ES2884103T3

ES2884103T3 - Bloque refractario prefabricado para horno de coque

Info

Publication number: ES2884103T3
Application number: ES17756688T
Authority: ES
Inventors: Hidetoshi Terashima; Yasushi Tsutsui; Hironao Takemoto; Taijirou Matsui; Takashi Matsunaga; Yutaka Kitazawa
Original assignee: Nippon Steel Corp; Krosaki Harima Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Krosaki Harima Corp
Priority date: 2016-02-25
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2021-12-10
Anticipated expiration: 2037-02-27
Also published as: JP6823042B2; TW201742851A; TWI659007B; CN109072085B; KR102098273B1; KR20180112843A; WO2017146254A1; EP3421571A1; US20190055165A1; EP3421571A4; EP3421571B1; CN109072085A; JPWO2017146254A1

Abstract

Un bloque refractario prefabricado a base de sílice para un horno de coque, conteniendo el bloque refractario prefabricado un componente de P2O5 en una cantidad del 0,3% al 2% en masa, en donde, en una mezcla de materia prima del bloque refractario prefabricado, se mezcla sílice fundida en una cantidad del 65% en masa o más, se mezcla piedra silícea en una cantidad del 17% en masa o menos y se mezcla sílice pirógena en cantidad del 0,5% al 15% en masa.

Description

DESCRIPCIÓN

Bloque refractario prefabricado para horno de coque

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a un bloque refractario prefabricado (bloque prefabricado de un material refractario) empleado de manera adecuada en un horno de coque.

ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA

Hasta este momento, se ha empleado un horno de coque tras revestirse con un ladrillo de sílice. No obstante, en el caso de emplear un ladrillo de sílice, el revestimiento debe construirse empleando un gran número de ladrillos de sílice. Así, había un problema, al requerir tiempo para la construcción. Por este motivo, en años recientes, la reparación/construcción, particularmente la reparación/construcción en caliente, de un revestimiento de un horno de coque se ha implementado empleando un bloque refractario prefabricado a base de sílice que es fácil de conformar en un tamaño grande, en comparación con el bloque de sílice.

Tal bloque refractario prefabricado requiere propiedades en caliente tales como un cuerpo estructural. Particularmente en un horno de coque, el bloque refractario prefabricado requiere la estabilización de un comportamiento de expansión bajo carga y de un comportamiento de retracción bajo carga (en adelante en la presente memoria denominados de manera colectiva como “comportamiento de expansión/retracción bajo carga”) a altas temperaturas, además de resistencia en caliente. Si el comportamiento de expansión/retracción bajo carga a altas temperaturas no es estable (si el bloque refractario prefabricado tiene una deformación grande debida a expansión bajo carga y a retracción bajo carga a altas temperaturas), aumenta la resistencia durante la expulsión de coque, lo que lleva a una molestia en la operación de expulsión y a una posibilidad de ruptura del propio bloque refractario prefabricado.

En el documento de patente 1 siguiente, se describe una técnica que se refiere a una composición refractaria que comprende: sílice fundida como una materia prima principal y cemento Portland como un aglutinante. No obstante, en un bloque refractario prefabricado para un horno de coque, cuando se contiene cemento Portland como un aglutinante en una cantidad grande (por ejemplo, en un 2% a un 10% en peso con respecto a la materia prima principal), hay un problema en que el bloque refractario prefabricado se retrae mucho bajo una carga a altas temperaturas, debido a una reacción de hidratación del cemento Portland.

En el documento de patente 2 siguiente, se emplean sílice coloidal y silicato de sodio como un aglutinante (agente endurecedor), en lugar del hasta el momento comúnmente empleado cemento de aluminato cálcico, de modo que se suprime la retracción bajo carga a altas temperaturas. No obstante, el empleo de sílice coloidal y de silicato de sodio implica un problema de deterioro de la resistencia en caliente. El documento de patente 3 describe una pieza prefabricada hecha de sílice fundida vítrea para su empleo en reparación de hornos de coque. El documento de patente 4 describe un bloque de cuarzo fundido para reparación en caliente de hornos de coque. El documento de patente 5 describe un material refractario de prefabricación.

