ES2301094T3 - Placa refractaria de dos capas y procedimiento para su fabricacion. - Google Patents
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Abstract
Placa refractaria para el revestimiento interior con mampostería refractario de suelos de horno de hornos de solera giratoria, de solera galopante y de empuje para calentar bloques de acero, perfiles de acero, tubos de acero, como placas moldeadas con una forma aproximadamente cuadrada a trapezoidal en el plano horizontal a partir de hormigón refractario, con un lado superior de placa que en la posición de montaje constituye el recubrimiento interior del horno y con un lado inferior de placa que constituye el lado de la placa contrario al lado superior de placa, estando hecha la placa de un material compuesto de dos capas y estando hechas las dos capas de la placa a partir de hormigones refractarios con diferentes propiedades, estando compuesta una capa que forma el lado superior de la placa de un hormigón optimizado respecto a sus propiedades refractarias y estando optimizada una capa que forma el lado inferior de la placa respecto a la resistencia a choques del hormigón, presentando la capa que forma el lado superior de la placa un contenido de AL2O3 de >_90% y la capa que forma el lado inferior de la placa, un contenido de AL2O3 de <90%.
Description
Placa refractaria de dos capas y procedimiento
para su fabricación.
La invención se refiere a una placa refractaria
para el revestimiento refractario de hornos calentadores,
especialmente para el revestimiento interior con mampostería de los
suelos de horno de hornos de solera giratoria, de solera galopante
y de empuje para el calentamiento de bloques de acero, perfiles de
acero, tubos de acero y similares, como placa moldeada a partir de
material refractario con una forma aproximadamente cuadrada a
trapezoidal en el plano horizontal, con un lado superior de placa
que en la posición de montaje constituye el recubrimiento interior
del horno y con un lado inferior de placa que constituye el lado de
la placa contrario al lado superior de placa. La invención se
refiere además a un procedimiento para la fabricación de una placa
refractaria de este tipo.
Los hornos calentadores se usan para calentar
bloques de acero, perfiles de acero, tubos de acero y similares
antes de procesarlos en forma de barras perfiladas, chapas, tubos,
etc. El bloque de acero se calienta con el horno calentador, por
ejemplo a la temperatura de laminación de aproximadamente 1200ºC,
pudiéndose lograr un calentamiento a fondo uniforme de los bloques
de acero debido al largo tiempo de permanencia de los bloques de
acero, por ejemplo, en los hornos de solera giratoria. Las paredes,
los suelos y las cubiertas de los hornos calentadores se aíslan
contra pérdidas de calor recubriéndose con elementos constructivos
sometidos a un fuerte esfuerzo químico, mecánico y térmico hechos a
partir de materiales de construcción refractarios. Este
recubrimiento así como el proceso de renovación de un recubrimiento
se denominan revestimiento interior con mampostería.
En especial, el revestimiento interior con
mampostería de los suelos de horno o de las placas de apoyo de los
hornos calentadores de acero ha de cumplir requisitos especiales
relativos a la capacidad de carga mecánica y a la resistencia
contra la escoria y la cascarilla.
Es conocido que la zona de apoyo del material
que se va a calentar en las soleras, provistas de un recubrimiento
refractario, de hornos calentadores de acero con mampostería de
ladrillos refractarios cocidos, se apisone con postes refractarios,
se funda con hormigón refractario o se recubra con elementos de
construcción prefabricados de gran formato, monolíticos y
refractarios de calidad refractaria. La tecnología de revestimiento
con elementos de construcción de gran formato refractarios y
monolíticos de una capa en placas de apoyo de hornos calentadores
de acero forma parte del estado actual de la técnica.
En el revestimiento interior con mampostería de
placas de solera ha resultado problemático hasta ahora el efecto de
arrastre de la cascarilla producida durante el calentamiento del
acero, que penetraba en las juntas del recubrimiento refractario.
Esto provocaba que las placas refractarias se separaran de la unión
original y se destruyera así el aislamiento de los hornos
calentadores. Este problema se pudo resolver mediante una
configuración especial de las
juntas.
juntas.
