BRPI0813416B1

BRPI0813416B1 - método para preparar um refratário monolítico

Info

Publication number: BRPI0813416B1
Application number: BRPI0813416A
Authority: BR
Inventors: W Connors Charles; W Anderson Michael; Shah Shirish
Original assignee: Magneco/Metrel Inc
Priority date: 2007-06-19
Filing date: 2008-06-17
Publication date: 2018-11-27
Also published as: SI2167434T1; WO2008157533A1; PL2167434T3; PT2167434E; CY1114505T1; JP2010530353A; DK2167434T3; KR101497729B1; ZA200909051B; BRPI0813416A2; AU2008265801A1; EP2167434A1; EP2167434B1; AU2008265801B2; US20080314085A1; CA2691078A1; CA2691078C; KR20100051596A; HRP20130801T1; JP5656629B2

Description

(54) Título: MÉTODO PARA PREPARAR UM REFRATÁRIO MONOLÍTICO (73) Titular: MAGNECO/METREL, INC., Sociedade Norte Americana. Endereço: 223 Interstate Road, Addison, lllinois 60101, ESTADOS UNIDOS DA AMÉRICA(US) (72) Inventor: CHARLES W. CONNORS; MICHAEL W. ANDERSON; SHIRISH SHAH.

Prazo de Validade: 10 (dez) anos contados a partir de 27/11/2018, observadas as condições legais

Expedida em: 27/11/2018

Assinado digitalmente por:

Alexandre Gomes Ciancio

Diretor Substituto de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados

1/8 “MÉTODO PARA PREPARAR UM REFRATÁRIO MONOLÍTICO”

CAMPO DA INVENÇÃO [001 ]A presente invenção geralmente se refere a composições refratárias especialmente úteis para fornos. Mais particularmente, a presente invenção se refere à sílica coloidal refratária para o revestimento de fornos, tais como fornos de vidro e de latão.

ANTECEDENTES [002]Os fornos de fundição de vidro são vasos alinhados refratários na forma de reservatórios para fundir e manter o vidro. Na operação de fundição, os materiais de entrada de criação do vidro são aquecidos a aproximadamente 1550 ^SC (2800F). Os materiais de fabricação do vidro normalmente incluem uma mistura de materiais de batelada e o cullet. Cullet é o vidro moído proveniente do processo de fabricação. Os materiais de batelada incluem a areia (sílica), cal (pedra calcária ou o carbonato de cálcio reduziu ao monóxido de cálcio), carbonato de sódio (monóxido de sódio), e às vezes outros materiais, tais como feldspato, torta de sal, e óxidos metálicos. Durante a operação de fundição, o cullet se funde primeiro para aumentar a transferência térmica para os materiais da batelada e para reduzir o tempo de fusão.

[003]Os fornos de fundição de vidro incluem fornos de pote, tanques de vidro, fornos de tanque, e assim por diante. Os fornos de vidro podem ser construídos de tijolos refratários separados ou blocos dentro de uma armação. Os blocos são colocados juntos sem argamassa e tipicamente são arrumados em uma forma retangular para manter o vidro fundido. A pressão mecânica da estrutura e os blocos externos mantém os blocos juntos. Os blocos refratários normalmente sofrem um gasto considerável do vidro fundido e a carga de materiais de fabricação de vidro. O vidro fundido é altamente corrosivo. Os blocos refratários normalmente são feitos de argilas compostas que têm alumina, zircônia, e sílica (AZS). Os blocos refratários AZS são feitos na forma de material fundido em moldes, que são trabalhados a máquina depois do endurecimento. Os blocos refratários podem ficar profundamente marcados e podem desenvolver lugares ou partes de desgaste onde o vidro fundido corroeu ou dissolveu o refratário. Os lugares de desgaste tipicamente crescem até que o refratário não consiga manter o vidro fundido. Os lugares de desgaste encurtam a vida útil dos tanques de vidro e muitas vezes são imprevisíveis, interrompendo assim a produção do vidro

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2/8 fundido.

[004]Os fornos de latão são vasos revestidos de refratários na forma de reservatórios para fundir o latão. A sucata de latão é reunida e transportada à fundição onde é fundida no forno e refundida em blocos. O forno também é usado para aquecer os blocos de latão a serem extrudados na forma e tamanho corretos. Na operação de fundição, os materiais de entrada de fabricação de latão são aquecidos a aproximadamente 1100 ⁹C (2000F).

