ES2322062T3 - Composicion refractaria de gran resistencia. - Google Patents

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Abstract

Una composición refractaria que consisten esencialmente en: (a) un material refractario basado en magnesia; (b) ácido sulfámico; y (c) hidróxido de calcio u óxido de calcio en la que el hidróxido de calcio o el óxido de calcio están presentes desde 1,0 por ciento hasta 8,0 por ciento en peso de la composición total refractaria.

Description

Composición refractaria de gran resistencia.
Campo de la invención
Esta invención versa acerca de composiciones refractarias. Más en particular, esta invención versa acerca de composiciones refractarias basadas en magnesia útiles en el mantenimiento aplicado con pistola de recipientes metalúrgicos, en mezclas de masa apisonada de refractario de relleno, en refractarios moldeables, y en ladrillo refractario básico. Más particularmente, esta invención versa acerca de composiciones refractarias, especialmente mezclas aplicadas con pistola, que son adheridas químicamente por medio de un sistema aglutinante que tiene una resistencia en caliente a las temperaturas elevadas.
Antecedentes de la invención
En la producción de acero, los revestimientos interiores de los ladrillos refractarios de recipientes de proceso convencionales se desgastan normalmente de manera irregular debido a puntos calientes, la corrosión por desescoriado, u otros parámetros de funcionamiento. En el intento actual para minimizar los costes de producción, una preocupación principal de los fabricantes de acero es el desgaste del revestimiento interior del ladrillo refractario del recipiente y el consumo resultante de la composición refractaria para reemplazar el revestimiento interno. Para extender la vida útil de dichos revestimientos internos, se ha convertido en una práctica aceptable reparar las zonas excesivamente desgastadas entre cargas del horno metalúrgico por medio de la aplicación con pistola de composiciones refractarias granulares sobre las superficies de los ladrillos. Por ejemplo, se suministra de manera neumática una mezcla seca que incluye grano refractario granular a una tobera de una pistola pulverizadora donde se mezcla con agua, resultando en una composición adherida que se proyecta contra la superficie desgastada de manera irregular, rellenando o resanando de ese modo el revestimiento interno refractario desgastado de manera irregular con la composición refractaria. Bajo las circunstancias habituales, se inicia la aplicación con pistola pocos minutos después de que el acero fundido es extraído del recipiente caliente. Cuando está constituida y emplazada de manera apropiada la mezcla de aplicada con pistola es una masa flexible relativamente rígida que se adhiere al revestimiento interno del recipiente caliente y que se convierte en una masa no flexible relativamente dura. Según se eleva la temperatura del horno durante la siguiente carga del horno metalúrgico, los componentes de la mezcla unen de forma más permanente los granos refractarios entre sí y al revestimiento interno desgastado de manera irregular.
El material refractario granular utilizado en las mezclas aplicadas con pistola está compuesto normalmente de magnesia que tiene una fase cristalina periclasa. Dichos materiales incluyen magnesita natural quemada muerta y un producto sintético periclasa derivado del agua de mar o salmuera. Debido a su menor coste comparativamente en el mercado, también se ha empleado convencionalmente material refractario quemado muerto de dolomita y/o cromita, junto con magnesita quemada muerta en distintas combinaciones como material refractario en mezclas aplicadas con pistola. Sin embargo, debido a la falta de cualquier adhesión cuando se mojan con agua, los refractarios deben incluir adicionalmente un aglutinante para proporcionar al menos una resistencia temporal a la composición a lo largo de su rango completo de temperaturas de uso (110 grados Celsius hasta 1760 grados Celsius). De manera opcional, también se puede incluir una arcilla mineral en la mezcla como un agente gelificante o plastificante.
