidrio/refractario lo más baja posible. Así pues, es preciso que el material refractario utilizado sea buen conductor del calor para que sea eficaz el enfriamiento exterior.

Existe pues una necesidad de una garganta o canal de horno de fabricación de vidrio que presente una mejor resistencia al desgaste por el vidrio fundido.

Según la invención se ha comprobado que el óxido de estaño fritado presenta un excelente comportamiento en la garganta de horno de fabricación de vidrio. En particular, este material presenta un excelente par de resistencia a la corrosión/conductibilidad térmica.

La invención se refiere pues, según la reivindicación 1, a la utilización de bloques a base de óxido de estaño fritado para la realización de la garganta de un horno de fabricación de vidrio.

Según la invención, se ha previsto también una garganta conforme a la reivindicación 2.

Por óxido de estaño fritado, se entiende un material constituido por cuando menos 95%, de preferencia por lo menos 98% en peso, de SnO_{2}.

Los constituyentes menores restantes pueden ser en particular uno o varios entre el óxido de cobre (CuO), el óxido de manganeso (MnO_{2}) y el óxido de antimonio (Sb_{2}O_{3}). Debe evitarse el óxido de cromo ya que provoca una coloración del vidrio fundido.

La descripción y el ejemplo no limitativo que siguen permitirán comprender mejor la invención.

La figura 1 es una vista esquemática de una garganta clásica de horno de fabricación de vidrio.

La figura 2 es una vista esquemática que ilustra otra garganta clásica de horno de fabricación de vidrio.

La figura 3 es una vista esquemática que ilustra una variante de realización conforme a la invención.

En la figura 1 puede verse una garganta de horno de fabricación de vidrio clásica constituida por bloques monolíticos 1, 2, 3 y 4 de gran tamaño, actualmente realizada con material AZS electrofundido o con material a base de óxido de cromo. El vidrio fundido, procedente del depósito de fusión (no representado), entra en la garganta por 5 y sale de allí por 6. Se ha previsto sobre los bloques 2 y 3 un sistema de enfriamiento por soplado de aire.

En la figura 2, se ha ilustrado una variante de la garganta de la figura 1 en la cual el soplado de aire de enfriamiento se ha reemplazado por una camisa de enfriamiento 8 por circulación de agua.

Según la invención, se sustituyen los bloques de AZS, ACZS u óxido de cromo por bloques fritados a base de óxido de estaño.

Según una variante de la invención ilustrada por la figura 3, por lo menos uno de los bloques monolíticos 1 a 4, se ha reemplazado por un conjunto de bloques más pequeños a base de óxido de estaño fritado. Por ejemplo, el bloque 1 queda reemplazado por tres bloques 1a, 1b y 1c, como se ha representado.

Para comprobar el material en las condiciones de la aplicación, hemos utilizado las pruebas que se describen a continuación.

Se ha evaluado la corrosión por el vidrio por una prueba consistente en hacer girar muestras (diámetro 22 mm y longitud 100 mm) sumergidas en un baño de vidrio fundido. El vidrio es un vidrio sodocálcico puesto a 1450ºC y la prueba dura 90 horas. Al término de este período, se evalúa el volumen corroído en cada muestra. El volumen corroído de una muestra de material anterior, aquí ER-1711, se toma como referencia. La relación de este volumen corroído frente al de cualquiera otra muestra multiplicado por 100 da el índice de corrosión Ic. Así pues, valores superiores a 100 son señal de un menor desgaste por corrosión que la referencia escogida.

Con esta misma prueba, se puede igualmente evaluar el índice de corrosión en inmersión. Para ello, no se considera el volumen corroído más que en la parte de la muestra totalmente sumergida en el baño de vidrio fundido. De hecho, no se tiene en cuenta la zona denominada del "golpe de sable" que corresponde al punto triple material refractario/vidrio fundido/aire, donde es más destacado el desgaste. El índice de corrosión así obtenido corresponde mejor a la aplicación de la garganta, puesto que en esta zona, todo el material queda en contacto con el vidrio fundido, no encontrándose el "golpe de sable" bien conocido en el depósito de fusión.

El índice de "suelta de piedras" corresponde a la aptitud del material a descomponerse en trozos (piedras) arrastrados por el vidrio fundido y que no son "digeridos" por éste. Este fenómeno es origen de defectos en el vidrio que son redhibitorios. El índice de suelta de piedras se realiza utilizando la prueba llamada de T-test descrita por A. Auerbach en Octubre de 1972 en el Vortrag in Fachausschuss 2 der DGG, Frankfurt. Las pruebas se realizaron con un vidrio sodocálcico y un vidrio al plomo a una temperatura de 1450ºC durante 90 horas. El índice de suelta de piedras varía de 0 a 5. Los mejores materiales tienen un índice de 0-1.

