Procedimiento para la fabricación de artículos moldeados refractarios y artículo moldeado refractario.

Procedimiento de fabricación de ladrillos moldeados refractarios empleando gránulos de material refractario triturados y fraccionados a partir de una masa fundida y solidificada de magnesia como componente refractario principal,

que consta de los siguientes pasos:

- fabricación de los gránulos de material refractarios por fusión conjunta de una mezcla de un componente principal MgO óxido metálico refractario o de un material de partida convencional del componente principal y un formador de espinela de la fórmula A2+B3+2O4 de los elementos A2+ Fe, Mg y B3+ = Al, que forman óxidos o un material de partida convencional de los óxidos, dicha mezcla se dosifica a los formadores de espinela en una cantidad tal se supere la solubilidad en la masa fundida y que al enfriar esta masa fundida se formen zonas de segregación de las espinelas elastificantes de la fórmula A2+B3+2O4 mencionada, repartidas de modo puntual y relativamente uniforme dentro de los gránulos del material refractario, y los gránulos de material refractario contienen del 2 al 25 por % en peso del elastificante:

- trituración y fraccionamiento del producto fundido,

- preparación de una mezcla con los gránulos de material refractario para fabricar los ladrillos moldeados refractarios, con lo cual se genera un granulado por combinación de las fracciones y eventualmente otros aditivos, que cumple con la parábola de Fuller,

- se agrega a esta mezcla la cantidad requerida de aglomerante y se prensa con una presión específica superior a 50 MPA para formar los artículos moldeados,

- se secan los artículos moldeados,

- se sinterizan los artículos moldeados secados a 1000º C para formar los ladrillos moldeados.

Procedimiento para la fabricación de artículos moldeados refractarios y artículo moldeado refractario La invención se refiere a un un procedimiento para la fabricación de ladrillos moldeados refractarios empleando gránulos de material refractario ("Resistor") triturados y fraccionados a partir de una masa fundida solidificada. La invención se refiere además un ladrillo moldeado refractario.

Como material refractario se entiende a continuación el portador del carácter refractario y por tanto habitualmente también el componente principal de un ladrillo moldeado refractario o de masas refractarias. Este material refractario puede ser en general una sustancia refractaria mineral, formada por un óxido metálico, por ejemplo MgO, Al2O3, doloma o similar.

A continuación se denominan elastificantes los minerales, que tienen un carácter refractario intrínseco relativamente elevado, pero con una dilatación a la temperatura diferente de la del material refractario, y que por microfisuración y otros efectos conducen a un aumento de la resistencia a los cambios de temperatura de una mezcla con respecto al material refractario puro.

Los ladrillos moldeados refractarios, en especial los materiales refractarios básicos, basados en magnesia y doloma, se emplean como material de revestimiento de hornos y recipientes en todos los procesos realizados a temperaturas elevadas con ataque de escorias básicas, p.ej. en la fabricación del cemento, de cal, de dolomita, de hierro y de acero, así como en la fabricación de materiales no férreos y en la industria del vidrio. A pesar de tener un carácter refractario fuerte y buena resistencia química, estos materiales o ladrillos moldeados presentan una gran fragilidad, es decir, un módulo de elasticidad elevado.

En relación con esto se ha constatado que los ladrillos moldeados basados en magnesia fundida son mucho más frágiles (quebradizos) que los ladrillos moldeados basados en magnesia sinterizada. Pero, por naturaleza, la magnesia fundida tiene una resistencia mucho más elevada al ataque termoquímico que la magnesia sinterizada. Por lo tanto sería deseable utilizar magnesia fundida o ladrillos moldeados o masas basadas en magnesia fundida en aquellos sectores, en los que tiene lugar un ataque termoquímico, en especial un ataque de escorias básicas de baja viscosidad. Tal es el caso de los hornos tubulares giratorios de la fabricación de cemento. Pero justamente en los hornos tubulares giratorios de cemento existe una notable carga mecánica sobre el forro refractario, de modo que los ladrillos moldeados conocidos, basados en magnesia fundida, no pueden utilizarse con éxito en tales instalaciones de combustión, porque su fragilidad no tolera las tensiones aplicadas, en especial las tensiones radiales.

Las piezas moldeadas basadas en magnesia fundida propiamente dichas son inferiores a las piezas moldeadas basadas en magnesia sinterizada en dichas instalaciones de combustión, cuando se realiza la elastificación de la pieza moldeada.