Se han empleado ambos aglutinantes orgánicos e inorgánicos para su uso en mezclas aplicadas con pistola. Los aglutinantes orgánicos representativos han incluido almidón, dextrina, diversos ácidos sulfónicos orgánicos y sus sales, y alquitranes, breas y resinas, pero todos estos aglutinantes sufren una variedad de inconvenientes, que los hace resultar perjudiciales para su uso en las mezclas aplicadas con pistola. Por ejemplo, se ha descubierto que las mezclas refractarias que contienen ácidos sulfónicos orgánicos como un aglutinante de baja temperatura se prenden fuego y se queman cuando son aplicadas entre cargas de horno metalúrgico al revestimiento interno de los ladrillos refractarios de un recipiente metalúrgico caliente (1200 grados Celsius), comprometiendo de ese modo su utilidad primordial. En su mayor parte, los aditivos orgánicos contribuyen una porosidad excesiva a la composición refractaria, disminuyendo de ese modo la durabilidad y la resistencia de los revestimientos internos reparados. La patente estadounidense 4 383 045 versa acerca de refractarios de magnesia adheridos con ácido sulfámico.
Los aglutinantes inorgánicos también presentan problemas cuando se emplean en mezclas aplicadas con pistola. Han sido utilizados habitualmente los aglutinantes sólidos inorgánicos capaces de ser disueltos o dispersados en agua en las mezclas aplicadas con pistola, y son típicas de estas el ácido crómico, el silicato de sodio, vidrios de fosfato, sales de Epsom y cloruro de magnesio. Como con los aditivos orgánicos, la mayoría de estos agentes aglutinantes sufre una o más desventajas tales como la lentitud de reacción o el endurecimiento al aire, la falta de resistencia a temperaturas intermedias, la baja resistencia al desescoriado, por nombrar algunas.
Los silicatos, fosfatos y sulfatos son normalmente los aglutinantes escogidos para adherir composiciones refractarias basadas en magnesia, debido principalmente a la resistencia mecánica, la resistencia al desescoriado y la resistencia normalmente aceptables de los productos resultantes. Los productores de acero están buscando constantemente composiciones que aumentarán la resistencia con respecto a la tecnología actual. Esto disminuiría el periodo de inactividad y reduciría la frecuencia de mantenimiento que requiere el recipiente metalúrgico para ser reparado. La patente estadounidense 5 507 474 versa acerca de un revestimiento interno para recipientes de manipulación de metal fundido.
Por lo tanto, lo que se ha descubierto que es nueva y novedosa es una composición refractaria que mejora las características de rendimiento, tal como la resistencia en caliente, la resistencia al desescoriado, y la resistencia global, en comparación con las composiciones actuales que están siendo utilizadas para producir o reparar revestimientos internos refractarios.
Es un objetivo de la presente invención proporcionar un producto de magnesia-ácido sulfámico que tiene una resistencia en caliente mejorada. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un producto refractario de magnesia-ácido sulfámico que exhibe un destacado poder refractario, es decir, esta composición no formará compuestos deletéreos de bajo punto de fusión que se forman cuando se utilizan las composiciones adheridas de manera tradicional. Un objetivo adicional de la presente invención es proporcionar un producto refractario de magnesia-ácido sulfámico que destaca en resistencia global.
Serán evidentes objetivos y características adicionales a partir de la siguiente descripción detallada de las realizaciones de la presente invención.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es un gráfico que compara la resistencia a la rotura en caliente de 1370 grados Celsius de dos composiciones refractarias de magnesia de alta pureza que son utilizadas en la actualidad para reparar revestimientos internos refractarios, con la resistencia a la rotura en caliente de la presente invención.
La Figura 2 es un gráfico que compara la resistencia a la rotura en caliente de 1510 grados Celsius de dos composiciones refractarias de magnesia de alta pureza que son utilizadas en la actualidad para reparar revestimientos internos refractarios, con la resistencia a la rotura en caliente de la presente invención.
Resumen de la invención
La presente invención proporciona una composición refractaria de magnesia-ácido sulfámico-hidróxido de calcio que incluye desde aproximadamente el 87,0 por ciento hasta aproximadamente el 98,0 por ciento en peso del total de la composición total del material refractario basado en magnesia, desde aproximadamente el 1,0 por ciento hasta aproximadamente el 5,0 por ciento en peso de la composición total del ácido sulfámico y desde aproximadamente el 1,0 por ciento hasta aproximadamente el 8,0 por ciento en peso de la composición total del hidróxido de calcio.