LISTA DE CITAS

[DOCUMENTO PRINCIPAL]

Documento de patente 1: JP S56-078476A

Documento de patente 2: JP 2013-189322A

Documento de patente 3: US 5.885.913 A

Documento de patente 4: CN 101323530 A

Documento de patente 5: JP 2013-234092A

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN

[PROBLEMA TÉCNICO]

Un problema técnico que debe abordar la presente invención es proporcionar un bloque refractario prefabricado para un horno de coque que tenga resistencia en caliente alta y que exhiba un comportamiento de expansión/retracción bajo carga a altas temperaturas estable.

[Solución al problema técnico]

Los inventores realizaron estudios de manera diligente para abordar el problema técnico anterior. Por ejemplo, cuando se emplea cemento como un aglutinante en una cantidad grande, no se podía estabilizar el comportamiento de retracción bajo carga a altas temperaturas debido a una reacción de hidratación por el cemento, según se describe en el documento de patente 1. Por otro lado, cuando se emplean sílice coloidal y silicato de sodio como un aglutinante, empeoraba la resistencia en caliente. En estas circunstancias, los inventores han descubierto que en un bloque refractario prefabricado a base de sílice para un horno de coque, es posible controlar de manera estable el comportamiento de expansión/retracción bajo carga a altas temperaturas a la vez que se mantiene alta la resistencia en caliente al emplear un componente de P²O⁵como un componente aglutinante, en lugar de emplear como un aglutinante una cantidad grande de cemento o de sílice coloidal y de silicato de sodio.

Concretamente, la presente invención proporciona un bloque refractario prefabricado a base de sílice para un horno de coque que contiene un componente de P²O⁵en una cantidad del 0,3% al 2,0% en masa.

[EFECTO DE LA INVENCIÓN]

La presente invención hace posible obtener un bloque refractario prefabricado para un horno de coque que exhibe una resistencia en caliente alta y un comportamiento de expansión/retracción bajo carga a altas temperaturas estable.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La Figura 1 es una gráfica que presenta comportamientos de expansión/retracción bajo carga en el ejemplo innovador 1 y en el ejemplo comparativo 5.

DESCRIPCIÓN DE REALIZACIONES

Un bloque refractario prefabricado para un horno de coque (bloque refractario prefabricado de horno de coque) de la presente invención es un bloque refractario prefabricado a base de sílice, es decir, un bloque refractario prefabricado que comprende un componente principal que consiste en un componente de SiO²según se define en las reivindicaciones.

Aunque un contenido concreto del componente de SiO²cae dentro de un intervalo de conocimiento técnico común de una persona de experiencia normal en la técnica, se fija preferiblemente en el intervalo del 65% al 99% en masa, más preferiblemente en el intervalo del 80% al 99% en masa.