Sin embargo, debido a la introducción del
material que se va a calentar se produce de vez en cuando la
formación de fisuras en el lado de las placas refractarias dirigido
hacia el interior del horno. Debido a la dilatación del material
que se va a calentar en el horno, las placas refractarias rotas se
desplazan una respecto a otra y, por tanto, se separan también de
la unión. Esto reduce considerablemente la vida útil del
revestimiento interior con mampostería de los hornos
calentadores.
La formación de fisuras dentro de la placa
refractaria se produce a menudo porque la diferencia de temperatura
entre el lado superior de la placa y el lado inferior de la placa es
demasiado grande y las tensiones originadas a partir de esto en el
material superan la resistencia de rotura del material. Asimismo,
las influencias mecánicas al introducir el material que se va a
calentar producen la formación de fisuras.
A partir del documento DE9312555U1 se conoce un
elemento de fibras cerámicas en forma de bloque para el
recubrimiento interior a prueba de calor de hornos, reactores y
similares, que está construido con al menos dos capas y provisto de
un núcleo de fibras dispuesto en la pared del horno, así como de una
capa de fibras adicional dirigida hacia el interior del horno,
presentando la capa de fibras adicional una mayor resistencia a la
temperatura que el núcleo de fibras. La capa de fibras y el núcleo
de fibras están engranados entre sí, así como unidos por arrastre
de material con un adhesivo de alta temperatura.
A partir del documento JP04076387 se conoce un
material compuesto de fibras, en el que los elementos de igual
sección transversal engranan uno con otro por arrastre de forma de
modo que se evitan las pérdidas de calor a través de la zona de
junta.
A partir del documento DE19543430A1 se conoce un
ladrillo de dos capas para recubrir una cámara de combustión de una
planta de fundición de vidrio, que presenta una capa exterior de
protección dirigida hacia un medio reactivo hecha de un material
cerámico altamente resistente respecto al medio y una capa de
aislamiento unida con la capa de protección y contraria al medio
reactivo, estando la capa de protección y la capa de aislamiento,
en una etapa única, moldeadas, prensadas y cocidas como cuerpo
moldeado de una sola pieza. La capa de aislamiento presenta una
porosidad mayor que la de la capa de protección. La mayor porosidad
de la capa de aislamiento se obtiene mediante el uso de materiales
de relleno ligeros inertes de hasta 50% en peso y/o materiales de
combustión.
A partir del documento
JP11-190593 se conoce un material cerámico de
recubrimiento para un horno de alta temperatura que presenta un
cuerpo de cerámica fina dirigido hacia el lado interior del horno
para hacer contacto con el material fundido y la escoria fundida,
así como un cuerpo poroso de cerámica en el lado contrario al lado
interior del horno. De este modo se logra reducir el peso del
material refractario.
A partir del documento JP5306161 se conoce un
procedimiento para fundir un material multicapa de recubrimiento de
hornos, fundiéndose los materiales refractarios con capas de
aislamiento empotradas entre estos.
Por tanto, la invención tiene el objetivo de
proporcionar una placa refractaria que presente una mayor vida útil
respecto a las placas refractarias conocidas y que se pueda fabricar
de forma económica.
El objetivo se consigue con las características
de la reivindicación 1. La placa refractaria, según la invención
está caracterizada porque la placa está hecha de un material
compuesto de dos capas y porque las dos capas de la placa están
hechas de materiales refractarios con diferentes propiedades,
estando compuesta la capa que forma el lado superior de la placa
por un material optimizado respecto a sus propiedades refractarias
y su resistencia contra la cascarilla y estando optimizada la capa
que forma el lado inferior de la placa respecto a la resistencia a
choques del material. Esta construcción de la placa refractaria
según la invención tiene en cuenta el estado de una diferencia de
temperatura proporcionalmente grande entre el lado superior de la
placa y el lado inferior de la placa. La capa de la placa
refractaria, que forma el lado inferior de la placa tiene un menor
contenido de AL_{2}O_{3}, ya que no está sometida directamente
al calor de radiación incidente del horno calentador o al calor de
contacto del material que se va a calentar. La conductibilidad
térmica de la placa inferior es preferentemente menor que la
conductibilidad térmica de la placa superior, lográndose sobre esta
base una mejor resistencia a los cambios de temperatura en la placa
superior y un menor gradiente de temperatura dentro de la placa. De
este modo se previene una formación de fisuras dentro de la placa
debido a influencias térmicas.
