PRODUCTO CERÁMICO COCIDO REFRACTARIO.

Producto cerámico cocido refractario con una porosidad abierta >

10,0 en % en volumen y hasta el 30% en volumen, fabricado a partir de una mezcla que contiene menos del 5% en masa de componentes, que a una temperatura de utilización de hasta 1.500ºC forman fase de fusión, y que junto a un 50-90% en masa de material refractario de partícula fina con un tamaño de grano d90 < 100 μm presenta otro 10-50% en masa de material refractario de partícula gruesa con un tamaño de grano d90 > 500 μm y cuya proporción de partículas con un tamaño de grano d90 entre 100-500 μm está limitada a ≤q al 10% en masa

Producto cerámico cocido refractario.

La invención se refiere a un producto cerámico cocido refractario. Según la invención, están comprendidos en este género tanto los productos moldeados como no moldeados. Los productos moldeados son los que presentan una forma definida, de manera que pueden ser realizados de manera que estén acabados en las instalaciones del fabricante. Entre los productos conformados, se hallan: ladrillos (bricks), pitorros (nozzles), tubos (tubes), tapones (stoppers), placas (plates), etc. El concepto de productos no moldeados incluye los que son obtenidos generalmente en las instalaciones del usuario a partir de una masa correspondiente. A los mismos, pertenecen los suelos de agregados de horno, los cuales son vertidos a partir de una masa, aunque también masas de reparación, etc.

Los productos moldeados pueden ser suministrados cocidos o sin cocer al usuario. Igual que los productos no moldeados, los productos moldeados son cocidos también a más tardar durante su utilización, gracias a que son calentados por lo menos hasta temperaturas para las cuales sinterizan los componentes de la mezcla.

En este contexto, el concepto de material de mezcla refractario comprende tanto materiales de trabajo que presentan las propiedades refractarias anteriores así como también materiales de trabajo que se transforman en resistentes al fuego durante el/después del tratamiento con temperatura (la cocción).

Los productos cerámicos refractarios del tipo mencionado son conocidos, desde hace tiempo, en múltiples formas de realización. Las exigencias impuestas a los productos de este tipo se orientan según la utilización en cada caso. Fundamentalmente, se exige una gran resistencia a la temperatura. Para el revestimiento de hornos giratorios para cemento son suficientes con frecuencia productos que son resistentes a la temperatura hasta 1.300ºC. Los productos cerámicos refractarios para utilizaciones metalúrgicas (revestimiento de recipientes de fusión, pitorros, tapones, ladrillos de circulación de gas, etc.) presentan usualmente una resistencia a la temperatura de por lo menos 1.400 a 1.700ºC. La resistencia al fuego de los productos para el revestimiento de plantas para la incineración de basuras está comprendida, usualmente, entre 1.300ºC y 1.500ºC. Una resistencia a la temperatura superior a 1.700ºC se exige, por ejemplo, para las siguientes aplicaciones: hornos de fundir vidrio, equipos para la fabricación y tratamiento de masas de metal fundidas.

Otras características esenciales de las propiedades son: resistencia a los choques térmicos, comportamiento de corrosión, elasticidad de la estructura, reblandecimiento bajo presión, permeabilidad al gas, resistencia a la compresión en frío, tras el cambio de temperatura, resistencia a la flexión de caliente.

Las exigencias de producto específicas dependen en esta medida de las aplicaciones específicas. Por ejemplo, en hornos, como instalaciones de gaseado y/o de incineración, por ejemplo plantas para la incineración de basuras, o en bóvedas de hornos de fundir vidrio, la permeabilidad al gas de los productos cerámicos refractarios desempeña una función muy importante. Se aspira a una permeabilidad al gas baja, con el fin de evitar una corrosión de los productos cerámicos refractarios, debida a la infiltración de componentes agresivos del gas.

Para productos para el revestimiento de hornos para fundir vidrio, y ello allí donde una masa fundida de vidrio tiene contacto con material resistente al fuego, son válidos otros criterios: las artesas de vidrio son revestidas generalmente con ladrillos refractarios de gran formato (por ejemplo 0,6 x 0,4 x 0,4 m). Para esta utilización se aspira, por ello a una mejora (reducción) de la fragilidad además de una tendencia pequeña a la corrosión.

El documento DE 100 545 125 A1 describe una mezcla para la fabricación de un producto refractario. La mezcla contiene como componente esencial un formador de fase fundida el cual, para temperaturas de utilización de 700 a 1.300ºC, forma una fase masa fundida/vidrio. La fase fundida debe rellenar tanto como sea posible la porosidad abierta del producto para obtener, tras la cocción, un producto lo más denso posible.

La invención se plantea el problema de proporcionar un producto cerámico refractario el cual sea adecuado en especial para utilizaciones de alta temperatura (> 1.500ºC, en especial > 1.700ºC) y que presente, además de la gran resistencia a la temperatura, de forma acumulativa, la mayor cantidad de las propiedades siguientes: una buena resistencia a los choques térmicos, una buena flexibilidad, una gran resistencia a la compresión en frío después de cambios de temperatura, una pequeña permeabilidad al gas.

Para la solución de estos problemas se llevaron a cabo ensayos extensos. En ellos, se obtuvieron, entre otros, los conocimientos siguientes:

- Además de la composición química, sobre todo la estructura del producto cocido juega un papel decisivo.

- El valor absoluto de la porosidad abierta no es determinante. Determinante es más bien formar la porosidad abierta de tal manera que se forme una permeabilidad al gas lo menor posible.

- La porosidad abierta, por un lado, y la pequeña permeabilidad al gas, por el otro, se pueden ajustar de nuevo mediante la estructura.

- Las exigencias las satisface una estructura la cual presenta, además de pocas partículas gruesas, mayoritariamente una matriz de partículas finas.

