MX2013000307A - Elemento estructural refractario. - Google Patents

Abstract

Se proporciona un elemento estructural refractario que es {útil para revestir una superficie interna de una construcción típicamente utilizada como un horno u otro sistema de alta temperatura. Un elemento incluye una porción de poste asociada con una porción de bloque de extremo acampanado, por lo cual, la porción de bloque de extremo acampanado es compatible con otros elementos estructurales para formar una superficie de mosaico esencialmente continua cuando la pluralidad de elementos estructurales refractarios se tienden uno adyacente al otro. La porción de poste, opcionalmente, tiene una pluralidad de proyecciones decoradas en su superficie externa que pueden servir para ajustar la disipación de calor desde el elemento.

Description

ELEMENTO ESTRUCTU RAL REFRACTARIO Referencia Cruzada con Solicitudes Relacionadas Esta solicitud depende de y reclama la prioridad de la Solicitud de Patente Provisional de Estados U nidos de América No. 61 /362,489, presentada el 8 de julio de 201 0, cuyo contenido se incorpora aqu í como referencia en su totalidad.

Cam po d e la I n ve nc i ó n La presente invención se relaciona con materiales refractarios y, en particular, con un elemento estructural moldeado a partir del cual se construyen hornos y otras formas de horno de alta temperatura.

Antecede ntes de l a I n ve n c i ó n Una construcción convencional de alta temperatura, tal como un horno, se basa en el entrecierre de ladrillos rectilíneos para formar la construcción deseada. Los lados de los ladrillos con frecuencia se producen con ondulaciones para facilitar el entrecierre y limitar la transferencia de calor y material a lo largo de los lados de los ladrillos. Las variantes especializadas de tales ladrillos convencionales tienen un extremo confrontado hacia atrás con relación a la cara que define una superficie del horno o crisol, el extremo trasero se acopla con una proyección para formar una porción de techo para tal construcción.

Estos ladrillos convencionales tienen varias limitaciones para añadirse al costo de crear una construcción de alta temperatura y de su mantenim iento. Estas limitaciones incluyen un uso ineficiente de material a lo largo de los lados del longitudinal , entre la cara que define una superficie de la construcción de alta temperatura y la cara trasera, así como una capacidad limitada para adaptar las propiedades de la construcción formada con tales ladrillos con las condiciones de temperatura y corrosión asociadas con el uso propuesto de la construcción .

De este modo, existe la necesidad de un elemento estructural refractario que forme más eficientemente una porción de una construcción de alta temperatura. También existe la necesidad de un elemento estructural refractario que se pueda adaptar fácilmente, para así ser compatible con las condiciones térmicas y de composición que la construcción experimentará durante su operación .

Breve Descripción de la Invención El resumen anterior de la invención es provisto para facilitar la comprensión de algunas características novedosas únicas de la presente invención y no tiene la intención de ser una descripción exhaustiva. Una total apreciación de los diferentes aspectos de la invención se obtendrá al tomar en cuenta la especificación, las reivindicaciones, los dibujos y el resumen como un conjunto.

Un elemento estructural refractario es provisto, el cual se puede fabricar de una variedad de materiales cementosos que son útiles para recubrir una construcción expuesta a altas temperaturas internas u otras condiciones extremas. Un elemento estructural refractario se forma con una silueta que tiene una porción de poste, la porción de poste tiene un primer extremo y un segundo extremo, el segundo extremo está asociado con una porción de bloque de extremo acampanado; la porción de bloque de extremo acampanado incluye una cara, la cara tiene una dimensión en sección transversal que es mayor que la dimensión en sección transversal de la porción de poste. Esto proporciona un elemento que crea un extremo que llena el espacio y un espacio detrás del extremo de relleno de espacio.

En forma opcional , la porción de poste es continua con respecto a la porción de bloque de extremo acampanado o se forma de un material separado (igual o diferente), que entonces se asocia físicamente con la porción de bloque de extremo acampanado, ya sea en forma fija o removible. La porción de poste tiene una forma en sección transversal. La forma en sección transversal del poste es, opcionalmente, circular, elíptica o poligonal. El lado de la porción de poste, opcionalmente, puede estar decorado con protuberancias. Estas protuberancias incrementan el área superficial de la porción de poste con relación a un cilindro liso. Tales protuberancias pueden tener una variedad de formas que incluyen ondulaciones, espirales, lomos, marcas irregulares o una combinación de los mismos. La porción de poste también incluye, opcionalmente, un reborde que opera para acoplar un sujetador para asegurar el elemento con el substrato, tal como la superficie interior de la construcción.

El espacio creado por la forma de un elemento opcionalmente incluye material de relleno que rodea la porción de poste. Un material de relleno opcionalmente es fibra, perlita, vermiculita o combinaciones de los mismos.

