Composición refractaria resistente a grietas.

Una composición refractaria seca, que comprende:

(a) una mezcla refractaria seca en forma de un polvo seco para verter en una cavidad de revestimientorefractario y que incluye un material matriz que tiene un tamaño de partículas menor de 149 μ

m (nº de malla100) en una cantidad de 20 a 100 por ciento en peso, seleccionándose el material matriz de alúmina calcinada,alúmina fundida, magnesia sinterizada, magnesia fundida, humo de sílice, sílice fundida, carburo de silicio,carburo de boro, diboruro de titanio, boruro de zirconio, nitruro de boro, nitruro de aluminio, nitruro de silicio,nitruro de ferrosilicio, Sialon, óxido de titanio, sulfato de bario, zircón, un mineral del grupo de la silimanita,pirofilita, arcilla refractaria, wollastonita, fluoruro de calcio, espinela, óxido de cromo, olivino, un agregado dealuminato de calcio, un silicato alúmina-zirconia, cromita, óxido de calcio, dolomita, y mezclas de los mismos; y

un agregado refractario denso que tiene un tamaño de partículas mayor o igual que 149 μm (nº de malla 100),en una cantidad de 0 a 80 por ciento en peso, seleccionándose el agregado refractario denso de arcillarefractaria calcinada, chamota calcinada, un mineral del grupo de la silimanita, bauxita calcinada, pirofilita,sílice, zircón, baddeleyita, cromita, dolomita, olivino, cordierita, carburo de silicio, alúmina sinterizada, alúminafundida, sílice fundida, mullita sinterizada, mullita fundida, zirconia fundida, zirconia sinterizada, mullita,zirconia-mullita fundida, magnesia sinterizada, magnesia fundida, espinela sinterizada, espinela fundida,chamota refractaria densa, un agregado de cromo-alúmina, un agregado de aluminato de calcio, un silicatoalúmina-zirconia y mezclas de los mismos; y

opcionalmente, un agente ligante termoactivado en una cantidad de 0,1 a 8 por ciento en peso;

seleccionándose el material matriz, el agregado refractario denso y el agente ligante termoactivado, si seincluye, de modo que cuando la composición refractaria seca se instala en forma de polvo sin adición de aguao aglutinantes químicos líquidos en una cavidad de revestimiento refractario adyacente a una fuente de calor,una primera parte de la composición cerca de la fuente de calor forma uniones térmicas fuertes; y

(b) fibras metálicas en una cantidad de 3 a 15 por ciento en peso, basado en el peso de la mezcla refractariaseca; y en la que el material matriz, el agregado refractario denso y el agente ligante termoactivado, si seincluye, se seleccionan de modo que cuando la composición refractaria seca se instala en una cavidad de unrevestimiento refractario adyacente a una fuente de calor, una segunda parte de la composición más lejos de lafuente de calor que la primera parte, permanece en forma no sinterizada.

Composicion refractaria resistente a grietas

Antecedentes de la invención Esta invencion se refiere a un refractario seco (es decir, un refractario monolitico instalado en forma de polvo seco 5 sin la adicion de agua o aglutinantes quimicos liquidos) , en particular a un refractario seco adecuado para usar en aplicaciones de contencion de metal, que proporciona una resistencia superior a la propagacion de fisuras.

Los refractarios se usan ampliamente como revestimientos de trabajo y revestimientos secundarios (seguridad) en el procesado de metales y en campos relacionados. La solicitud de patente del Reino Unido n° GB-A-2287461 describe un ladrillo refractario basado en al menos un oxido de metal refractario con una fraccion de particulas <8 mm que 10 contiene 4-30% en peso de una fraccion de refractario muy fino de <0, 01 mm, preparado por coccion por debajo de la temperatura a la q ue las particulas de la fraccion de refractario muy fino sinterizan por recristalizacion con crecimiento de grano. Estos revestimientos refractarios contienen metal fundido y escoria en los recipientes de procesado y transferencia del metal. Algunos revestimientos refractarios tambien se usan para contener el calor y gases asociados con las operaciones de procesado del metal dentro de los recipientes. Como se usa en la presente memoria, una aplicacion de "contencion de metal" es una en la que la contencion de metal fundido y escoria es de importancia principal o incluso lo unico importante, mientras que una aplicacion de "contencion de metal/calor" es una en la que tienen interes tanto la contencion de calor (aislamiento) del recipiente como la contencion del metal fundido y la escoria.