Otro aspecto de la presente invención proporciona una composición refractaria de magnesia-ácido sulfámico-hidróxido de calcio que incluye desde aproximadamente el 91,0 por ciento hasta aproximadamente el 95,0 por ciento en peso de la composición total del material refractario basado en magnesia, desde aproximadamente el 2,0 por ciento hasta aproximadamente el 4,0 por ciento en peso de la composición total del ácido sulfámico y desde aproximadamente el 3,0 por ciento hasta aproximadamente el 5,0 por ciento en peso de la composición total del hidróxido de calcio.
Un aspecto adicional de la presente invención proporciona una composición refractaria de magnesia-ácido sulfámico-hidróxido de calcio que incluye desde aproximadamente el 92,0 por ciento hasta aproximadamente el 94,0 por ciento en peso de la composición total del material refractario basado en magnesia, desde aproximadamente el 2,5 por ciento hasta aproximadamente el 3,5 por ciento en peso de la composición total del ácido sulfámico y desde aproximadamente el 3,5 por ciento hasta aproximadamente el 4,5 por ciento en peso de la composición total del hidróxido de calcio.
En aún otro aspecto adicional de la presente invención se proporciona una composición refractaria de magnesia-ácido sulfámico-hidróxido de calcio que incluye desde aproximadamente el 92,0 por ciento hasta aproximadamente el 94,0 por ciento en peso de la composición total del material refractario basado en magnesia, desde aproximadamente el 2,5 por ciento hasta aproximadamente el 3,5 por ciento en peso de la composición total del ácido sulfámico y desde aproximadamente el 3,5 por ciento hasta aproximadamente el 4,5 por ciento en peso de la composición total del hidróxido de calcio, y, opcionalmente, también se puede añadir un agente humectante desde aproximadamente el 0,05 por ciento hasta aproximadamente el 0,5 por ciento en peso de la composición total.
Para mejorar las composiciones refractarias de reparación existentes se llevó a cabo una investigación exhaustiva en un esfuerzo por encontrar una composición refractaria que mejoraría la resistencia en caliente y la resistencia global. Se descubrió que cuando se añade una combinación de ácido sulfámico e hidróxido de calcio a un material refractario basado en magnesia, se produce un revestimiento interno refractario que tiene una mayor resistencia y resistencia en caliente que las composiciones utilizadas en la actualidad. Cuando se utiliza la composición refractaria de la presente invención en aplicaciones de revestimiento aplicado con pistola, se puede añadir adicionalmente un agente humectante a la composición.
Descripción detallada de la invención
Se mezcló un material refractario basado en magnesia con ácido sulfámico e hidróxido de calcio y/u óxido de calcio. Se descubrió que el uso de ácido sulfámico en combinación con hidróxido de calcio y/u óxido de calcio da como resultado una composición refractaria basada en magnesia, que tiene propiedades físicas mejoradas, a temperaturas desde aproximadamente 110 grados Celsius hasta aproximadamente 1760 grados Celsius con respecto a las composiciones utilizadas en la actualidad para la producción o reparación de revestimientos internos refractarios de hornos.
En una realización, la composición refractaria de la presente invención es un material refractario basado en magnesia en combinación con ácido sulfámico e hidróxido de calcio u óxido de calcio, por lo cual la concentración de hidróxido de calcio y/u óxido de calcio es desde 1,0 por ciento hasta 8,0 por ciento en peso de la composición total refractaria.
En otra realización, la composición refractaria de la presente invención es una composición de revestimiento aplicado con pistola de un material refractario basado en magnesia en combinación con ácido sulfámico, hidróxido de calcio u óxido de calcio y un agente humectante. El agente humectante puede ser cualquier dispersante, superplastificante, tensioactivo aniónico, catiónico o no iónico adecuado, cuya selección para cualquier composición en particular sería comprendida por una persona con un grado normal de dominio de la técnica de refractarios.