El índice de burbujeo corresponde a la aptitud de los materiales a formar burbujas al contacto con el vidrio fundido. Al igual que la producción de piedras, este fenómeno produce defectos redhibitorios y por tanto debe evitarse. El índice de burbujeo se determina según el método escrito por A. Auerbach en los informes del Simposio sobre la elaboración del vidrio, Madrid, 11-14 de Septiembre de 1973, páginas 259-312. Se realiza la prueba con un vidrio sodocálcico puesto a 1100ºC y dura 1 hora. El índice de burbujeo varía entre 0 y 10. Valores de 0-1 corresponden a un burbujeo muy bajo y resultan muy satisfactorios.

Como material a base de óxido de estaño, se ha utilizado el producto T-1186 de la Sociedad CORHART REFRACTORIES Co. Su análisis químico medio indica un grado de óxido de estaño de 98,5% con 1% de Sb_{2}O_{3} y aproximadamente 0,3% de CuO. El óxido de antimonio y de cobre son las únicas añadiduras voluntarias y son por otra parte bien conocidas para los productos a base de óxido de estaño. El óxido de cobre puede ser parcial o totalmente reemplazado por el óxido de manganeso. Los otros contenidos presentes son impurezas aportadas por las materias primas. Deben evitarse particularmente óxidos tales como el óxido de cromo debido al problema de coloración más arriba indicado.

Hemos comparado el T-1186 con los productos ER-1711 y C-1221.

Los resultados de las pruebas así como algunas características de los materiales aparecen en el cuadro 1.

CUADRO 1

	ER-1711	C-1221	T-1186
Ic	100	186	155
Ic sumergido	100	233	158
Índice de	0-1	0-1	0-1
producción de
piedras
- vidrio
sodocálcico -
Índice de	0-1	0-1	0-1
burbujeo
Conductibilidad	4 W/m*K	2,7 W/m*K	10 W/m*K
térmica a 1000ºC
Dilatación a	0,75%	0,71%	0,56%
1000ºC

Se ha comprobado que el material a base de óxido de estaño presenta una resistencia a la corrosión 1,5 vez superior a la de los materiales electrofundidos AZS. El material de óxido de estaño permanece menos resistente a la corrosión que el material al cromo, pero no presenta el inconveniente redhibitorio de la coloración del vidrio.

Por otra parte, es importante el comprobar que los índices de producción de piedras y de burbujeo permanece al mismo nivel que con los materiales utilizados actualmente.

Por otra parte, hemos visto anteriormente, por lo que se refiere a materiales de muy alto contenido en zirconio, que la necesidad de aislamiento de la garganta hace que unos buenos índices de corrosión no sean siempre garantía de un buen comportamiento en la aplicación en la garganta. Conviene pues matizar los resultados de los índices de corrosión en función de la conductibilidad térmica de los materiales.

La conductibilidad térmica del óxido de estaño es particularmente elevada. Es 2,5 veces superior a la del AZS electrofundido y 3,7 veces superior a la del material al cromo. Esto significa que el enfriamiento exterior del material será mucho más eficaz y que, con un mismo espesor de material refractario, la temperatura de interfaz vidrio/refractario descenderá, lo cual disminuye proporcionalmente la corrosión por el vidrio fundido. Esta propiedad puede ser considerada de valor ya que la gran mayoría de las gargantas utilizan un enfriamiento, ya sea por "water-jacket" situado directamente sobre la garganta, o bien un enfriamiento por soplado de aire.

Así pues, la combinación índice de corrosión/conductibilidad térmica permite considerar la posibilidad de un excelente comportamiento de los bloques de óxido de estaño en la garganta.

El coste elevado de los productos a base de óxido de estaño con relación a los productos actualmente utilizados, así como eventuales problemas de posibilidad de obtención de grandes piezas pueden conducir a modificar ligeramente la concepción de la garganta.

Así pues, para reducir el coste, podemos imaginar un montaje compuesto de óxido de estaño fritado/AZS electrofundido. La parte más expuesta a la corrosión y a la erosión del vidrio fundido (bloque 1 de la figura 1) sería la de óxido de estaño, mientras que el resto de la garganta sería de AZS electrofundido. Este tipo de montaje compuesto puede considerarse siendo próximos los coeficientes de dilatación de los materiales empleados.

Por otra parte, para evitar el multiplicar el número de juntas y, por tanto, los lugares de corrosión privilegiados, se podrían utilizar bloques fritados compuestos cada uno de los cuales presente una zona de AZS y una o varias zonas de óxido de estaño.

Igualmente, para asegurar una buena obtención industrial de las piezas, se puede considerar la conveniencia de reemplazar los grandes bloques por un conjunto de varios bloques más pequeños, como se ha esquematizado en la figura 3.

Claims (3)

1. Utilización de bloques (1, 2, 3, 4) a base de óxido de estaño fritado para la realización de la garganta de un horno de fabricación de vidrio.

2. Garganta de horno de fabricación de vidrio caracterizado porque la parte más expuesta a la corrosión y a la erosión de vidrio fundido está compuesta a base de óxido de estaño fritado, siendo el resto de dicha garganta de material refractario AZS electrofundido.

3. Garganta según la reivindicación 2, caracterizada porque comprende por lo menos un bloque compuesto que tiene una zona de AZS y una o varias zonas de óxido de estaño fritado.