Los revestimientos refractarios para las a plicaciones de contencion de metal y de calor/metal tipicamente son consumibles. Se erosionan, se forman fisuras o se danan de otra forma por exposicion a las condiciones dentro del recipiente. Cuando se ha producido una determinada cantidad de consumo o de dano del revestimiento refractario, es necesaria la reparacion o la sustitucion del revestimiento. La reparacion o la sustitucion interrumpen la operacion de procesado del metal, a veces dura nte un tiempo prolongado. Algunas interrupciones son inesperadas mientras que otras son mas o menos predecibles. Debido a que la reparacion o sustitucion de un revestimiento refractario interrumpe las operaciones, es deseable que el revestimiento refractario se comporte de una forma predecible para poder planificar las reparaciones mas que hacer reparaciones de emergencia.

La erosion del revestimiento refractario debido al contacto con el metal fundido y la escoria corrosivos produce un consumo gradual del revestimiento refractario. Las tasas de erosion en general se pueden predecir por inspeccion visual de las partes expuestas del revestimiento del recipiente u otras tecnicas. Se puede establecer una tasa de erosion predecible para un revestimiento refractario particular, basandose en las car acteristicas de contencion termicas y del metal de la aplicacion y el consumo refractario historico. Para los hornos electricos de induccion, la tasa de erosion tambien se puede calcular por los cambios en las lecturas electricas a lo largo del tiempo.

La formacion de fisuras de un revestimiento refractario se produce cuando un refractario fragil, unido, se somete a tensiones termicas y mecanicas. Estas tensiones normalmente son resultado de la expansion y contraccion del 35 revestimiento como resultado de cambios en el entorno termico. Las fisuras dejan que el metal fundido y la escoria se infiltren en el revestimiento, produciendo una zona de fallo aislada en el procesado del metal o el recipiente de transferencia. El fallo de un revestimiento refractario debido a fisuras es mucho menos predecible que la erosion. Las fisuras no se prod ucen con frecue ncia en u na zona expuesta del revestimiento refractario por lo q ue la inspeccion visual normalmente no es util para identificar las fisuras. La naturaleza de las fisuras que se forman en un revestimiento refractario tambien puede variar con l a composicion refractaria y las condiciones termicas. Los revestimientos refractarios caracterizados por uniones mas debiles tienden a formar microfisuras con la tension, mientras que los revestimientos refractarios caracterizados por uniones mas fuertes tienden a formar macrofisuras con las tensiones. Las macrofisuras son particularmente indeseables porque son resultado de la rotura de uniones muy resistentes.

Ademas de ser impredecibles, los fallos de fisuras pueden ser catastroficos. Una macrofisura que se extiende completamente por el revestimiento desde la cara caliente a la cara fria (p. ej., el lado del armazon de acero de un recipiente de procesamiento de metal) puede dejar que el metal fundido y/o la escoria alcancen el armazon exterior del recipiente mediante traslado por la fisura. Cuando esto ocurr e, los materi ales fundidos pueden quemar enteramente el armazon, lo cual puede producir un dano caro al equipamiento y/o lesiones al personal. Un quemado 50 de este tipo puede producir retrasos largos no programados en la operacion para hacer reparaciones en el revestimiento, el armazon de acero y la estructura, y cualquier equipamiento de alrededor.

Tambien se pueden usar refractarios en las aplicaciones de aislamiento termico (en el campo del procesado de metales u otros) donde se esperan repetidos choques termicos. Dichas aplicaciones pueden incluir construcciones de camaras de combustion e incineradoras. Aunque se puede producir erosion en las aplicaciones de refractarios de 55 aislamiento termico en entornos particularmente corrosivos, el fall o de los refractar ios de aislamiento termico normalmente es el resultado de las fisuras producidas por los choques termicos repetidos.