En otra realización, el agente humectante está seleccionado de entre el grupo que consiste en un naftaleno sulfonado condensado, un éter policarboxílico y un superplastificante copolimérico de ácido maleico.
En otra realización el agente humectante es un superplastificante de naftaleno sulfonado condensado.
En otra realización, la concentración de hidróxido de calcio y/u óxido de calcio es desde aproximadamente 2,0 por ciento hasta aproximadamente 4,0 por ciento en peso de la composición total refractaria.
En otra realización, la concentración de hidróxido de calcio y/u óxido de calcio es desde aproximadamente 3,5 por ciento hasta aproximadamente 4,5 por ciento en peso de la composición total refractaria.
En otra realización, el ácido sulfámico es desde aproximadamente 1,0 por ciento en peso hasta aproximadamente 8,0 por ciento en peso de la composición total refractaria.
En otra realización, el ácido sulfámico es desde aproximadamente 3,0 por ciento en peso hasta aproximadamente 5,0 por ciento en peso de la composición total refractaria.
En otra realización, el ácido sulfámico es desde aproximadamente 2,5 por ciento en peso hasta aproximadamente 3,5 por ciento en peso de la composición total refractaria.
En otra realización, la composición es una composición refractaria basada en magnesia para su uso en la producción o reparación de revestimientos internos del horno metalúrgico desde aproximadamente 1,0 por ciento en peso hasta aproximadamente 5,0 por ciento en peso de la composición refractaria es ácido sulfámico; y desde aproximadamente 1,0 por ciento en peso hasta aproximadamente 8,0 por ciento en peso de la composición refractaria es hidróxido de calcio.
En otra realización, la composición es una composición refractaria basada en magnesia para su uso en la producción o reparación de revestimientos internos del horno metalúrgico desde aproximadamente 2 por ciento hasta aproximadamente 4 por ciento en peso de la composición refractaria es ácido sulfámico; y desde aproximadamente 3 por ciento hasta aproximadamente 5 por ciento en peso de la composición refractaria es hidróxido de calcio.
En otra realización, la composición es una composición refractaria basada en magnesia para su uso en la producción o reparación de revestimientos internos del horno metalúrgico desde aproximadamente 2,5 por ciento hasta aproximadamente 3,5 por ciento en peso de la composición refractaria es ácido sulfámico; y desde aproximadamente 3,5 por ciento hasta aproximadamente 4,5 por ciento en peso de la composición refractaria es hidróxido de calcio.
En otra realización, la composición es una composición refractaria basada en magnesia para su uso en la producción o reparación de revestimientos internos del horno metalúrgico desde aproximadamente 1,0 por ciento hasta aproximadamente 5,0 por ciento en peso de la composición refractaria es ácido sulfámico; y desde aproximadamente 1,0 por ciento hasta aproximadamente 8,0 por ciento en peso de la composición refractaria es óxido de calcio.
En otra realización, la composición es una composición refractaria basada en magnesia para su uso en la producción o reparación de revestimientos internos del horno metalúrgico desde aproximadamente 2 por ciento hasta aproximadamente 4 por ciento en peso de la composición refractaria es ácido sulfámico; y desde aproximadamente 3 por ciento hasta aproximadamente 5 por ciento en peso de la composición refractaria es óxido de calcio.
En otra realización, la composición es una composición refractaria basada en magnesia para su uso en la producción o reparación de revestimientos internos del horno metalúrgico desde aproximadamente 2,5 por ciento en peso hasta aproximadamente 3,5 por ciento en peso de la composición refractaria es ácido sulfámico; y desde aproximadamente 3,5 por ciento en peso hasta aproximadamente 4,5 por ciento en peso de la composición refractaria es óxido de calcio.