La cara de la porción de bloque de extremo acampanado tiene la intención de estar dirigida hacia el interior de la construcción . La forma de esta cara, opcionalmente, es plana o arqueada. Una cara arqueada es opcionalmente convexa, cóncava, irregular o de otra forma. La porción de bloque de extremo acampanado tiene un primer borde que opcionalmente incluye una característica de contorno, en donde la característica de contorno tiene la forma para entrecerrarse con una característica complementaria de un artículo refractario complementario a ser ubicado adyacente al elemento estructural refractario. Un segundo borde de la porción de bloque de extremo acampanado, opcionalmente incluye una característica de contorno complementaria. Una característica de contorno complementaria, opcionalmente, tiene una forma complementaria a la característica de contorno. La forma de la característica de contorno o una característica de contorno complementaria es, opcionalmente, una lengüeta, una ranura, un pasador, un casquillo o combinaciones de los mismos.

En un lado opuesto a la cara, la porción de bloque de extremo acampanado, opcionalmente tiene la forma para incluir una o más paredes extendidas desde el borde de la porción de extremo acampanada hasta el segundo extremo del poste. Las paredes opcionalmente están en ángulo con relación al plano de la cara, en donde el plano está definido por los bordes externos de la cara. La porción de bloque de extremo acampanado tiene un espesor que opcionalmente es uniforme sobre el plano de la cara.

Opcionalmente, el espesor de la porción de bloque de extremo acampanado en el punto central es mayor que el espesor en el borde de la porción de bloque de extremo acampanado.

Un material cementoso refractario de calor, opcionalmente se usa para formar un elemento estructural refractario. Un material cementoso, opcionalmente, es cemento unido de fosfato.

Breve Descripción de los Dibujos La Figura 1 es una vista en corte parcial de un elemento estructural refractario novedoso (A) con un reborde que se puede asociar con un sujetador (B).

La Figura 2 es una vista en perspectiva de una modalidad alternativa del elemento estructural novedoso.

Las Figuras 3A-3C son porciones de bloque de extremo ejemplificativas de un elemento estructural refractario novedoso; y Las Figuras 4A-4C son perfiles de borde ejemplificativos de las porciones de poste del elemento estructural refractario inventivo.

Descripción Detallada de la Invención La siguiente descripción detallada de las modalidades particulares es solamente de naturaleza ejemplificativa y no tiene la intención de limitar el alcance de la invención, su aplicación o uso que, por supuesto, puede variar. La invención se describe con relación a las definiciones no limitantes y a la terminología aquí incluida. Estas definiciones y terminología no están diseñadas para funcionar como una limitación en el alcance o práctica de la invención, más bien se presentan con propósitos ilustrativos y descriptivos.

La presente invención tiene utilidad como un elemento estructural para la construcción de una construcción refractaria, tal como un incinerador, un horno, una chimenea o un crisol ; o conductos u otras estructuras en comunicación térmica con tal construcción. Un elemento inventivo opera al formar varias superficies de la construcción que incluyen la base, una pared lateral, el techo o una estructura tubular.

Con referencia ahora a la Figura 1 A, se muestra un elemento estructural refractario inventivo, generalmente con el número 1 0. El elemento 1 0 incluye una porción 12 de poste que tiene un primer extremo 14 y un segundo extremo 16. Una porción de poste tiene una longitud y una dimensión en sección transversal. La longitud es opcionalmente de 5 a 50 cm , o cualquier otro valor o intervalo entre ellos. La dimensión en sección transversal es opcionalmente de 0.5 a 1 0 cm. La porción de poste tiene un área en sección transversal que es opcionalmente circular, elíptica u otra forma curvilínea irregular o poligonal, tal como triangular, cuadrada, pentagonal , hexagonal u otros polígonos de cualquier número de lados.

Una porción 1 8 de bloque de extremo acampanado está asociada con el segundo extremo 16, ilustrativamente por estar continua con o unida con el segundo extremo 16. Aunque en la Figura 1 se ilustra una versión unida, unitaria de un elemento 10, una línea 20 punteada es provista para ilustrar una unión de un elemento 10 de múltiples partes. Se debe apreciar que la porción 1 8 de bloque de extremo acampanado está hecha del mismo material o de un material diferente que la porción 1 2 de poste. La porción de bloque de extremo acampanado tiene una cara 22. La cara 22 tiene la intención de quedar cerca a la fuente de calor o de otra forma definir una superficie de contención de la construcción. Opcionalmente, la cara 22 tiene la forma para ser un relleno de espacio. Como se utiliza aqu í, "relleno de espacio" se define como con la capacidad de propagarse a través y cubrir el espacio solamente para adaptarse a la forma de la cara. Con la unión de múltiples elementos 1 0, la cara 22 y los duplicados de la misma o las caras complementarias, cubren como losetas un espacio curvo o plano que opera en el contexto de una construcción para formar el piso, una pared lateral o un techo de una construcción.

