ES2293621T3 - Procedimiento para producir ladrillos refractarios ligeros resistentes al fuego. - Google Patents

Procedimiento para producir ladrillos refractarios ligeros resistentes al fuego. Download PDF

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Abstract

Procedimiento para producir ladrillos refractarios ligeros resistentes al fuego, que se caracteriza porque se utiliza como producto de partida o bien polvo abrasivo obtenido en la producción de ladrillos refractarios ligeros por medio de pulido o bien polvo de amolado producido en el molido de ladrillos refractarios ligeros ya utilizados o de productos de desecho de ladrillos refractarios ligeros, que se mezcla con un aglutinante en sí conocido, a continuación se comprime en una prensa moldeadora y después se somete a un proceso de secado o un proceso de cocción a una temperatura superior a 85ºC.

Description

Procedimiento para producir ladrillos refractarios ligeros resistentes al fuego.
La presente invención se refiere a un procedimiento para producir ladrillos refractarios ligeros resistentes al fuego, en el que se utiliza como producto de partida o bien polvo abrasivo obtenido en la producción de ladrillos refractarios ligeros por medio de pulido o bien polvo de amolado producido en el molido de ladrillos refractarios ligeros ya utilizados o de productos de desecho de ladrillos refractarios ligeros y el polvo abrasivo o polvo de amolado producido con esto se mezcla con un aglutinante conocido en sí mismo, a continuación se comprime en una prensa moldeadora y después se somete a un proceso de secado o de cocción a una temperatura superior a 85ºC.
Los ladrillos refractarios ligeros se aplican en todo el mundo en el campo de la tecnología refractaria. Sirven como material aislante en zonas de alta temperatura y se utilizan predominantemente en suelos, techos o mamposterías de relleno. Un gran campo de aplicación es el revestimiento de cámaras de cocción y hornos para reducir la radiación de calor hacia el exterior.
Los ladrillos refractarios ligeros son productos resistentes al fuego, moldeados, con una porosidad total > 45% y una temperatura de aplicación de al menos 800ºC. Partiendo del mecanismo químico, los ladrillos refractarios ligeros se clasifican en ladrillos refractarios ligeros de silicatos de aluminio, ladrillos ligeros de silicato, ladrillos ligeros de zirconio y ladrillos ligeros de corindón. Los ladrillos ligeros de silicato de aluminio son los más importantes y los de mayor difusión (ladrillos de chamota y mullita). Para la producción se usan materias primas a base de Al_{2}O_{3}, SiO_{2} y eventualmente CaO. Como soporte de alúmina se utilizan materias primas tales como arcilla, caolín, chamota, silimanita, andalusita, cianita y mullita así como alúmina, hidrato de alúmina y corindón. Además de las materias primas de grano fino también se aplican materias primas porosas de grano grueso tales como chamota ligera y esferas huecas de corindón y mullita.
Además de la producción de formatos normales en grandes series también se realizan fabricaciones a medida según las preferencias del cliente. Los ladrillos refractarios ligeros se caracterizan, además de por un peso reducido, también por una conductividad térmica reducida. Presentan además resistencia mecánica suficiente, pero también buena procesabilidad. Otras propiedades son la alta estabilidad térmica en diversas condiciones atmosféricas así como estabilidad frente a cambios y choques de temperatura.
Como medida para la temperatura de aplicación máxima sirve la denominada temperatura de clasificación. La temperatura de clasificación, como información del fabricante, se determina habitualmente en mitades de ladrillos normales en el laboratorio, pudiendo ser la contracción de moldeo con aplicación de temperatura por todas partes tras 24 h, de un 2% como máximo.
El procedimiento más conocido y utilizado más a menudo para la producción de ladrillos refractarios ligeros es el procedimiento de combustión. Como combustibles sirven polvo de madera finamente molido, coque de petróleo, raspaduras de lignito, esferas de Styropor así como productos de desecho finos de la industria de celulosa y cartón. A este respecto se necesitan combustibles lo más pobres en ceniza posible, para no influir de manera negativa en las propiedades en caliente.
