PT2176192E - Mistura seca para o tratamento de substâncias refractárias e processo usando as mesmas - Google Patents

Description

ΡΕ2176192 1 DESCRIÇÃO "MISTURA SECA PARA O TRATAMENTO DE SUBSTÂNCIAS REFRACTÁRIAS E PROCESSO USANDO AS MESMAS" 0 presente invento diz respeito a uma mistura seca de tratamento de substâncias refractárias, compreendendo: - partículas de combustível de pelo menos uma substância oxidável que, em presença de oxigénio, dá origem a uma reacção exotérmica, e - partículas de pelo menos uma outra substância, estas partículas formam conjuntamente, durante a referida reacção exotérmica, uma massa coerente capaz de aderir a e/ou interagir com a o substrato tratado, esta mistura compreendendo, 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 partículas de pelo menos uma substância de expansão apresentando uma primeira densidade aparente e a mistura seca que contém a referida pelo menos uma substância de expansão tem uma segunda densidade aparente menor que a referida primeira densidade aparente, assim como um processo de realizar uma tal mistura.

As paredes refractárias, que revestem certas 2 ΡΕ2176192 instalações de produção, suportam em serviço degradações por erosão, corrosão, choque térmico, etc., o que torna a sua superfície rugosa, porosa, ou semeada de defeitos (escamação, fissuração, cavidades,...). Isso pode ter diversas consequências no funcionamento das instalações de produção: impedimento de circulação de produtos sólidos, endurecimento, fuga de líquidos ou de gás, penetração de agentes corrosivos; em particular, em fornos de coque, as paredes em refractários de sílica das câmaras de carbonização cobrem-se de carbono, que no decorrer do tempo se transforma em grafite, com dilatação; regularmente, é necessário proceder à sua eliminação para evitar uma sobrecarga de potência na descarga do coque. Do mesmo modo, a zona de enfornamento dos carvões está também sujeita a tais depósitos de carbono, o que necessita a sua retirada manual a intervalos regulares. Por outro lado, as fissuras passantes entre a câmara de carbonização e as condutas de fumos oferecem uma passagem às matérias orgânicas para a chaminé, com as consequências ecológicas que daí derivam.

Estes diferentes defeitos e prejuízos deram lugar ao desenvolvimento de vários modos de reparação ou de tratamento de substratos refractários.

Pode citar-se, por exemplo, o pedido de patente FR-A-2202053 que descreve um processo de projecção numa parede danificada, a uma temperatura elevada, de uma suspensão aquosa contendo maioritariamente uma matéria granulosa refractária da mesma natureza que a parede 3 ΡΕ2176192 (sílica), um ligamento (tipo carbonato ou borato de metal alcalino), um espessante coloidal (bentonite) e um composto que baixa o ponto de fusão (silicato de sódio).

Conhece-se igualmente pelo pedido de patente WO 2004/085341, uma aplicação sobre um substrato, por gunitagem (dry gunning) , de uma mistura contendo maioritariamente grãos de sílica vítrea, um granulado aluminoso, uma argila e um ligamento químico.

No pedido de patente FR-A-2524462, descreve-se um processo de projecção à chama (flame spraying) de uma mistura constituída em grande maioria por partículas de sílica, de óxido de cálcio e de uma adição de óxido de lítio.

Pode assim citar-se a família de patentes relativas à soldadura cerâmica (ceramic welding), que consiste na projecção, sobre uma parede a alta temperatura e numa corrente de oxigénio, de uma mistura compreendendo maioritariamente grãos refractários (sílica, alumina, zircónio,...) e partículas oxidáveis (Si+Al), que por reacção exotérmica (combustão) formam uma massa refractária coerente sobre a parede a reparar (ver, entre ouros, os documentos FR-A-2066355, FR-A-2516915 e BE-1005914).

Estes quatro processos permitem a aplicação sobre o substrato refractário a tratar ou a reparar de uma massa de camada refractária espessa e coerente que adere à 4 ΡΕ2176192 superfície do substrato e/ou interage com este.

Estes processos apelam todos para uma composição da mistura numa matéria refractária granulosa, ligada por componentes fusíveis ou fundidos com a ajuda de uma chama.

Conhece-se igualmente um processo de soldadura cerâmica permitindo a formação de uma massa refractária porosa, a mistura a projectar contendo, além de partículas refractárias e partículas combustíveis, partículas de uma matéria capaz de dar lugar a formação de uma porosidade no interior da massa refractária formada pela projecção (ver documento GB-A-2233323).