Una cara, opcionalmente, tiene una dimensión en sección transversal que es de 1 0 a 50 cm o cualquier otro valor o intervalo entre ellos. La dimensión en sección transversal es opcionalmente la longitud de un borde, la diagonal, el diámetro u otra dimensión a través de la cara desde un borde hasta el otro borde.

La porción de bloque de extremo acampanado tiene un espesor que es uniforme a través de la dimensión en sección transversal de la porción de bloque de extremo acampanado, es irregular o gradual. El espesor se aprecia como suficiente en la dimensión más estrecha para proporcionar suficiente refracción de calor para su operación. En forma ilustrativa, el espesor es de 1 a 10 cm, o de cualquier valor o intervalo entre ellos.

En algunas modalidades, un elemento tiene una o más paredes extendidas desde un borde 23 hasta un segundo extremo 1 6.

Opcionalmente las paredes están inclinadas, de modo que la porción de bloque de extremo acampanado tiene un espacio en el centro que es mayor que el del borde. La relación del espesor del centro al espesor del borde de la porción de bloque de extremo acampanado es opcionalmente de 0. 1 -1 a 1 -0.1 . Como tal, la porción central de la porción de bloque de extremo acampanado opcionalmente es más gruesa o más delgada que en el borde. El número de paredes opcionalmente es idéntico al número de bordes de la porción de bloque de extremo acampanado. En forma ilustrativa, el número de paredes es 3, 4, 5, 6, 7, 8 o más. Una pared opcionalmente se inclina a un ángulo con relación al plano de la cara de la porción de bloque de extremo acampanado. Tales ángulos opcionalmente son de -20 grados a 60 grados o cualquier valor o intervalo entre ellos, dependiendo de las dimensiones relativas de la porción de bloque de extremo acampanado y de la porción de poste. La inclinación de una pared, opcionalmente es uniforme para así proporcionar una pared esencialmente plana, o es curva. Una pared curva opcionalmente incrementa en ángulo desde el borde hasta la porción de poste, o disminuye en ángulo desde el borde hasta la porción de poste. En algunas modalidades, una sola pared está presente, tal como una pared cónica o de globo que es continua con los bordes externos de la porción de bloque de extremo acampanado. Aunque las paredes de la Figura 1 A son esencialmente piram idales en forma, se debe apreciar que la porción de bloque de extremo acampanado no necesita tener paredes 24 inclinadas piramidales o una cara 22 que sea plana. Las porciones de bloque de extremo acam panado alternativas con relación a la 1 8 son provistas en las Figuras 3A-3C.

La porción 1 2 de poste tiene un lado 32 que, opcionalmente, incluye protuberancias mostradas generalmente con el número 34. Las protuberancias 34 decoran el lado 32 o están integradas con el lado 32. Las protuberancias pueden adoptar varias formas que ilustrativamente incluyen ondulaciones, espirales, lomos, marcas regulares o irregulares o combinaciones de los mismos. Las protuberancias sin considerar la forma, funcionan para incrementar el área superficial del lado 32. Esta área superficial adicional en el lado 32 permite una disipación de calor de radiación adicional, y proporciona además un área superficial adicional para el entrecierre del elemento 1 0 con otras piezas de unión y/o mortero. Además de las protuberancias 34, otros perfiles laterales ilustrativos para tales protuberancias se muestran en la Figura 2 y en las Figuras 4A-4C. Opcionalmente, cualquier forma para las protuberancias es operativa, siempre que la presencia de la forme incremente el área superficial del lado con relación a un cilindro liso.

Como se ilustra en la Figura 1 B, una porción 12 de poste opcionalmente, tiene un primer extremo 14 configurado para ser complementario con un sujetador 28, ya sea convencional o específico para el primer extremo 14. Un sujetador 28 está asociado en forma fija o removible con un ancla formada, opcionalmente, del ladrillo refractario que forma la superficie interna de la construcción. Como se ilustra en la Figura 1 B, un primer extremo 14, opcionalmente incluye un reborde 26 que es complementario con el sujetador 28 para proporcionar la asociación fija o removible del elemento 28 con el sujetador. Aunque la Figura 1 B ilustra un reborde en la configuración circular o elíptica, se debe apreciar que otras formas operan en forma similar, tal como una forma pentagonal o una forma irregular.