Las arcillas refractarias con un porcentaje de Al_{2}O_{3} superior a un 32% en peso se mezclan con uno de los combustibles, por ejemplo polvo de madera y agua hasta que se produce una masa plástica. Entonces se almacena la masa al menos 24 horas para conseguir humedad uniforme en la mezcla total. Tras el almacenamiento se estira la masa plástica producida por ejemplo mediante una prensa extrusora de vacío y se proporciona como piezas brutas para el secado. A continuación, las piezas brutas se someten a un proceso de secado que dura aproximadamente tres días y posteriormente se cuecen en horno durante aproximadamente 48 horas, ascendiendo la temperatura en el horno a entre 1200ºC y 1400ºC. Tras la cocción, los ladrillos deformados parcialmente por la cocción se colocan en palés y se proporcionan a la instalación de rectificado, donde se rectifican los ladrillos o bien hasta el formato normal correspondiente o sin embargo se producen formatos especiales según las preferencias del cliente. El excedente para rectificar de un ladrillo rectificado con respecto a un ladrillo cocido asciende aproximadamente a un 30%, es decir que el ladrillo cocido debe ser aproximadamente un 30% mayor que el producto final tras el rectificado.
En otras palabras, se obtiene en el proceso de rectificado de un ladrillo refractario ligero aproximadamente un 30% del ladrillo refractario ligero como polvo abrasivo, que hasta ahora podía alimentarse de nuevo a la producción sólo parcialmente. La procesabilidad ha de considerarse como límite para la reutilización. Con la reutilización cada vez mayor del polvo abrasivo en el proceso de producción normal, los ladrillos refractarios ligeros producidos de este modo pierden su elasticidad, por lo cual ya no es posible la producción por medio del estirado en una prensa extrusora. Por consiguiente se obtiene, sin embargo, una gran parte del polvo abrasivo como producto de desecho, que debe eliminarse de manera muy costosa.
Sin embargo también en la degradación de por ejemplo altos hornos u otros productos, en los que se utilizaban ladrillos refractarios ligeros ya utilizados, ha sido necesaria hasta ahora la eliminación cotosa de los ladrillos refractarios ligeros.
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Igualmente en la eliminación de productos de desecho, que se producen en el transcurso del proceso de producción habitual según el procedimiento de combustión.
Por tanto, es objetivo de la invención reutilizar el polvo abrasivo obtenido en la producción habitual mediante el procedimiento de combustión, así como los ladrillos refractarios ligeros ya utilizados o productos de desecho.
Esto se consigue según la invención mediante las características significativas de la reivindicación 1.
Mediante el mezclado del polvo abrasivo/polvo de amolado, obtenido de los ladrillos refractarios ligeros producidos de manera y modo habitual mediante el procedimiento de combustión y rectificado posterior, con un aglutinante y compresión a medida posterior mediante una prensa moldeadora así como secado posterior a una temperatura superior a 85ºC, puede reutilizarse el polvo abrasivo obtenido totalmente para la producción de otros ladrillos refractarios ligeros nuevos. Se suprime la eliminación hasta ahora necesaria. Otra ventaja del procedimiento según la invención es el hecho de que pueden reutilizarse con esto también ladrillos refractarios ligeros que ya se han usado. Deben tratarse de nuevo para dar ladrillos refractarios ligeros nuevos, posiblemente con otras dimensiones, únicamente por ejemplo formados en un horno, molidos y con el procedimiento según la invención.
La utilización según la invención de polvo abrasivo/polvo de amolado como producto de partida ofrece además la ventaja de que el producto de partida está ya recocido, tal como se denomina en el lenguaje técnico. En otras palabras, una nueva cocción ya no modificaría las propiedades del producto de partida, por lo cual está obsoleto una nueva cocción de 48 horas a temperaturas entre 1200ºC y 1400ºC y es suficiente un secado a temperaturas esencialmente reducidas durante un periodo esencialmente reducido, para conseguir en el caso de un ladrillo refractario ligero producido mediante el procedimiento según la invención una temperatura de clasificación de 1300ºC. Si inicialmente debe conseguirse una temperatura de clasificación de 1450ºC, es necesaria una nueva cocción, sin embargo sólo a una temperatura entre 500ºC y 600ºC y sólo durante 24 Horas. Por tanto, en ambos casos, el procedimiento nuevo y según la invención en comparación con el procedimiento conocido está unido a un consumo energético drásticamente reducido y a un tiempo de producción esencialmente reducido.