Los refractarios secos, y en particular los refractarios secos que se instalan usando vibracion para compactar el polvo refractario seco, proporcionan una resistencia superior a la propagacion de fisuras, comparados con otros

tipos de revest imientos refractarios conv encionales tales c omo refractarios para moldear, masas refractarias par a apisonar, ladrillos y bloques refractarios. La resistencia superior a las fisuras de los revestimientos refractarios secos instalables por vibracion es resultado de un sistema de union unico que permite que estos revestimientos respondan a las condiciones termicas de la aplicacion formando uniones termicas en proporciones controladas en intervalos de temperatura predeterminados. Por ejemplo, en una aplicacion de contencion de metal, el revestimiento refractario responde a las condiciones termicas del recipiente con metal fundido asociado y cualquier intrusion de metal fundido y escoria en el revestimiento. Las composiciones quimicas y mineralogicas de los refractarios secos instalables por vibracion usados en aplicaciones de co ntencion d e me tal y c ontencion d e cal or/metal, tambi en se pu eden seleccionar para que sean resistentes a tipos especificos de metalesyescorias asociados con procedimientos particulares.

Un refractario seco instalable por vibracion, instalado, inicialmente existe en un estado no unido. En este estado no unido, no presenta comportamiento fragil. El revestimiento refractario seco no unido no se fisura o fractura cuando se somete a tensiones externas sino que en su lugar absorbe y distribuye estas tensiones. Sin embargo, puesto que el revestimiento refractario instalado no unido esta expuesto a calor, empieza a formar uniones termicas. La region mas cercana a la cara caliente tiende a formar uniones termicas fuertes. El material refractario fuertemente unido se convierte en denso y duro y es quimica y fisicamente resistente a la penetracion por el metal fundido y la escoria.

La extension de la union termica varia con la composicionrefractaria y las condiciones termicas presentes en una aplicacion particular. E n al gunas aplicaciones, se es pera que es encialmente tod o el mater ial r efractario este fuertemente unido y presente comportamiento fragil. En otras aplicaciones, se espera que la region mas lejos de la cara caliente permanezca en un estado no unido o no sinterizado y se espera que la zona intermedia forme uniones termicas fritadas debiles. El refractario en las regiones fritadas y no sinterizadas retiene sus propiedades fluidas y forma una envuelta que sigue siendo capaz de absorber tensiones mecanicas y termicas. Dentro de esta envuelta, el refractario fuertemente unido mas cerca de la cara caliente puede presentar comportamiento fragil tipico de las composiciones refractarias convencionales. Sin embargo, esta envuelta protectora se puede degradar o incluso eliminar si las condiciones termicas en la aplicacion producen uniones del refractario en las regiones fritadas yno sinterizadas.

La naturaleza de las uniones termicas tambien... [Seguir leyendo]

1. Una composicion refractaria seca, que comprende:

(a) una mezc la refractaria s eca en forma de un p olvo seco par a verter en un a cav idad de rev estimiento refractario yque incluye un material matriz que tiene un tamano de particulas menor de 149 !m (n° de malla 100) en una cantidad de 20 a 100 por ciento en peso, seleccionandose el material matriz de alumina calcinada, alumina fundida, magnesia sinterizada, magnesia fundida, humo de silice, silice fundida, carburo de silici o, carburo de boro, diboruro de titanio, boruro de zirconio, nitruro de boro, nitruro de aluminio, nitruro de silicio, nitruro de ferrosilicio, Sialon, oxido de titanio, sulfato de bario, zircon, un mineral del grupo de la silimanita, pirofilita, arcilla refractaria, wollastonita, fluoruro de calcio, espinela, oxido de cromo, olivino, un agregado de aluminato de calcio, un silicato alumina-zirconia, cromita, oxido de calcio, dolomita, y mezclas de los mismos; y

un agregado refractario denso que tiene un tamano de particulas mayor o igual que 149 !m (n° de malla 100) , en una cantidad de 0 a 80 por ciento en peso, seleccionandose el agregado refractario denso de arcilla refractaria calcinada, chamota calcinada, un mineral del grupo de la silimanita, bauxita calcinada, pirofilita, silice, zircon, baddeleyita, cromita, dolomita, olivino, cordierita, carburo de silicio, alumina sinterizada, alumina fundida, silice fundid a, mull ita sinteriz ada, mullita fun dida, zircon ia fundida, zirc onia sinteriz ada, mullita , zirconia-mullita fundid a, mag nesia sinteriz ada, magn esia fundid a, espin ela si nterizada, esp inela fundid a, chamota refractaria densa, un agregado de cromo-alumina, un agregado de aluminato de calcio, un silicato alumina-zirconia y mezclas de los mismos; y