Opcionalmente, la porción 1 8 de bloque de extremo acampanado tiene un borde 23 que tiene una característica 25 de contorno para entrecerrase con una característica complementaria de otro artículo refractario (no mostrado), el otro artículo refractario, opcionalmente, es otro elemento 10 o un elemento con una forma complementaria con la porción de bloque de extremo del elemento 1 0 para unir mejor el elemento inventivo con elementos vecinos, y así formar una construcción de refractario más robusta. La porción de bloque de extremo acampanado, opcionalmente tiene 3, 4, 5, 6, 7, 8 o más bordes. Una porción de contorno en la porción de bloque de extremo acampanado en un primer borde, opcionalmente, es una característica complementaria para una porción con contorno en un borde diferente.

Aunque la característica 25 de contorno se muestra como una protuberancia, una característica de contorno complementaria es un rebajo (por ejemplo, ranura) como se ilustra en el 25' . Además de las características de contorno de lengüeta y ranura ilustrada en la Figura 1 A, se debe apreciar que otras características de contorno que son operativas, ilustrativamente incluyen colas de pato, pasador y caequillo, y otras características complementarias convencionales con otras uniones. Como tal , una característica de contorno es, opcionalmente, una lengüeta (opcionalmente, rectil ínea o curva) , una ranura (opcionalmente, rectilínea o curva) , en ángulo para así formar la junta de cola de pato, la forma de pasador tal como un tendón o una protuberancia cilindrica, o una forma de casquillo tal como una muesca (rectilínea o curva).

Un borde, opcionalmente, incluye una pluralidad de características con contorno, características complementarias o ambas. Las características con contorno y las características complementarias están interdispuestas para formar una superficie ondulada para entrecerrarse con otro elemento estructural refractario u otra superficie. El número de características de contorno o de características complementarias es, opcionalmente, 1 , 2, 3, 4, 5, 6 o más.

La Figura 2 es una vista en perspectiva de una modalidad alternativa de un elemento estructural mostrado, generalmente, con el n ú me ro 40 de referencia . El ele me nto 40 se form a de los m is m os materiales y con las mismas técnicas que el elemento 10. Además, el e leme nto 40 también es prope n so a l a formación de la porció n 42 de poste y la porción 48 de bloque de extremo acampanado como porciones unitarias o unidas consistentes con la descripción anterior, con relación al elemento 1 0. La cara 52 del elemento 40 se observa con una forma de hexágono regular y también es apropiado como relleno de espacio para cubrir como loseta un plano u otra superficie con forma. La porción 48 de bloque de extremo acampanado opcionalmente, tiene paredes 54 extendidas aproximadamente paralelas a la cara 52 en esta y otras modalidades. El poste 42 se ilustra como con un lado 62 definido por una protuberancia espiral . Un primer extremo 44 de la porción 42 de poste tiene un reborde 56 y está adaptado para acoplar en forma removible un sujetador de ancla opcionalmente, al igual que los convencionales en la técnica. Además de la porción 42 de poste que tiene una sección transversal circular, se debe apreciar que esta sección transversal se puede distorsionar fácilmente para formar una sección transversal elíptica. Además, se debe apreciar que la cara 52, además de ser plana, también se forma como arqueada para formar ya sea una superficie cóncava o convexa opcionalmente, como se ilustra en la forma ejemplificativa en las Figuras 3A-3C.

Debido a las propiedades de resistencia a temperaturas elevadas sobre 1 000° Celsius y a las propiedades de no mojado con relación a los metales fundidos, los cementos unidos de fosfato se pueden usar como la sustancia de la cual se forma el elemento. Se debe apreciar que se pueden util izar otros materiales cementosos para formar los elementos estructurales refractarios, lo cual depende de los requerimientos a la eventual exposición del elemento.

En algunas modalidades, el elemento estructural refractario está hecho de un material cementoso unido por fosfato que se forma de un componente con base de fosfato y un componente de tierra alcalina, tal como los descritos en la Patente de Estados Unidos de América No. 7,503,974. El componente de ion de tierra alcalina tiene como fuente principal una fuente de ion de calcio-aluminato-calcio de hepta-aluminato de dodeca calcio o aluminato tricálcico. El óxido de magnesio que se ha fusionado y triturado a un tamaño menor que 200 mieras, solo o en combinación con la fuente de ion de calcio de aluminato de calcio, también es provisto como el compuesto de ion de tierra alcalina.

Un compuesto con base de fosfato ejemplificativo incluye ácido fosfórico, fosfato de calcio, fosfato de potasio, fosfato de magnesio, fosfato de sodio, fosfato de aluminio, fosfato de amonio, fosfato de zinc, fosfato de boro y combinaciones de los mismos.

Un componente de ion de tierra alcalina, opcíonalmente, incluye óxido de magnesio, dolomita, óxido de zinc, óxido de aluminio, óxido de calcio, carbonato de litio, carbonato de bario, sulfato de bario, óxido de molibdeno, hidróxido de calcio, hidróxido de aluminio, óxido de estaño, óxido de níquel, óxido de hierro, óxido de titanio, óxido de cromo, hidróxido de cromo, dolomita, óxido de manganeso, óxido de zirconio, hidróxido de zirconio, NaOH, KOH, carbonato de sodio y carbonato de potasio.

