IT9047743A1 - Procedimento per la realizzazione di mattoni di silice con aumentato peso specifico apparente. - Google Patents
Procedimento per la realizzazione di mattoni di silice con aumentato peso specifico apparente.Info
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Description
DESCRIZIONE
a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo:
"Procedimento per la realizzazione di mattoni di silice con aumentato peso specifico apparente"
L'invenzione riguarda un procedimento per la produzione di mattoni di silice con aumentato peso specifico apparente, formati da un miscuglio di partenza con quarzite granulata a gradini (silice) e silicio elementare, essendo contenuti nel miscuglio di partenza 0,5-10% in peso di silicio elementare e 1,5-8% in peso di silice pirogena, in base ai componenti quarzite, silicio e silice pirogena nel miscuglio di partenza.
DESCRIZIONE
L'invenzione riguarda un procedimento per la produzione di mattoni di silice con aumentato peso specifico apparente, formati da un miscuglio di partenza con quarzite granulata a gradini (silice) e silicio elementare.
Mattoni di silice del genere, che vengono chiamati anche mattoni di biossido di silicio, vengono impiegati in alti forni, ricuperatori e in particolare forni da coke, cercando di realizzare in tali mattoni di silice un peso specifico apparente il più possibile elevato, affinchè la conduttività termica venga migliorata. Nel brevetto DE-PS 2836 691 è descritto un procedimento per la produzione di tali mattoni di silice con aumentato peso specifico apparente, essendo aggiunto qui al miscuglio di partenza di silice il 0,5-101 in peso di nitruro di silicio e/o carburo di silicio, questo miscuglio di partenza dovendo essere poi fatto passare nel11interva1lo di temperatura tra 1200 e 1400°C in condizioni molto speciali di concentrazione di ossigeno al disotto dell'apertura di uscita per gas del forno di cottura,e in condizioni molto speciali di velocità di aumento della temperatura in °C/h. In questo brevetto DE-PS 2836 691 è inoltre indicato per quanto riguarda lo stato della tecnica che mattoni di silice possono essere prodotti anche con l'aggiunta di ossidi metallici come Cu20, TÌO2 0 ^e2^3 oppure mediante l'aggiunta di carburo di si1ici0 .
Per realizzare mattoni di silice con bassa porosità e di conseguenza con miglior resistenza alla corrosione, è noto nella produzione dei mattoni di silice l'impiego di silicio elementare o di carburo di silicio insieme ad un composto ammonico o in particolare insieme ad un composto non volatile ad azione ossidante, come nitrato di calcio o di magnesio (brevetti G8-PS 880.582, 1.012.363). L'impiego dei composti idrosolubili nella produzione del miscuglio è tuttavia svantaggioso e insorgono difficoltà nella cottura dei mattoni. Inoltre esiste il pericolo di un ulteriore in inquinamento ambientale da parte dei composti di tipo salino.
Dal brevetto US-PS 3.144.345 risulta un procedimento per la produzione di mattoni di silice di elevata densità ed elevata conduttività termica, in cui viene impiegata silice amorfa finemente suddivisa (condensata dalla fase vapore) nel miscuglio. I mattoni di silice ottenuti raggiungono una densità fino a 1,84 g/cm (115 lb/piede ), secondo la colonna 4, Tabella I, Esempio 4).
Oggetto della presente invenzione è la messa a disposizione di un procedimento eseguibile in maniera semplice del punto di vista economico e dal punto di vista tecnico, per la produzione di mattoni di silice con aumentato peso specifico apparente, ossia mattoni di silice densi, in particolare per forni da coke, con elevata conduttività termica, dove non viene impiegato alcun sale inquinante l'ambiente.
Alla soluzione di questo problema è destinato il procedimento caratterizzato dal fatto che il miscuglio di partenza contiene da 0,5 a 10% in peso di silicio elementare di grandezza granulometrica fino a 75 yum e da 1.5 a 8% in peso di silice pirogena amorfa finemente suddivisa, in base ai componenti quarzite, silicio e silice pirogena, nel miscuglio di partenza. Preferibilmente il miscuglio di partenza contiene da 3 a 6% in peso di silicio elementare e da 1,5 a 5% in peso di silice pirogena.
Grazie alla silice pirogena amorfa finemente suddivisa, viene promossa in maniera sorprendente la formazione nuova di Si0^ a partire dal silicio elementare, mediante ampia ossidazione e l'addizione della Si02 nuovamente formata. Si parte dal concetto che a temperature elevate durante la cottura, il silicio elementare non ancora trasformato in SiO^ forma piccole gocce di massa fusa, le quali si accumulano nella matrice della struttura dei mattoni irregolarmente, sotto forma di nidi. Questi accumuli di gocce di massa fusa formate da silicio elementare vengono evitati mediante la silice pirogena. La silice pirogena ha una grandezza delle particelle primarie fino a 3 ^um e una attività superficiale elevata. Inoltre grazie alla silice pirogena i pori presenti, in particolare i micropori, nel mattone di silice vengono vantaggiosamente riempiti .