Quando da operação de reparação por projecção reactiva, a qualidade do revestimento obtido na parede geralmente refractária, depende de vários parâmetros dos quais nomeadamente a temperatura do suporte, a velocidade de projecção e o débito mássico da mistura.

Neste tipo de processo, e em particular no caso da soldadura cerâmica, o gás portador é um gás reactivo com pelo menos um dos elementos da matéria pulverizada. No contacto com a parede quente, a mistura reage espontaneamente e uma série de reacções químicas conduz à formação de um material refractário aderente, cujas características são compatíveis com as do suporte tratado. A velocidade de projecção é portanto um elemento 5 ΡΕ2176192 preponderante. Com efeito, se ela é excessiva, a quantidade de matéria pode não reagir (porque não participa na reacção exotérmica) e ressaltar exageradamente sobre a parede em detrimento da qualidade do magma em formação engendrado pela projecção. 0 presente invento tem por objectivo pôr no ponto uma mistura seca de tratamento de substratos refractários e um processo para a sua realização que permitam a obtenção de uma velocidade de projecção diminuída e controlada, evitando a possibilidade de retorno da chama, de maneira a realizar um tratamento de superfície apropriado, e isso com a ajuda de uma composição simples e eficaz.

Para resolver este problema foi prevista segundo o invento uma mistura seca tal com a indicada no início, que compreende por outro lado, partículas de pelo menos uma outra substância, partículas de pelo menos um vidro silicioso, como parte maioritária em peso da mistura.

Pelo seu volume específico importante, (densidade de grãos de preferência inferior a 2, vantajosamente a 1,5 em particular a 1), a substância de expansão confere à mistura a projectar uma densidade aparente mais fraca, o que contribui para diminuir o débito mássico projectado, e assim diminuir a espessura da camada deposta (da ordem de um milímetro) à superfície do refractário a cada passagem do jacto de projecção. A aplicação pode fazer-se numa só passagem (tratamento de superfície) ou em várias passagens 6 ΡΕ2176192 (enchimento de uma fissura ou de uma cavidade). A referida pelo menos uma substância de expansão pode ser escolhida entre a perlite expandida, a vermiculite expandida, o pó de madeira ou de coque, e suas misturas.

Utiliza-se de preferência a perlite expandida. A perlite é um vidro silicioso granuloso de origem vulcânica que se pode expandir termicamente, tendo em vista obter partículas de perlite expandida. De preferência, a dimensão das partículas de perlite expandida é inferior ou igual a 1 mm.

De uma maneira imprevista, foi também constatado que a presença de perlite expandida na mistura melhora a estabilidade desta (não há segregação seguida às vibrações. Com efeito, pôde constatar-se que, no decurso da armzenagem ou do transporte da mistura, durante os quais esta pode ser submetida a sacudidelas e vibrações, a mistura não mostra o fenómeno de segregação para baixo das partículas combustíveis da mistura, o que é o caso na ausência da partículas de perlite expandida.

Como substâncias oxidáveis, podem encarar-se finas partículas de um ou vários metais capazes de arder em presença de oxigénio, em particular à temperatura normal de funcionamento do forno a reparar. Podem citar-se, de preferência, as partículas de silício, de alumina, de zircónio, de magnésio, de cálcio ou ainda de ferro, de 7 ΡΕ2176192 crómio, de titânio, ou das suas misturas ou ligas. De preferência, a dimensão das partículas combustíveis é inferior ou igual a 100 pm.

Segundo uma forma de realização do invento, a mistura compreende, por outro lado, a título de exemplo, partículas de pelo menos uma outra substância, partículas de pelo menos uma substância escolhida entre o grupo constituído de sílica, vítrea ou fundida, e de sílica cristalina, tal como quartzo, a tridimite e a cristobalite, a alumina, o óxido de zircónio, a magnésia, a cal, compostos alcalinos, assim como as suas misturas e compostos mistos. De preferência, a dimensão das partículas é inferior ou igual a 0,5 mm, estando de preferência compreendida entre 0,1 e 0,3 mm.

Como vidro silicioso, deve entender-se todo o vidro contendo silício. Podem citar-se, de preferência, os vidros silico-sódio-cálcicos, os borosilicatos, vidro calcinado ou vidro pulverizado, vantajosamente obtidos a partir de vidro não pintado, assim como misturas destas matérias. De preferência, a dimensão das partículas de vidro silicioso é inferior ou igual a 1 mm, de maneira a poder assegurar uma fusão total das partículas. Vantajosamente a sua dimensão estará compreendida entre 0,3 e 0, 6 mm.