Como una fuente de componente de SiO², es posible emplear cualquiera de varias materias primas a base de sílice, tales como sílice fundida, piedra silícea (sílice calcinada, sílice no calcinada, etcétera) y sílice pirógena. En la presente invención, la cantidad de sílice fundida en una composición de materia prima es del 65% en masa o más, preferiblemente del 72% en masa o más. Además, la cantidad de piedra silícea es del 17% en masa o menos y la cantidad de sílice pirógena está en el intervalo del 0,5% al 15% en masa. Particularmente, desde un punto de vista de que la retracción debida a la deshidratación durante el secado pueda cancelarse, la cantidad de sílice fundida es del 65% en masa o más y la cantidad de piedra silícea es del 17% en masa o menos. En este caso, la cantidad de piedra silícea puede ser del 0% en masa. Además, desde un punto de vista de mantener alta la resistencia en caliente, la cantidad de sílice pirógena está en el intervalo del 0,5% al 15% en masa. En lo que se refiere a un tamaño de partícula de la materia prima a base de sílice, de cara al rendimiento de llenado y a la eficacia de trabajo, se emplean en combinación preferiblemente un agregado que tenga un tamaño máximo de 5 mm y partículas submicrométricas. Además, para estabilizar más la tasa de expansión/tasa de retracción térmica bajo una carga (en adelante en la presente memoria denominada “tasa de expansión/retracción bajo carga”), la cantidad de partículas gruesas que tienen un tamaño de partícula de 1 mm o más es preferiblemente del 25% en masa o más. Aquí, también puede emplearse una materia prima a base de alúmina en combinación como un agregado principal distinto de la materia prima a base de sílice. Como la materia prima a base de alúmina, es posible emplear alúmina fundida, alúmina sinterizada o similares. No obstante, cuando el contenido del componente de SiO²se hace menor que el 65% en masa, la resistencia en caliente se deteriora. Así, no es deseable añadir la materia prima a base de alúmina en una cantidad grande.

En el bloque refractario prefabricado de horno de coque de la presente invención, mientras que el componente de P²O⁵funciona como un componente aglutinante según se ha descrito anteriormente, el contenido del mismo se ajusta en el intervalo del 0,3% al 2,0% en masa. Si el contenido del componente de P²O⁵es menor que el 0,3% en masa, no se suscita una función de ligadura del mismo como un componente aglutinante. Por otro lado, si el componente de P²O⁵supera el 2,0% en masa, se forma en exceso una sustancia de punto de fusión bajo (substancia a base de SiO²- P²O⁵), de modo que la deformación debida a la retracción bajo carga a altas temperaturas se hace grande.

Como una fuente de componente de P²O⁵, es posible emplear fosfato. En este caso, desde un punto de vista de impedir la formación de la sustancia de punto de fusión bajo, la componente de Na²O y la componente de K²O contenidas como impurezas en el fosfato se contienen preferiblemente en una cantidad total del 0,5% en masa o menos, con respecto al 100% en masa del bloque refractario prefabricado.

En la composición de materia prima para el bloque refractario prefabricado de horno de coque de la presente invención, desde un punto de vista de aumentar la resistencia durante el curado, la cantidad de acelerador de endurecimiento es preferiblemente del 0,05% en masa o más. Además, desde un punto de vista de mantener una resistencia en caliente alta, es preferiblemente del 1,9% en masa o menos. Ejemplos del acelerador de endurecimiento incluyen un polvo fino de óxido de magnesio e hidróxido de calcio.

Preferiblemente, el bloque refractario prefabricado de horno de coque de la presente invención no contiene cemento. Si contiene cemento, se produce retracción bajo carga debida a la reacción de hidratación del cemento. Por otro lado, cuando no contiene cemento, es posible suprimir tal retracción bajo carga.

El bloque refractario prefabricado de horno de coque de la presente invención puede obtenerse mediante un método de producción de bloque refractario prefabricado convencional que comprende: mezclar entre sí los anteriormente mencionados materia prima a base de sílice (fuente de componente de SiO²) como una materia prima principal, fosfato sódico (fuente de componente de P²O⁵) como un aglutinante y, opcionalmente, una fibra orgánica, un dispersante, un acelerador de endurecimiento, un retardador de endurecimiento, una ayuda de sinterizado, etcétera, como otros aditivos; añadir una cantidad adecuada (por ejemplo, del 5% en masa al 7% en masa) de agua de fabricación y someter la mezcla obtenida a amasado, conformado, curado, desmoldado y secado.

