MXPA00012503A - Material refractario aislante. - Google Patents

Abstract

La invencion trata de un material refractario aislante que consta de un 20 a un 80% en peso de una matriz ceramica, de un 5 a un 40% en peso de microesferas aislantes, de un 0.5 a un 15% en peso de uno o mas aglutinantes y de un 0 a un 5% en peso de agua. La matriz ceramica consta de granos vitreos, en particular silice atomizada tambien contiene de un 0.5 a un 4% en peso de un defloculante y de un 0.5 a un 4% en peso de silice coloidal. Las microesferas aislantes son esferas huecas de un material basado en silice y alumina, contienen de un 55 a un 65% en peso de silice y de un 27 a un 33% en peso de alumina.

Description

MATERIAL REFRACTARIO AISLANTE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Los materiales refractarios aislantes se utilizan en la industria, particularmente en metalurgia, para reducir pérdidas de calor y para ahorrar energía. Estos materiales pueden utilizarse también para recubrir un objeto. Pueden utilizarse también para producir un componente aislante en el mismo material. También pueden utilizarse para producir elementos tales como paneles y ladrillos que se usarán por separado para formar una unidad aislante. Por ejemplo, los componentes de material refractario se utilizan en el fundido continuo de acero para la transferencia de acero líquido entre diferentes contenedores, en particular entre el cazo y el distribuidor, y el molde de fundido continuo. Estos componentes deberían hacerse más aislantes térmicamente para mejorar el rendimiento del precalentado (cuando los componentes se precalientan), para evitar la solidificación del acero en las paredes internas del agujero de colada y, en el caso de componentes líquidos usados para un distribuidor, para evitar la formación de puentes entre ei componente de fundido y las paredes del molde. Es habitual utilizar hojas o placas de papel impregnadas con fibras de cerámica como material refractario aislante. Este material garantiza una buena calidad del aislante térmico, pero presenta varios defectos.

La colocación del papel cerámico requiere operaciones de corte, localización y pegado que son largos y aburridos. Además, el manejo de hojas o platos de papel cerámico permite la fuga de fibras de cerámica cancerígenas que pueden inhalarse por los operarios. También se conoce un recubrimiento refractario aislante para componentes de fundido de acero (EP O 296 981 ). Este recubrimiento se obtiene de una composición de una suspensión acuosa que contiene del 30 al 85% en peso de un constituyente finamente dividido como polvos de sílice condensada, alúmina o zirconia y granulos de alúmina, una carga cerámica de fibras de sílice alúmina, zirconia, dióxido de titanio o cromo-alúmina o incluso granulos de alúmina o zirconia. Esta composición consta también de más de un 7% en peso de un aglutinante tal como el hexametafosfato sódico o silicato sódico, y más de un 40% en peso de vidrio generando limaduras. Tal recubrimiento evita algunas desventajas de los platos de papel cerámico impregnados con fibras cerámicas. En particular, es más rápido instalarlo porque no requiere un gran número de operaciones. Además, puede facilitar evitar la presencia de fibras cerámicas que son peligrosas para la salud de los operarios. Sin embargo, presenta desventajas. Sus características de aislante térmico no son muy buenas debido a su baja porosidad (ca. 20%). Esta porosidad es abierta, lo cual garantiza características aislantes térmicas menos buenas que una porosidad cerrada. Además, es difícil depositar un grosor substancial de recubrimiento en un fundido. Para incrementar el grosor del recubrimiento, es necesario precalentar los componentes antes de fundirlos, lo cual requiere una fase suplementaria e implica un coste suplementario. Además, después de tener depositada una primera capa, no es posible depositar una segunda capa porque la superficie exterior de la cubierta es suave e impermeable, lo que no permite una buena adherencia a la segunda capa. El objetivo de la presente invención es un material refractario aislante que remedie estos defectos. El material refractario aislante consta de un 20-80% en peso de matriz cerámica, un 5-40% en peso de microesferas aislantes, un 0.5-15% en peso de uno o más aglutinantes y más del 5% en peso de agua. La matriz puede ser de granos de vidrio, en particular sílice. La sílice es preferiblemente sílice atomizada. El documento USP 4,874,726 describe un material refractario que tiene una alta resistencia a la abrasión y una relativamente baja conductividad térmica. Este material consta de un 40 a un 95% en peso de sílice vitrea, más de un 25% en peso de un agregado refractario calcinado y el equilibrio de un cemento de alúmina calcica (aglutinante). Por cada 100 partes de esta mezcla, el material resultante consta de un 3 a un 15% en peso de microesferas basadas en sílice-alúmina. Esta composición calculada para la formación de piezas refractarias mediante fundido o aceleración, tiene una viscosidad, cuando se mezcla con la cantidad apropiada de agua, de aproximadamente 4 a aproximadamente 6 Pa.s. Esta viscosidad extremadamente baja, normal para la formación de piezas refractarias por fundido, no es compatible con la formación de recubrimiento por inmersión.

