Mezcla cerámica refractaria y ladrillo formado a partir de la misma.

Mezcla cerámica refractaria con la siguiente composición:

a) de 75 a 98% en masa de al menos un material de base básico del grupo:

magnesia sinterizada, magnesia fundida,

b) de 2 a 25% en masa de al menos un aditivo granular del grupo: carburo de silicio, nitruro de silicio, oxicarburo de silicio, oxicarbonitruro de silicio,

c) como máximo, un 5% en masa de otros componentes,

en cada caso, con respecto a la mezcla total,

) estando presente el material de base básico en >10 a< 40% en masa en una fracción de harina< 125 mm, con respecto a la mezcla total y

e) estando presente el aditivo granular en una fracción granulométrica >125 mm y< 2 mm.

Mezcla cerámica refractaria y ladrillo formado a partir de la misma.

La presente invención se refiere a una mezcla cerámica refractaria, así como a un ladrillo cerámico refractario formado a partir de la misma.

Los productos cerámicos refractarios pueden clasificarse en diferentes categorías, por ejemplo en productos básicos y no básicos. La invención se refiere sólo a productos básicos, y concretamente a una mezcla y a un ladrillo, cuyo material de base básico está compuesto por magnesia sinterizada y/o magnesia fundida.

El documento KR 2010 0101425 A divulga una mezcla refractaria para la producción de un artículo fijado a carbono, que comprende un 40-90% en masa de MgO, un 9-50% en masa de SiC y un 1-10% en masa de AIN; el SiC puede estar presente en un tamaño de grano < 1 mm y los demás componentes en un tamaño de grano > 1 mm. El documento CN 1 654 426 A divulga un material refractario, que comprende un 50-90% en masa de MgO, un 10-15% en masa de SiC y un 3-8% en masa de polvo de sílice; el MgO puede estar presente en un tamaño de grano de 4- 10 pm así como en un tamaño de grano de 8-12 mm, y el SiC puede estar presente en un tamaño de grano de 2- 120 pm así como en un tamaño de grano de 2-15 mm, pudiendo a este respecto estar presente el grano más grueso en porcentajes del 30-80% en masa y el grano más fino en porcentajes del 20-70% en masa El documento EP 0 370 176 A2 divulga un producto refractario, que comprende MgO y SiC; el MgO está presente en un tamaño de grano de 0,5-100 pm y el SiC en un tamaño de grano < 1 pm. El documento WO 84/00158 A1 divulga un producto refractario, que presenta un 60-95% en masa de MgO, un 3-20% en masa de C y un 2-15% en masa de SiC; a este respecto el SiC puede estar presente al menos en un 85% en un tamaño de grano en el intervalo de 2-50 pm.

Por el documento DE 44 03 869 C2 y el documento DE 198 59 372 C1 se conocen mezclas y ladrillos genéricos. Además de por el material de base básico, los productos conocidos están compuestos por espinelas (hercinita, galaxita, jacobsita).

A este respecto se estableció que mediante la combinación del material de base básico con dichas espinelas podían conseguirse propiedades mecánicas ventajosas del producto cocido. En particular se mejora la ductilidad (se reduce la fragilidad) del cuerpo moldeado cocido, parcialmente también se mejora la resistencia en particular con respecto a un ataque por álcalis.

Se menciona que todavía no se han aclarado completamente los mecanismos de reacción y sinterización en caso de cocción de las piezas correspondientes, pero diferentes descubrimientos indican que no tiene lugar una sinterización estrecha y completa entre los componentes individuales de la mezcla, de modo que la pieza cocida también presente una cierta "elasticidad" (flexibilidad). En otras palabras: si bien los componentes de la mezcla experimentan durante la cocción una interacción fisicoquímica, el producto es menos frágil que los componentes individuales de la mezcla y se vuelve en general "más elástico".