En otra realización, la composición es una composición refractaria aplicada con pistola basada en magnesia para su uso en la producción o reparación de revestimientos internos del horno metalúrgico, en la que desde aproximadamente 1,0 por ciento en peso hasta aproximadamente 5,0 por ciento en peso de la composición de revestimiento aplicado con pistola es ácido sulfámico; y 1,0 por ciento hasta aproximadamente 8,0 por ciento en peso de la composición de revestimiento aplicado con pistola es hidróxido de calcio; y desde aproximadamente 0,05 por ciento hasta aproximadamente 0,5 por ciento en peso de la composición de revestimiento aplicado con pistola es un agente humectante.
En otra realización, la composición es una composición refractaria aplicada con pistola, basada en magnesia, para su uso en la producción o reparación de revestimientos internos del horno metalúrgico, en la que desde aproximadamente 2,0 por ciento en peso hasta aproximadamente 4,0 por ciento en peso de la composición de revestimiento aplicado con pistola es ácido sulfámico; y 3,0 por ciento hasta aproximadamente 5,0 por ciento en peso de la composición de revestimiento aplicado con pistola es hidróxido de calcio; y desde aproximadamente 0,05 por ciento hasta aproximadamente 0,5 por ciento en peso de la composición de revestimiento aplicado con pistola es un agente humectante.
En otra realización, la composición es una composición refractaria aplicada con pistola basada en magnesia para su uso en la producción o reparación de revestimientos internos del horno metalúrgico, en la que desde aproximadamente 2,5 por ciento en peso hasta aproximadamente 3,5 por ciento en peso de la composición de revestimiento aplicado con pistola es ácido sulfámico; y 3,5 por ciento hasta aproximadamente 4,5 por ciento en peso de la composición de revestimiento aplicado con pistola es hidróxido de calcio; y desde aproximadamente 0,05 por ciento hasta aproximadamente 0,5 por ciento en peso de la composición de revestimiento aplicado con pistola es un agente humectante.
En otra realización, la composición es una composición refractaria aplicada con pistola basada en magnesia para su uso en la producción o reparación de revestimientos internos del horno metalúrgico, en la que desde aproximadamente 1,0 por ciento en peso hasta aproximadamente 5,0 por ciento en peso de la composición de revestimiento aplicado con pistola es ácido sulfámico; y 1,0 por ciento hasta aproximadamente 8,0 por ciento en peso de la composición de revestimiento aplicado con pistola es óxido de calcio; y desde aproximadamente 0,05 por ciento hasta aproximadamente 0,5 por ciento en peso de la composición de revestimiento aplicado con pistola es un agente humectante.
En otra realización, la composición es una composición refractaria aplicada con pistola basada en magnesia para su uso en la producción o reparación de revestimientos internos del horno metalúrgico, en la que desde aproximadamente 2,0 por ciento en peso hasta aproximadamente 4,0 por ciento en peso de la composición de revestimiento aplicado con pistola es ácido sulfámico; y 3,0 por ciento hasta aproximadamente 5,0 por ciento en peso de la composición de revestimiento aplicado con pistola es óxido de calcio; y desde aproximadamente 0,05 por ciento hasta aproximadamente 0,5 por ciento en peso de la composición de revestimiento aplicado con pistola es un agente humectante.
En otra realización, la composición es una composición refractaria aplicada con pistola basada en magnesia para su uso en la producción o reparación de revestimientos internos del horno metalúrgico, en la que desde aproximadamente 2,5 por ciento en peso hasta aproximadamente 3,5 por ciento en peso de la composición de revestimiento aplicado con pistola es ácido sulfámico; y 3,5 por ciento hasta aproximadamente 4,5 por ciento en peso de la composición de revestimiento aplicado con pistola es óxido de calcio; y desde aproximadamente 0,05 por ciento hasta aproximadamente 0,5 por ciento en peso de la composición de revestimiento aplicado con pistola es un agente humectante.