[EJEMPLOS]

Según una composición de materias primas de la Tabla 1, se mezclaron las materias primas entre sí y, después de haber añadido agua de fabricación en una cantidad del 6,5% en masa a la mezcla de materias primas, se sometieron a amasado, conformado, desmoldado y secado. Al emplear las muestras de prueba obtenidas de bloque refractario prefabricado para un horno de coque, se midieron el comportamiento de expansión/retracción bajo carga y la resistencia en caliente para realizar una evaluación completa. Las muestras de prueba obtenidas se sometieron también a análisis de composición química. Aquí, se emplearon sílice fundida, sílice calcinada, sílice no calcinada y alúmina fundida, teniendo cada una un tamaño de partícula de 1 mm a 5 mm y un diámetro de partícula promedio de menos de 1 mm mezcladas en una proporción de 6:4. Además, se empleó sílice pirógena que tiene un diámetro de partícula promedio de 0,5 pm. Para cada uno de los componentes químicos de materias primas se emplearon sílice fundida que contiene un componente de SiO²en una cantidad del 99,7% en masa, sílice calcinada que contiene un componente de SiO²en una cantidad del 99,5% en masa, sílice no calcinada que contiene un componente de SiO²en una cantidad del 99,7% en masa, sílice pirógena que contiene un componente de SiO²en una cantidad del 96% en masa y un componente de Na²O en una cantidad del 0,2% en masa, alúmina fundida que contiene AhO³en una cantidad del 100% en masa, fosfato sódico que contiene un componente de P²O⁵en una cantidad del 65% en masa y un componente de Na²O en una cantidad del 23% en masa, silicato sódico que contiene un componente de SiO²en una cantidad del 65% en masa y un componente de Na²O en una cantidad del 22% en masa, sílice coloidal que contiene un componente de SiO²en una cantidad del 40% en masa, cemento Portland que contiene un componente de SiO²en una cantidad del 24% en masa, polvos finos de óxido de magnesio que contienen un componente de MgO en una cantidad del 100% en masa e hidróxido de calcio que contiene CaO en una cantidad del 100% en masa.

Se midió un comportamiento de expansión/retracción bajo carga bajo una carga de 0,2 MPa según JIS-R2207-2 en un intervalo de temperatura desde temperatura ambiente hasta 1.300 °C. Cuando la tasa de expansión/retracción bajo carga estaba en el intervalo desde el -0,1% o más hasta menos del 0,5%, la muestra se calificó como Excelente (©); cuando estaba en el intervalo desde el -0,3% o más hasta menos del -0,1% o en el intervalo desde el 0,5% o más hasta menos del 0,7%, la muestra se calificó como Buena (O); cuando estaba en el intervalo desde el -0,5% o más hasta menos del -0,3% o en el intervalo desde el 0,7% o más hasta menos del 0,8%, la muestra se calificó como Aceptable (A); cuando era menos del -0,5% o igual o más del 0,8%, la muestra se calificó como NG (X); y cuando la calificación era Aceptable (A) o mejor, la muestra se calificó como Aprobada. Aquí, el signo - (menos) indica el comportamiento de retracción bajo carga y el signo (más) indica el comportamiento de expansión bajo carga.

Se midió una resistencia a la flexión en caliente según JIS-R2213 a 1.000 °C. Para ajustar las muestras de prueba a la temperatura de medición se mantuvieron en un horno durante 1 hora y entonces se midió la resistencia a la flexión en caliente. Cuando la resistencia a la flexión en caliente era 10 MPa o más, la muestra se calificó como Excelente (©); cuando era 5 MPa o más y menos de 10 MPa, la muestra se calificó como Buena (O); cuando era 3 MPa o más y menos de 5 MPa, la muestra se calificó como Aceptable (A); cuando era menos de 3 MPa, la muestra se calificó como NG (X); y cuando la calificación era Aceptable (A) o mejor, la muestra se calificó como Aprobada.

Y la evaluación completa se determinó como:

Excelente (© ) cuando la muestra tiene dos Excelentes (© ) en las dos evaluaciones anteriores; Buena (O) cuando la muestra tiene un Excelente (© ) y un Buena (O);

Aceptable (A) cuando la muestra tiene un Excelente (© ) o un Buena (O) y un Aceptable (A); NG (X) cuando la muestra tiene al menos un NG (X); y

cuando la evaluación completa era Aceptable (A) o mejor, la muestra se calificó como Aprobada.

