ITMI942254A1 - Impiego di un mattone ceramico refrattario per il rivestimento di forni rotativi per cemento - Google Patents
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Abstract
L'invenzione riguarda l'impiego di un mattone ceramico refrattario a base di MgO con una percentuale in massa fra il 3 e il 23% di un MgO x Al2O3 presintetizzato (spinello MA) con un tenore di Al2O3 fra il 75 e il 95% in peso per il rivestimento di forni rotativi per cemento.
Description
Descrizione dell'invenzione avente per titolo:
"IMPIEGO DI UN MATTONE CERAMICO REFRATTARIO PER IL RIVESTIMENTO DI FORM ROTATIVI PER CEMENTO"
DESCRIZIONE
L'invenzione riguarda l'impiego di un mattone ceramico refrattario, per il rivestimento di forni rotativi per cemento.
Per il rivestimento di forni rotativi per cemento si sono affermati negli ultimi decenni soprattutto i mattoni refrattari basici a base di MgO.
Viene considerato un decisivo inconveniente dei mattoni di magnesia pura di fatto che il modulo di elasticità dei mattoni sia relativamente elevato e i mattoni presentino soltanto scarsa flessibilità strutturale.
Secondo DE 36 17 904 C2 il modulo di elasticità dei mattoni di magnesia pura è compreso fra 60 e 100 kN/mm2.
E' inoltre noto che il minerale di cromo migliora la resistenza alle variazioni di temperatura dei mattoni di magnesia. Però i prodotti contenenti minerale di cromo danno luogo a prodotti di reazione tossici.
Con i mattoni di spinello magnesiaco o periclasico sono disponibili prodotti alternativi, che non provocano alcuna emissione inquinante. Per accrescere la resistenza alla reazione dello spinello di MgO x AI2O3 (nel seguito denominato spinello MA) nei confronti del CaO e delle sostanze basiche con un rapporto CaO/SiO2 > 1,87 e ritardare così e/o ridurre quantitativamente la formazione di prodotti di degradazione contenenti calcare, la DE 36 17 904 C3 propone una composizione refrattaria per un mattone refrattario a base di spinello magnesiaco per il rivestimento con mattoni di forni rotativi per l'industria del cemento, con un tenore di magnesia sinterizzata pari ad almeno il 50 ma a meno dell'86,1 % in peso, un tenore di Klinker di spinello (spinello MA stechiometrico) superiore a 13,9 e fino a 50% in peso, riferito alla composizione complessiva, come supporto di AI2O3 e un tenore dell'l a 2% in peso, riferito alla quantità complessiva di clinker di spinello e magnesia sinterizzata, assunta pari al 100% in peso, di ossido di zirconio con granulometria < 0,06 mm. Quindi, uno spinello MA stechiometrico presintetizzato viene aggiunto in determinate percentuali di massa ad un mattone a base di MgO, congiuntamente con ossido di zirconio.
Da EP 0. 531 130 A2 è noto un procedimento per la fabbricazione di un prodotto refrattario, che è costituito dal 60 a 93% in peso di MgO a grossi grani, dal 5 al 30% in peso di spinello MA stechiometrico a grossi grani e dall' 1 al 15% in peso di AI2O3 finemente suddiviso nonché da diversi altri additivi.
Il prodotto refrattario così· ottenuto è destinato a presentare una miglior resistenza al calore, particolarmente a temperature superiori a 2300 °F (1260°C) e a trovare impiego nei forni rotativi per cemento.
L'aggiunta di un componente alluminoso finemente suddiviso è considerata un fattore importante. L'Al203 finemente suddiviso è inteso a migliorare il legame ceramico e metere a disposizione una fonte alluminosa per la formazione in situ di spinello MA (stechiometrico).
Per applicazioni metallurgiche, DE 35 32 228 C2 descrive una composizione refrataria, costituita da 10 a 30% in peso di parti di uno spinello MA, che contiene da 40 a 70% in peso di AI2O3 e da 25 a 60% in peso di MgO nonché da 90 a 70% in peso di parti di un materiale a base di ossido di magnesio. In tale brevetto viene fatto presente che il tenore di AI2O3 non deve essere inferiore al 40% in peso, perché ciò presenta inconvenienti per quanto riguarda la resistenza alle variazioni di temperatura del materiale refrattario. Anche un tenore di AI2O3 superiore al 70% in peso viene indicato come pregiudizievole, perché intorno ai corpi cristallini di spinello vengono formati troppi cristalli di corindone, per cui la resistenza alla corrosione del materiale refrattario non può venire migliorata.
