ES2247554T3 - Material refractario a base de alumina policrstalina. - Google Patents

Material refractario a base de alumina policrstalina.

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Abstract

Material refractario a base de corindón electrofundido caracterizado porque está constituido por bolas que tienen un diámetro incluido entre 50 microm y 5 mm, que presentan una porosidad total incluida entre 10 y 50% del volumen de las bolas, la porosidad cerrada representando de 80 a 98% de la porosidad total.

Description

Material refractario a base de alúmina policristalina.
Ámbito técnico de la invención
La invención se refiere a los refractarios a base de alúmina destinados en particular a los revestimientos de hornos más diversos, así como al revestimiento de las cucharas de colada aptas para recibir materiales en fusión.
Estado de la técnica
La utilización de refractarios a base de alúmina es muy extendida, por ejemplo en forma de corindón blanco electrofundido, o en forma de alúmina calcinada a alta temperatura en horno giratorio. A pesar de esto, la preparación de una alúmina apta para una aplicación refractaria es una operación compleja. En efecto, la materia prima por lo esencial está constituida por las bauxitas, hidratos de alúmina naturales de los que se saca la alúmina por ataque alcalino para formar un aluminato sódico, a partir del que se hace precipitar ulteriormente el hidrato de alúmina, que da después la alúmina por calcinación.
Ahora bien, la calcinación del hidróxido de aluminio se conoce por ser efectuada mediante una serie de transformaciones complejas, que se suceden hasta temperaturas elevadas. Así, para obtener un material estable, es conveniente calcinar el producto a muy alta temperatura. Es la elección que se hace en el caso de la alúmina llamada tabular.
Puesto que se tiene que elevar mucho la temperatura, es posible preferir ir hasta la fusión: entonces se prepara el corindón electrofundido cuyo empleo como material refractario también se conoce bien.
En ambos casos, la alúmina debe llevarse a una granulometría conveniente. En el caso de la alúmina tabular, el material se peletiza antes de su calcinación, mientras que, en el caso del corindón electrofundido, el material se tritura y se criba.
Ya en el pasado se hicieron pruebas de conformación directa. En particular, se puede mencionar la patente US 1 871 793 de Alcoa, que describe la atomización de la alúmina electrofundida para transformarla en esferas huecas que presentan un diámetro inferior a los 5 mm y un espesor de pared inferior a los 250 \mum. El producto obtenido es una alúmina metalúrgica destinada a servir de materia prima para la fabricación del aluminio; no se contempla su utilización como refractario. En efecto, es probable que este material, constituido por bolas que se parecen a mini bolas de ping-pong, tiene que tener una resistencia mecánica bastante pequeña.
Por otra parte, se fabrica de forma corriente corindón electrofundido atomizado para obtener un material que se presenta en forma de bolas macizas, que se utilizan después para la fabricación de abrasivos.
Objeto de la invención
El objeto de la presente invención es el suministro de un material refractario a base de alúmina, que presente una buena estabilidad térmica y una buena resistencia al aplastamiento, que pueda utilizarse particularmente en forma de hormigón refractario para proyectar.
La invención tiene por objeto un material refractario a base de corindón electrofundido constituido por bolas que tengan un diámetro incluido entre 50 \mum y 5 mm y que presenten una porosidad total incluida entre 10 y 50% del volumen de las bolas, la porosidad cerrada representando de 80 a 98% de la porosidad total.
Descripción de la invención
Durante la fabricación de bolas de corindón electrofundido atomizado para abrasivos, la solicitante observó, al producirse incidentes de fabricación, que era posible obtener productos intermedios entre bolas macizas y bolas huecas. El material también se presenta en forma de bolas, pero la estructura de estas bolas es la de una esponja más o menos densa; mientras que la bola hueca comprende una sola macroporosidad de forma esférica y bien centrada en la bola, el material obtenido presenta numerosas macroporosidades de forma cualquiera, distribuidas de forma más o menos homogénea. Al final de múltiples pruebas destinadas a reducir la porosidad abierta de estas bolas, la solicitante consiguió definir condiciones operativas que permiten obtener bolas en las que pocas porosidades llegan a la superficie.
El material según la invención presenta, con respecto a la bola hueca, una resistencia al aplastamiento más importante, mientras que su conductividad térmica sigue siendo poco importante debido a la presencia de porosidades.
Se presenta en forma de bolas casi esféricas que presentan un diámetro exterior incluido entre 50 \mum y 5 mm, y preferentemente entre 0,5 mm y 2 mm. Estas bolas presentan una porosidad mayormente cerrada, incluida entre 10 y 50% del volumen total de las bolas, y preferentemente entre 20 y 30%. La porosidad abierta, que corresponde a los poros que llegan a la superficie de la bola, medida por picnometría de agua a presión atmosférica, se sitúa entre 2 y 20%.
La materia de estas bolas está constituida por alúmina policristalina formada de cristalitas que presentan un tamaño inferior a los 50 \mum. Esta estructura resulta ser muy estable hasta unos 1500ºC. Esto puede comprobarse gracias a un examen del material con microscopio electrónico, después del recocido a 1500ºC, y este examen muestra que ningún cambio viene a modificar la estructura del producto.