Las fisuras en el lado superior de la placa
provocadas por las influencias mecánicas no se reproducen
forzosamente por toda la placa, ya que el material de la placa
inferior presenta una resistencia a choques mayor que la del
material de la placa superior. Por tanto, la placa refractaria según
la invención es menos propensa a la formación de
fisuras.
fisuras.
Por razones económicas resulta conveniente
también que la capa que forma el lado superior de la placa presente
aproximadamente un grosor o espesor equivalente a un tercio del
espesor total o del grosor total de la placa refractaria. La capa
de la placa refractaria que forma el lado superior de la placa está
hecha de un hormigón altamente refractario cuyo contenido de
AL_{2}O_{3} es superior al 90% y que es lo más ampliamente
resistente a la influencia de la escoria y la cascarilla.
Para garantizar que las capas de la placa
refractaria no se rompan en sus superficies límites por los
diferentes coeficientes de dilatación térmica de los materiales,
éstas engranan entre sí por arrastre de forma en sus superficies
límites.
La capa que forma el lado superior está
estructurada convenientemente en su superficie límite dirigida hacia
la otra capa y la superficie límite de la capa que forma el lado
inferior presenta una estructura complementaria. De este modo se
garantiza el engranado entre sí de las respectivas superficies
límites de las capas.
La capa que forma el lado inferior de la placa
está hecha preferentemente de un hormigón refractario armado con
cuerpos de acero. Los cuerpos de acero en están dispersados
convenientemente en forma de agujas de acero en la capa que forma
el lado inferior de la placa. De este modo se aumenta la resistencia
a choques de la placa y se reduce su tendencia a la formación de
fisuras.
La invención se refiere también a un
procedimiento para la fabricación de una placa refractaria que se
distingue por los siguientes pasos de procedimiento:
- fundición de una primera capa que forma una
placa superior a partir de una primera masa refractaria endurecible
en un molde de fundición abierto por un lado,
- compactación de la primera capa en el molde de
fundición,
- estampación de una estructura superficial en
el lado de la primera capa que está dirigido hacia la abertura del
molde de fundición,
- fundición y compactación de una segunda capa
que forma una placa inferior a partir de una segunda masa
refractaria endurecible en el mismo molde de fundición sobre la
primera capa no fraguada aún, y
- desmoldeo de las capas fraguadas de manera
conjunta.
La compactación de las masas refractarias
fundidas se realiza convenientemente mediante vibración o sacudida.
El proceso de fundición se puede llevar a cabo, por ejemplo, sobre
una mesa sacudidora.
La estampación de la estructura superficial se
puede realizar mediante una placa de estructura insertada en el
molde abierto de fundición que se introduce a presión en la masa no
fraguada.
Como ya se mencionó arriba, resulta conveniente
que la primera y la segunda masa refractaria se diferencien en la
composición del material.
La invención se explica a continuación por medio
de un ejemplo de realización representado en los dibujos.
Muestran:
La figura 1, un corte longitudinal a través de
una placa refractaria según la invención a lo largo de la línea
A-A en la figura 2,
la figura 2, una vista en planta desde arriba de
una placa refractaria según la invención, y
la figura 3, un corte a través de la placa
refractaria según la invención a lo largo de la línea
B-B en la figura 2.