Para la elastificación, es decir, para mejorar la resistencia a los cambios de temperatura (TWB) de materiales refractarios básicos se han adoptado en el pasado numerosas medidas. Por ejemplo, Harders/Kienow en su obra, Feuerfestkunde, Herstellung, Eigenschaften und Verwendung feuerfester Baustoffe, editorial Springer, 1960, capítulo 5.5, página 755, proponen mezclar los materiales refractarios básicos con minerales de cromo, definiendo en especial la cantidad de mineral de cromo y la fracción granulométrica óptima del mineral de cromo. Para conseguir una resis

45 tencia suficiente a los cambios de temperatura se necesitan cantidades de mineral de cromo comprendidas entre el 15 y el 30 % en peso. W. SpÃth ha explicado el efecto elastificante, es decir, la disminución del módulo de E del mineral de cromo como componente de resistencia a los cambios de temperatura en su ladrillo "Zur TemperaturwechselbestÃndigkeit feuerfester Stoffe", Radex-Rundschau, años 1960-1961, página 673-688, Ã-sterreichisch-Amerikanische Magnesitaktiengesellschaft, Radenthein/KÃrnten (= Sociedad anónima austríaco-americana de la 50 magnesita, Radenthein/Carintia) , por las tensiones originadas en la estructura debidas a los diferentes coeficientes de dilatación térmica entre la magnesia y el mineral de cromo. Sin embargo, los inconvenientes determinantes del uso del mineral de cromo como mejorador de la resistencia a los cambios de temperatura estriban en que, cuando se produce un cambio en la atmósfera del horno, tienen lugar fatigas del material y en que por oxidación, con intervención de los álcalis, el óxido de cromo existente en forma trivalente en el mineral de cromo se convierte en el 55 óxido de cromo hexavalente, que es tóxico, con todos los problemas asociados que esto conlleva desde los puntos de vista de la higiene laboral y de la técnica de vertido de residuos.

También es conocida por el documento AT-PS 158 208 la adición de polvo de tierra arcillosa (alúmina) , polvo de corindón y polvo de aluminio a los ladrillos (piedras) de magnesia para mejorar la resistencia a los cambios de tem

60 peratura, con lo cual durante la cochura del mineral se forma la espinela "in situ". La espinela de aluminio-magnesio que se forma están concentrada en la matriz y en parte no ha reaccionado por completo, de modo que cuando estos ladrillos sufren el ataque de las escorias resulta destruida con preferencia la matriz, que es decisiva para la resistencia. Por otro lado, esta espinela de magnesio-aluminio presenta un coeficiente de dilatación térmica distinto al de la magnesia pura, por este motivo se producen también tensiones en la estructura y, por tanto, microfisuras.

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Una mejora considerable tanto de la resistencia a los cambios de temperatura como de la resistencia química de los ladrillos de magnesia se logró después de adicionar la espinela de magnesio y aluminio sintetizada previamente, en forma de espinela sinterizada o de fusión, situándose las cantidades añadidas entre el 15 y el 25 % en peso. Después de esta adición, el módulo de elasticidad se puede reducir aprox. a 20 kN/mm2. Pero los inconvenientes siguen consistiendo en que este componente espinela es susceptible de reaccionar con las escorias y por ello tiene lugar un desgaste en la zona de la matriz de espinela, que a fin de cuentas conduce a la degradación acelerada del material refractario.

Por el documento DE 35 27 789 A1 se conoce un ladrillo moleado de cerámica grosera, que presenta un sistema de microfisuras repartido de modo sustancialmente homogéneo en la estructura del ladrillo moldeado. Este documento se basa en la constatación de que puede conseguirse un módulo E menor y al mismo tiene una resistencia mayor contra el ataque de las escorias incorporando a la estructura de la pieza moldeada con distribución homogénea un formador de microfisuras de diámetro mayor, que el existen por ejemplo en el caso de los materiales densos, de óxidos cerámicos para altas temperaturas, con lo cual el mecanismo el mecanismo se basa ya sea en que este formador durante el proceso de cochura o de la cochura sinterizada del mineral desencadena una expansión de las partículas en cuestión, es decir, una reacción con aumento de volumen, que provoca que en las partículas contiguas distintas se forme un sistema de microfisuras, ya sea en que se produce una fuerte contracción de la fracción de polvo de mineral, que a su vez conduce al sistema de microfisuras descrito en las demás partículas de la mezcla. De este modo, la magnesia pura y la tierra arcillosa se mezclan en una proporción estequiométrica, equivalente a la espinela de aluminato de magnesio y se moldean formando partículas de mezcla, que después se añaden a la mezcla básica de la magnesia sinterizada. Estos ladrillos moldeados refractarios han dado buenos resultados. En especial cuando se emplean en agregados que sufren esfuerzos mecánicos elevados con un fuerte ataque de escorias básicas, por ejemplo en los hornos giratorios de la industria cementera, entonces tiene lugar también un rápido desgaste en estos ladrillos moldeados.