Uma mistura segundo o invento contém vidro ou vidros siliciosos como parte maioritária em peso da mistura 8 ΡΕ2176192 seca. Por esta expressão deve entender-se que a fracção ponderai do ou dos vidros siliciosos é superior à de qualquer outro constituinte da mistura.

Uma tal mistura é perfeitamente apropriada para um processo de tratamento do tipo soldadura cerâmica bem conhecido e bem controlado, onde o contributo de calor resulta principalmente de uma oxidação exotérmica das partículas combustíveis da mistura. Em presença de oxiqénio e à temperatura de funcionamento do forno, a combustão é espontânea e as partículas de vidro silicioso fundem totalmente formando uma massa amorfa capaz de ser estendida em camada fina sobre a parede refractária a reparar assim como de se infiltrar nas fissuras formadas nesta parede. A camada depositada é fina e ela apresenta um aspecto liso pouco favorável à aderência de depósitos de carbono. A sua rugosidade em Ra é da ordem de 50-100 μπι. 0 cálculo desta rugosidade responde às normas ISO 11652 e ISO 4287-1997. Este valor Ra é o desvio médio aritmético do perfil da superfície, quer dizer, a média aritmética dos valores absolutos dos desvios do perfil (seja em cume seja em vão) nos limites de um comprimento base L. A massa coerente aplicada sobre a parede refractária a tratar constitui quer seja um tratamento de superfície para alisar uma parede refractária rugosa, por exemplo em boca de enfornamento de carvão numa fábrica de fabrico de coque, seja um meio para tapar as finas fissuras sem sobre espessura para a parede refractária danificada. 9 ΡΕ2176192 A refractaridade ou a temperatura de inicio de amolecimento da massa amorfa obtida pode dever ser vantajosamente adaptada, à temperatura de serviço pela proporção de sílica adicionada em relação à do vidro triturado.

Pode-se, por ajuste da relação ponderai entre as partículas de vidro silicioso e as partículas de sílica, obter um depósito de camadas extremamente finas, de uma espessura por passagem da máquina de projecção inferior a 2 mm. Estas camadas apresentam uma superfície extremamente lisa, pouco favorável a uma aderência de depósitos de carbono durante o funcionamento do forno tratado.

Vantajosamente, esta relação ponderai pode estar compreendida entre 3/1 e 6/1.

Segundo uma forma aperfeiçoada de realização do invento, a mistura contém a) 45 a 60% em peso de partículas de vidro silicioso, b) 10 a 40%, em particular 20 a 30%, em peso de partículas combustíveis, c) 2 a 4 0%, em particular 5 a 10%, em peso de partículas de partículas de perlite expandida, d) 10 a 25% em peso de partículas de partículas 10 ΡΕ2176192 de sílica, a soma das percentagens em peso de a) a d) dando 100% em peso. 0 invento diz respeito igualmente a um processo de tratamento de substrato refractário do tipo processo de soldadura cerâmica. Ele compreende uma projecção sobre este substrato de um jacto de mistura seca segundo o invento em presença de oxigénio e a uma temperatura à qual as referidas partículas combustíveis dão lugar com o referido oxigénio e a uma reacção 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 uso por exemplo de vidro silicioso como parte maioritária em peso da mistura pode mesmo atingir-se vantajosamente uma fusão completa das partículas. Vantajosamente, o processo compreende um deslocamento do jacto de mistura seca durante a projecção coma formação de um depósito em camada fina uniforme sobre o substrato. Pode nomeadamente prever-se uma passagem sucessiva com várias repetições a um mesmo local do substrato de maneira a obter uma sobreposição de camadas finas e lisas, uma sobre outra.

Segundo um modo aperfeiçoado de realização do invento, o processo compreende, após projecção, um recozido da referida massa aderente ao substrato a uma temperatura pelo menos superior à sua temperatura de transição vítrea. Isto permite à massa amorfa deposta de perfazer a 11 ΡΕ2176192 densificação e o estado liso da sua superfície.

Desta faculdade de realizar uma massa fundida à superfície de uma parede refractária decorre um outro campo de aplicação do invento, a saber um processo de decapagem e/ou acabamento à máquina de uma parede refractária. 0 processo segundo o invento pode com efeito ser aplicado em forno de vidraria para decapar uma parede refractária em super estrutura ou para executar perfurações nos blocos tendo em vista fixar ulteriormente um produto que será deposto por soldadura cerâmica. A massa coerente formada interage com o substrato ao ponto de o fazer fundir e se escoar, com o objectivo de modificar o seu perfil ou de o escavar (perfuração por ancoragem). 0 presente invento vai agora ser explicado de maneira ainda mais detalhada com a ajuda de exemplos aqui dados seguidamente a título não limitativo.