El componente de ion de tierra alcalina puede ser predominantemente hepta-aluminato de dodeca-calcio (C^Ay o mayenita), alumínato de trícalcio (C3A), o una combinación de los mismos. El aluminato de calcio opcíonalmente tiene un tamaño promedio de partícula de menos que 100 mieras, opcíonalmente, 60 mieras o menos. Las cargas típicas de C12A7 es un material cementoso formulado inclusive de agregado es de 0.5 a 5 por ciento en peso total con C12A7 típicamente presente aproximadamente a un cuarto del porcentaje de peso de CA y/o aluminato de calcio CA2 utilizado en otros materiales cementosos. El C3A típicamente está presente de 0.3 a 4 por ciento en peso seco total de un material cementoso utilizado para formar un elemento estructural refractario.

Otros materiales que se pueden incluir en un material cementoso son, ilustrativamente, uno o más resinas fijadoras tales como: carbohidratos, tales como sacáridos y polisacáridos, almidón y sus derivados, tales como almidón pregelatinizado, dextrina y jarabe de maíz, sulfonato de naftaleno, polímeros de condensado de formaldehído, polímeros de condensado de formaldehído de sulfonato de melanina, compuestos policarboxílicos polihidróxidos, tales como ácido tartárico y ácido múcico, ácido lignosulfónico, y sales de cualquiera de las mitades ácidas antes mencionadas, como resinas fijadoras. Una resina fijadora opcionalmente está presente de 0.01 a 6 por ciento en peso seco total. Los plastificadores y agentes de optimización de resistencia, tales como fosfato insoluble, también están incluidos. Algunas modalidades incluyen uno o más dispersantes, tales como policarboxilatos y surfactantes convencionales en el campo. Opcionalmente, un material cementoso incluye uno o más defloculantes, tal como polialquilen-glicol de 0.05 a 1 por ciento en peso.

Un elemento estructural refractario, opcionalmente, se cura en un calentador de tambor con unidades de calentamiento internas. Una temperatura de calentamiento dentro del intervalo de 23°C a 66°C comúnmente se utiliza para este propósito. El calentamiento también promueve la capacidad de flujo del material viscoso. Los tipos ejemplificativos de calentadores incluyen calentadores de banda, calentadores de inmersión y gabinetes de calentamiento. Un calentador de banda está equipado con una carcasa de acero aluminizado que entrega hasta 3,000 Watts de energía de calentamiento con temperaturas de calentamiento operativas en el intervalo de 75°C a 205°C. Además, un lienzo o cubierta de área se utiliza para aislar el calentador de tambor.

Opcionalmente, un dispositivo de suspensión de temperatura se instala con el calentador con el propósito de evitar el sobrecalentamiento de los compuestos de base de fosfato.

En otras modalidades, un elemento estructural refractario se forma de un material cementoso que incluye una pluralidad de partículas de cerámica ag regadas y un aglutinante sinterizado con la pluralidad de partículas de cerámica agregadas, en donde el aglutinante incluye ortofosfato de aluminio cristalino distribuido en el aglutinante, como el resultado de la reacción de metafosfato de aluminio con alúmina. La pluralidad de partículas de cerámica agregadas, opcionalmente, incluyen partículas de bauxita. En algunas modalidades, la pluralidad de partículas de cerámica agregadas incluyen , por lo menos, un carburo de silicio, sílice ahumado o mulita.

Con el agregado refractario que contiene alúmina Al203, el metafosfato de aluminio reacciona para formar el ortofosfato de aluminio cristalino AIP04. El ortofosfato de aluminio es el producto termodinámico luego del calentamiento a una temperatura más alta que aproximadamente 580° Celsius, con una temperatura de descomposición de aproximadamente 1650° Celsius. El material cementoso resultante es apropiado para la incorporación de materiales de refuerzo, tales como fibras de acero y opera con un particulado agregado, que incluye carburo de silicio, mulita, alúmina, titanio y combinaciones de los mismos. Tal material cementoso se puede formar con una densidad mayor que el 90% de la densidad teórica y las resistencia de triturado en frío en exceso de 88 Newtons por milímetro cuadrado. A través del control del contenido de agua y aditivos convencionales, la forma fundida del elemento estructural refractario tiene una suficiente resistencia en verde para ser manipulado y, opcionalmente, maquinado antes del quemado para proporcionar un elemento estructural refractario con resistencia superior y resistencia alcalina, comparado con los materiales convencionales.