La placa refractaria 1 según la invención
representada en las figuras está configurada en el plano horizontal
como elemento compuesto de construcción monolítico y trapezoidal que
se obtuvo mediante fundición de hormigones refractarios
endurecibles. La placa refractaria 1 comprende una placa superior 2
y una placa inferior 3 cada una hecha de hormigón refractario, que
forman entre sí una unión sólida. La placa refractaria 1 según el
ejemplo de realización descrito sirve para el revestimiento
interior con mampostería de la placa de apoyo de un horno de solera
giratoria, mediante lo que se obtiene el plano horizontal
ligeramente trapezoidal. Para el experto en la técnica resulta
lógico que ésta puede presentar también un plano horizontal
rectangular o cuadrado. En caso de usarse para el revestimiento
interior con mampostería en un horno de solera giratoria, las placas
refractarias 1 se colocan en hileras que discurren radialmente,
formando la placa superior 2 en posición de montaje el
recubrimiento interior del horno que soporta el material que se va a
calentar en el horno. La placa refractaria 1 descansa mediante la
placa inferior 3 sobre varias capas de elementos prefabricados
monolíticos.
Como puede observarse en la figura 2, la
superficie 4 de la placa superior 2 dirigida hacia el lado interior
del horno está provista de hendiduras 5 en forma de canales para
alojar el material que se va a calentar, por ejemplo, en forma de
palanquillas de acero. Un lado longitudinal 6 así como un lado
transversal 7 de la placa refractaria 1 están provistos en cada
caso de chaflanes 8 que en la unión con varias placas refractarias
1 forman juntas aproximadamente cuneiformes que se abren hacia el
lado interior de horno. Estas juntas deben impedir que la escoria
alojada en éstas separe la unión de las placas refractarias 1 al
dilatarse. Los chaflanes 8 de los lados longitudinales y
transversales 6, 7 de la placa refractaria 1 así como la
configuración de la superficie 4 de la placa superior 2 no son
objeto de la invención.
Según se puede observar especialmente en los
cortes, la placa superior 2 y la placa inferior 3 están engranadas
estrechamente entre sí por sus superficies límites 9 enfrentadas. La
placa superior 2 y la placa inferior 3 están hechas cada una de
hormigones refractarios diferentes con coeficientes de dilatación
térmica diferentes, estando compuesta la placa superior 2 de un
hormigón altamente refractario que presenta un contenido de
Al_{2}O_{3} de \geq90%. El contenido de SiO_{2} de la placa
superior es preferentemente menor del 5%, el contenido de MgO puede
ser de entre 2 y 10%. Como la placa superior 2 está expuesta
directamente al calor de radiación del horno así como al calor del
material que se va a calentar, en contacto con ésta, sus
características refractarias están optimizadas; la conductibilidad
térmica de la placa superior 2 es mayor en relación con la
conductibilidad térmica de la placa inferior 3. Por razones de
ahorro de material y, en primer lugar, para impedir formaciones de
fisuras en la placa refractaria 1, el porcentaje de la placa
superior 2 respecto al espesor total del material de la placa
refractaria 1 asciende aproximadamente a un tercio, mientras que,
por el contrario, la placa inferior hecha de otro hormigón
refractario tiene un porcentaje de aproximadamente dos tercios en el
grosor de la placa refractaria 1. En el material de la placa
inferior 3, que presenta un contenido de Al_{2}O_{3} claramente
inferior a 90%, están distribuidas de forma precisa agujas de acero
en la matriz de hormigón. Estas agujas de acero aumentan la
resistencia a choques del material. El contenido de Al_{2}O_{3}
de la placa inferior puede ser de entre 60 y 90%, con preferencia
de 80%, el contenido de SiO_{2}, de entre 7,5 y 25%, con
preferencia de 15%, y el contenido de CaO, de entre 1 y 5%, con
preferencia de 2,5%.
Mediante la configuración según la invención de
la placa refractaria 1 se impiden tensiones en el material debido a
una diferencia de temperatura entre el lado superior y el lado
inferior de la placa refractaria 1.
