BRPI0814652B1 - mistura seca para tratamento de substratos refratários - Google Patents
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Abstract
mistura seca para tratamento de substratos refratários a presente invenção se refere à mistura seca de tratamento de substratos refratários, compreendendo partículas combustíveis de pelo menos uma substância oxidável que, em presença de oxigênio, dá origem a uma reação exotérmica, e partículas de pelo menos uma outra substância, essas partículas formando juntas, durante essa reação exotérmica, uma massa coerente capaz de aderir e/ou interagir com o substrato tratado, caracterizado pelo fato de compreender, como partículas de pelo menos uma outra substância, partículas de pelo menos uma substância de expansão, pelo fato de a mistura seca sem as partículas desta pelo menos uma substância de expansão apresentar uma primeira densidade aparente e pelo fato de a mistura que compreende pelo menos uma substância de expansão apresentar uma segunda densidade aparente inferior a essa primeira densidade aparente.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MISTURA SECA PARA TRATAMENTO DE SUBSTRATOS REFRATÁRIOS.
[001] A presente invenção se refere a uma mistura seca de tratamento de substratos refratários, compreendendo:
- partículas combustíveis de pelo menos uma substância oxidável que, em presença de oxigênio, dá origem a uma reação exotérmica e
- partículas de pelo menos uma outra substância, essas partículas formando juntas, no decorrer dessa reação exotérmica, uma massa coerente capaz de aderir e/ou de interagir com o substrato tratado, essas partículas formando conjunto, no decorrer dessa reação exotérmica, uma massa coerente capaz de aderir e/ou de interagir com o substrato tratado, essa mistura compreendendo, como partículas de pelo menos uma outra substância, partículas de pelo menos uma substância de expansão, a mistura seca, sem partículas desta pelo menos uma substância de expansão que apresenta na primeira densidade aparente e a mistura seca contendo pelo menos uma substância de expansão que apresenta uma segunda densidade aparente inferior a essa primeira densidade aparente, assim como ao processo que utiliza essa mistura.
[002] As paredes refratárias, que guarnecem certas instalações de produção, sofrem em serviço degradações por erosão, corrosão, choque térmico, etc., o que torna sua superfície rugosa, porosa ou espalhada de defeitos (escamação, fissuração, cavidades, ...). Isto pode ter diversas consequências sobre o funcionamento das instalações de produção: freio à circulação dos produtos sólidos, incrustação, escapamento de líquidos ou de gás, penetração de agentes corrosivos; em
Petição 870190055040, de 14/06/2019, pág. 6/23
2/11 particular, em fornos a carvão, as paredes em refratários de sílica das câmaras de carbonização se guarnecem de carbono, que, com o passar do tempo, se transforma em grafita com intumescência; regularmente, é preciso proceder à sua eliminação para evitar uma sobrecarga de potência ao descarregamento do carvão. Da mesma forma, a zona de enfornamento dos carvões está também sujeita a esses depósitos de carbono, o que necessita de sua retirada manual em intervalos regulares. Por outro lado, as fissuras que passam entre a câmara de carbonização e as chaminés de aquecimento oferecem uma passagem às matérias orgânicas em direção à chaminé, com as consequências ecológicas que se imagina.
[003] Esses diferentes defeitos e danos deram origem ao desenvolvimento de vários modos de reparo ou de tratamento de substratos refratários.
[004] Pode-se citar, por exemplo, o pedido de patente FR-A2202053 que descreve um processo de projeção sobre uma parede danificada, à temperatura elevada, de uma suspensão aquosa contendo na maioria uma matéria granulosa refratária de mesma natureza que a parede (sílica), um ligante (tipo carbonato ou borato de metal alcalino), um espessante coloidal (bentonita) e um componente que baixa o ponto de fusão (silicato de sódio).
[005] Conhece-se também, pelo pedido de patente WO 2004/085341, uma aplicação sobre um substrato, por vateamento (dry gunning), de uma mistura contendo na maioria grãos de sílica vítrea, um granulado aluminoso, uma argila e um ligante químico.
[006] No pedido de patente FR-A-2524462, descreve-se um processo de pulverização por chama (flame spraying) de uma mistura constituída na grande maioria de partículas de sílica, de óxido de cálcio e de um acréscimo de óxido de lítio.
