ES2279072T3 - Sistema refractario para hornos de fusion de vidrio. - Google Patents
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Abstract
Una composición de refractario que comprende un aglutinante de sílice y un primer conjunto de componentes, comprendiendo el primer conjunto de componentes alúmina, zirconia, y sílice, estando el aglutinante de sílice en el intervalo de aproximadamente el 5% en peso a aproximadamente el 20% en peso del peso seco del primer conjunto de componentes, y en el que la composición de refractario comprende de aproximadamente el 65 aproximadamente el 80% en peso de alúmina, de aproximadamente el 7 a aproximadamente el 15% en peso de zirconia, y de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 20% en peso de sílice.
Description
Sistema refractario para hornos de fusión de
vidrio.
Esta solicitud reivindica el beneficio de la
Solicitud de Patente Provisional de Estados Unidos Nº 60/432.503,
presentada el 10 de diciembre de 2002.
Esta invención se refiere en general a
refractarios para hornos de fusión de vidrio. Más particularmente,
esta invención se refiere a refractarios de sílice coloidal para el
revestimiento de hornos de fusión de vidrio.
Los hornos de fusión de vidrio son recipientes
revestidos con refractarios conformados como un contenedor para
fundir y contener vidrio. En la operación de fusión, los materiales
para la fabricación de vidrio que entran se calientan a
aproximadamente 2800ºF (1550ºC). Los materiales para la fabricación
de vidrio normalmente incluyen una mezcla de materiales tales como
cullet y masada. El cullet es vidrio triturado del proceso de
fabricación. Los materiales de masada incluyen arena (sílice), cal
(caliza o carbonato cálcico reducido a monóxido de calcio), cenizas
de sosa (monóxido sódico), y en ocasiones otros materiales tales
como feldespato, torta salina; y óxidos metálicos. Durante la
operación de fusión, el cullet se funde en primer lugar para
aumentar la transferencia de calor a los materiales de masada y para
reducir el tiempo de fusión.
Los hornos de fusión de vidrio incluyen hornos
de crisoles, tanques de vidrio o hornos de tanque, y similares. Los
hornos de crisoles tienen un crisol o configuración con forma de
cuenco y típicamente se usan para fundir cantidades más pequeñas de
vidrio. Los tanques de vidrio varían desde tanques pequeños para un
día a tanques mayores de fusión continua. Los tanques para un día
normalmente se llenan con materiales para la fabricación de vidrio
para fusión durante una noche. Los tanques de fusión continua son
hornos más grandes en los que los materiales para la fabricación de
vidrio se cargan en un extremo, se funden y fluyen al otro extremo
para su retirada. Los tanques de vidrio típicamente están
construidos por diferentes ladrillos o bloques refractarios dentro
de una estructura de acero. Los bloques se ajustan juntos sin
mortero y típicamente se disponen en una forma rectangular para
contener vidrio fundido. La presión mecánica de la estructura de
acero y los bloques externos mantienen juntos a los bloques. Los
tanques de vidrio tienen en general cámaras de regeneración para
precalentar el aire de combustión para alcanzar temperaturas de
llama más altas.
Los bloques refractarios normalmente reciben un
desgaste considerable por el vidrio fundido y la carga de materiales
para la fabricación de vidrio. El vidrio fundido es altamente
corrosivo. Los bloques refractarios normalmente están hechos de
arcillas compuestas que tienen alúmina, zirconia, y sílice (AZS).
Los bloques refractarios de AZS se forman a partir de material
fundido vaciado en moldes, que se mecanizan después de su
endurecimiento. La operación de fusión en tanques de fusión continua
continúa esencialmente sin detenerse hasta que el tanque ya no
puede usarse más. Durante la operación de fusión, los bloques
refractarios pueden quedar marcados en profundidad y pueden
desarrollar sitios de desgaste o porciones en las que el vidrio
fundido ha erosionado o disuelto al refractario. Los sitios de
desgaste típicamente crecen hasta que el refractario falla a la hora
de contener el vidrio fundido. Los sitios de desgaste acortan la
vida de servicio de los tanques de vidrio y a menudo son
impredecibles, interrumpiendo de esta manera la producción de vidrio
fundido.
El documento US 4 119 472 se refiere a un grano
de refractario AZS moldeado por fusión reaglomerado. El documento DE
198 45 761 A se refiere a un material cerámico resistente a alta
temperatura. El documento CH 509 950 A se refiere a una composición
para preparar artículos refractarios y más particularmente a una
composición a partir de la cual pueden prepararse tubos de vertido
de refractario para el vertido a presión del metal
fundido.
fundido.
