PT93323A - Isolamento para um dispositivo de aquecimento de alta temperatura e utilizacao do mesmo - Google Patents

Description

Descrição referente à patente de invenção de llffl HIGH EHERM GmbH, alemã, industrial e comer ciai, com sede em Heinrich--Hertz-Platz 1, D-8459 Eirsch-bach 1, República federal Alemã (inventor: Dipl.-Ing. Horst Linnj residente na Alemanha Oei dental), para "ISOIAITOOO PARA DM DISPOSITIVO DE AQUEGDMTO DE A11A TEMPBRA1IJRA 1 UlILIZA-ClO DO MESMO».

DESORIQAO A presente invenção refere-se a um isolamento para um dispositivo de aquecimento de alta temperatura, prevendo-se, para evitar abaulamentos devidos à temperatura, elemen tos de reforço em forma de barras, de um material cerâmico pa ra o material de isolamento, e a uma utilização deste isolamento ·

Para os dispositivos de aquecimento de temperaturas elevadas, tais como em especial fornos de temperaturas e-levadas, utiliza-se como material isolante por exemplo um material de fibras em forma de placas, cuja composição ê baseada por exemplo em silicato de alumínio, óxido de alumínio, óxido de zinco, ou similares e que apresenta uma densidade com valo res contidos na gama da ordem de grandeza de 50 a 600 kg/m^. Este material de fibras pode ser misturado com pós apropria-

M.A - 1 -

dos. Em vez de, ou em combinação com um material de fibras po dem também usar-se como material isolante materiais isolantes microporosos ou materiais isolantes com partículas com a forma de esferas ocas, apresentando os materiais isolantes mencionados em último lugar uma densidade que -é igual à densidade atrás referida. Gomo elementos de reforço utilizavam-se até agora em especial barras de óxido de alumínio sinterizado. Estas barras podem apresentar.uma secção transversal maciça ou oca. Os elementos de reforço em forma de barras de óxido de alumínio sinterizado são de facto relativamente baratas, mas apenas podem usar-se, a longo prazo até cerca de 1600°0 e a curto prazo no máximo até cerca de 1700°C. A temperaturas superiores a 1 700°C, por exemplo necessárias em fornos para a sinterização de óxidos, nitretos, boretos, carbonetos ou si milares, aparecem abaulamentos do isolamento e dos elementos de reforço indesejados, bem como danos dos elementos calefac-tores, de modo que já após um intervalo de tempo de utilização relativamente curto de um forno de altas temperaturas com elementos de óxido de alumínio sinterizado se torna necessário substituir os elementos de reforço e o material de isolamento. Isso não só implica custos de mão-de-obra, como também outros custos elevados, porque os materiais isolantes de fibras do tipo atrás mencionado são caros.

Devido aos problemas atrás mencionados, no caso da utilização de elementos de reforço de cerâmica sinterizada foi-se até agora forçado a colocar os elementos de reforço no isolamento de ura forno ou similar de.modo tal que a sua tempe. ratura não suba além dos valores limites indicados. Isto significa que há certas limitações na construção dos fornos. 0 mesmo.sucede de resto também para a utilização de barras de reforço metálicas, como as mencionadas por exemplo nas patentes US 4 157 001, 4 429 504 e 4 381 634. Também esses elementos de reforço só podem ser usados até determinados limites superiores de temperatura, de modo que, mesmo no caso de se utili zarem elementos de reforço metálicos, são postas limitações - 2 -

aos fornos, tanto no que respeita à temperatura de serviço co mo à sua construção.

Da patente DE-OS 31 29 383 é conhecido um elemento construtivo resistente ao fogo, de fibras cerâmicas, q.ue apresenta um elemento de reforço interior, que pode ser fabri cado de uma liga metálica resistente ao aquecimento, de argila refractária ou de óxido de .alumínio. Este elemento de reforço tem no entanto não a forma de barra mas sim de calha e é embebido no material isolante de fibras, sendo a fixação do elemento de reforço possível pelo facto de o elemento de reforço ter a forma de uma malha. Também este elemento de refor ço conhecido não possui a resistência em geral necessária. A-lém disso, é muito complicado o fabrico e o embebimento do e-lemento de reforço conhecido.

Da patente DE-PS 38 03 681 é conhecida uma âncora metálica para a retenção de um isolamento que deve ser envolvido por uma manga de material cerâmico. 0 isolamento pode nesse caso ser feito de um material de fibras cerâmicas. Para as mangas de ancoragem utilizam-se materiais cerâmicos usuais policristalinos, de modo que são de esperar os problemas indi cados da cerâmica sinterizada.

Então, o objecto da presente invenção consiste em proporcionar um isolamento do tipo indicado na introdução que possa ser usado ate temp eraturas de serviço da ordem de gran deza de 1 900°C, sem que se verifiquem curvaturas ou abaula-mentos indesejados do isolamento ou dos elementos de reforço, respectivamente, devendo além disso oriar-se a possibilidade de estruturar e construir o dispositivo de aquecimento de maneira amplamente livre.