Così pure, un mattone refrattario a base di magnesia sinterizzata e spinello MA è descritto in DE 34 45 482 Al. Il tenore di AI2O3 dello spinello impiegato si aggira secondo la tabella II sul 66,2% in peso e quindi al di sotto di quella di uno spinello MA stechiometrico con il 71,8% in peso di AI2O3. La scelta del materiale nota da DE 34 45 482 A 1 dà luogo ad una resistenza alla compressione a caldo a oltre 1740°C e ad uno scorrimento a compressione tra -3 e -5 % a 1400°C dopo 24 ore sotto un carico di 0,2 N/mm^.
La pubblicazione commerciale ALCOA "New Spinel Materials for Reffactory Linings in thè Steel- Making Sector" deriva da una memoria presentata al Feuerfest-Kolloquium in Aachen, ottobre 1992. In essa si riferiva su nuovi materiali contenenti spinelli per rivestimenti refrattari nell'impiego metallurgico. In particolare la pubblicazione commerciale riguarda materiali per colata per siviere per acciaio con impiego di spinelli MA iperstechiometrici, per esempio con rispettivamente il 78 e il 90% in peso di AI2O3, ove lo spinello MA deve venire impiegato in percentuali di massa tra il 23 e il 25%. Le masse per colata devono in particolare dar luogo ad un miglioramento della durevolezza nei riguardi delle scorie. L'impiego di uno spinello iperstechiometrico in combinazione con argilla reattiva viene considerato un presupposto obbligatoriamente necessario.
E' scopo dell'invenzione indicare una possibilità di migliorare la resistenza alle variazioni di temperatura e la flessibilità della struttura di mattoni ceramici refrattari a base di MgO per il rivestimento di forni rotativi per cemento. A tale riguardo l'invenzione propone l'impiego di un mattone ceramico refrattario a base di MgO con una percentuale in massa fra 3 e 23% di uno spinello di MgO per AI2O3 (MA) con un tenore di AI2O3 fra 75 e 95% in peso per il rivestimento di forni rotativi per cemento.
Si è constatato che l'impiego di quantità relativamente piccole di uno spinello MA iperstechiometrico in mattoni a base di MgO dà luogo ad una riduzione caratteristica del modulo di elasticità dei mattoni e quindi ad un potere di riduzione delle tensioni dei mattoni nettamente migliorato.
In ricerche è stato accertato che lo spinello MA iperstechiometrico alla cottura del mattone (preferibilmente fra 1450 e 1550°C), si trasforma in spinello stechiometrico e corindone (AI2O3). Il corindone viene quasi protetto dallo spinello MA iperstechiometrico nei riguardi di altre reazioni con la matrice di MgO. Contemporaneamente, alla cottura del mattone avviene un ritiro del granulo di spinello MA aggiunto. Ciò fa si che i granuli di spinello MA e la matrice di MgO dopo la cottura siano separati tra loro da strette cavità.
Questo fenomeno chiarisce anche il perché anche percentuali in massa relativamente piccole, per esempio dei 3, 5 o 10% dello spinello MA iperstechiometrico siano sufficienti per ottenere gli effetti desiderati. Grazie alle cavità il mattone è in grado di sopportare maggiori tensioni termiche e meccaniche, perché le regioni delle cavità, al manifestarsi di una cricca, ne ritardano la propagazione o la impediscono totalmente. Ciò dà luogo, come risultato, ad un miglioramento della flessibilità strutturale e ad una più elevata resistenza alle variazioni di temperatura, che sono di grande rilevanza per l'applicazione citata.