La presente invención proporciona una
composición de refractario que comprende un aglutinante de sílice
coloidal y un primer conjunto de componentes, comprendiendo el
primer conjunto de componentes alúmina, zirconia, y sílice, donde
el aglutinante de sílice coloidal está en el intervalo de
aproximadamente el 5% en peso a aproximadamente el 20% en peso del
peso seco del primer conjunto de componentes, y en el que la
composición de refractario comprende de aproximadamente el 65 a
aproximadamente el 80% en peso de alúmina, de aproximadamente el 7 a
aproximadamente el 15% en peso de zirconia, y de aproximadamente el
10 a aproximadamente el 20% en peso de sílice. La composición de
refractario proporcionada por la presente invención es para hornos
de fusión de vidrio. La composición de refractario incluye un
primer conjunto de componentes mezclados con un aglutinante de
sílice. El primer conjunto de componentes incluye alúmina, zirconia,
y sílice. El refractario resultante puede formarse en bloques
refractarios o directamente sobre la porción de desgaste de un horno
de fusión de vidrio. El refractario puede formarse usando métodos
de moldeo, bombeo, o enfoscado.
Otros sistemas, métodos, características, y
ventajas de la invención serán o resultarán evidentes para un
especialista en la técnica después de examinar las siguientes
figuras y descripción detallada. Todos estos sistemas, métodos,
características, y ventajas adicionales pretenden incluirse dentro
de esta descripción, dentro del alcance de la invención, y
protegidos por las reivindicaciones adjuntas.
La invención puede entenderse mejor con
referencia a las siguientes figuras y descripción detallada. Los
componentes en las figuras no están necesariamente a escala,
poniéndose énfasis en la ilustración de los principios de la
invención. Además, los números de referencia iguales en las figuras
designan las piezas correspondientes en las diferentes vistas.
La Figura 1 representa una vista en perspectiva
parcial de un tanque de vidrio con un sistema refractario de sílice
coloidal de acuerdo con una realización de la invención.
La Figura 1 representa una vista en perspectiva
parcial de un horno de fusión de vidrio o tanque 100 con un sistema
refractario. El tanque de vidrio 100 puede tener características y
componentes adicionales tales como cámaras de fusión y refinado,
regeneradores, quemadores, y similares, que no se muestran. El
tanque de vidrio 100 tiene una estructura 102 que soporta un núcleo
104 y paredes laterales 106. La estructura 102 está hecha de placas
y vigas de acero y puede comprender otros materiales adecuados para
un horno de fusión de vidrio. Las paredes laterales 106 se extienden
verticalmente desde el núcleo 104 para formar una forma de
contenedor para fundir y contener el vidrio. El núcleo 104 tiene
uno o más revestimientos del núcleo 108 de materiales refractarios.
Las paredes laterales 106 tienen también uno o más revestimientos de
pared lateral de materiales refractarios. Los revestimientos pueden
tener materiales refractarios iguales o diferentes. Los materiales
refractarios son ladrillos, bloques, o una configuración monolítica.
Los bloques comprenden alúmina, zirconia, sílice, una combinación
de los mismos, u otro refractario adecuado para hornos de fusión de
vidrio. Los bloques pueden comprender también un aglutinante de
sílice. El tanque de vidrio 100 tiene también un revestimiento de
parches 110 formado sobre una porción de desgaste del núcleo 104. La
porción de desgaste puede estar en cualquier sitio a lo largo del
interior del tanque de vidrio incluyendo el núcleo y las paredes
laterales y por encima o por debajo del vidrio fundido. Puede haber
uno o más revestimientos de parche sobre el núcleo 104 y/o las
paredes laterales 106. El revestimiento de parche 100 comprende un
refractario, tal como un refractario de sílice coloidal. Aunque se
muestran configuraciones particulares, el tanque de vidrio 100 puede
tener otras configuraciones incluyendo con menos componentes o con
componentes adicionales.