Segundo a presente invenção, este problema resol-ve-se se os elementos de reforço forem feitos de material cerâmico monocristalino. - 3 - 1

Os elementos de reforço de material monocristali-no apresentam, em comparação com os elementos de reforço conhecidos de material sinterizado, isto é policristalino, em especial de óxido de alumínio sinterizado, a vantagem de serem muito resistentes às variações de temperatura e indeformá veis ate temperaturas muito elevadas, da ordem de grandeza de cerca de 1 900°C. Os isolamentos dotados de tais elementos de reforço podem ser usados para dispositivos de aquecimento a temperaturas elevadas, como por exemplo fornos de sinterização cuôa temperatura de serviço pode atingir 1 900°Q e mais, sem que se verifiquem curvaturas indesejadas dos elementos de reforço. Deste modo também se protege contra abaulamentos inde-sejados o isolamento reforçado pelos elementos de reforço. Em consequência da elevada resistência à temperatura dos materiais cerâmicos monocristalinos resulta além disso a vantagem de que os elementos de reforço podem ser colocados também em sítios onde reinam temperaturas comparativamente elevadas, de modo que num procedimento segundo a presente invenção é perfeitamente possível prever construções de tipo completamente novo de fornos, em especial construir isolamentos nos quais os elementos de reforço fiquem expostos a temperaturas elevadas. A utilização de material cerâmico monocristalino não pode considerar-se de maneira nenhuma como evidente, ernbo ra fosse conhecido que este material suporta temperaturas ele vadas. 0 material cerâmico monocristalino até agora apenas foi utilizado devido às suas características ópticas especiais e a sua resistência contra meios agressivos, também no caso da temperatura elevada. Mas nunca foi considerada até agora a utilização em elementos solicitados mecanicamente, como se trata no caso dos elementos de reforço, porque o material cerâmico monocristalino é extraordinariamente sensível aos esforços mecânicos.

Da patente DE-AS 24 61 801 é de facto conhecido - 4 -

um material resistente ao fogo, no qual numa matriz estão con tidos monocristais sob a forma triturada. Mas aí, os monocris tais não estão sujeitos a esforços mecânicos especialmente, de modo que a utilização conhecida de material cerâmico mono-cristalino não pode ser comparada com a utilização de materiais correspondentes em elementos de reforço solicitados mecanicamente.

Os elementos de reforço consistem convenientemente num material monocristalino cerâmico de óxido. Trata-se neste caso de preferência de óxido de alumínio monocristalino, isto é safira. Evidentemente, seria também possível que os e-lementos de reforço fossem feitos de um material cerâmico monocristalino não de óxido. Neste caso pode tratar-se de material monocristalino de boreto, nitreto e/ou carboneto»

Os elementos de reforço de material monocristalino podem ser presvistos junto do material isolante e encostados ao mesmo. Uma outra possibilidade consiste em prever os elementos de reforço em cavidades do material isolante. Inde-pendentemente do facto de os elementos de reforço se encostarem exteriormente ao material isolante ou serem colocados em cavidades do material de isolamento para isso previstas, consegue-se, por meio dos elementos de reforço de material cerâmico monocristalino, a vantagem de o isolamento assim formado resistir à formação de abaulamentos indesejados, até temperaturas de 1 900°0 e mais elevadas, mesmo que essas altas tempje raturas actuem no isolamento durante muito tempo. Em ensaios de duração determinou-se que um isolamento deste tipo resiste a temperaturas da ordem de grandeza de 1 900°C ao longo de se manas, sem que se verifique o abaulamento do isolamento.

Os elementos de reforço podem ser formados com u-ma secção transversal cheia ou oca. 0 isolamento segundo a presente invenção pode ser - 5 -

usado em ligação com qualquer fonte de aquecimento ou de irra diação. Esta fonte de aquecimento ou de irradiação pode ser um elemento calefactor eléctrico, um aquecimento por microon-das, um queimador ou qualquer fonte de radiação de infraverme lhos.

Em comparação com os isolamentos usados até agora para tais temperaturas elevadas com material resistente ao fo go compactado como material isolante, utilizado por ezemplo com fontes de radiação infravermelha aquecidas com gás, resul ta com o isolamento segundo a presente invenção a vantagem de que a potência nominal, quando se usa o isolamento segundo a presente invenção, se reduz de metade a um quarto da potência nominal de uma fonte de radiação infravermelha isolada por meio de material resistente ao fogo comprimido (economia de energia).

Uma utilização preferida do isolamento segundo a presente invenção I em fornos de alta temperatura para temperaturas de serviço de cerca de 1 900°C. Sais fornos de altas temperaturas são por ezemplo usados para a sinterização de ce ramicas de ózidos, de peças de construção de nitreto de silício ou de nitreto de horo, usadas por ezemplo em electrénica, na indústria da construção, na técnica da medicina, na técnica dos foquetões, no desenvolvimento de motores ou cerâmicas técnicas especiais, e similares.