Para que no se produzca una separación entre la
placa superior 2 y la placa inferior 3 debido a coeficientes de
dilatación del material diferentes de las diferentes calidades de
hormigón refractario, la placa superior 2 y la placa inferior 3
engranan entre sí por arrastre de forma mediante sus superficies
límites enfrentadas 9, según la representación muy simplificada de
las figuras. La estructura de las superficies límites 9 está
representada en las figuras aproximadamente en forma de diente de
sierra, sin embargo, la invención se ha de entender de modo que las
superficies límites de la placa superior 2, por una parte, y de la
placa inferior 3, por la otra parte, pueden presentar cualquier
estructura complementaria, por ejemplo, en forma de botón, estrías
o similares. En la fabricación, la placa superior 2 se fundió
primero en un molde en forma de caja, el hormigón refractario de la
placa superior se compactó en el molde y, a continuación, se realizó
una estampación o estructuración del lado de la placa superior 2
visible en el molde abierto. Sobre el material de la placa superior
2, no endurecido aún, se fundió después la placa inferior 3.
Entonces se realizó una compactación del material de la placa
inferior 3 mediante vibración. De este modo se obtiene una unión
mecánica estrecha de la placa superior 2 y de la placa inferior 3
en sus superficies límites. Las dos capas de la placa refractaria 1
se fraguan de manera conjunta en un molde de fundición de modo que
queden unidas estrechamente entre sí por sus superficies límites
9.
- 1
- Placa refractaria
- 2
- Placa superior
- 3
- Placa inferior
- 4
- Superficie
- 5
- Hendiduras en forma de canal
- 6
- Lado longitudinal
- 7
- Lado transversal
- 8
- Chaflanes
- 9
- Superficies límites
Claims (8)
1. Placa refractaria para el revestimiento
interior con mampostería refractario de suelos de horno de hornos
de solera giratoria, de solera galopante y de empuje para calentar
bloques de acero, perfiles de acero, tubos de acero, como placas
moldeadas con una forma aproximadamente cuadrada a trapezoidal en el
plano horizontal a partir de hormigón refractario, con un lado
superior de placa que en la posición de montaje constituye el
recubrimiento interior del horno y con un lado inferior de placa que
constituye el lado de la placa contrario al lado superior de placa,
estando hecha la placa de un material compuesto de dos capas y
estando hechas las dos capas de la placa a partir de hormigones
refractarios con diferentes propiedades, estando compuesta una capa
que forma el lado superior de la placa de un hormigón optimizado
respecto a sus propiedades refractarias y estando optimizada una
capa que forma el lado inferior de la placa respecto a la
resistencia a choques del hormigón, presentando la capa que forma
el lado superior de la placa un contenido de AL_{2}O_{3} de
\geq90% y la capa que forma el lado inferior de la placa, un
contenido de AL_{2}O_{3} de <90%.
2. Placa refractaria según la reivindicación 1,
caracterizada porque las capas engranan entre sí por arrastre
de forma en sus superficies límites (9).
3. Placa refractaria según la reivindicación 2,
caracterizada porque la capa que forma el lado superior está
estructurada en su superficie límite (9) dirigida hacia la otra capa
y porque la superficie límite (9) de la capa que forma el lado
inferior presenta una estructura complementaria.
4. Placa refractaria según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la capa que
forma el lado inferior de la placa está hecha de un hormigón
refractario armado con cuerpos de acero, preferentemente en forma
de agujas de acero.
5. Procedimiento para la fabricación de una
placa refractaria según una de las reivindicaciones 1 a 4,
caracterizado por los siguientes pasos de procedimiento:
- fundición de una primera capa que forma una
placa superior a partir de un primer hormigón refractario
endurecible en un molde de fundición abierto por un lado,
- compactación de la primera capa en el molde de
fundición,
- estampación de una estructura superficial en
el lado de la primera capa que está dirigido hacia el orificio del
molde de fundición,
- fundición y compactación de una segunda capa,
que forma una placa inferior, a partir de un segundo hormigón
refractario endurecible en el mismo molde de fundición sobre la
primera capa no fraguada aún, y
- desmoldeo de las capas fraguadas de manera
conjunta.
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque la compactación del hormigón refractario
fundido se realiza mediante vibración.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 5 ó 6, caracterizado porque la estampación
de la estructura superficial se realiza mediante una placa de
estructura, insertada en el molde abierto de fundición, que se
introduce a presión en el hormigón refractario no fraguado.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque el primer y el
segundo hormigón refractario se diferencian en la composición del
material.
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