Aunque los productos refractarios mencionados anteriormente han dado buen resultado en la industria desde hace muchos años y por ejemplo se utilizan para el revestimiento de hornos rotativos tubulares de cemento, existe el deseo de mejoras adicionales en particular en cuanto a la estabilidad térmica de los productos cocidos. Por ejemplo, el punto invariante en el sistema silicato de dicalcio-aluminato de calcio-espinela-periclasa asciende sólo a aproximadamente 1.325°C.

La invención se basa en el objetivo de ofrecer una mezcla cerámica refractaria básica, a partir de la cual pueden producirse piezas moldeadas refractarias, que además de una elasticidad de estructura ventajosa presentan una alta refractariedad, que se determina mediante un punto invariante superior a 1.400°C. Preferiblemente, el producto cocido debe presentar además una resistencia a la corrosión especialmente buena.

La invención abandona el camino trazado en el estado de la técnica de utilizar espinelas en combinación con un material de base de periclasa. Se estableció que el contenido en AI2O3 de las espinelas es fundamental para la reducción de la resistencia térmica de los productos cocidos. Esto es aplicable en particular en combinación con el componente de mezcla CaO. Si bien el contenido en CaO de la mezcla total puede reducirse mediante la utilización de materiales de base pobres en calcio, sigue existiendo el problema cuando durante la aplicación se suministra de nuevo óxido de calcio. Éste es el caso, por ejemplo, en hornos rotativos tubulares para la producción de clínker de cemento.

En ensayos extensos se estableció que estas desventajas pueden solucionarse mediante un componente de mezcla completamente diferente, concretamente un componente de mezcla del grupo: carburo de silicio, oxicarburo de silicio, oxicarbonitruro de silicio, nitruro de silicio.

Si a partir de la mezcla, tras la adición de un aglutinante habitual tal como sulfonato de lignina (por ejemplo en una cantidad de hasta el 4% en masa, con respecto a la mezcla total), se comprime un ladrillo y se cuece (en particular en el intervalo de temperatura de 1.400°C a 1.600°C), en el caso de un producto según la invención sólo se

producen puentes de sinterización parciales entre el material de base (MgO) básico y el aditivo granular, formándose en particular las siguientes fases minerales: MgSi03, Mg2S¡C>4, SIÜ2. A este respecto se genera SÍO2 mediante la oxidación de SIC durante un proceso a altas temperaturas (oxidante). En la mayoría de los casos el Si02 reacciona con el MgO y forma enstatlta. De manera adyacente a la misma se forma forsterita, que crea una unión directa con el material de base básico, dado que la enstatlta no es estable junto al MgO.

En ensayos pudo observarse que como máximo la mitad de la superficie del aditivo granular se sinteriza con el material de base básico refractario circundante. A menudo, el aditivo granular está presente tras la cocción incluso suelto en la matriz básica, es decir, entre los granos de aditivo individuales y el material de matriz básico ni siquiera existen uniones firmes. En el entorno directo de los granos de aditivo puede aparecer además de MgO también forsterita. La magnitud de la sinterización del aditivo granular con el material de base básico refractario circundante pudo establecerse mediante un estudio microscópico de sección pulida; a este respecto se estableció que la periferia del grano se sinteriza como máximo la mitad de su longitud con el material de base básico circundante.

En este sentido, la estructura de un producto cerámico refractario según la invención se diferencia de la micrografía de un ladrillo según el estado de la técnica, que contiene espinela. Con el nuevo producto se alcanzan al menos los valores característicos de ductilidad que presentan los productos de espinela conocidos.

En relación con este estado de la técnica, el producto según la invención se caracteriza por un punto invariante claramente aumentado, que se encuentra regularmente al menos 100°C, con frecuencia más de 200°C por encima del de los productos con hercinita y/o galaxita y/o jacobsita. La refractariedad es correspondientemente elevada.

En la forma de realización más general, la invención comprende una mezcla cerámica refractaria de siguiente composición:

de 75 a 98% en masa de al menos un material de base básico del grupo: magnesia sinterizada, magnesia fundida,

de 2 a 25% en masa de al menos un aditivo granular del grupo: carburo de silicio, nitruro de silicio, oxicarburo de silicio, oxicarbonitruro de silicio,

como máximo un 5% en masa de otros componentes

refiriéndose los datos de masa en cada caso a la mezcla total, y

presentando la mezcla las características adicionales según la reivindicación 1.