Outros pormenores e vantagens resultam da descrição seguinte de formas de realização, representadas esquemati camente nos desenhos anexos, do isolamento para um dispositivo de aquecimento para temperaturas elevadas. As figuras dos desenhos representam: A fig. 1, um corte de uma secção de isolamento nu ma direcção paralela aos elementos de reforço; A fig. 2, uma vista do isolamento segundo a fig. - 6 -

1 na direcção da sete (II); A fig, 3, uma representação em oorte corresponder te à fig. 1 de uma outra forma de realização do isolamento; A fig. 4, uma vista do isolamento da fig. 3 obser vado no sentido da seta (IV); A fig.-5» alguns perfis da secção transversal de elementos de reforço; e A fig. 6, uma vista de um elemento de reforço ou elemento de ancoragem, numa secção do mesmo vista de cima.

As fig. 1 e 2 mcsfcram um material isolante (10), que de preferência é um material de fibras em forma de placa* Em vez de um material de fibras, por exemplo de silicato de alumínio, de óxido de alumínio, de óxido de zircónio, ou simi lar, a que pode eventualmente misturar-se um pó, pode também utilizar-se um material isolante mioroporoso ou um material i solante com partículas esféricas ocas. A densidade do material

O O isolante está entre cerca de 50 kg/nr e 600 kg/m , de prefe-

o O rência entre 80 kg/mJ e 500 kg/nr na face do material isolante (10) voltada para o dispositivo de aquecimento (não representado) aplicam-se à superfície (12) do material isolante (10) elementos de reforço (14), dos quais na fig. 1 apenas se vê um. A partir da fig. 2, pode ver-se que os elementos de re forço (14) estão afastados uns dos outros, estreitamente encqs tados a superfície (12) do material isolante (10). Os elementos de reforço (14) são aqui formados como barras de secção maciça circular. la fig. 5 estão indicadas várias formas de outras secções dos elementos de reforço em forma de barra. Assim, é por exemplo possível formar os elementos de reforço (14) com a forma tubular em secção transversal, com a configuração de coroa circular, com uma secção transversal exteriormente com - 7 -

a forma de polígono regular e uma cavidade interior circular, com uma secção rectangular achatada, com uma secção transversal maciça quadrada, com uma secção transversal exteriormente quadrada com uma cavidade central, ou qualquer outra. A fig. 6 mostra, por exemplo, uma secção de um elemento de reforço (14), em forma de tira ou fita e dotada com furos de passagem (16).

As fig. 3 e 4 mostram uma forma de realização do isolamento, numa secção do mesmo, de um material isolante (10) em forma de placa, podendo tratar-se de um material de fibras, de um material isolante microporoso, de um material i-solante com partículas esféricas ocas ou similares, e está provido de furos de passagem (18), que, ruma secção média, es tão afastados uns dos outros, através dos quais penetra o material isolante. Sm cada uma das aberturas (18) está colocado um elemento de reforço (14), cujas dimensões da secção transversal estão adaptadas às dimensões interiores das aberturas de passagem (18).

Os elemento de reforço (14) são constituídos por um material cerâmico monocristalino de óxido ou não de óxido. Por meio do material de cerâmica monocristalino dos elementos de reforço (14), estes são indeformáveis até temperaturas da ordem de grandeza de 1 900°0, ou superiores, de modo que se impede o abaulamento indesejado do isolamento.

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Claims (1)

1. REIYIgDIGAOÕES - 1§ - Isolamento para um dispositivo de aquecimento de alta temperatura, no qual se prevêm, para impedir abaulamen-tos devidos à temperatura, elementos de reforço em forma de barras de um material mecânico para o-material isolante, ca-racterizado por os elementos de reforço (14) serem feitos de um material cerâmico mono cristalino. -2ã- Isolamento de acordo com a reivindicação 1, caraç. terizado por os elementos de reforço (14) serem feitos de um material cerâmico de óxido monocristalino. - 3S - Isolamento de acordo com a reivindicação 2, cara£ terizado por os elementos de reforço (14) serem feitos de óxi do de alumínio monocristalino. -4B- Isolamento de acordo com a reivindicação 1, carajç terizado por os elementos de reforço serem feitos de um material cerâmico monocristalino sem óxido. - 5- - Isolamento de acordo com a reivindicação 4, cara_o terizado por os elementos de reforço (14) serem feitos de um material monocristalino de boreto, nitreto e/ou carboneto. - 9 - - 6a Isolamento de acordo com as reivindicações 1 a 5» caracterizado por os elementos de reforço (14) serem previstos ao lado do material isolante (10) e encostados a este. -7a- Isolamento de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5* caracterizado por os elementos de reforço (14) se rem previstos em cavidades (18) do material isolante (10). -8a- Isolamento de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por serem utilizados em fornos de temperaturas elevadas, para temperaturas de serviço de cer ca de 1 900°0. A requerente reivindica a prioridade do pedido alemão apresentado em 4 de Março de 1989, sob o ns P 39 06 986.9. Lisboa, 2 de Março de 1990 G ΜΞ1ΤΏ Φ8Ε3£3. BL ESGP1I35-A03

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