Un aglutinante para un material cementoso, opcionalmente incluye metafosfato de aluminio, que se mezcla con las partículas de cerámica agregadas y se procesa bajo condiciones para producir ortofosfato de aluminio como un aglutinante cristalino. El aglutinante de ortofosfato de alum inio tiene berlinita como una fase predominante. Se debe apreciar que el metafosfato de aluminio, como un precursor de aglutinante, se puede incluir en un estuche, ya que el metafosfato de aluminio es mucho menos hidroscópico comparado con el ácido fosfórico, más neutral de pH (alrededor de un pH de 5) y está comercialmente disponible en una variedad de tamaños de partícula. La reacción del metafosfato de aluminio con alúmina (también llamado bauxita aquí) para formar una fase aglutinante cristalina de ortofosfato de aluminio (tiempo llamado aquí como berlinita), se detalla con respecto a la siguiente ecuación : AI(P03)3 + Al203 --> 3 AIP04 (1 ) El ortofosfato de aluminio parece ser una fase termodinámicamente estable que se forma luego del calentamiento de reactivos, a una temperatura sobre aproximadamente 580° Celsius. Se debe hacer notar que el ortofosfato de aluminio tiene una temperatura de descomposición de aproximadamente 1 650° Celsius a una presión ambiental. Se debe apreciar que la tem peratura de formación de ortofosfato de aluminio varía de conformidad con las relaciones termodinámicas pronosticabas, cuando la reacción se lleva a cabo a diferentes presiones que la presión atmosférica. Se debe apreciar que la formación de una composición refractaria de conformidad con la presente invención ocurre fácilmente al quemar una forma verde de un artículo a través de presión isostática caliente (HIP). Se debe apreciar que un ortofosfato de metal mezclado se forma de conformidad con la reacción: AI(P03)3 + AL2.xM03 --> Al AL2.xMP04 (II) En donde M es Sb, Bi, B, Cr(lll); Er, Gd (III), In (III), Ni (III), Rh (III), Sm (III), Se (III), Tb (III), Ti (III), W (III), V (III), Yb (III), o Y (III) y x es 0, 1 ó 2.

La cantidad de metafosfato de aluminio presente para formar una matriz alrededor de la partícula de cerámica refractaria, depende de ciertos factores que incluyen el tamaño de las partículas de cerámica, la separación deseada entre partículas, la morfología, el tamaño de los cristales primarios y el estado óxido. Opcionalmente, el metafosfato de aluminio está presente entre 2 y 20 por ciento en peso total de la pasta de fundición del material cementoso totalmente formulado. La alúmina está opcionalmente presente en exceso de la estequiometría molar del metafosfato de alúmina. Se debe apreciar que la alúmina está presente como partículas de cerámica agregadas o, alternativamente, se añade como una cantidad menor de partículas de cerámica para la reacción con el metafosfato de alúmina.

Para facilitar el mezclado del agregado de partículas de cerámica y el metafosfato de alúmina como un precursor del aglutinante, se añade una cantidad de agua o de solvente orgánico para alcanzar una pasta de la viscosidad deseada. Tales solventes orgánicos ilustrativamente incluyen alcohol, cetonas, ésteres, éteres, amidas, aminas, glicoles, alcanos y sus similares. En forma opcional, tales solventes orgánicos son l íquidos por debajo de 200° Celsius y, opcionalmente, son l íquidos a 20° Celsius. Las cargas de agua o solventes, opcionalmente varían de 2-20 por ciento en peso total de una pasta de material cementoso totalmente formulado. En forma opcional, los aditivos se incluyen y se consumen durante la formación de berlinita; estos aditivos son provistos para promover la facilidad de manipulación. Tales aditivos Ilustrativamente incluyen surfactantes, monómeros o oligómeros orgánicos polimerizables, desfloculantes, polímeros y ácidos orgánicos, tales como cítrico y oxálico. Las personas experimentadas en la técnica pueden ajustar la viscosidad de la pasta y la resistencia en verde a través de la inclusión de tales aditivos, típicamente cada aditivo está presente de 0.01 -5 por ciento en peso total de una pasta de composición refractaria totalmente formulada. Se debe apreciar que la inclusión de materiales polimerizables orgánicos monoméricos o oligoméricos, que después de fraguarse pueden mejorar la resistencia en verde de la composición antes del quemado o reacción son de conformidad con la Ecuación (1 ) o (I I). El pol ímero resultante se descompone y, por lo tanto, no está presente en la composición refractaria resultante. Los ejemplos de tales polímeros orgánicos son ácidos acrílicos, acrilatos, polietilen-glicoles y éteres de policarboxilato, que se añaden como precursores poliméricos o como polímeros preformados como pasta soluble.