[007] Pode-se também citar a família das patentes relativas à
Petição 870190055040, de 14/06/2019, pág. 7/23
3/11 soldagem cerâmica (ceramic Welding), que consiste na projeção, sobre uma parede à elevada temperatura e em uma corrente de oxigênio, de uma mistura que compreende na maioria grãos refratários (sílica, alumina, zircônio...) e partículas oxidáveis (Si + Al) que, por reação exotérmica (combustão) formam uma massa refratária coerente sobre a parede a reparar (vide entre outras FR-A-2066355, FR-A-2516915 e BE-1005914).
[008] Esses quatro processos permitem a aplicação sobre o substrato refratário a tratar ou a reparar de uma massa ou camada refratária espessa e coerente que adere à superfície do substrato e/ou interage com este.
[009] Esses processos recorrem todos à composição da mistura a uma matéria refratária granulosa, ligada por componentes fusíveis ou fundidos com o auxílio de uma chama.
[0010] Conhece-se também um processo de soldagem cerâmica que permite a formação de uma massa refratária porosa, a mistura a projetar contendo, além das partículas refratária e de partículas combustíveis, partículas de matéria capaz de dar origem à formação de uma porosidade no interior da massa refratária formada pela projeção (vide GB-A-2233323).
[0011] Quando da operação de reparo por projeção reagente, a qualidade do revestimento obtido sobre a parede geralmente refratária, depende de vários parâmetros dos quais notadamente a temperatura do suporte, a velocidade de projeção e a vazão mássica da mistura.
[0012] Nesse tipo de processo, e, em particular, no caso da soldagem cerâmica, o gás portador é um gás reagente com pelo menos um dos elementos da matéria pulverulenta. Ao contato com a parede quente, a mistura reage espontaneamente e uma série de reações químicas leva à formação de um material refratário aderente, cujas características são compatíveis àquelas do suporte tratado.
Petição 870190055040, de 14/06/2019, pág. 8/23
4/11 [0013] A velocidade de projeção é, portanto, um elemento preponderante. Com efeito, se for muito importante, a quantidade de matéria pode não reagir (pois não participando da reação exotérmica) e cair exageradamente sobre a parede em detrimento da qualidade do magna em formação gerada pela projeção.
[0014] A presente invenção tem por finalidade desenvolver uma mistura seca de tratamento de substratos refratários e um processo para sua utilização que permitem a obtenção de uma velocidade de projeção reduzida e controlada, evitando a possibilidade de retorno de chama, de forma a realizar um tratamento de superfície apropriado, e isto com o auxílio de uma composição simples e eficaz.
[0015] Para resolver esse problema se previu, segundo a invenção, uma mistura seca tal como indicado no início, que compreende partículas de pelo menos, além disso, a título de expansão um vidro silicoso, como parte majoritária em peso da mistura.
[0016] Por seu volume específico importante (densidade dos grãos de preferência inferior a 2, vantajosamente a 1,5 em particular a 1), a substância de expansão confere à mistura a projetar uma densidade aparente mais baixa, o que contribui para diminuir a velocidade da vazão mássica projetada, e assim diminuir a espessura da camada depositada (da ordem do milímetro) na superfície do refratário a cada passagem do jato de projeção. A aplicação pode ser feita em uma única passagem (tratamento de superfície) ou em várias passagens (preenchimento de uma fissura ou de uma cavidade).
[0017] Pelo menos uma substância de expansão pode ser escolhida dentre a perlita expandida, da vermiculita expandida, do pó de madeira o carvão, e suas misturas.
[0018] Utiliza-se, de preferência, a perlita expandida. A perlita é um vidro silicoso granuloso de origem vulcânica, que se pode expandir termicamente, visando obter partículas de perlita expandida. De prefe
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5/11 rência, o tamanho das partículas de perlita expandida é inferior ou igual a 1 mm.
[0019] De maneira inesperada, constatou-se também que a presença de perlita expandida na mistura melhora a estabilidade desta (sem segregação em consequência das vibrações). Com efeito, pôdese constatar que, no decorrer da estocagem ou do transporte da mistura, durante os quais esta pode ser submetida a choques ou vibrações, a mistura não mostra fenômeno de segregação para baixo das partículas combustíveis da mistura, o que é o caso na ausência de partículas de perlita expandida.
[0020] Como substâncias oxidáveis, pode-se pensar em finas partículas de um ou de vários metais ou metaloides capazes de queimar em presença de oxigênio, em particular à temperatura normal de funcionamento do forno a reparar. Podem-se citar, de preferência, partículas de silício, de alumínio, de zircônio, de magnésio, de cálcio ou ainda de ferro, de cromo, de titânio, ou de suas misturas ou ligas. De preferência, o tamanho das partículas combustíveis é inferior ou igual a 100 qm.