SUMÁRIO [005]Em um aspecto, a presente invenção fornece uma composição refratária especialmente útil para fornos. A composição refratária foi avaliada como fornecendo uma resistência excelente à corrosão. A composição refratária inclui um primeiro conjunto de componentes misturados com um ligante de sílica coloidal. O primeiro conjunto de componentes inclui a alumina e a zircônia. O ligante de sílica coloidal é fornecido de 5 % em peso a 20 % em peso em relação ao peso seco do primeiro conjunto de componentes. A composição refratária inclui de 45 % em peso a 75 % em peso de alumina, de 15 % em peso a 30 % em peso de zircônia, e de 10 % em peso a 30 % em peso de sílica.

[006]Em outro aspecto, um método para preparar um refratário inclui o fornecimento de um primeiro conjunto de componentes e um ligante de sílica coloidal. O primeiro conjunto de componentes inclui a alumina e a zircônia. O ligante de sílica coloidal é fornecida de 5 % em peso a 20 % em peso em relação ao peso seco do primeiro conjunto de componentes. O primeiro conjunto de componentes é misturado com o ligante de sílica coloidal para formar uma composição refratária incluindo de 45 % em peso a 75 % em peso de alumina, de 15 % em peso a 30 % em peso de zircônia, e de 10 % em peso a 30 % em peso de sílica. A composição refratária é formada sobre a superfície de um forno.

[007]As características precedentes e algumas outras e as vantagens da presente invenção ficarão evidentes a partir da seguinte descrição detalhada das modalidades presentemente preferidas, quando se lê em conjunto com os exemplos que se seguem.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS [008]A presente invenção será também descrita agora. Nas passagens

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3/8 seguintes, os diferentes aspectos da invenção são definidos mais detalhadamente.

Cada aspecto assim definido pode ser combinado com qualquer outro aspecto ou aspectos a menos que claramente seja indicado em contrário. Especialmente, qualquer característica indicada como preferida ou vantajosa pode ser combinada com qualquer outra característica ou características indicadas como preferidas ou vantajosas.

[009]A presente invenção fornece uma composição refratária de sílica coloidal que é especialmente útil para fornos de fundição de vidro. Especialmente, a composição refratária inclui a alumina, a zircônia, e a sílica. A sílica coloidal refratária fornece uma surpreendentemente boa resistência aos ambientes corrosivos de altas temperaturas. A composição refratária aqui divulgada também pode ser usada em outros tipos de fornos, tais como fornos de latão.

[010]O refratário compreende uma mistura de um ligante de sílica coloidal com um primeiro conjunto de componentes. O ligante de sílica coloidal está em uma faixa de variação de aproximadamente 5 % em peso a aproximadamente 20 % em peso em relação ao peso seco do primeiro conjunto de componentes, preferivelmente entre 6 % em peso e 12 % em peso, mais preferivelmente entre 7 % em peso e 10 % em peso. O primeiro conjunto de componentes inclui a alumina (AI2O3), zircônia (ZrO2), e sílica (S1O2). O primeiro conjunto de componentes pode estar seco ou molhado e também pode incluir outros minerais, um agente de assentamento como a magnésia (MgO), e/ou um modificador de fluxo.

[011 ]A alumina, a zircônia, e a sílica fornecem a força e a resistência à corrosão. A alumina pode ser fornecida com um alto valor agregado de alumínio, tal como alumina fundida tabular ou branca. A alumina pode ser reativa ou calcinada. A zircônia pode ser fornecida como farinha de zircão ou um material contendo zircônia. A sílica pode ser fornecida como sílica fumigada, mulita (silicato de alumínio), micro sílica, sílica coloidal, ou assemelhado. Vários componentes estão disponibilizados pelas AluChem, Inc (Reading, Ohio), Alcan, Inc (Montreal, Canadá), e outros fornecedores convencionais.

[012]O ligante de sílica coloidal mantém ou liga 0 primeiro conjunto de componentes em conjunto em uma forma monolítica. O ligante de sílica coloidal inclui a sílica coloidal em água, onde a sílica está em uma faixa de variação de aproximadamente 15 % em peso a aproximadamente 70 % em peso. Em uma modalidade, a sílica

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4/8 coloidal pode ter um diâmetro médio de partícula variando de aproximadamente 4 nm a aproximadamente 100 nm.