El material puede tener también por encima del 4% en peso de un defloculante y más de un 20% en peso de sílice coloidal. Las microesferas aislantes pueden ser esferas huecas de material basadas en sílice y alúmina. Este material contiene de un 55-65% en peso de sílice y entre un 27 y un 33% en peso de alúmina. La característica principal del aglutinante de la invención es que debe conferir a la composición acuosa (p.e. la barbotina) usada para hacer el material refractario de la invención, una viscosidad compatible con la formación de un recubrimiento por baño o inmersión de la pieza refractaria en dicha barbotina. La formación de un recubrimiento regular y homogéneo depende en gran medida de la viscosidad de la barbotina. Una viscosidad apropiada es generalmente más alta de 8 Pa.s. y preferiblemente más alta de 10 Pa.s. Los aglutinantes que pueden usarse de acuerdo con esta invención son arcillas del tipo caolinita y aglutinantes orgánicos como los polisacáridos (p.e. dextrina). Estos aglutinantes confieren a la composición acuosa una viscosidad que cumple perfectamente con los requisitos arriba tratados. Esta invención también trata de un componente, particularmente para fundir acero, que tiene un cuerpo de material refractario recubierto con el material aislante de la invención. El componente puede ser también una pieza de amalgama producida parcialmente del material de la invención. Este componente puede producirse, p.e., fundirse, en una operación sencilla o formarse de varias piezas ensambladas. La invención también trata de un procedimiento para preparar una composición para efectuar un recubrimiento aislante o fabricar una pieza aislante. De acuerdo con este procedimiento: - uno o más aglutinantes se disuelven en una cantidad de agua; - se añade un defloculante; - se añaden granos de sílice vitrea atomizada mientras se agita la disolución para hidratarlos y formar una barbotina; - se añaden microesferas de material aislante mientras se continúa agitando la barbotina para mantenerla homogénea. En una variante preferida del procedimiento, se añade sílice coloidal después del defloculante. La composición utilizada para hacer el material puede ser una barbotina que contenga de un 20 a un 70% en peso de granos de sílice vitrea atomizada, entre un 5 y un 40% en peso de microesferas aislantes, entre un 0.5 y un 20% en peso de uno o más aglutinantes y entre un 5 y un 25% en peso de agua. Puede constar además de más de un 4% en peso de un defloculante y más de un 10% en peso de sílice coloidal. Preferiblemente consta además de un 0.5 a un 4% en peso de un defloculante y entre un 0.5 y un 10% en peso de sílice coloidal. Tal composición tiene una viscosidad de entre 9 y 12 Pa.s.

La invención también trata de un componente refractario que tiene un recubrimiento aislante. La invención trata también de un procedimiento para recubrir una pieza de material refractario usada en el fundido de metal líquido, particularmente acero con la composición de la invención. De acuerdo con este procedimiento: - la pieza se baña a temperatura ambiente en una composición como la descrita arriba durante menos de un minuto; - se deja secar al aire de 2 a 4 horas. Es posible producir muchas capas con la ayuda de este procedimiento. - se deposita una primera capa de barbotina en la pieza mediante la primera inmersión; - la pieza se deja secar al aire de 45 minutos a 2 horas; - se deposita una segunda capa de barbotina en la pieza mediante la segunda inmersión; - la pieza se deja secar al aire de 2 a 4 horas. El material de la invención presenta numerosas ventajas. Es más fácil de aplicar que los papeles y placas de fibras cerámicas. Tampoco genera fibras peligrosas para la salud. Con respecto a los recubrimientos previamente conocidos, asegura un mejor aislamiento térmico porque su porosidad es mayor y porque la porción de porosidad cerrada, proporcionada por las microesferas aislantes, es más substancial. Además, gracias a la viscosidad particular de la barbotina, se mejora la calidad del aislamiento térmico porque es posible depositar un mayor grosor de recubrimiento en la pieza sin afectar las características aislantes. Este grosor puede oscilar por encima de 4mm en una capa sencilla y por encima de 7mm en dos capas. Finalmente, es fácilmente posible producir piezas aislantes total o parcialmente de este material. Otras características y ventajas de la invención llegarán a ser evidentes por la siguiente descripción detallada y los ejemplos puestos en práctica.