[0021] De acordo com uma forma de realização da invenção, a mistura compreende, além disso, a título de partículas de pelo menos uma substância, partículas de pelo menos uma substância, escolhida dentre o grupo constituído de sílica, vítrea ou fundida, e de sílica cristalina, tal como o quartzo, a tridimita e a cristobalita, a alumina, o zircônio, a magnésia, a cal, compostos alcalinos, assim como suas misturas ou compostos mistos. De preferência, o tamanho das partículas de sílica é inferior ou igual a 0,5 mm, estando, de preferência, compreendida entre 0,1 e 0,3 mm.
[0022] Como vidro silicoso, é preciso entender qualquer vidro contendo o silício. Podem-se citar, de preferência, vidros síloco-sodocálcicos, boro-silicatos, caco ou vidro quebrado, vantajosamente obti
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6/11 do a partir de vidro não tingido, assim como misturas dessas matérias. De preferência, o tamanho das partículas de vidro silicoso é inferior ou igual a 1 mm de forma a poder assegurar uma fusão total das partículas. Vantajosamente seu tamanho estará compreendido entre 0,3 e 0,6 mm.
[0023] Uma mistura, de acordo com a invenção, contém vidro(s) silicoso(s) como parte majoritária em peso da mistura seca. Por essa expressão é preciso entender que a fração ponderal do(s) vidro(s) silicoso(s) é superior àquela de qualquer outro constituinte da mistura.
[0024] Essa mistura é perfeitamente apropriada para um processo de tratamento do tipo soldagem cerâmica bem-conhecida e bemcontrolado, no qual o fornecimento de calor resulta principalmente de uma oxidação exotérmica das partículas combustíveis da mistura. Em presença de oxigênio e à temperatura de funcionamento do forno, a combustão é espontânea e as partículas de vidro silicoso se fundem totalmente, formando uma massa amorfa capaz de ser extensa em camada fina sobre a parede refratária a reparar, assim como se infiltrar nas fissuras formadas nessa parede. A camada depositada é fina e ela apresenta um aspecto liso pouco favorável ao encaixe de depósitos de carbono. Sua rugosidade em Ra é da ordem de 50 a 100 qm. O cálculo dessa rugosidade responde às normas ISO 11652 e ISO 4287 1997. Esse valor Ra é o desvio médio aritmético do perfil da superfície, isto é, a média aritmética dos valores absolutos dos desvios do perfil (seja em crista ou em cavado) nos limites de um comprimento de base L.
[0025] A massa coerente aplicada sobre a parede refratária a tratar constitui seja um tratamento de superfície para alisar uma parede refratária rugosa, por exemplo, em boca de forno de carvão em uma carvoaria, seja um meio para preencher finas fissuras, sem superespessura para a parede refratária danificada.
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7/11 [0026] A refratariedade ou a temperatura de início de enfraquecimento da massa amorfa obtida pode ter, vantajosamente, de ser adaptada à temperatura de serviço pela proporção de sílica acrescentada em relação àquela do vidro silicoso moído.
[0027] Pode-se, por ajuste da relação ponderal entre as partículas de vidro silicoso e as partículas de sílica, obter um depósito de camadas extremamente finas, de uma espessura por passagem da máquina de projeção inferior a 2 mm. Essas camadas apresentam uma superfície extremamente lisa, pouco favorável a um encaixe de depósitos de carbono durante o funcionamento do forno tratado. Vantajosamente, essa relação ponderal pode estar compreendida entre 3/1 e 6/1.
[0028] De acordo com uma forma aperfeiçoada de realização da invenção, a mistura contém:
a) 45 a 60 % em peso de partículas de vidro silicoso;
b) 10 a 40 %, em particular 20 a 30 %, em peso de partículas combustíveis;
c) 2 a 40 % em particular 5 a 10 %, em peso de partículas de perlita expandida;
d) 10 a 25 % em peso de partículas de sílica, a soma das percentagens em peso dos constituintes a) a d) dando 100 % em peso.
[0029] A invenção se refere também a um processo de tratamento de substrato refratário de tipo processo de soldagem cerâmica. Ele compreende uma projeção sobre esse substrato de um jato de mistura seca, segundo a invenção, em presença de oxigênio e a uma temperatura à qual essas partículas combustíveis dão origem com esse oxigênio a uma reação exotérmica, e uma fusão pelo menos parcial das partículas da mistura sob a forma de uma massa amorfa coerente que adere e/ou interage com o substrato. Fazendo-se uso, por exemplo, de vidro silicoso como parte majoritária em peso da mistura, pode-se
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8/11 mesmo atingir vantajosamente uma fusão completa das partículas. Vantajosamente, o processo compreende um deslocamento do jato de mistura seca durante a projeção com formação de um depósito em camada fina uniforme sobre o substrato. Pode-se notadamente prever uma passagem sucessiva em várias retomadas em um mesmo lugar do substrato, de forma a se obter uma superposição de camadas finas e lisas, uma sobre a outra.
