ES2244926T3 - Utilizacion de un ladrillo de magnesia-zirconia. - Google Patents

Utilizacion de un ladrillo de magnesia-zirconia.

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Abstract

Utilización de un ladrillo de magnesia-zirconia que contiene entre 5 y 35% en peso de ZrO2 y entre 65 y 95% en peso de MgO así como 5% en peso, como máximo, de otros componentes y presenta un contenido en SiO2 < 1, 0% en peso, en unas cámaras regenerativas de cubetas de vidrio, que se hacen funcionar por lo menos en parte en una atmósfera reductora.

Description

Utilización de un ladrillo de magnesia-zirconia.
Los materiales y productos refractarios pueden clasificarse generalmente en productos básicos y no básicos.
Entre el grupo de los productos básicos (calcinados) se incluyen los productos de magnesia-zirconia (en adelante denominados MZA) y los productos a base de magnesia-zirconia (en adelante denominados MZ).
Los productos MZA se preparan normalmente a base de magnesia sinterizada y/o fundida y dióxido de zirconio (ZrO_{2}). Desde el punto de vista mineralógico, están constituidos por periclasa (MgO), dióxido de zirconio estabilizado o no estabilizado y contienen frecuentemente, en algunos casos pequeñas cantidades de zirconiato cálcico así como pequeñas cantidades de fases de silicato. Cuando el dióxido de zirconio se encuentra estabilizado parcial o completamente, los procesos de difusión producen un enlace directo MgO-ZrO_{2}. De esta manera, mejoran las características mecánicas a altas temperaturas.
Los ladrillos MZA presentan una elevada resistencia a los cambios bruscos de temperatura y una elevada resistencia al fuego, por lo cual se utilizan en particular en los hornos rotativos o de cuba, en los cuales se cuecen la cal, la dolomita, la magnesita o el cemento.
Una mezcla de componentes habitual para los productos MZ contiene magnesia sinterizada y/o fundida así como silicato de zirconio (ZrO_{2} x SiO_{2}). El silicato de zirconio reacciona con el MgO para obtener forsterita y dióxido de zirconio estabilizado. Normalmente, no todo el contenido en MgO se ve convertido en forsterita. Por lo tanto, en el ladrillo quedan unos componentes de periclasa mineralógicos. Debido a su buena resistencia a los productos químicos - particularmente a los álcalis, las sales de metales alcalinos o SO_{2}/SO_{3}- los productos MZ se utilizan en las cámaras regenerativas de los hornos de fusión del vidrio.
Dicho estado de la técnica así como recetas ejemplares de los productos MZA/MZ pueden encontrarse en el "Taschenbuch feuerfester Werkstoffe" de Gerald Routschka (ISBN 3-8027-3146-8).
La invención recoge los productos de magnesia-zirconia conocidos de por sí, pero los utiliza en una cámara regenerativa de una cubeta de vidrio, que se hace funcionar por lo menos parcialmente o periódicamente en una atmósfera reductora.
Tal como se ha expuesto en la introducción y puede verificarse en el libro de Routschka, hasta la actualidad se han utilizado los productos de magnesia-zirconia en el emparrillado de las cubetas de fusión del vidrio, particularmente en el área de condensación del sulfato de metales alcalinos de un emparrillado de este tipo. La temperatura en esta área está comprendida entre 800 y 1.100ºC.
Con el fin de reducir el contenido en NO_{x} en el gas de escape, se ha propuesto hacer funcionar una cubeta de fusión del vidrio en una atmósfera reductora. Esto permite reducir el contenido en NO_{x} en el gas de escape en un factor comprendido entre 3 y 6.
Dicho procedimiento adolece del inconveniente de que en las cámaras regenerativas se producen por el lado del gas de escape "madejas", que presentan un efecto adverso sobre la durabilidad de los ladrillos de magnesia-zirconia. Esto provoca una descomposición por lo menos parcial de la forsterita (Mg_{2}SiO_{4}) en el material para obtener silicatos de sodio/magnesio. Las fases de silicato que contienen CaO también quedan convertidas. Esto provoca que el emparrillado ya no presente la estabilidad requerida.
Sorprendentemente, se ha hallado ahora que pueden evitarse los problemas de este tipo si, en lugar de los productos MZ conocidos y recomendados para las cámaras regenerativas de las cubetas de fusión del vidrio, se utilizan los productos a base de magnesia-zirconia (MZA).
Se supone que la ventaja decisiva de dichos productos radica en que presentan un contenido en silicato mucho más reducido en comparación con los productos MZ, con lo cual no se observa o sólo se observa en un grado mucho menor la destrucción antes descrita del material estructural.
El ZrO_{2} es extremadamente resistente a las sustancias corrosivas en el área de condensación de los álcalis e incluso cuando la cubeta de vidrio se hace funcionar en una atmósfera reductora y por ello una atmósfera reductora entra en la cámara regenerativa. De forma análoga, esto es aplicable también cuando la cubeta de vidrio se hace funcionar en una atmósfera reductora sólo de forma temporal.
Una característica importante para la utilización reivindicada es tanto la conductibilidad térmica (WLF) de
los ladrillos (ladrillos de emparrillado) como la capacidad térmica específica (C) y la capacidad térmica relativa
al volumen (el producto de la capacidad térmica específica C y la densidad aparente R). Además, resulta interesan-