opcionalmente, un agente ligante termoactivado en una cantidad de 0, 1 a 8 por ciento en peso;

seleccionandose el material matriz, el agrega do refractario denso yel agente ligante termoactivado, si se incluye, de modo que cuando la composicion refractaria seca se instala en forma de polvo sin adicion de agua

o aglutinantes quimicos liquidos en una cavidad de revestimiento refractario adyacente a una fuente de calor, una primera parte de la composicion cerca de la fuente de calor forma uniones termicas fuertes; y

(b) fibras metalicas en una cantidad de 3 a 15 por ciento en peso, basado en el peso de la mezcla refractaria seca; y en la que el material matriz, el agregado refractario denso y el agente ligante termoactivado, si se incluye, se seleccionan de modo que cuando la composicion refractaria seca se instala en una cavidad de un revestimiento refractario adyacente a una fuente de calor, una segunda parte de la composicion mas lejos de la fuente de calor que la primera parte, permanece en forma no sinterizada.

2. La composicion refractaria seca de la reivindicacion 1, en la que las fibras metalicas se seleccionan de acero inoxidable, acero al carbono, una aleacion de cromo, una aleacion de cobre, una aleacion de aluminio, una aleacion de titanio y mezclas de los mismos.

3. La composicion refractaria seca de la reivindicacion 1ºreivindicacion 2, en la que las fibras metalicas tienen una longitud de aproximadamente 12, 7 mm a aproximadamente 50, 8 mm.

4. La composicion refractaria seca de cualquier reivindicacion precedente, en la que la mezcla refractaria seca comprende el agente ligante termoactivado en una ca ntidad que mantiene la forma d e polvo seco de la mezcla refractaria seca y esta en el intervalo de 0, 1 a 8 por ciento en peso; y en la que, opcionalmente, el agente ligante termoactivado se selecciona de oxido de boro, acido borico, criolita, una sal de fluoruro no calcico, un compuesto de silicato, un compuesto de borato, un compuesto de fosfato, un cemento de silicato calcico, un cemento de aluminato calcico, cloruro magnesico, arcilla plastica, caolin, un compuesto de sulfato, un polvo de metal, frita refractaria, resina fenolica; resina furanica, brea, gilsonita, lignosulfonato, azucar, metil/etilcelulosa, almidon, acido oxalico y mezclas de los mismos.

5. La composicion refractaria seca de cualquier reivindicacion precedente, en la que la mezcla refractaria seca comprende ademas un supresor de polvo en una cantidad que mantiene la forma de polvo seco de la mezcla refractaria seca y es suficiente para controlar el polvo visible y respirable durante la instalacion de la composicion; y en la que, opcionalmente, el supresor de polvo se selecciona de un aceite ligero, queroseno, un glicol, un polimero organico viscoso, y mezclas de los mismos.

6. La composicion refractaria seca de cualquier reivindicacion precedente, en la que la mezcla refractaria seca incluye material matriz en una cantidad de 20 a 60 por ciento en peso y agregado refractario denso en una cantidad de 40 a 80 por ciento en peso.

7. La comp osicion refractaria s eca de acuerdo con c ualquier reivi ndicacion prec edente, en la qu e la mezcl a refractaria seca comprende ademas carbono.

8. La composicion refractaria seca de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4-7, en la que el agente ligante termoactivado comprende frita refractaria.

9. Una composicion refractaria instalada, que comprende:

la composicion refractaria seca de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, instalada en forma de polvo sin la adicion de agua o aglutinantes quimicos liquidos en una cavidad adyacente a una fu ente de calor, for mando al menos una primera parte de la composicion instalada cerca de la fuente de calor uniones termicas fuertes.

10. La composicion refractaria instalada de la reivindicacion 9, en la que una segunda parte de la composicion mas lejos de la fuente de calor que la primera parte, permanece en una forma no sinterizada.

11. La composicion refractaria instalada de acuerdo con la reivindicacion 9 o reivindicacion 10, en la que la fuente de calor es la cara caliente de un horno electrico de induccion en contacto con metal.