Nel procedimento secondo l'invenzione sorgono difficoltà nello stampaggio e nella cottura dei mattoni nel caso di contenuti di silicio elementare e silice pirogena superanti il limite superiore. Specialmente a causa di contenuti troppo elevati di silicio elementare, si ottengono durante la cottura mattoni che presentano distorsioni e crepe. Con contenuti di silicio elementare e silice pirogena al disotto dei valori limite richiesti, non si realizza un miglioramento netto del peso specifico apparente dei mattoni di silice.
L'invenzione riguarda inoltre mattoni di silice ottenuti secondo il procedimento sopra descritto, i quali presentano un maggior peso specifico R > 1,86 3
g/cm e una conduttività termica, misurata secondo GIN 51046, dei seguenti valori medi:
a 400°C 2 , 1 W/mk
a 700°C 2,3 W/mk
a 1000°C 2.6 W/mk
a 1200°C 3 ,0 W/mk
Nel procedimento secondo l'invenzione si impiegano in maniera di per sè stessa conosciuta le quarziti adatte alla produzione di mattoni di silice refrattari, come quarzite per cemento e quarzite di roccia, quale materiale di partenza. Come esempio si fa menzione di una quarzite per cemento (giacimento di Merzhausen nella Repubblica Federale Tedesca), che secondo l'analisi chimica contiene 0,70% in peso di Al^O^, 0,85% in peso di Ti02, 0,15% in peso di Fe,,03 e circa 98,0% in peso di SiO^.
Nella cottura dei mattoni di silice la fase quarzo dei materiali di partenza viene trasformata ampiamente in crostobalite e tridimite. I mattoni di silice cotti hanno in particolare, come qualità di grande valore per l'impiego nelle pareti di forni da coke, una ampia trasformazione delle fasi silice e un contenuto solo di percentili di quarzo residuale. La densità corrispondente del mattone di silice si trova nell'intervallo da 2,33 a 2,34 g/cm . Per il peso specifico apparente risultano valori di 1,86 g/cm e più, e la porosità aperta corrisponde a meno di 20% in vo-1urne.
La cottura può essere effettuata, secondo il procedimento della presente invenzione, in maniera usuale, ossia a temperature finali da 1400 a 1450°C. Nell'intervallo di temperatura al disopra di 1Q00°C, la durata della cottura dovrebbe trovarsi vantaggiosamente tra 100 e 300 ore, e il tenore di ossigeno della atmosfera del forno circondante il materiale di cottura deve avere, al disopra di 100°C, un valore tra 5 e 143⁄4 in volume, affinchè si realizzi una ossidazione ii più possibile completa del silicio elementare a silice. I residui di silicio elementare che rimangono nel mattone di silice dopo la cottura sono bassi. Grazie al silicio residuale e alla sua trasformazione in silice durante l'impiego dei mattoni, non si verifica un comportamento svantaggioso dei mattoni, come per esempio una ricrescita dei mattoni.
il silicio elementare impiegato nel procedimento della presente invenzione deve possedere una grandezza granu1ometrica massima di 75 yum e vantaggiosamente una grandezza massima di 44 ^um. Questo silicio elementare finemente suddiviso è ottenibile in commercio.
La produzione del miscuglio di partenza avviene in maniera di per sè stessa conosciuta, ossia al materiale di partenza di silice o ai materiali di partenza di silice, che sono presenti nella classificazione usuale per la produzione di mattoni di silice, vengono aggiunti lo 0,5-10% in peso di silicio elementare della grandezza granulometrica massima menzionata precedentemente e 1,5-8% in peso di silice pirogena con una grandezza delle particelle primarie massima di 3 yum, in base ai componenti quarzite, silicio e silice pirogena nel miscuglio di partenza. Dopo una miscelazione a fondo e una formatura, i mattoni ottenuti vengono poi cotti.
La silice finemente suddivisa, impiegata nella forma di esecuzione preferita del procedimento, avente una grandezza delle particelle primarie fino a 3 yum, è un prodotto commerciale, che si forma per esempio nella produzione di ferrosilicio o di biossido di zirconio a partire da sabbia di zircone, ZrSi04, come cosiddetto cenerino, ossia come sotto prodotto. Questo prodotto viene anche chiamato silice pirogena ed è costituito da agglomerati dove la grandezza delle particelle primarie corrisponde ad un massimo di 3 ^um.