[0030] De acordo com um modo aperfeiçoado de realização da invenção, o processo compreende, após projeção, um recozimento dessa massa aderente ao substrato a uma temperatura pelo menos superior a sua temperatura de transição vítrea. Isto permite à massa amorfa depositada perfazer sua densificação e o estado liso de sua superfície.
[0031] Dessa faculdade de realizar uma massa fundida na superfície de uma parede refratária decorre um outro campo de aplicação da invenção, a saber um processo de decapagem e/ou de usinagem de uma parede refratária. O processo, de acordo com a invenção, pode, com efeito, ser aplicado em forno de vidraçaria para decapar uma parede refratária em superestrutura ou para usinar perfurações em blocos, visando fixar posteriormente um produto que será depositado por soldagem cerâmica. A massa coerente formada interage com o substrato a ponto de fazê-lo fundir e escoar, com a finalidade de modificar seu perfil ou de cavá-lo (perfuração para fixação).
[0032] A presente invenção vai a presente ser explicada de maneira ainda mais detalhada com o auxílio de exemplos dados abaixo a título não-limitativo.
EXEMPLO 1 [0033] A mistura a projetar é constituída de:
- 76 % de vidro sílico-sodo-cálcico moído (0,2 - 1 mm)
- 18 % de silício moído (< 50 qm)
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- 6 % de alumínio fino (< 63 qm) e seu volume específico, após homogeneização, é de 0,75 litro/kg.
[0034] A parede refratária a tratar está a uma temperatura de aproximadamente 900°C; a ignição da mistura projetada na corrente de oxigênio é feita espontaneamente e dá origem a uma reação exotérmica; um depósito uniforme se forma quando de um deslocamento do jato de mistura pulverulenta (vazão mássica = 64,3 kg/hora).
[0035] A camada depositada tem um aspecto relativamente liso (rugosidade em Ra = 50 a 100 qm) e resulta de uma fusão completa (sem grãos residuais): ela tem uma espessura de aproximadamente 3 mm por passagem de jato de projeção; ela adere muito à parede refratária, sem descolamento, nem fissuração, após resfriamento.
EXEMPLO 2 [0036] A mistura é dessa vez constituída de:
- 69 % de vidro sílico-sodo-cálcico moído (fração 0,2 a 1 mm)
- 19 % de silício moído (< 50 qm)
- 6 % de alumínio fino (< 63 qm) e
- 7 % de perlita expandida (fração < 1 mn).
[0037] Graças à adição de perlita expandida, o volume específico é nitidamente aumentado (1,8 litro/kg) em relação àquele da mistura do exemplo precedente.
[0038] Após projeção nas mesmas condições, constatou-se uma aferição muito boa da matéria formada [superfície mais lisa (rugosidade em Ra = 25 qm) e espessura mais fina (2 mm)]. A massa volúmica mais fraca da mistura permitiu diminuir a velocidade da vazão da mistura (58 kg/ hora) liberada pela máquina de projeção, o que contribuiu para melhorar a qualidade e a fineza do depósito.
[0039] Também se constatou que a fração constituída das partículas oxidáveis (Si + Al) não é mais sujeita a uma segregação (concentração para baixo), quando a mistura é submetida a choques ou vibra
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10/11 ções. Contrariamente ao que passa com a mistura seca do exemplo precedente, no qual as partículas de vidro silicoso, a mistura segundo o exemplo 2 não mostra mais essa tendência à segregação..
EXEMPLO 3 [0040] Em relação ao exemplo 2, uma parte do vidro silicoso moído foi substituída por uma areia fina de sílica, a fim de aumentar a refratariedade da massa obtida.
[0041] A mistura é, portanto, constituída de:
- 55 % de vidro sílico-sodo-cálcico moído (0,2 a 1 mm)
- 10 % de areia de sílica (quartzo) (0,1 a 0,3 mm);
- 20 % de silício moído (< 50 qm)
- 8 % de alumínio (< 63 qm)
- 7 % de perlita expandida (fração < 1 mm); e seu volume específico é de 1,6 litro/kg.