Para poder realizar de manera óptima del procedimiento según la invención y para permitir la producción de nuevos ladrillos refractarios ligeros con una temperatura de clasificación necesaria en la práctica de 1300ºC o 1450ºC, es necesario que el polvo abrasivo/polvo de amolado presente una determinada composición, concretamente según las características significativas de la reivindicación 2, un 30-77% en peso de Al_{2}O_{3}, un 21-65% en peso de SiO_{2} y un 0,7-2,05% de Fe_{2}O_{3}. Mediante el suplemento cuantitativo de estas sustancias puede ajustarse la resistencia al fuego de los ladrillos refractarios ligeros producidos. En el presente caso la composición del polvo abrasivo/polvo de amolado sin embargo ya está fijada mediante la composición del ladrillo refractario ligero rectificado o de los ladrillos refractarios ligeros ya usados o productos de desecho de ladrillos refractarios ligeros molidos. Según las características significativas de la reivindicación 2, el polvo abrasivo/polvo de amolado contiene además también
aditivos.
En el caso de aditivos se trata según las características significativas de la reivindicación 3 de un 0,36-0,82% en peso de TiO_{2}, un 0,06-0,24% en peso de CaO, 0,05-0,53 de MgO, un 0,13-0,33% en peso de Na_{2}O, un 0,34-3,01% en peso de K_{2}O y un 0,02-02% en peso de P_{2}O_{5}. Los aditivos resultan de la presencia natural en las materias primas del producto original, cuyo porcentaje en el polvo abrasivo/polvo de amolado por tanto resulta también debido a la composición del producto original.
Según las características significativas de la reivindicación 4, se utiliza como aglutinante vidrio líquido, lo que requiere un proceso de secado de 22 a 26 horas, preferiblemente de 24 horas de los ladrillos refractarios ligeros ya comprimidos a una temperatura entre 85ºC y 135ºC, preferiblemente entre 95ºC y 120ºC. En el caso de la utilización de este aglutinante pueden conseguirse temperaturas de clasificación de 1300ºC con un ladrillo refractario ligero producido según el procedimiento según la invención.
Las características significativas de la reivindicación 5 prevén como aglutinante fosfato de aluminio (AlPO_{4}), preferiblemente monofosfato de aluminio. En este se caso se requiere en lugar de un proceso de secado un proceso de cocción de 22 a 26 horas, preferiblemente de 24 horas del ladrillo refractario ligero ya comprimido a una temperatura entre 500ºC y 600ºC. En el caso de utilizar este aglutinante pueden conseguirse temperaturas de clasificación de 1450ºC con un ladrillo refractario ligero producido según el procedimiento según la invención.
Las características significativas de la reivindicación 6 prevén como aglutinante una disolución acuosa de ácido silícico (H_{2}SiO_{3}) coloidal. Los requisitos con respecto al tiempo del proceso de secado y la temperatura, a la que tiene lugar el proceso de secado corresponden a aquellos en el caso de la utilización de fosfato de aluminio como aglutinante.
El proceso de compresión posterior tiene lugar según las características significativas de la reivindicación 7 preferiblemente en prensas moldeadoras hidráulicas.
Según las características significativas de la reivindicación 8 se añaden microesferas huecas al polvo abrasivo/polvo de amolado antes o durante el mezclado con el aglutinante, para reducir el peso del ladrillo comprimido. Las microesferas huecas de uso habitual son por ejemplo Cenospheres©, E-Spheres© o Fillite© y pueden proporcionarse con un tamaño de grano de 0,5 mm como máximo. Presentan una pared impermeable, sólida y pueden rellenarse con distintas sustancias.