En una realización, el refractario comprende una
mezcla de un aglutinante de sílice con un primer conjunto de
componentes. El aglutinante de sílice está en el intervalo de
aproximadamente el 5 por ciento en peso a aproximadamente el 20 por
ciento en peso del peso seco del primer conjunto de componentes,
preferiblemente entre el 6 y el 12 por ciento en peso del peso seco
del primer conjunto de componentes. El aglutinante es un
aglutinante de sílice coloidal. El primer conjunto de componentes
incluye alúmina (Al_{2}O_{3}), zirconia (ZrO_{2}), y sílice
(SiO_{2}). El primer conjunto de componentes puede estar seco o
húmedo y puede incluir también otros minerales, un agente de
fraguado tal como magnesia (MgO), y/o un modificador del flujo.
La alúmina, zirconia, y sílice proporcionan
solidez y resistencia a corrosión. La alúmina puede proporcionarse
mediante un agregado de alto contenido de aluminio tal como alúmina
tabular o alúmina blanca fundida. La alúmina puede ser también
reactiva o calcinada. La zirconia puede proporcionarse mediante
polvo de zirconio o un material que lleve zirconia. La sílice puede
proporcionarse mediante mullita (silicato de aluminio), microsílice,
sílice coloidal, o similares.
El aglutinante de sílice coloidal mantiene o une
el primer conjunto de componentes juntos en una forma monolítica.
El aglutinante de sílice coloidal comprende sílice coloidal en agua,
donde la sílice coloidal está en el intervalo de aproximadamente el
15 por ciento en peso a aproximadamente el 70 por ciento en peso. En
una realización, la sílice coloidal puede tener un diámetro medio
de partícula en el intervalo de aproximadamente 4 milimicrómetros a
aproximadamente 100 milimicrómetros.
El primer conjunto de componentes incluye de
aproximadamente el 50 por ciento en peso (%p) a aproximadamente el
70% en peso de alúmina, de aproximadamente el 10 a aproximadamente
el 25% en peso de zirconia, y de aproximadamente el 15 a
aproximadamente el 35% en peso de mullita. Preferiblemente, el
primer conjunto de componentes incluye de aproximadamente el 55% en
peso a aproximadamente el 60% en peso de alúmina, de aproximadamente
el 15 a aproximadamente el 20% en peso de zirconia, y de
aproximadamente el 21 a aproximadamente el 27% en peso de mullita.
Pueden usarse otras proporciones del primer conjunto de componentes.
El primer conjunto de componentes puede incluir otros compuestos
tales como aproximadamente el 0,1 por ciento en peso de magnesia. La
cantidad de magnesia puede ajustarse para aumentar o disminuir el
tiempo de fraguado para el sistema refractario coloidal. El primer
conjunto de componentes puede incluir también un modificador del
flujo para potenciar o alterar las propiedades de flujo para formar
el refractario de sílice coloidal antes del fraguado. El primer
conjunto de componentes puede mezclarse antes de la adición del
aglutinante de sílice coloidal. El refractario resultante comprende
de aproximadamente el 65 a aproximadamente el 80% en peso de
alúmina, de aproximadamente el 7 a aproximadamente el 15% en peso
de zirconia, y de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 20% en
peso de
sílice.
sílice.
Con propósitos de ilustración y no de
limitación, la Tabla I proporciona tipos y proporciones ejemplares
del primer conjunto de componentes para el sistema refractario de
sílice coloidal.
Los componentes están disponibles en el mercado
de Alcon y otros suministradores. El primer conjunto de componentes
pueden mezclarse juntos antes de mezclarlo con el aglutinante de
sílice coloidal. El primer conjunto de componentes puede estar
húmedo o seco antes de mezclarlo con el aglutinante de sílice
coloidal. La mezcla cura o fragua en un refractario de sílice
coloidal, que comprende aproximadamente el 72,5 por ciento en peso
de alúmina, aproximadamente el 11,2 por ciento en peso de zirconia,
y aproximadamente el 15,6 por ciento en peso de sílice. El
refractario de sílice coloidal puede moldearse en bloques para su
uso posterior en un tanque de vidrio o puede formarse directamente
sobre la porción de desgaste de un tanque de vidrio. El refractario
de sílice coloidal puede formarse sobre la porción de desgaste
usando uno o mas métodos de formación de refractarios tales como
moldeo, bombeo, o enfoscado (bombeo amorfo con un acelerador del
fraguado). El refractario de sílice coloidal puede formarse sobre
una o más porciones de la pared lateral o el núcleo. El refractario
de sílice coloidal puede formarse directamente sobre la porción de
desgaste sin la sustitución de los bloques refractarios en un tanque
de vidrio.