[013]Em uma modalidade, a composição refratária não inclui nenhuma quantidade eficaz de nenhum outro tipo do ligante, tal como um ligante de cimento hidráulico. A composição refratária pode incluir menos de 1 % em peso de cimento hidráulico. A composição refratária pode incluir menos de 2 %, 1 %, 0,5 %, ou 0,15 % de CaO ou CaCO3 em peso. O cimento hidráulico tipicamente inclui o cal (CaCO3) e/ou pedra calcária (CaO), junto com outros minerais, tais como alumina e sílica. Os materiais refratários que incluem o cimento tendem a ser difíceis de secar quando assentados, especialmente em temperaturas mais baixas. Também, uma pequena quantidade de cimento refratário pode gerar fases de baixo ponto de fusão que se fundem nas altas temperaturas típicas de fornos de fundição de vidro, levando assim a taxas de corrosão mais altas.

[014]O primeiro conjunto de componentes pode incluir de 30 % em peso a 60 % em peso de alumina, de 20 % em peso a 50 % em peso de zircão, de 10 % em peso a 30% em peso de mulita, e até 10 % em peso de sílica. O tamanho médio de partícula do primeiro conjunto de componentes pode ser maior do que 40 microns. Pelo menos 50 % em peso do primeiro conjunto de componentes pode incluir partículas maiores do que 400 microns. Conhece-se que o tamanho de partícula afeta as propriedades das composições refratárias líquidas (tal como a bombeabilidade), bem como as propriedades mecânicas e químicas do refratário final. A própria partícula fornece um bom empacotamento de partículas com porosidade reduzida, que leva à uma maior força e menor penetração de vidro no refratário. O tamanho de partícula do material refratário leva em conta um material multifuncional que pode ser facilmente jateado, bombeado ou conformado.

[015]O primeiro conjunto de componentes preferivelmente inclui menos de 15 % em peso, 10 % em peso, ou 5 % em peso de partículas AZS fundidas, e pode não incluir as partículas AZS fundidas. As partículas AZS fundidas consistem de partículas cada uma compreendendo alumina, zircônia, e sílica. Em contraste, a presente composição preferivelmente não inclui partículas AZS fundidas. Em vez disso, o primeiro conjunto de componentes inclui partículas selecionadas de alumina, zircão, sílica, mulita, e assim por diante.

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5/8 [016]Preferivelmente, o primeiro conjunto de componentes inclui de aproximadamente 35 % em peso a 55 % em peso de alumina, mais preferivelmente de 40 % em peso a 50 % em peso de alumina. As partículas de alumina preferivelmente têm um tamanho médio de partícula maior do que 1 mm. O primeiro conjunto de componentes pode incluir de 30 % em peso a 50 % em peso de alumina do tamanho mesh de 8x14 e de 2 % em peso a 10 % em peso de alumina com tamanho mesh de -14M. O primeiro conjunto de componentes pode incluir até aproximadamente 5 % em peso a alumina reativa.

[017]Preferivelmente, o primeiro conjunto de componentes inclui de 25 % em peso a 45 % em peso de zircão, mais preferivelmente de 30 % em peso a 40 % em peso de zircão. Preferivelmente, o primeiro conjunto de componentes inclui até 5 % em peso de sílica, mais preferivelmente até aproximadamente 2 % em peso de sílica. O primeiro conjunto de componentes pode não conter nenhuma sílica. Preferivelmente, o primeiro conjunto de componentes inclui de 15 % em peso a 25 % em peso de mulita.

[018]Outras proporções do primeiro conjunto de componentes podem ser usadas. O primeiro conjunto de componentes pode incluir outros compostos, tais como um agente de assentamento. O primeiro conjunto de componentes pode incluir aproximadamente 0,1 % em peso de magnésia como um agente de assentamento. A quantidade de agente de assentamento pode ser ajustada para aumentar ou reduzir o tempo de assentamento do sistema coloidal refratário. O primeiro conjunto de componentes também pode incluir um modificador de fluxo para melhorar ou alterar as propriedades de fluxo para formar a sílica coloidal refratária antes do assentamento. O primeiro conjunto de componentes pode ser misturado antes da adição do ligante de sílica coloidal.