Las propiedades mencionadas anteriormente pueden optimizarse mediante las siguientes variaciones, que pueden implementarse Individualmente y en combinación entre sí, siempre que esto no se excluya expresamente:

la utilización de un material de base básico con un porcentaje > 35% en masa (con respecto a la mezcla total) en una fracción granulométrica > 1 mm,

la utilización del aditivo granular en un espectro de grano > 0,5 mm,

la reducción del porcentaje del aditivo granular en la mezcla total hasta una cantidad de desde el 2 hasta el 10% en masa,

la elección de un material de base básico, que en sí mismo está compuesto por al menos un 95% en masa de MgO, siendo este porcentaje preferiblemente aún mayor, por ejemplo superior al 97% en masa o superior al 98,5% en masa,

la coordinación de los... [Seguir leyendo]

1. Mezcla cerámica refractaria con la siguiente composición:

a) de 75 a 98% en masa de al menos un material de base básico del grupo: magnesia sinterizada, magnesia fundida,

b) de 2 a 25% en masa de al menos un aditivo granular del grupo: carburo de silicio, nitruro de silicio, oxicarburo de silicio, oxicarbonitruro de silicio,

c) como máximo, un 5% en masa de otros componentes, en cada caso, con respecto a la mezcla total,

d) estando presente el material de base básico en > 10 a < 40% en masa en una fracción de harina < 125 pm, con respecto a la mezcla total y

e) estando presente el aditivo granular en una fracción granulométrica > 125 pm y < 2 mm.

2. Mezcla cerámica refractaria según la reivindicación 1, cuyo material de base básico está presente en > 35% en masa en una fracción granulométrica > 1 mm, con respecto a la mezcla total.

3. Mezcla cerámica refractaria según la reivindicación 1, cuyo aditivo granular está presente en una fracción granulométrica > 0,5 mm y < 2 mm.

4. Mezcla cerámica refractaria según la reivindicación 1, cuyo aditivo granular está presente en una cantidad de 2 a 10% en masa, con respecto a la mezcla total.

5. Mezcla cerámica refractaria según la reivindicación 1, cuyo material de base básico está compuesto por al menos un 95% en masa de MgO.

6. Mezcla cerámica refractaria según la reivindicación 1, en la que el valor d9o del material de base granular básico sin la fracción de harina se encuentra por encima del valor dgo del aditivo granular.

7. Mezcla cerámica refractaria según la reivindicación 1, cuyo material de base básico presenta un contenido en hierro, medido como Fe203, de menos del 0,6% en masa, con respecto al material de base básico.

8. Mezcla cerámica refractaria según la reivindicación 1, que contiene menos del 0,3% en masa de óxido de aluminio, con respecto a la mezcla total.

9. Mezcla cerámica refractaria según la reivindicación 1, que contiene menos del 0,3% en masa de óxido de cromo, con respecto a la mezcla total.

10. Mezcla cerámica refractaria según la reivindicación 1, cuyo aditivo granular contiene como máximo un 5% en masa de otros componentes, con respecto al porcentaje en masa del aditivo en la mezcla total.

11. Ladrillo cerámico refractario, fabricado a partir de una mezcla según la reivindicación 1, tras la compresión y cocción a temperaturas comprendidas entre 1400°C y 1600°C, en el que el aditivo granular es sinterlzado como máximo a la mitad con el material de base básico circundante.

12. Ladrillo cerámico refractario según la reivindicación 11, con al menos uno de los siguientes valores de propiedad:

a) módulo de elasticidad: < 60 GPa

b) energía de rotura: > 200 N/m

c) resistencia a la tracción bajo efecto de la entalladura nominal: < 9 MPa

d) longitud característica: > 250 mm

e) punto Invariante: > 1700°C.