El uso de polvo abrasivo/polvo de amolado con un tamaño de partícula promedio de 2 mm como máximo permite la producción de ladrillos refractarios ligeros con resistencia muy alta.
Por tanto, la aplicación de un procedimiento según la invención para la producción de un ladrillo refractario ligero tiene lugar tal como sigue:
Ejemplo 1 de realización
Se recoge el polvo abrasivo que se produce en el producción convencional de ladrillos refractarios ligeros, por ejemplo por medio de la tracción mediante una prensa extrusora y rectificado posterior o el polvo de amolado que se produce mediante la degradación y molido posterior de ladrillos refractarios ligeros ya utilizados o debido al molido de los productos de desecho de ladrillos refractarios ligeros mencionados, y a continuación se mezcla con un aglutinante en sí conocido como por ejemplo vidrio líquido o vidrio líquido de carbonato de calcio. Opcionalmente, puede mezclarse ya antes del mezclado del polvo abrasivo/polvo de amolado con el aglutinante, el polvo abrasivo/polvo de amolado con las microesferas huecas o sin embargo puede añadirse las microesferas huecas durante el mezclado del polvo abrasivo/polvo de amolado con el aglutinante líquido a la pasta producida a este respecto. El polvo abrasivo/polvo de amolado con tamaño de grano de hasta 2 mm ha resultado como polvo abrasivo/polvo de amolado óptimo, utilizándose sin embargo también polvo abrasivo/polvo de amolado con tamaño de grano de hasta 5 mm. En el caso de la utilización de polvo abrasivo/polvo de amolado con tamaño de grano de hasta 2 mm se produce sin embargo por medio del procedimiento según la invención tras la compresión un nuevo ladrillo refractario ligero con propiedades de resistencia óptimas. En el caso de la utilización de vidrio líquido de carbonato de calcio como aglutinante ha resultado como óptima una razón de polvo abrasivo/polvo de amolado con respecto al aglutinante de 10:1. Tras el mezclado del polvo abrasivo/polvo de amolado y el aglutinante, tiene lugar el moldeado por compresión en prensas moldeadoras hidráulicas. Los ladrillos refractarios ligeros así obtenidos se secan a continuación durante aproximadamente 24 horas a una temperatura entre 85ºC y 135ºC, preferiblemente entre 95ºC y 120ºC en una secadora continua o un horno de recocido. La secadora continua o el horno de recocido no debe calentarse de manera necesariamente lenta para el proceso de secado, como se requiere en el caso del procedimiento conocido según el estado de la técnica, en el que la secadora continua o el horno de recocido debe subir a lo largo de la denominada curva de secado. Más bien se permite el uso de polvo abrasivo obtenido en la producción de ladrillos refractarios ligeros por medio de rectificado o polvo de amolado producido en el molido de ladrillos refractarios ligeros ya utilizados o productos de desecho como material de partida, también efectuar un calentamiento de choque de los ladrillos refractarios ligeros comprimidos acabados, es decir alimentar los ladrillos refractarios ligeros a una secadora continua o a un horno de recocido, que se ha precalentado ya hasta aproximadamente 100ºC. La secadora continua o el horno de recocido no debe calentarse de manera necesariamente lenta para el proceso de secado, como se requiere en el caso del procedimiento conocido según el estado de la técnica, en el que la secadora continua o el horno de recocido debe subir a lo largo de la denominada curva de secado. Más bien se permite el uso de polvo abrasivo obtenido en la producción de ladrillos refractarios ligeros por medio de rectificado o polvo de amolado producido en el molido de ladrillos refractarios ligeros ya utilizados o productos de desecho como material de partida, también efectuar un calentamiento de choque de los ladrillos refractarios ligeros comprimidos acabados, es decir alimentar los ladrillos refractarios ligeros a una secadora continua o a un horno de recocido, que se ha precalentado ya hasta aproximadamente 100ºC.