[019]A composição refratária resultante inclui aproximadamente de 45 % em peso a 75 % em peso de alumina, de 15 % em peso a 30 % em peso de zircônia, de 10 % em peso a 30 % em peso de sílica. A composição refratária pode incluir de 50 % em peso a 70 % em peso de alumina, de 55 % em peso a 65 % em peso de alumina, ou aproximadamente 60 % em peso de alumina. A composição refratária pode incluir de 18 % em peso a 27 % em peso de zircônia, de 20 % em peso a 25 % em peso de zircônia, ou aproximadamente 22 % em peso de zircônia. A composição refratária

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6/8 pode incluir de 12 % em peso a 26 % em peso de sílica, de 15 % em peso a 25 % em peso de sílica, ou aproximadamente 18 % em peso de sílica.

[020]A composição refratária pode ser fundida em blocos para desgaste subseqüente em um tanque de vidro ou outro forno, ou pode ser formada diretamente na parte de desgaste de um tanque de vidro ou outro forno. Além de fornos de vidro, a composição refratária pode ser usada em fornos de latão, cobre, e bronze. A composição refratária pode ser formada na parte de desgaste usando um ou vários métodos de formação de refratários, tais como forma, extração por meio de bomba, ou jateamento (bombeamento sem forma com um acelerador de assentamento). A composição refratária pode ser formada em uma ou várias partes da parede lateral ou no piso da fornalha. A composição refratária pode ser formada diretamente na parte de desgaste sem a substituição de blocos refratários em um forno de fundição de vidro.

EXEMPLOS.

Exemplo 1.

[021]Com objetivos de ilustração e não como uma limitação, a Tabela 1 fornece exemplos dos tipos e proporções do primeiro conjunto de componentes do sistema refratário da sílica coloidal.

TABELA 1.

Matéria prima	Tamanho mesh	Exemplo comparativo A % em peso	Exemplo 1 % em peso
Alumina tabular	8x 14	37,7	30,5
Alumina tabular	-14M	4,7	3,8
Alumina reativa (p.ex. CAR 120B)	-325M	4,7	3,8
Alumina calcinada (p.ex. CAR 60RG)	-325M	9,4	7,6
Farinha de zircão	-325M	16,5	15,3
Areia de zircão		0	19,1
Sílica fumigada		2,4	0
Mulita branca fundida		23,5	19,1

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7/8

Al em pó		0,9	0,8
Tensoativo		0,05	0,04
MgO 98%	-200M	0,09	0,08

[022]Para cada Exemplo, o primeiro conjunto de componentes foi misturado em conjunto antes da mistura com o ligante de sílica coloidal. O ligante de sílica coloidal foi fornecido em uma % em peso de aproximadamente 7 % a aproximadamente 10 % em relação ao peso do primeiro conjunto de componentes. A mistura foi curada em uma sílica coloidal refratária. A fórmula do Exemplo Comparativo um produzida um refratário contendo aproximadamente 75 % em peso de alumina, aproximadamente 11 % em peso de zircônia, e aproximadamente 14 % em peso de sílica. A fórmula do Exemplo 1 produziu um refratário contendo aproximadamente 60 % em peso de alumina, aproximadamente 22 % em peso de zircônia, e aproximadamente 18 % em peso de sílica. Assim, o refratário do Exemplo 1 tinha uma quantidade mais alta de zircônia do que o refratário do Exemplo Comparativo.

[023]Para simular as condições adversas em um forno de fundição de vidro, o teste de corrosão refratário foi executado na sílica coloidal refratária para avaliar a sua resistência ao vidro fundido. Colunas finas ou lápis (diâmetro de 1,27 cm) de composições refratárias foram preparados. Os lápis foram mergulhados no vidro fundido em uma alta temperatura. O teste foi corrido durante 72 horas a 1400 ^SC (2550F). Depois do teste, as amostras foram esfriadas e analisadas para determinar a resistência da composição refratária às condições adversas. O teste foi repetido para cada amostra de um total de dois testes de cada composição. A área da seção transversal do lápis perdida durante o teste foi medida e calculada a média dos resultados. O lápis preparado pela fórmula do Exemplo Comparativo A perdeu uma média de 65,3 % da sua área de seção transversal. O lápis preparado da fórmula do Exemplo 1 perdeu só em média de 39,6 % da sua área da seção transversal. Assim, os lápis preparados pela composição do Exemplo 1 foram surpreendentemente resistentes à corrosão. Assim, a sílica coloidal refratária aqui divulgada mostra uma resistência superior sob condições adversas em comparação com a técnica refratária anterior.