12. Una cavidad de revestimiento refractario llenada con la composicion refractaria seca de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en forma seca sin adicion de agua o aglutinantes quimicos liquidos.

13. Un metodo de instalacion de un revestimiento refractario, que comprende las etapas de verter una composicion refractaria seca que comprende (a) un a mezcl a refractari a s eca e n forma de u n po lvo seco e n un a cavidad d e re vestimiento ref ractario adyacente a una fuente de calor, incluyendo la mezcla refractaria seca un material matriz que tiene un tamano de particulas menor de 149 !m (n° de malla 100) en una cantidad de 20 a 100 por ciento en peso, seleccionandose el material matriz de alumina calcinada, alumina fundida, magnesia sinterizada, magnesia fundida, humo de silice, silice fundida, carburo de silicio, carburo de boro, diboruro de titanio, boruro de zirconio, nitruro de boro, nitruro de aluminio, nitruro de silicio, nitruro de ferrosilicio, Sialon, oxido de titanio, sulfato de bario, un mineral del grupo de la silimanita, pirofilita, arcilla refractaria, wollastonita, fluoruro de calcio, espinela, oxido de cromo, olivino, un agregado de aluminato de calcio, un silicato aluminazirconia, cromita, oxido de calcio, dolomita, y mezclas de los mismos;

y un agregado refractario denso que tiene un tamano de particulas mayor o igual que 149 !m (n° de malla 100) , en una cantidad de 0 a 80 por ciento en peso, seleccionandose el agregado refractario denso de arcilla refractaria calcinada, chamota calcinada, un mineral del grupo de la silimanita, bauxita calcinada, pirofilita, silice, zircon, baddeleyita, cromita, dolomita, olivino, cordierita, carburo de silicio, alumina sinterizada, alumina fundida, silice fundida, mullita sinterizada, mullita fundida, zirconia fundida, zirconia-mullita sinterizada, zirconiamullita fu ndida, magnesi a si nterizada, ma gnesia fun dida, espinela si nterizada, es pinela fun dida, chamot a refractaria densa, un agregado de cromo-alumina, un agregado de aluminato de calcio, un silicato aluminazirconia, y mezclas de los mismos; y

opcionalmente, un agente ligante termoactivado en una cantidad de 0, 1 a 8 por ciento en peso;

comprendiendo ademas la composicion refractaria seca

(b) fibras metalicas en una cantidad de 3 a 15 por ciento en peso, basado en el peso de la mezcla refractaria seca, seleccionandose las fibras metalicas de acero inoxidable, acero al carbono, una aleacion de cromo, una aleacion de cobre, una aleacion de aluminio, una aleacion de titanio y mezclas de los mismos;

seleccionandose el material matriz, el agrega do refractario denso yel agente ligante termoactivado, si se incluye, de modo que cuando la composicion refractaria seca se instala en forma de polvo sin adicion de agua

o aglutinantes quimicos liquidos en una cavidad adyacente a una fuente de calor, al menos una primera parte de la composicion cerca de la fuente de calor forma uniones termicas fuertes y una segunda parte de la composicion mas lejos de la fuente de calor que la primera parte, permanece en forma no sinterizada,

desairear la composicion vertida; y

calentar la composicion desaireada de modo que al menos una primera parte de la composicion cerca de la fuente de calor forma uniones termicas fuertes y una segunda parte de la composicion mas lejos de la fuente de calor que la primera parte, permanece en una forma no sinterizada.

14. El metodo de la reivindicacion 13, en el que la etapa de desaireacion ademas comprende la etapa de:

compactar la composicion.

15. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 13 o 14, en el que la fuente de calor es la cara caliente de un horno electrico de induccion en contacto con metal.

16. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13-15, en el que la mezcla refractaria seca en forma de un polvo seco incluye el material matriz en una cantidad de20 a60 por ciento en peso y el agregado refractario denso en una cantidad de 40 a 80 por ciento en peso.

17. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13-16, en el que la mezcla refractaria seca en forma de un polvo seco incluye el agente ligante termoactivado en una cantidad que mantiene laforma de polvo

seco de la mezcla refractaria seca y esta en el intervalo de 0, 1 a 8 por ciento en peso.

18. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 17, en el que el agente ligante termoactivado comprende frita refractaria.