En otra realización, se forma un revestimiento interno refractario monolítico en un recipiente metalúrgico al aplicar el revestimiento con postilo sobre al menos una porción de la superficie interna del recipiente, una composición refractaria basada en magnesia que contiene ácido sulfámico, calcio y un agente humectante.
Los siguientes ejemplos no limitantes son meramente ilustrativos de algunas realizaciones de la presente invención, y no están interpretadas como limitantes de la invención, cuyo alcance está definido por las reivindicaciones adjuntas.
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Ejemplo 1
Se probaron cuatro composiciones refractarias de magnesia de alta pureza para determinar el módulo de rotura a alta temperatura en una atmósfera oxidante y bajo acción de una fuerza o carga que se aumenta a un ritmo constante utilizando el "Standard Test Method for Modulus Rupture of Refractory Materials at Elevated Temperatures" según se define bajo designación ASTM C 583-80 (aprobado nuevamente en 1995), excepto que se empleó un tiempo de remojo de tres horas y se utilizaron muestras de ensayo de 5,08 por 5,08 por 22,86 cm.
Se compararon las cuatro composiciones refractarias para determinar la resistencia en caliente o el módulo de rotura a 1370 grados Celsius y 1510 grados Celsius. Se compararon dos composiciones producidas conforme a la presente invención, la Muestra 1 con agente humectante y la Muestra 2 sin agente humectante, siendo ambas de un material de magnesia de alta pureza que está adherido con una combinación de ácido sulfámico e hidróxido de calcio, con la Muestra 3, que es un producto refractario de magnesia de alta pureza aplicado con pistola adherido con silicato y con la Muestra 4, que es un producto refractario de magnesia de alta pureza aplicado con pistola adherido con ácido sulfámico. Los resultados se muestran en la Figura 1 y en la Figura 2.
El resultado del Módulo de rotura en caliente a 1370 grados Celsius muestra que las composiciones fabricadas conforme a la presente invención tienen un mayor Módulo de resistencia a la rotura en caliente en comparación con las composiciones refractarias tradicionales adheridas de silicato y ácido sulfámico.
El resultado del Módulo de rotura en caliente a 1510 grados Celsius muestra que las composiciones fabricadas conforme a la presente invención tienen un mayor Módulo de resistencia a la rotura en caliente en comparación con las composiciones refractarias tradicionales adheridas de silicato y ácido sulfámico.

Claims (6)

1. Una composición refractaria que consisten esencialmente en:
(a)
un material refractario basado en magnesia;
(b)
ácido sulfámico; y
(c)
hidróxido de calcio u óxido de calcio
en la que el hidróxido de calcio o el óxido de calcio están presentes desde 1,0 por ciento hasta 8,0 por ciento en peso de la composición total refractaria.
2. Una composición refractaria conforme a la Reivindicación 1, que contiene adicionalmente un agente humectante, para ser utilizada como una composición de revestimiento aplicado con pistola.
3. La composición aplicada con pistola conforme a la Reivindicación 2, en la que el ácido sulfámico es desde 1,0 por ciento hasta 5,0 por ciento en peso de la composición de revestimiento aplicado con pistola; y, el agente humectante es desde 0,05 por ciento hasta 0,5 por ciento en peso de la composición de revestimiento aplicado con pistola.
4. La composición aplicada con pistola conforme a la Reivindicaciones 2 o 3, en la que el agente humectante está seleccionado de entre el grupo que consiste en un superplastificante, un tensioactivo aniónico, un tensioactivo catiónico, un tensioactivo no iónico y un dispersante.
5. La composición aplicada con pistola conforme a la Reivindicación 4, en la que el superplastificante está seleccionado de entre el grupo que consiste en un naftaleno sulfonado condensado, un éter policarboxílico y un copolímero de ácido maleico.
6. Un procedimiento para formar un revestimiento refractario monolítico en un recipiente metalúrgico, que comprende la aplicación con pistola sobre al menos una porción de la superficie interna del recipiente la composición de cualquiera de las Reivindicaciones 2 a 5.
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