Ejemplo 2 de realización
Como polvo abrasivo/polvo de amolado se utiliza polvo abrasivo/polvo de amolado con tamaños de grano de desde 2 hasta 5 mm, que se mezcla con microesferas huecas con un diámetro de 0-0,5 mm. En el caso de la utilización de microesferas huecas adicionales se requiere el uso de una cantidad mayor de aglutinante, de modo que la razón en peso de polvo abrasivo/polvo de amolado junto con las microesferas huecas con respecto al aglutinante asciende aproximadamente a 10:2,2, ascendiendo la razón en peso de polvo abrasivo/polvo de amolado con respecto a las microesferas huecas aproximadamente a 10:1. Todos los otros parámetros de procedimiento son idénticos a aquéllos del ejemplo 1 de realización.
En ambos ejemplos de realización se utiliza una prensa moldeadora de 2000 t hidráulica con una presión de 64 bar. Con esto se produjeron ladrillos normales NF2 (250 mm x 124 mm x 64 mm). Igualmente se sometieron a prueba otros parámetros de la compresión y se han dirigido para la producción de ladrillos refractarios ligeros completamente operativos.
En ambos ejemplos de realización, los ladrillos refractarios ligeros así obtenidos presentan una temperatura de clasificación de 1300ºC. Para el caso en el que deba conseguirse una temperatura de clasificación superior, se sustituiría el vidrio líquido como aglutinante por fosfato de aluminio o ácido silícico coloidal y el proceso de secado por un proceso de cocción de igual tiempo sin embargo entre 500ºC y 600ºC.

Claims (10)

1. Procedimiento para producir ladrillos refractarios ligeros resistentes al fuego, que se caracteriza porque se utiliza como producto de partida o bien polvo abrasivo obtenido en la producción de ladrillos refractarios ligeros por medio de pulido o bien polvo de amolado producido en el molido de ladrillos refractarios ligeros ya utilizados o de productos de desecho de ladrillos refractarios ligeros, que se mezcla con un aglutinante en sí conocido, a continuación se comprime en una prensa moldeadora y después se somete a un proceso de secado o un proceso de cocción a una temperatura superior a 85ºC.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, que se caracteriza porque el polvo abrasivo/polvo de amolado contiene un 30-77% en peso de Al_{2}O_{3}, un 21-65% en peso de SiO_{2}, un 0,7-2,05% de Fe_{2}O_{3} así como aditivos.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, que se caracteriza porque los aditivos comprenden un 0,36-0,82% en peso de TiO_{2}, un 0,06-0,24% en peso de CaO, 0,05-0,53 de MgO, 0,13-0,33% en peso de Na_{2}O, un 0,34-3,01% en peso de K_{2}O y 0,02-02% en peso de P_{2}O_{5}.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, que se caracteriza porque el aglutinante es vidrio líquido y la etapa de procedimiento de secado se realiza durante un tiempo de entre 22 y 26, preferiblemente de 24 horas a una temperatura entre 85ºC y 135ºC, preferiblemente entre 95ºC y 120ºC.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, que se caracteriza porque el aglutinante es fosfato de aluminio (AlPO_{4}), preferiblemente monofosfato de aluminio y la etapa de procedimiento de cocción se realiza durante un tiempo de entre 22 y 26, preferiblemente de 24 horas a una temperatura entre 500ºC y 600ºC.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, que se caracteriza porque el aglutinante es una disolución acuosa de ácido silícico (H_{2}SiO_{3}) coloidal y la etapa de procedimiento de cocción se realiza durante un tiempo de entre 22 y 26, preferiblemente de 24 horas a una temperatura entre 500ºC y 600ºC.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, que se caracteriza porque la compresión tiene lugar por medio de prensas moldeadoras hidráulicas.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, que se caracteriza porque se añaden microesferas huecas al polvo abrasivo/polvo de amolado antes o durante el mezclado con el aglutinante.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, que se caracteriza porque el tamaño de partícula promedio del polvo abrasivo o polvo de amolado asciende a 2 mm como máximo.
10. Ladrillo refractario ligero resistente al fuego producido según un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8.
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