La Tabla 1 presenta resultados de estas evaluaciones juntas.

En la Tabla 1, todos los ejemplos innovadores 1 a 15 son un bloque refractario prefabricado para un horno de coque que cae dentro del ámbito de la presente invención. Las evaluaciones completas de los mismos fueron Aceptables (A) o mejores y tanto el comportamiento de expansión/retracción bajo carga como la resistencia a la flexión en caliente fueron de un nivel aceptable o mejores.

El ejemplo comparativo 1 es un ejemplo en el que el contenido del componente de P²O⁵es bajo. En el ejemplo comparativo 1, no se obtuvo suficientemente la función de ligadura y la resistencia a la flexión en caliente no alcanzó el nivel aceptable. Por otro lado, el ejemplo comparativo 2 es un ejemplo en el que el contenido del componente de P²O⁵es alto. En el ejemplo comparativo 2, el comportamiento de expansión/retracción bajo carga no alcanzó el nivel aceptable debido a la generación excesiva de una sustancia de punto de fusión bajo (SiO²- P²O⁵).

El ejemplo comparativo 3 es un ejemplo en el que el componente de P²O⁵se aplica como un componente aglutinante en un bloque refractario prefabricado para un horno de coque cuyo componente principal es el componente de Al²O³. En el ejemplo comparativo 3, el comportamiento de expansión/retracción bajo carga no alcanzó el nivel aceptable.

El ejemplo comparativo 4 corresponde al documento de patente 1 anterior y es un ejemplo en el que se aplican sílice coloidal y silicato de sodio como un aglutinante. En el ejemplo comparativo 4, la resistencia a la flexión en caliente no alcanzó el nivel aceptable.

El ejemplo comparativo 5 es un ejemplo en el que solo se emplea cemento Portland como un aglutinante. En el ejemplo comparativo 5, el comportamiento de expansión/retracción bajo carga no alcanzó el nivel aceptable. La Figura 1 es una gráfica que presenta el comportamiento de expansión/retracción bajo carga desde temperatura ambiente hasta 1.300 °C para el ejemplo innovador 1 y para el ejemplo comparativo 5. En el ejemplo innovador 1, que cae dentro del ámbito de la presente invención y en el que se mezcló fosfato (fuente de componente de P²O⁵) como un aglutinador, el comportamiento de expansión/retracción bajo carga era estable, mientras que en el ejemplo comparativo 5, en el que se mezcló una cantidad grande (5% en masa) de cemento Portland como un aglutinante, la retracción bajo carga ocurrió de manera notable desde la proximidad de los 1.000 °C.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un bloque refractario prefabricado a base de sílice para un horno de coque, conteniendo el bloque refractario prefabricado un componente de P²O⁵en una cantidad del 0,3% al 2% en masa, en donde, en una mezcla de materia prima del bloque refractario prefabricado, se mezcla sílice fundida en una cantidad del 65% en masa o más, se mezcla piedra silícea en una cantidad del 17% en masa o menos y se mezcla sílice pirógena en cantidad del 0,5% al 15% en masa.

2. El bloque refractario prefabricado según se menciona en la reivindicación 1, que contiene un componente de SiO2 en una cantidad del 65% al 99% en masa.

3. El bloque refractario prefabricado según se menciona en la reivindicación 1, que contiene un componente de SiO2 en una cantidad del 80% al 99% en masa.

4. El bloque refractario prefabricado según se menciona en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde, en la mezcla de materia prima, se mezcla un acelerador de endurecimiento en una cantidad del 0,05% al 1,9% en masa.

5. El bloque refractario prefabricado según se menciona en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 que no contiene cemento como un aglutinante.