[0042] No caso, conforme no exemplo 2, a vazão mássica pôde ser de velocidade reduzida (56 kg/hora), o que [levou a um depósito mais fino e a uma superfície ainda mais uniforme (espessura por passagem, = 1,5 mm; rugosidade em Ra = 20 qm).
[0043] O deposito assim obtido foi submetido a um recozimento a 1250°C durante 5 horas, o que permitiu perfazer sua densificação; ele manteve seu aspecto vítreo e não apresenta tendência à deformação até essa temperatura; ele adere sempre perfeitamente ao supor refratário mesmo após resfriamento.
[0044] Enfim, foi também constatado que, quando da projeção, a massa gerada penetra profundamente no estado fundido nas finas fissuras, o que facilita seu preenchimento sem formar superespessura na superfície do refratário danificado.
[0045] Deve ser entendido que a presente invenção não está de modo nenhum limitada às formas e modos de realização descritos abaixo e que muitas modificações podem ser aqui feitas, sem se sair
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11/11 do âmbito das reivindicações anexadas.
Claims (10)
- REIVINDICAÇÕES1. Mistura seca para tratamento de substratos refratários, compreendendo:- partículas combustíveis de pelo menos uma substância oxidável que, em presença de oxigênio, dá origem a uma reação exotérmica, e- partículas de pelo menos uma outra substância, sendo que essas partículas formam juntas, durante essa reação exotérmica, uma massa coerente capaz de aderir e/ou interagir com o substrato tratado, sendo que essa mistura compreende, como partículas de pelo menos uma outra substância, partículas de pelo menos uma substância de expansão, a mistura seca sem as partículas desta pelo menos uma substância de expansão apresentando uma primeira densidade aparente e a mistura seca que compreende a dita pelo menos uma substância de expansão apresentando uma segunda densidade aparente inferior a essa primeira densidade aparente, a referida mistura sendo caracterizada pelo fato de que compreende, além disso, como partículas de pelo menos uma outra substância, partículas de pelo menos um vidro silicoso, que apresenta uma fração em peso superior a qualquer outro constituinte na mistura, sendo que a dita mistura contém:(a) 45 a 60 % em peso de partículas de vidro silicoso;(b) 20 a 30 %, em peso de partículas combustíveis;(c) 5 a 10 %, em peso de partículas de perlita expandida; e (d) 10 a 25 % em peso de partículas de sílica.
- 2. Mistura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a perlita expandida consiste em grãos de uma densidade inferior a 2.
- 3. Mistura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadaPetição 870190055040, de 14/06/2019, pág. 17/232/2 pelo fato de que as partículas de sílica são selecionadas do grupo consistindo em sílica vítrea ou fundida, sílica cristalina, e misturas das mesmas.
- 4. Mistura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as partículas de vidro silicoso são selecionadas do grupo consistindo em vidros sílico-sodo-cálcicos, caco ou vidro quebrado, e misturas dos mesmos.
- 5. Mistura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que apresenta uma relação ponderal entre as partículas de vidro silicoso e as partículas de sílica entre 3/1 e 6/1.
- 6. Mistura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a dita partícula combustível é selecionada do grupo consistindo em Si, Al, Zr, Mg, Ca, Fe, Cr, Ti, e combinações ou ligas dos mesmos.
- 7. Mistura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o tamanho máximo das partículas de perlita expandida é inferior ou igual a 1 mm.
- 8. Mistura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o tamanho máximo das partículas combustíveis é inferior ou igual a 100 pm.
- 9. Mistura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o tamanho máximo das partículas de sílica é inferior ou igual a 0,5 mm.
- 10. Mistura, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o tamanho máximo das partículas de vidro silicoso é inferior ou igual a 1 mm.
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Owner name: FIB-SERVICES INTELLECTUAL S.A. (LU) |
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| B25G | Requested change of headquarter approved |
Owner name: FIB-SERVICES INTELLECTUAL S.A. (LU) |
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| B07A | Application suspended after technical examination (opinion) [chapter 7.1 patent gazette] | ||
| B09A | Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 10 (DEZ) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 26/11/2019, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. (CO) 10 (DEZ) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 26/11/2019, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS |
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| B25L | Entry of change of name and/or headquarter and transfer of application, patent and certificate of addition of invention: publication cancelled |
Owner name: FIB-SERVICES INTELLECTUAL S.A. (LU) Free format text: ANULADA A PUBLICACAO CODIGO 25.7 NA RPI NO 2495 DE 30/10/2018 POR TER SIDO INDEVIDA. |
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| B25G | Requested change of headquarter approved |
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| B25G | Requested change of headquarter approved |
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