Exemplo 1 A mistura a projectar é constituída de: - 76% de vidro silico-sodo-cálcico triturado (0,2— 1 mm) -18% de silício triturado (<50 pm) -6% de alumínio fino (< 63 pm) e o seu volume específico, após homogeneização, é de 12 ΡΕ2176192 Ο,75 litros/kg. A parede refractária a tratar está a uma temperatura de cerca de 900° C; a ignição da mistura projectada na corrente de oxigénio faz-se espontaneamente e dá lugar a uma reacção exotérmica; forma-se um depósito uniforme guando do deslocamento do jacto da mistura pulverizada (débito mássico = 64,3 kg/hora). A camada deposta tem um aspecto relativamente liso (rugosidade em Ra = 50-100 pm) e resulta de uma fusão completa (sem grãos residuais); ela tem uma espessura de cerca de 3 mm por passagem do jacto de projecção; ela adere fortemente à parede refractária, sem descolamento, nem fissuração após arrefecimento.

Exemplo 2 A mistura é, desta vez, constituída de: - 68% de vidro silico-sodo-cálcico triturado (0,2— 1 mm) 19% de silício triturado (<50 pm) - 6% de alumínio fino (< 63 pm) - e 7% de perlite expandida (fracção <1 mm).

Graças à adição de perlite expandida, o volume 13 ΡΕ2176192 específico é nitidamente aumentado (1,8 litros/kg) em relação ao da mistura do exemplo precedente.

Após projecção nas mesmas condições, constatou-se uma boa exposição da matéria formada [(superfície mais lisa (rugosidade em Ra =25 pm) e espessura mais fina (2 mm)]. A massa volúmica mais fraca da mistura permitir diminuir o débito da mistura (58 kg/hora) enviado pela máquina de projecção, o que contribuiu para melhorar a qualidade e a finura do depósito.

Foi também constatado que a fracção constituída por partículas oxidáveis (Si+Al) não está mais sujeita a uma segregação (concentração para baixo) quando a mistura é submetida a sacudidelas ou vibrações. Contrariamente ao que se passa com a mistura seca do exemplo precedente, no qual as partículas combustíveis não aderem à superfície das partículas de vidro silicioso, a mistura segundo o exemplo 2 não mostra mais esta tendência à segregação.

Exemplo 3

Em relação ao exemplo 2, uma parte do vidro silicioso triturado foi substituído por uma areia fina de sílica a fim de aumentar a refractaridade da massa obtida. A mistura é, pois, constituída de: 14 ΡΕ2176192 - 55% de vidro silico-sodo-cálcico triturado (0,2-1 mm) 10% de areia de silício (quartzo) (0,1-0,3 mm) - 20% de silício (< 50 μπι) - 8% de alumínio fino (< 63 μια) - 7% de perlite expandida (fracção <1 mm) e o seu volume específico é de 1,6 litros /kg.

Aqui, como no exemplo 2, o débito mássico pôde ser diminuído (56 kg/hora), o que conduz a um depósito mais fino e a uma superfície ainda mais uniforme (espessura por passagem = 1,5 mm; rugosidade em Ra = 20 μπι). 0 depósito assim obtido foi submetido a um recozimento a 1250° C durante 5 h, o que permite perfazer a sua densificação; ele guardou ou seu aspecto vítreo e não apresenta mais a tendência à fluência até a esta temperatura; ele adere perfeitamente ao suporte refractário mesmo após arrefecimento.

Por fim, foi igualmente constatado que, quando da projecção, a massa gerada penetra profundamente no estado fundido nas fissuras, o que facilita o seu enchimento sem formar a sobre espessura à superfície do refractário danificado.

Deve ser entendido que o presente invento não 15 ΡΕ2176192 de ser das está de alguma maneira limitado às formas e modos realização aqui anteriormente descritos e que podem trazidas muitas modificações sem sair do quadro reivindicações anexas.

Lisboa, 30 de Novembro de 2011

Claims (18)