- La distancia de las partículas gruesas entre sí debería corresponder, en cuanto al orden de magnitud, a de 0,7 a 3 veces su diámetro máximo.

- La porosidad abierta es predeterminada al mismo tiempo de forma completamente preponderante por la matriz de partícula fina. Los poros terminan sin embargo gradualmente en las partículas de estructura de grano grueso. Se forma en cada caso una especie de "poro de saco". Como resultado, la proporción de poros correspondiente no juega papel alguno en la permeabilidad al gas.

- La proporción de grano fino debería suponer del 5Q al 90% en masa (o del 60 al 90% en masa) de la mezcla, la proporción de grano grueso, correspondientemente, del 10 al 50% en masa o del 10 al 40% en masa. Al mismo tiempo, la proporción de partículas con un tamaño de grano entre grano fino y grueso debería ser limitada a < del 10% en masa de la mezcla total, preferentemente a < del 5% en masa.

- El hueco de grano resultante, de ello, es determinante para la composición estructural del producto cocido y de sus propiedades.

- El valor límite superior para la proporción de grano fino es, en cuanto al orden de magnitud, aproximadamente una potencia de diez menor que el tamaño de grano límite inferior del material de partícula gruesa. Usualmente, el material refractario de partícula fina tiene un tamaño de grano d₉₀ < 100 μm, con frecuencia < 50 μm, mientras que el componente refractario de partícula gruesa presenta un tamaño de grano d₉₀ > 500 μm, con frecuencia > 1 mm.

En la forma más general de realización la invención se refiere a un producto cerámico cocido refractario, según la reivindicación 1.

Según una forma de realización, el tamaño de grano límite para el material refractario de partícula fina vale: d₉₀ < 50 μm.

Los porcentajes entre material refractario de partícula fina y de partícula gruesa se pueden variar de la manera siguiente: 65 a 85:15 a 35 ó 70 a 80:20 a 30, respectivamente 75 a 85:15 a 25, pudiendo limitarse la proporción de partículas con un tamaño de grano entre la proporción de grano fino y la de grano grueso a valores < al 5% en masa.

La elección de grano específica de la mezcla es determinante para la estructura del producto cocido y sus propiedades. La fracción gruesa y fina de la mezcla se puede reconocer en el producto casi siempre de forma análoga. Para la fabricación se pueden preparar ambos componentes en forma de granallas. Las granallas individuales poseen entonces un núcleo del material de partícula gruesa mencionado con un revestimiento del material de partícula fina mencionado. Durante el procesamiento posterior que viene a continuación se puede añadir más material fino. La mezcla puede ser comprimida para dar, por ejemplo, piezas preformadas. Después de la cocción, generalmente por encima de 1.500ºC, en la mayoría de los casos por encima de 1.700ºC, resulta, por ejemplo, la imagen de estructura representada en...

1. Producto cerámico cocido refractario con una porosidad abierta > 10,0 en % en volumen y hasta el 30% en volumen, fabricado a partir de una mezcla que contiene menos del 5% en masa de componentes, que a una temperatura de utilización de hasta 1.500ºC forman fase de fusión, y que junto a un 50-90% en masa de material refractario de partícula fina con un tamaño de grano d₉₀ < 100 μm presenta otro 10-50% en masa de material refractario de partícula gruesa con un tamaño de grano d₉₀ > 500 μm y cuya proporción de partículas con un tamaño de grano d₉₀ entre 100-500 μm está limitada a ≤q al 10% en masa.

2. Producto según la reivindicación 1, fabricado a partir de una mezcla, cuyo material de partícula fina presenta un tamaño de grano d₉₀ < 50 μm.

3. Producto según la reivindicación 1, fabricado a partir de una mezcla, que presenta, junto al 65-85% en masa de material de partícula fina, otro 15-35% en masa de material de partícula gruesa.

4. Producto según la reivindicación 1, fabricado a partir de una mezcla, cuya proporción en partículas con un tamaño de grano d₉₀ entre el material de partícula fina y el de partícula gruesa está limitada a ≤q el 5% en masa.

5. Producto según la reivindicación 1 con una permeabilidad al gas < 5 x 10^-13 m².

6. Producto según la reivindicación 5, en el que una porosidad abierta está constituida por más de la mitad de poros con un diámetro d₉₀ < 15 μm y en más de 1/10 de poros con un diámetro d₉₀ > 100 μm, suponiendo la proporción de poros entre 15 y 100 μm como máximo 1/7 de la porosidad abierta.

7. Producto según la reivindicación 6, cuya porosidad abierta está constituida por más de la mitad de poros con un diámetro d₉₀ < 10 μm.

8. Producto según la reivindicación 6, en el que la proporción de poros entre 15 y 100 μm es, como máximo, 1/10 de la porosidad abierta.

9. Producto según la reivindicación 1, que satisface por lo menos uno de los siguientes valores experimentales:

a) reblandecimiento bajo presión según EN 993-8 > 1.500ºC, en particular > 1.700ºC

b) resistencia a la flexión en caliente según EN 993-7 a 1.400ºC > 10 MPa

c) resistencia a la compresión en frío según EN 993-5 > 50, en particular > 80 MPa.

10. Producto según la reivindicación 1, fabricado a partir de una mezcla, que contiene por lo menos uno de entre los siguientes materiales oxídicos: Al₂O₃, Al₂O₃-ZrO₂, ZrO₂, mullita, MgO, MgO-Al₂O₃, Cr₂O₃, MgO-Cr₂O₃, SiO₂, Al₂O₃-Cr₂O₃.

11. Producto según la reivindicación 1, fabricado a partir de una mezcla, que contiene por lo menos uno de entre los siguientes materiales no oxídicos: carburo, nitruro, boruro, SiAlONe.