L'invenzione verrà meglio illustrata alla luce dei seguenti esempi 1-4 e degli esempi di confronto A, B e C. I dati riguardanti gli esempi e le proprietà dei mattoni di silice sono contenuti nella tabella.
Si produce secondo l'esempio 1 un miscuglio di partenza costituito da 88% in peso di quarzite con grandezza granulometrica da 0 a 3 mm, 10% in peso di silicio con una grandezza granulometrica massima di 44 /jm e 2% in peso di silice pirogena. Il miscuglio di partenza contiene come aggiunta 2% in peso di farina di calcaree, 3% in peso di latte di calce e 1% in peso di legante organico. Si producono mattoni di silice delle misure usuali per forni da coke, e si cuociono ad una temperatura di cottura massima di 1440°C in condizioni di cottura normalizzate per mattoni di silice, il tempo di sosta aggirandosi su 150 ore a temperature superiori a 1000°C. I mattoni di silice in seguito ad una elevata trasf ormaz ione {densità 2,33 g/cm e quarzo residuale 0,5%) possiedono nello stesso tempo un elevato peso specifico apparente, e il tenore residuale di silicio elementare si aggira su 1,2% in peso .
Negli esempi 2-4, si ripete il modo di operare dell'esempio 1. La tabella mostra che rispetto all'esempio 1 , con il massimo tenore richiesto di silicio elementare nel miscuglio di partenza, l'esempio 2 presenta nel mattone cotto un minor tenore residuale di silicio, a parità approssimativa delle altre proprietà. Gli esempi 3 e 4 rappresentano preferibilmente ambiti del procedimento secondo l 'invenzione. Si ottengono mattoni di silice con elevato peso specifico apparente e bassi valori per le proprietà di porosità, permeabilità ai gas e silicio residuale.
Nella prova di confronto A il modo di procedere dell 'esempio 1 viene ripetuto, non impiegando tuttavia nè silicio elementare nè silice pirogena nel miscuglio di partenza. I mattoni di silice ottenuti possiedono un basso peso specifico apparente e una elevata porosità. Gli esempi B e C presentano come componenti un contenuto di silicio elementare nel miscuglio di partenza per cui si ottengono mattoni di silice i quali
pur avendo già un peso specifico apparente alquanto aumentato rispetto all'esempio A, presentano tuttavia
un elevato tenore di silicio residuale, di 1,6% in peso e più.
Rispetto agli esempi di confronto A, B, C, si ottengono secondo gii esempi 1-4 mattone di silice secondo il procedimento dell'invenzione, che si distinguono per proprietà vantaggiose, come elevato peso specifico apparente, bassa porosità, bassa permeabilità ai gas e un basso tenore residuale di silicio eiementare .
TABELLA
(Dati quantitativi in % in peso)
Esempi e rispettivamente 1 3 4 A B
prova di confronto
Quarzite o - 3 mm 88 90 93 90 100 95 90 Si lieto metallico < 44 um IO 8 5 5 s 10 Silice pirogena < 3 um 2 2 2 5
Farina di calcare 0 7 7 1 T -i 1 i Latte di calce 3 3 7 3 3 ; ! ? Legante organico 1 1 1 1 1
Proprietà: peso specifico 5 _ _ -_ apparente R (g/cm3) 1 , 8? 1,87 1,96 1,91 1,93 1 c 1. Qi Porosità aperta P (Vol.-%) 18,0 18 , 8 14,3 16.5 21.0 20,0 19.5 1 Permeabilità ai gas °(Nperm) 7.5 8,0 't 1 3 , 1 11.0 10.5 8,5 1 Densità g/cm3 2,33 2.33 2,33 « o— « ^ -· 7 «-· 2.33 2, 33 2.33 «esist.alia ccnpress.a rreooo N/mm2 47 50 82 61 40 45 46 Quarzo residuale, % in peso 0.5 0.5 0.5 0 , 5 0.5 1,0 - r Silicio residuale % in peso 1,2 1,0 0,25 0 ,53 1 , 6 t.12
Claims (3)
- RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la produzione di mattoni di silice con aumentato peso specifico apparente, a partire da un miscuglio di partenza con qurzite granulata a gradini (silice) e silicio elementare, caratterizzato dal fatto che il miscuglio di partenza contiene da 0,5 a 10% in peso di silicio elementare di grandezza granulometrica fino a 75 ^um e da 1,5 a 8% in peso di silice pirogena amorfa finemente suddivisa, in base ai componenti quarzite, silicio e silice pirogena nel miscuglio di partenza.
- 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il miscuglio di partenza contiene da 3 a 6% in peso di silicio elementare e da 1,5 a 5% in peso di silice pirogena.
- 3. Procedimento secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la silice pirogena possiede una grandezza delle particelle primarie da 2 a 3 /um .
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