1. ΡΕ2176192 1 REIVINDICAÇÕES 1. Mistura seca para o tratamento de substrato refractário, compreendendo partículas de combustível de pelo menos uma substância oxidável que, na presença de oxigénio, dão origem a uma reacção exotérmica, e partículas de pelo menos outra substância, estas partículas formam conjuntamente, durante a referida reacção exotérmica, uma massa coerente capaz de aderir a e/ou interagir com o substrato tratado, esta mistura compreendendo, 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 partículas de pelo menos uma substância de expansão apresentando uma primeira densidade aparente e a mistura seca que contendo a referida pelo menos uma substância de expansão tem uma segunda densidade aparente menor que a referida primeira densidade aparente, caracterizada pelo facto de que a referida mistura compreende, por outro lado, a título de partículas de pelo menos uma outra substância, partículas de pelo menos um vidro silicioso, como parte maioritária em peso da mistura.
2. 2. Mistura segundo a reivindicação 1, caracterizada pelo facto de que a referida pelo menos uma substância de expansão é constituída por grãos com uma 2 ΡΕ2176192 densidade inferior a 2.
3. 3. Mistura segundo uma das reivindicações 1 e 2, caracterizada pelo facto de que a referida pelo menos uma substância de expansão é escolhida entre a perlite expandida, a vermiculite expandida, a poeira de madeira ou de coque, e suas misturas.
4. 4. Mistura segundo qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo facto de que ela compreende, por outro lado, a titulo de partículas de pelo menos outra substância, partículas de pelo menos uma substância escolhida entre a sílica, o alumina, o zircónio, a cal, os compostos alcalinos e suas misturas ou compostos mistos.
5. 5. Mistura segundo a reivindicação 4, caracterizada pelo facto de que a sílica é escolhida entre a sílica vítrea ou fundida e a sílica cristalina e suas misturas.
6. 6. Mistura segundo qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo facto de que o vidro silicioso é escolhido entre o grupo constituído por vidros silico-sódio-cálcicos, borosilicatos, sucata de vidro ou fragmentos de vidro e suas misturas.
7. 7. Mistura segundo qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizada pelo facto de que ela 3 ΡΕ2176192 apresenta uma relação ponderai entre as partículas de vidro silicioso e as partículas de sílica compreendida entre 3/1 e 6/1.
8. 8. Mistura segundo qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo facto de que a referida pelo menos uma substância oxidável é escolhida entre o grupo constituído por Si, Al, Zr, Mg, Ca, Fe, Cr, Ti ou suas combinações ou ligas.
9. 9. Mistura segundo qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo facto de que contém: a) 45 a 60% em peso de partículas de vidro silicioso, b) 10 a 40% em peso de partículas combustíveis, c) 5 a 10% em peso de partículas de perlite expandida, d) 10 a 25% em peso de partículas de partículas de sílica, a soma das percentagens em peso de a) a d) dando 100% em peso.
10. 10. Mistura segundo a reivindicação 9, caracterizada pelo facto de que contém: 4 ΡΕ2176192 a) 45 a 60% em peso de partículas de vidro silicioso, b) 20 a 30% em peso de partículas combustíveis, c) 5 a 10% em peso de partículas de partículas de perlite expandida, d) 10 a 25% em peso de partículas de partículas de sílica, a soma das percentagens em peso de a) a d) dando 100% em peso.
11. 11. Mistura segundo qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo facto de que a dimensão máxima das partículas da substância de expansão é inferior ou igual a 1 mm.
12. 12. Mistura segundo qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo facto de que a dimensão máxima das partículas combustíveis é inferior ou igual a 100 pm.
13. 13. Mistura segundo qualquer uma das reivindicações 4 a 12, caracterizada pelo facto de que a dimensão máxima das partículas de sílica é inferior ou igual a 0,5 mm. 5 ΡΕ2176192
14. 14. Mistura segundo qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizada pelo facto de que a dimensão máxima das partículas de vidro silicioso é inferior ou igual a 1 mm.
15. 15. Processo de tratamento de substância refractária, compreendendo uma projecção sobre este substrato de um jacto de mistura seca segundo qualquer uma das reivindicações 1 a 14, em presença de oxigénio e a uma temperatura à qual as referidas partículas combustíveis dão lugar com o referido oxigénio a uma reacção exotérmica, e a uma fusão pelo menos parcial das partículas de mistura sob a forma de uma massa coerente que adere e/ou interage com o substrato.
16. 16. Processo segundo a reivindicação 15, caracterizado pelo facto de que ele compreende um deslocamento do jacto de mistura seca durante a projecção com a formação de um depósito em camada fina uniforme sobre o substrato.
17. 17. Processo segundo uma das reivindicações 15 e 16, caracterizado pelo facto de que ele compreende, após projecção, um recozido da referida massa aderente ao substrato a uma temperatura pelo menos superior à sua temperatura de transição vítrea.
18. 18. Processo segundo a reivindicação 15, caracterizado pelo facto de que ele compreende, por outro 6 ΡΕ2176192 lado, por interacção da massa coerente formada com substrato refractário, uma fusão e um escoamento dest coma modificação de perfil ou escavação deste substrato. Lisboa, 30 de Novembro de 2011