Las propiedades de manipulación de la pasta de material cementoso y la resistencia en verde de un elemento estructural refractario formado después de secarse, también se pueden modificar con la inclusión de aditivos no fáciles. Aunque la cantidad de tales aditivos no fáciles es controlada por factores que incluyen la resistencia en verde deseada, la composición refractaria, el ambiente de trabajo, la temperatura y la capacidad de corrosión, la resistencia al triturado en frío deseado y el tiempo de fraguado, el tiempo de trabajo, el tiempo de curado, las cargas típicas de tales aditivos no fáciles varía de 0. 1 a 10 por ciento en peso total de una pasta de material cementoso totalmente formulada. Los aditivos no fáciles representativos que operan aqu í incluyen cemento de alum inato de calcio, silicato de sodio, sílice ahumada, metal álcali o polifosfatos de tierra alcalina y sales orgánicas, tales como cítrica, oxálica o ácidos nítricos, cemento de silicato de calcio, silicato de potasio, silicato de litio. Opcionalmente, el aditivo no fácil está presente en una cantidad tal que el ortofosfato de aluminio forma una fase de matriz continua.

El agregado de partículas de cerámica incrustado dentro de un aglutinante de ortofosfato de al uminio, de conformidad con la presente invención, está limitado por las propiedades deseadas del material cementoso resultante y la compatibilidad con el aglutinante de ortofosfato de aluminio. Los agregados de partícula de cerámica operativos, ilustrativamente incluyen bauxita, alúmina tabular, mulita, carburo de silicio, sílice ahumada, rutilo y andalusita, silimanlta, magnesita, forsterita, cianita, Mg spinell y óxido de cromo. Las cargas típicas de partículas de cerámica agregadas varían de 50-95 por ciento en peso de una pasta de composición de refractario totalmente formulada. Los tamaños típicos de partícula agregada varían de 0.1 a 1 000 mieras. Se debe apreciar que las partículas agregadas pueden estar en una variedad de formas incluyendo esférica, polihédrica , irregular o combinaciones de las mismas.

Un material cementoso opcionalmente incluye fibras de refuerzo, tales como fibras de acero, como se detalla en la Patente de Estados Unidos de América No. 4, 366,255. Las fibras de refuerzo ilustrativas incluyen fibras de níquel y cromo y fibras sintéticas, tales como polipropileno (PP); polietileno (PE) y tereftalato de polietileno (PET). Opcionalmente, se utilizan fibras de acero que contienen aluminio dentro de la aleación de acero para formar una capa protectora de alúmina en la fibra de ace ro a una tem peratu ra e levada . Opcio na l m e nte , la fi bra de acero tiene de 0.05 a 8 por ciento atómico de contenido de aluminio. Otros rellenos de fibra de refuerzo operativos incluyen fibras de carbón, sabiendo que el quemado ocurre en una atmósfera de reducción. Las cargas típicas de fibras son de 0 a 50 por ciento en peso total de la composición refractaria utilizada para hacer el elemento estructural refractario.

Un material cementoso utilizado para formar el elemento estructural refractario, opcionalmente incluye uno o más componentes agregados. Un componente agregado típicamente está presente de 50 a 95 por ciento en peso seco total . Los agregados típicos ilustrativamente incluyen: arcilla de sílice, basalto de mulcoa, olivina, diatomita, vermiculita, perlita, moloquita, gibsita, cianita, multita, cromita, alúmina tabular, óxido de silicio, sílice, bauxita calcinada, óxido de cromo, zirconia, roca de fosfato y mezclas de los mismos.

Un elemento estructural refractario, opcionalmente, se funde de una variedad de materiales cementosos diferentes a los aquí descritos, tal como una variedad de materiales disponibles a la venta de Stellar Materials, I nc. , Boca Ratón, FL. Los ejemplos ilustrativos de materiales y método para su producción se pueden encontrar en las Patentes de Estados Unidos de América No. 6,447, 596 y No. 5,888,292.

El elemento, dependiendo de la forma, se puede fundir de dos partes o de múltiples partes de un molde a través de técnicas convencionales en la técnica.

Durante la operación, el elemento estructural refractario forma un espacio creado por la proyección de la porción de extremo acampanado hacia atrás del primer extremo, creado por las menores dimensiones de la porción de poste y el espacio que rodea los lados. Este espacio, opcionalmente, se llena con un material que ilustrativamente incluye fibras de cerámica, perlita, vermiculita y combinaciones de los mismos, solos o retenidos dentro de una matriz unida. El relleno de espacio con uno o más materiales de relleno permite al usuario ajustar la disipación de calor de radiación o las características aislante de una construcción asociada con uno o más elementos estructurales refractarios de las necesidades del usuario.