te también la relación entre la conductibilidad térmica y la capacidad térmica específica o por unidad de vo-
lumen.
Utilizando los productos MZA, se consiguen buenos valores para todos los parámetros, es decir,
-
la alta conductibilidad térmica asegura el paso rápido deseado del calor por el ladrillo,
-
la capacidad térmica específica que es más alta en aproximadamente un 50%, por ejemplo, con relación a los ladrillos de zirconia, permite almacenar más calor,
-
el alto valor de la conductibilidad térmica (más de 1 m^{2}/s) permite una excelente/rápida igualación de las temperaturas.
Los productos MZA presentan también claras ventajas frente a los ladrillos de magnesia aglomerados con C_{2}S. El SO_{3} en el gas de escape convierte la periclasa y el CaO de los productos C_{2}S en sulfatos y sulfuros, respectivamente, causando otra vez una destrucción de la estructura del ladrillo.
Cuanto más bajo es el contenido en SiO_{2} (la fase de silicato), tanto más desfavorables son las propiedades del ladrillo para la aplicación citada. Por lo tanto, el contenido en SiO_{2} es inferior a un 1,0% en peso y, según otra forma de realización, inferior a un 0,5% en peso (relativo a la mezcla de componentes total o bien de la pieza moldeada
total).
El contenido en CaO (en el que CaO puede estar presente por ejemplo como zirconiato cálcico) se sitúa, según una forma de realización, por debajo de un 2% en peso.
La composición mineralógica del producto MZA puede variar dentro del intervalo conocido (Routschka, op. cit.).
El producto contiene entre un 5 y un 35% en peso de ZrO_{2}, entre un 65% y un 95% en peso de MgO y un 5% en peso, como máximo, de otros componentes.
Según una forma de realización, el producto contiene, como máximo, un 2% de otros componentes.
La porosidad abierta, determinada según el documento DIN EN 993, 1ª parte, debería situarse entre un 11 y un 15% en volumen y, según una forma de realización, entre un 12 y un 14% en volumen.
Tras un calcinado por encima de 1.700ºC, puede obtenerse una densidad aparente comprendida entre 3,20 y 3,55 g/cm^{3} y, según una forma de realización, entre 3,25 y 3,40 g/cm^{3}. Dicha densidad aparente se ha determinado según el documento DIN EN 993, 1ª parte.
La resistencia a la compresión en frío, determinada según el documento DIN EN 993, 5ª parte, en el producto calcinado está comprendida entre 50 y 150 N/mm^{2} y, según otra forma de realización, entre 70 y 85 N/mm^{2}.
La conductibilidad térmica (determinada según su "clase", por ejemplo en Ber. Dtsch. Keram. Ges. 34 (1957), 183-189) está comprendida entre 3 y 4 W/Km (a 1.000ºC).
La granulometría de la mezcla de componentes en principio no está sujeta a ningún límite. El porcentaje de dióxido de zirconio, que puede introducirse por ejemplo por medio de baddeleyita, como dióxido de zirconio producido en calidad técnica (no establizado, parcialmente estabilizado o completamente estabilizado), se encuentra, según una forma de realización, en el intervalo granulométrico < 0,5 mm, por ejemplo (aproximadamente) dividido en dos mitades < 0,1 mm y de 0,1 a 0,5 mm.
Según una forma de realización, el contenido en magnesia sinterizada o magnesia fundida utilizado se encuentra en el intervalo granulométrico de hasta 6 mm. La proporción > 1 mm puede constituir la mitad o hasta 2/3 de la cantidad total de magnesia utilizada. A continuación, se han indicado dos recetas/mezclas de componentes, incluidas las características conseguidas tras el calcinado.
Los ladrillos así producidos se ensayaron con éxito en un ensayo de la escuela técnica, que simulaba las condiciones reinantes durante el funcionamiento en el emparrillado (de una cubeta de fusión de vidrio). Los ladrillos se ensayaron especialmente en una atmósfera reductora y son superiores a los ladrillos de magnesia-zirconia conven-
cionales.
\newpage
Muestra 1 Muestra 2
Magnesia (MgO) < 1 mm 30% 20%
Magnesia (MgO) 1 a 6 mm 50% 50%
ZrO_{2} 0,1 a 0, 5 mm 0 15
ZrO_{2} < 0,1 mm 20 15
Densidad aparente del ladrillo crudo (g/cm^{3}) 3,32 3,46
Calcinado (ºC) 1.750 1.750
Densidad aparente tras el calcinado (g/cm^{3}) 3,35 3,50
Porosidad abierta (%) 12,5 14
Resistencia a la compresión en frío (N/mm^{2}) 55 80

Claims (6)

1. Utilización de un ladrillo de magnesia-zirconia que contiene entre 5 y 35% en peso de ZrO_{2} y entre 65 y 95% en peso de MgO así como 5% en peso, como máximo, de otros componentes y presenta un contenido en SiO_{2} < 1,0% en peso, en unas cámaras regenerativas de cubetas de vidrio, que se hacen funcionar por lo menos en parte en una atmósfera reductora.
2. Utilización según la reivindicación 1, con la condición de que el ladrillo presente un contenido en CaO < 2,0% en peso.
3. Utilización según la reivindicación 1, con la condición de que el ladrillo contenga, como máximo, 2% de otros componentes.
4. Utilización según la reivindicación 1, con la condición de que la porosidad abierta del ladrillo esté comprendida entre 11 y 15% en volumen.
5. Utilización según la reivindicación 1, con la condición de que la densidad aparente del ladrillo una vez cocido esté comprendida entre 3,20 y 3,60 g/cm^{3}.
6. Utilización según la reivindicación 1, con la condición de que la resistencia a la compresión en frío del ladrillo una vez cocido esté comprendida entre 50 y 150 N/mm^{2}.
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