Questo aspetto della struttura, importante per l'applicazione dei mattoni come rivestimento di forni rotativi per cemento, è realizzabile soltanto se uno spinello MA iperstechiometrico trova impiego con i suddetti tenori di AI2O3. L'aggiunta di particelle di argilla finemente suddivise ad uno spinello MA stechiometrico a grossi grani, come è proposto in EP 0 531 130 A2, dà luogo per contro ad un risultato esattamente inverso, ossia alla formazione in situ delle particelle in eccesso di AI2O3 con il materiale di matrice di MgO ottenendo spinello MA.
La struttura conseguentemente diventa anche più compatta di quella interrotta da cricche (cavità), come nell'ambito dell'impiego secondo l'invenzione.
Il vantaggio ottenibile con l'impiego di uno spinello MA iperstechiometrico deve sorprendere anche alla luce della pubblicazione commerciale ALCOA perché in essa innanzitutto l'impiego di uno spinello MA iperstechiometrico viene descritto esclusivamente per applicazioni metallurgiche, e d'altro canto la combinazione dello spinello MA iperstechiometrico con argilla reattiva viene considerato un presupposto obbligatorio.
Secondo una forma di esecuzione è previsto di impiegare uno spinello MA il cui tenore di AI2O3 sia compreso fra 75 e 90% in peso.
Come già sopra indicato, la percentuale in massa dello spinello MA iperstechiometrico può essere relativamente piccola e secondo una forma di esecuzione è compresa soltanto fra 5 e 15% in peso, riferito all'intera miscela del mattone.
Lo spinello MA iperstechiometrico può essere sia uno spinello sinterizzato che uno spinello fuso. A prescindere dalle diverse percentuali in massa di MgO e AI2O3, per la produzione dello spinello MA iperstechiometrico si può ricorrere ai processi di produzione che sono noti per spinelli MA stechiometrici. Il "Feuerfeste Werkstoffe", Deutscher Verlag fur Grundstoffmdustrie GmbH, Leipzig, prima edizione 1990, 247 descrive possibili processi di produzione.
Altre caratteristiche dell'invenzione si desumono dalle caratteristiche delle rivendicazioni dipendenti nonché dalla rimanente documentazione della domanda.
L'invenzione verrà meglio chiarita nel seguito con riferimento ad esempi di esecuzione diversi.
La tabella 1 mostra 3 composizioni, nelle quali la composizione A serve da esempio comparativo che riguarda un mattone a base di MgO con una percentuale del 4,5 % in massa di spinello stechiometrico.
Lo spinello stechiometrico della composizione A è stato sostituito nella composizione B dal 7,5 % in peso di spinello MA con un tenore di AI2O3 del 78 % in peso e nella composizione C dal 6,5% in peso di uno spinello MA col 90% in peso di AI2O3.
I valori di prova fisici documentano che il potere di riduzione delle tensioni interne a 1100°C/ lNm dopo due ore (in %) poteva venire migliorato nettamente con mattoni secondo l'invenzione, e il modulo E dei mattoni secondo l'invenzione è in parte nettamente al di sotto di quello del campione comparativo A.
Claims (7)
- RIVENDICAZIONI 1. Impiego di un mattone ceramico refrattario a base di MgO con una percentuale in massa fra 3 e 23% di un MgO x AI2O3 (spinello MA) presintetizzato con un tenore di AI2O3 tra il 75 e il 95% in peso per il rivestimento di fori rotativi per cemento.
- 2. Impiego secondo· la rivendicazione 1 con l'accorgimento che il tenore di AI2O3 dello spinello MA è compreso fra 75 e 90% in peso.
- 3. Impiego secondo la rivendicazione 1 o 2 con l'accorgimento che la percentuale dello spinello MA nel mattone è compreso tra 5 e 15% in peso.
- 4. Impiego secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3 con l'accorgimento che il mattone è stato cotto ad una temperatura fra 1450 e 1550°C.
- 5. Impiego secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4 con l’accorgimento che lo spinello MA è uno spinello sinterizzato.
- 6. Impiego secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5 con l'accorgimento che 10 spinello MA è stato impiegato in una frazione granulometrica inferiore a 3 min, preferibilmente inferiore ad 1 mm.
- 7. Impiego secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6 con l'accorgimento che 11 materiale matrice di MgO è stato impiegato in una frazione granulometrica inferiore a 5 mm, compresa una frazione in polvere.
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