Alper y col. describen en "High Temperature Oxides", 1 de enero de 1970, Academic Press, Nueva York y Londres, página 209 y páginas de 218 a 221, materiales refractarios de espinela de óxido de magnesio colados en estado fundido. Los productos refractarios colados en estado fundido se fabrican mezclando las materias primas, fundiéndolas en un horno con arco eléctrico, colando la mezcla en un molde de placas de grafito y dejándola enfriar. Después se extraen estos llamados lingotes y se pueden... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de fabricación de ladrillos moldeados refractarios empleando gránulos de material refractario triturados y fraccionados a partir de una masa fundida y solidificada de magnesia como componente refractario 5 principal, que consta de los siguientes pasos:

- fabricación de los gránulos de material refractarios por fusión conjunta de una mezcla de un componente principal MgO óxido metálico refractario o de un material de partida convencional del componente principal y un formador de espinela de la fórmula A2+B3+2O4 de los elementos A2+ Fe, Mg y B3+ = Al, que forman óxidos o un material de partida convencional de los óxidos, dicha mezcla se dosifica a los formadores de espinela en una cantidad tal se supere la solubilidad en la masa fundida y que al enfriar esta masa fundida se formen zonas de segregación de las espinelas elastificantes de la fórmula A2+B3+2O4 mencionada, repartidas de modo puntual y relativamente uniforme dentro de los gránulos del material refractario, y los gránulos de material refractario contienen del 2 al 25 por % en peso del elastificante;

- trituración y fraccionamiento del producto fundido,

- preparación de una mezcla con los gránulos de material refractario para fabricar los ladrillos moldeados refractarios, con lo cual se genera un granulado por combinación de las fracciones y eventualmente otros aditivos, que cumple con la parábola de Fuller,

- se agrega a esta mezcla la cantidad requerida de aglomerante y se prensa con una presión específica superior a 50 MPA para formar los artículos moldeados,

- se secan los artículos moldeados,

- se sinterizan los artículos moldeados secados a 1000º C para formar los ladrillos moldeados.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque a la mezcla se le agregan otros materiales elastifi25 cantes conocidos, por ejemplo MgAl-espinela, hercinita, óxido de circonio.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 y/o 2, caracterizado porque se añade a la mezcla el lignosulfonato en calidad de aglomerante.

4. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones de 1 a 3, caracterizado porque se prensa la mezcla con una presión específica d.

80. 200 MPA, con preferencia d.

100. 150 MPA para formar los artículos moldeados.

5. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones de 1 a 4, caracterizado porque los artículos moldeados

secos se someten a una cochura a 1200 - 1750º C. 35

6. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones de 1 a 5, caracterizado porque como minerales formadores de espinela se emplean los óxidos de los elementos Fe, Mg y Al.

7. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones de 1 a 6, caracterizado porque como formadores de espinela se emplean óxidos metálicos, que en los gránulos de material refractario forman una espinela pleonástica saturada de MgO, de la fórmula general (Fe, Mg) (Al) 2O3.

8. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones de 1 a 7, caracterizado porque el componente principal

es la periclasa. 45

9. Procedimiento según una o varias de las reivindicaciones de 1 a 8, caracterizado porque la espinela elastificante es una espinela de MgAl.

10. Ladrillo moldeado refractario, sometido a cochura a una temperatura de sinterización superior a 1000º C, en especial a una temperatura de sinterización comprendida entre 1200 y 1750º C, que, como principal componente refractario, contiene gránulos de material refractario de magnesia fundida, triturados y fraccionados a partir de una masa fundida solidificada, dichos gránulos de material refractario se han fabricado por los siguientes pasos de procedimiento:

55. fusión conjunta de una mezcla del componente principal MgO óxido metálico refractario o una materia prima habitual del componente principal y una espinela de la fórmula A2+B3+2O4 de los óxidos formados con los elementos A2+ = Fe, Mg y B3+ = Al o un material de partida habitual de los óxidos, dicha mezcla contiene el formador de espinela que se ha añadido o dosificado en una cantidad tal que se supere su solubilidad en la mezcla y, al enfriar la masa fundida, se formen zonas de desagregación de las espinelas elastificantes de la fórmula general A2+B3+2O4, estas zonas están repartidas de modo puntual y relativamente homogéneo en los gránulos del material refractario; y los gránulos de material refractario contienen del 2 al 25 % en peso de material elastificante;

- trituración y el fraccionamiento del producto fundido.

11. Artículo moldeado según la reivindicación 10, caracterizado porque contiene otros elastificantes, por ejemplo el 65 Mg-espinela, hercinita, óxido de circonio.

12. Artículo moldeado según la reivindicación 10 y/u 11, caracterizado porque el componente principal es la periclasa.

13. Artículo moldeado según una o varias de las reivindicaciones de 10 a 12, caracterizado porque la espinela elastificante es una espinela de MgAl.

14. Artículo moldeado según una o varias de las reivindicaciones de 10 a 13, caracterizado porque la espinela elasti

ficante es una espinela pleonástica de la fórmula general (Fe, Mg) (Al) 2O4. 10

15. Artículo moldeado según una o varias de las reivindicaciones de 10 a 14, caracterizado porque los gránulos de material refractario contienen del 70 al 98% del componente principal.