Las personas experimentadas en la técnica podrán apreciar que el elemento estructural refractario cumple el uso eficiente de un material cementoso, del cual se forma el elemento y a través del uso de un poste de menor dimensión con relación a la cara del elemento y la capacidad para formar cavidades dentro del elemento, para que el ajuste de las propiedades operativas del elemento se puedan controlar fácilmente, comparadas con los ladrillos convencionales.

La forma del elemento estructural refractario, opcionalmente se usa para recubrir la superficie de una construcción con una o más geometrías de superficie diferentes. Los elementos estructurales refractarios tienen la capacidad de formar un área superficial curva o plana mientras retiene la asociación hermética entre las caras de los múltiples elementos.

Varias modificaciones de la presente invención , además de las mostradas y descritas aqu í, serán evidentes para las personas experimentadas en la técnica a partir de la descripción anterior. Tales modificaciones tienen la intención de caer dentro del alcance de las reivindicaciones anexas.

Se debe apreciar que los materiales se pueden obtener de fuentes conocidas en la técnica, a menos que se especifique lo contrario.

Las patentes y publicaciones mencionadas en la especificación son indicativas de los niveles de la invención. Estas patentes y publicaciones se incorporan aquí como referencia, hasta el punto en que cada patente o publicación individual sea incorporado específicamente y en forma individual como referencia.

La descripción anterior es ilustrativa de las modalidades particulares de la invención, pero no tiene la intención de limitar la práctica de la misma. Las siguientes reivindicaciones, incluyendo los equivalentes de las mismas, tienen la intención de definir el alcance de la invención.

Claims (20)

REIVI N DI CACION ES

1 . Un elemento estructural refractario caracterizado porque comprende: un material cementoso en una forma que tiene una porción de poste, la porción de poste tiene un primer extremo y un segundo extremo; el segundo extremo está asociado con una porción de bloque de extremo acampanado; la porción de bloque de extremo acampanado incluye una cara; la cara tiene una dimensión en sección transversal que es más grande que la dimensión en sección transversal de la porción de poste.

2. El elemento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la porción de bloque de extremo acampanado es continua con respecto a la porción de poste.

3. El elemento de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque la porción de poste tiene un lado decorado con protuberancias.

4. El elemento de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque las protuberancias son ondulaciones, espirales, lomos, marcas irregulares o una combinación de los mismos.

5. El elemento de conformidad con la reivindicación 1 ó 3, caracterizado porque, además, comprende un material de relleno que rodea la porción de poste.

6. El elemento de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el material de relleno es fibra cerámica, perlita, vermiculita o combinaciones de los mismos.

7. El elemento de conformidad con la reivindicación 1 ó 3, caracterizado porque el primer extremo de la porción de poste incluye un reborde, que opera para acoplar un sujetador para asegura el elemento con el substrato.

8. El elemento de conformidad con la reivindicación 1 ó 3, caracterizado porque la cara es un relleno de espacio.

9. El elemento de conformidad con la reivindicación 1 ó 3, caracterizado porque la cara es plana o arqueada.

10. El elemento de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la cara es plana, arqueada convexa o arqueada cóncava.

1 1 . El elemento de conformidad con la reivindicación 1 ó 3, caracterizado porque la porción de bloque de extremo acampanado tiene un primer borde con el contorno con una característica de contorno, la característica de contorno tiene la forma para entrecerrarse con una característica complementaria de un elemento estructural refractario complementario.

12. El elemento de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizado porque la característica de contorno tiene la forma de una lengüeta, ranura, pasador o casquillo.

13. El elemento de conformidad con la reivindicación 1 1 , caracterizado porque el elemento tiene un segundo borde con una característica de contorno complementaria.

14. El elemento de conformidad con la reivindicación 1 ó 3, caracterizado porque la porción de poste tiene una forma en sección transversal circular o elíptica.

1 5. El elemento de conformidad con la reivindicación 1 ó 3, caracterizado porque la porción de poste tiene una forma en sección transversal poligonal .

16. El elemento de conformidad con la reivindicación 1 ó 3, caracterizado porque la porción de bloque de extremo acampanado tiene una pluralidad de paredes inclinadas; cada pared se extiende desde un borde de la porción de extremo acampanado con el segundo extremo del poste.

17. El elemento de conformidad con la reivindicación 1 ó 3, caracterizado porque la cara tiene un punto central y el espesor de la porción de bloque de extremo acampanado en el punto central es mayor que el espesor en un borde de la porción de bloque de extremo acampanado.

18. El elemento de conformidad con la reivindicación 1 ó 3, caracterizado porque el material cementoso es cemento unido de fosfato.

19. El elemento de conformidad con la reivindicación 1 ó 3, caracterizado porque se forma de un material cementoso esencialmente como se describe aquí.

20. Un elemento estructural refractario como se describe esencialmente aqu í.