Típicamente, la resistencia al aplastamiento de las bolas según la invención se sitúa entre 150 y 300 g, contra 30 a 40 g para las bolas huecas del arte anterior, con una conductividad térmica del material a granel en el campo de temperatura 200ºC - 1200ºC de 0,5 a 0,8 Wm^{-1}ºK^{-1}, contra 0,4 a 0,6 Wm^{-1}ºK^{-1} para las bolas huecas del arte anterior.
Este material posibilita en particular la preparación de hormigones para proyectar, fáciles de uso, propiedad inherente a la forma esférica de las partículas que lo constituyen.
El procedimiento de fabricación de los productos según la invención consiste en colar el corindón blanco o marrón fundido en chorro cilíndrico, en un chorro de aire horizontal cargado de agua pulverizada, lo que conduce a la atomización del producto. Los parámetros más adecuados para obtener los productos según la invención son los siguientes:
- Presión de aire en el chorro: 0,05 a 0,1 MPa.
- Anchura del chorro: 2 mm por kg de corindón líquido que se tiene que tratar en un minuto
- Espesor del chorro: unos milímetros
- Relación entre caudal de agua y caudal de corindón fundido: 0,2 a 1,5 litro de agua por kg de corindón fundido.
Ejemplos Ejemplo 1
Se fundió alúmina Bayer en un horno de arco de 2 MW, en cantidad suficiente como para disponer de una reserva de corindón blanco electrofundido de más o menos 2 toneladas. Esta reserva permitió realizar la colada continua de un chorro regular de corindón líquido durante 10 minutos, con una velocidad de 100 kg por minuto, directamente en un chorro mixto de aire y de agua.
Este chorro era generado por un orificio de sección rectangular de 240 mm de ancho y 6 mm de alto, colocado en un plano vertical, y alimentado por una fuente de aire que mantenía en régimen permanente una presión de 0,09 MPa en el orificio. La corriente de aire recibía una inyección de 22 kg de agua por minuto.
El corindón así colado fue recuperado en un foso situado después de la instalación y su granulometría era la siguiente:
- fracción < 0,5 mm: 15%
- fracción > 2 mm: 20%
- fracción > 5 mm: 3%
La porosidad del producto era de 28%, con 1,3% de porosidad abierta.
La resistencia al aplastamiento de las bolas era de 260 g.
Ejemplo 2
Se preparó un hormigón refractario a partir de una mezcla de productos secos que presentaba la siguiente composición en peso:
- corindón marrón con una granulometría incluida entre 2 y 5 mm: 23%
- corindón marrón con una granulometría incluida entre 0,2 y 2 mm: 37%
- corindón marrón con una granulometría < 0,2 mm: 24%
- microsílice amorfa en bolas con un tamaño inferior a 20 \mum: 5%
- alúmina P622B con bajo porcentaje de sosa de Aluminium Pechiney: 6%
- cemento Secar 80 con alto porcentaje de alúmina de Lafarge Aluminates: 5%
Para el amasado y la instalación, se añadieron a la mezcla los siguientes productos:
- metafosfato sódico: 0,2%
- polimetacrilato de amonio Darvan C® de la sociedad Polyplastic: 0,3%
- agua: 6%
Después del secado y de la cocción, se obtuvo un hormigón refractario con una masa volumétrica de 3,0 kg/dm^{3}.
Su conductividad térmica medida a 600ºC era de 5,5 Wºm^{-1}C^{-1}, y su resistencia al aplastamiento fue evaluada a 110 MPa.
Ejemplo 3
Se preparó un hormigón refractario a partir de una mezcla de productos secos que presentaba la siguiente composición en peso:
- bolas según la invención con un tamaño incluido entre 2 y 5 mm: 15,4%
- bolas según la invención con un tamaño incluido entre 0,2 y 2 mm: 37%
- corindón marrón con un tamaño < 0,2 mm: 30%
- microsílice amorfa en bolas con un tamaño < 20 \mum: 5,5%
- alúmina P622B: 6,6%
- cemento Secar 80: 5,5%
Para el amasado y la instalación, se añadieron a la mezcla los siguientes productos:
- metafosfato sódico: 0,2%
- Darvan C®: 0,3%
- agua: 8%
Después del secado y de la cocción, se obtuvo un hormigón refractario con una masa volumétrica de 2,5 kg/dm^{3}.
Su conductividad térmica medida a 600ºC era de 2,7 Wºm^{-1}C^{-1}, y su resistencia al aplastamiento era superior a los 100 MPa. Instalado en las paredes de un horno que trabaja a 1450ºC, este revestimiento resultó perfectamente estable.

Claims (9)

1. Material refractario a base de corindón electrofundido caracterizado porque está constituido por bolas que tienen un diámetro incluido entre 50 \mum y 5 mm, que presentan una porosidad total incluida entre 10 y 50% del volumen de las bolas, la porosidad cerrada representando de 80 a 98% de la porosidad total.
2. Material refractario según la reivindicación 1, caracterizado porque la porosidad total está incluida entre 20 y 30% del volumen de las bolas.
3. Material refractario según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque está constituido por alúmina policristalina en cristalitas que presentan un tamaño inferior a los 50 \mum.
4. Material refractario según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la resistencia al aplastamiento de las bolas que lo constituyen se sitúa entre 150 y 300 g.
5. Material refractario según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la conductividad térmica del material a granel está incluida entre 0,5 y 0,8 Wm^{-1}ºK^{-1}.
6. Material refractario según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque no da lugar a ninguna transformación cristalina hasta los 1500ºC.
7. Material refractario según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el diámetro medio de las bolas está incluido entre 0,5 y 2 mm.
8. Utilización de materiales según una de las reivindicaciones 1 a 7 para la fabricación de hormigones refractarios.
9. Utilización según la reivindicación 8, caracterizada porque el hormigón refractario se aplica por proyección.
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