Exemplo 2 [024]Para simular as condições adversas em um forno de fundição de vidro,

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8/8 o teste de corrosão de refratário foi corrido para avaliar a resistência ao hexametanofosfato de sódio. Os lápis finos das composições refratárias do Exemplo 1 e do Exemplo Comparativo A foram preparados. Os lápis foram mergulhados no hexametanofosfato de sódio em uma alta temperatura. O teste foi corrido durante 48 horas a 1093 ^SC (2000F). Depois do teste, as amostras foram analisadas para determinar a resistência da composição refratária às condições adversas. O lápis preparado com a fórmula do Exemplo Comparativo A perdeu aproximadamente 43 % da sua área da seção transversal. O lápis preparado com a composição do Exemplo 1 foi surpreendentemente resistente à corrosão e perdeu menos de 8 % da sua área da seção transversal.

Exemplo 3 [025]Uma composição preparada de acordo com o Exemplo 1 foi aplicada em um forno de latão. O forno foi acionado durante um período de tempo e considerouse que a composição desempenhava bem em todas as partes do forno. O Exemplo Comparativo B incluiu um alumino-silicato refratário (alumina a 65 %, sílica a 32 %) aplicado acima da linha de banho no forno e um material de carbeto de silício em alumina (alumina a 74 %, carbeto de silício a 17,5 %, sílica a 6 %) aplicado abaixo da linha de banho. Para o Exemplo Comparativo B, o produto de alumino-silicato funcionou bem acima da linha de banho e o produto de carbeto de silício sobre alumina funcionou bem abaixo da linha de banho, mas nenhum material se sustentou na interface. A composição do Exemplo 1 mostrou um desempenho superior à composição do Exemplo Comparativo B, especialmente na linha de banho.

[026]Várias modalidades da invenção foram descritas e ilustradas. Contudo, a descrição e as ilustrações são feitas somente como forma de exemplo. Outras modalidades e as implementações são possíveis dentro do alcance da presente invenção e serão evidentes para aqueles com habilidades normais na técnica. Desse modo, a invenção não está limitada a detalhes específicos, modalidades representativas, e exemplos ilustrados no presente relatório descritivo. Conseqüentemente, a invenção não deve ser restringida exceto à luz pelo que é exigido pelas reivindicações anexas e os seus equivalentes.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para preparar um refratário monolítico CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

fornecer um primeiro conjunto de componentes compreendendo alumina e zircônia;

em que o primeiro conjunto de componentes compreende de 35% a 55% em peso de partículas de alumina e de 25% a 45% em peso de partículas de zircão, em que a zircônia compreende uma primeira parte compreendendo areia de zircão e uma segunda parte compreendendo farinha de zircão; e fornecer um ligante de sílica coloidal de 5% a 20% em peso em relação ao peso seco do primeiro conjunto de componentes, misturar o primeiro conjunto de componentes com o ligante de sílica coloidal para formar uma composição refratária compreendendo de 55% a 65% em peso de alumina, de 20% a 25% em peso de zircônia, e de 15% a 25% em peso de sílica; e formar a composição refratária monolítica na superfície de um forno, em que a composição refratária compreende menos do que 1% em peso de um cimento hidráulico e em que a composição refratária compreende menos do que 0,15% de CaO ou CaCO3 em peso.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o forno é um forno de vidro.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o forno é um forno de latão.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro conjunto de componentes compreende menos de 5% em peso de partículas AZS fundidas.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro conjunto de componentes compreende de 30% em peso a 50% em peso de partículas de alumina de tamanho mesh de 8x14 e de 2% em peso a 10% em peso de partículas de alumina de tamanho mesh de -14M.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro conjunto de componentes compreende partículas de alumina com um

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2/2 tamanho médio de partícula maior do que 1 mm.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o primeiro conjunto de componentes compreende ainda até 10% em peso de partículas de sílica.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o ligante de sílica é de 6% em peso a 12% em peso em relação ao peso seco do primeiro conjunto de componentes.
9. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a composição refratária é formada por um método selecionado entre moldagem, bombeamento ou jateamento.

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