Se han descrito e ilustrado diversas
realizaciones de la invención. Sin embargo, la descripción y las
ilustraciones son únicamente a modo de ejemplo. Son posibles otras
realizaciones e implementaciones dentro del alcance de esta
invención y resultarán evidentes para los especialistas habituales
en la técnica. Por lo tanto, la invención no se limita a los
detalles específicos, realizaciones representativas, y ejemplos
ilustrados en esta descripción. En consecuencia, la invención no
está restringida excepto por lo indicado en las reivindicaciones
adjuntas y sus equivalentes.
Claims (16)
1. Una composición de refractario que
comprende un aglutinante de sílice y un primer conjunto de
componentes, comprendiendo el primer conjunto de componentes
alúmina, zirconia, y sílice, estando el aglutinante de sílice en el
intervalo de aproximadamente el 5% en peso a aproximadamente el 20%
en peso del peso seco del primer conjunto de componentes, y en el
que la composición de refractario comprende de aproximadamente el 65
aproximadamente el 80% en peso de alúmina, de aproximadamente el 7
a aproximadamente el 15% en peso de zirconia, y de aproximadamente
el 10 a aproximadamente el 20% en peso de sílice.
2. La composición de refractario de
acuerdo con la reivindicación 1, en la que el primer conjunto de
componentes comprende de aproximadamente el 50 a aproximadamente el
70% en peso de alúmina, de aproximadamente el 10 a aproximadamente
el 25% en peso de zirconia, y de aproximadamente el 15 a
aproximadamente el 35% en peso de mullita.
3. La composición de refractario de
acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en la que el
primer conjunto de componentes comprende de aproximadamente el 55 a
aproximadamente el 60% en peso de alúmina, de aproximadamente el 15
a aproximadamente el 20% en peso de zirconia, y de aproximadamente
el 21 a aproximadamente el 27% en peso de mullita.
4. La composición de refractario de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que
el aglutinante de sílice coloidal está en el intervalo del 6% en
peso al 12% en peso del peso seco del primer conjunto de
componentes.
5. La composición de refractario de
acuerdo con la reivindicación 4, en la que el aglutinante de sílice
coloidal está en el intervalo del 8% en peso al 12% en peso del peso
seco del primer conjunto de componentes.
6. La composición de refractario de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que
comprende adicionalmente un agente de fraguado.
7. La composición de refractario de
acuerdo con la reivindicación 6, en la que el agente de fraguado es
magnesia.
8. Un tanque de vidrio, que tiene una
composición de refractario como se ha definido en una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 7 sobre al menos una porción de desgaste de
un tanque de vidrio.
9. La composición de refractario de
acuerdo con la reivindicación 1, en la que la composición de
refractario comprende de aproximadamente el 70 a aproximadamente el
75% en peso de alúmina, de aproximadamente el 9 a aproximadamente
el 13% en peso de zirconia, y de aproximadamente el 13 a
aproximadamente el 17% en peso de sílice.
10. Un método de preparación de un
refractario para un horno de fusión de vidrio, comprendiendo el
método:
proporcionar una composición de refractario que
comprende un aglutinante de sílice y un primer conjunto de
componentes, en el que el primer conjunto de componentes comprende
alúmina, zirconia, y sílice; y en el que el aglutinante de sílice
es un aglutinante acuoso de sílice coloidal en el intervalo de
aproximadamente el 5% en peso a aproximadamente el 20% en peso del
peso seco del primer conjunto de componentes; y
formar la composición de refractario sobre la
superficie del horno de fusión de vidrio.
11. El método de la reivindicación 10, en
el que el primer conjunto de componentes comprende de
aproximadamente el 50 a aproximadamente el 70% en peso de alúmina,
de aproximadamente el 10 a aproximadamente el 25% en peso de
zirconia, y de aproximadamente el 15 a aproximadamente el 35% en
peso de mullita.
12. El método de la reivindicación 10 o la
reivindicación 11, que comprende también la etapa de mezclar el
primer conjunto de componentes con el aglutinante acuoso de
sílice.
13. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 12, en el que la composición de refractario se
forma por moldeo.
14. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 12, en el que la composición de refractario se
forma por bombeo.
15. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 12, en el que la composición de refractario se
forma por enfoscado.
16. El método de una cualquiera de las
reivindicaciones 10 a 15, en el que la composición de refractario
comprende adicionalmente un agente de fraguado.
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