EJEMPLO I Un componente de fundido de acero, tal como una tobera, que consta de un cuerpo alargado de alúmina-grafitizada se recubre con un recubrimiento de material refractario aislante. Se prepara para este propósito una barbotina en la cual se sumerge la pieza. Para preparar la barbotina, se disuelve un aglutinante orgánico, p.e. dextrina, en una cantidad apropiada de agua. La dextrina es un polisacárido que proporciona fuerza primaria mecánica. También es un agente de viscosidad. Se elimina en el lugar durante el precalentamiento de la pieza. Se añade un segundo aglutinante, p.e. una arcilla del tipo caolinita. La arcilla es un agente para suspender microesferas aislantes y granos de sílice atomizada. También contribuye a la cohesión primaria. Es necesario agitar continuamente la composición durante la adición de dextrina y arcilla para garantizar homogeneidad, y particularmente en el caso de la arcilla, para hidratarla completamente y evitar su aglomeración en agregados. Esta agitación se obtiene preferiblemente por medio de un mezclador de tipo planetario, p.e. uno de la marca COUVROT-LAINE. Se añade luego un defloculante, por ejemplo, del tipo conocido bajo la referencia comercial DOLAPIX CE 64, vendido por la compañía alemana ZSCHIMMER & SCHWARZ. El DOLAPIX es un dispersante/defloculante para materias primas y masas cerámicas basadas en ácido carboxílico sin álcali, particularmente destinado para la defloculación de óxidos cerámicos, esteatitas, etc. Se añade sílice coloidal en forma de una disolución líquida con un 30% de sílice coloidal y se introducen granos de sílice atomizada. Estos granos se obtienen por pulverización de una barbotina de sílice en una corriente de aire. Las gotitas líquidas en suspensión en el aire tienen un tamaño de 50µm a 1 .5 mm de diámetro. Se obtienen microesferas de sílice más o menos completas por eliminación del agua en una corriente de aire caliente. Finalmente, se añaden las microesferas aislantes, p.e., de silicato de alúmina y con un tamaño de entre 5 y 500µm. Estas microesferas son muy ligeras. La densidad inherente del material que las constituye es de entre 2.7 y 2.8 g/cm3 pero, debido a que estas microesferas son huecas, la densidad aparente de las microesferas es de sólo 0.6-0.8 g/cm3. Estas microesferas aseguran por lo tanto un aislamiento térmico muy bueno. Naturalmente, como se trata anteriormente, es necesario agitar constantemente la composición durante la adición sucesiva de cada componente. La composición de la invención que tiene una viscosidad de 12 Pa.s. puede depositarse en la pieza mediante cualquier método apropiado, p.e., medíante salpicado. Sin embargo, la aplicación del recubrimiento se hace preferiblemente por inmersión. La pieza se sumerge en la composición a una velocidad que puede ser relativamente considerable (muchos metros por minuto). La pieza se mantiene sumergida durante menos de 1 minuto, p.e., 30 segundos. La pieza se retira del baño. El nivel de retirada debería ser relativamente lento, p.e. menos de 3 metros por minuto. La pieza se deja luego drenar sobre el baño durante menos de 1 minuto, p.e. 30 segundos, luego se deja secar al aire. Si sólo se aplica una capa, el tiempo de secado al aire será de 2 a 4 horas. Si se aplican dos o más capas, el tiempo de secado es más corto, p.e. de 45 minutos a 2 horas antes de la aplicación de la siguiente capa. Finalmente, la última capa se deja secar de 2 a 4 horas como para el recubrimiento de una capa sencilla. Las piezas se pueden luego drenar meticulosamente en un horno a una temperatura constante de 120°C durante 1 hora.

EJEMPLO DE LA COMPOSICIÓN Agua 20.0% Dextrina 3.2% Sílice coloidal 1.0% Dolapix CE 64 2.0% Filita SG 500 10.0% Arcilla (ARCILLA HYMOD RF) 4.6% Granos de sílice vitrea atomizada 59.2% La composición química del recubrimiento obtenida de esta ío composición es como sigue: 15 20 La densidad del recubrimiento obtenido es menos de 1 ,1 , su peso específico es de 1 ,5 a 2 g/cm3 y su porosidad es del 40 al 55%.

EJEMPLO II Se produce un manguito de precalentamiento para un vastago del tapón del embudo. El manguito tiene una parte cilindrica que se coloca en ei diámetro exterior del vastago del tapón y una parte interna acampanada que cubre completamente el agujero de colada del distribuidor. El manguito se hizo del material refractario aislante de la invención mediante vertido en un molde de yeso.

EJEMPLO lll Se hizo una cubierta protectora con canal de colada para la industria del vidrio. La cubierta es un paralelepípedo con un grosor de 50mm. Este plato se hace del material refractario aislante de la invención mediante vertido en un molde de yeso.

Claims (10)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Materiales refractarios aislantes caracterizados porque constan de un 20 a un 80% en peso de una matriz cerámica, de un 5 a un 40% en peso de microesferas aislantes, de un 0.5 a un 15% en peso de uno o más aglutinantes y más de un 5% en peso de agua, los citados uno o más aglutinantes confieren una viscosidad mayor de 8 Pa.s. a la composición que se utiliza para hacer dicho material.

2.- Material según la reivindicación 1 , caracterizado porque la matriz cerámica consta de granos vitreos.

3.- Material según la reivindicación 2, caracterizado porque los granos vitreos constan de granos de sílice, en particular sílice atomizada.

4.- Material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque consta además de más de un 4% en peso de un defloculante.

5.- Material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque consta además de más de un 20% en peso de sílice coloidal.

6.- Material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las microesferas aislantes constan de esferas huecas de un material que consta de sílice y alúmina.

7.- Material según la reivindicación 6, caracterizado porque el material que comprende sílice y alúmina contiene de un 55 a un 65% en peso de sílice y de un 27 a un 33% en peso de alúmina.

8.- Material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los citados uno o más aglutinantes constan de un aglutinante orgánico.

9.- Material según la reivindicación 8, caracterizado porque el aglutinante orgánico consta de dextrina.

10.- Material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque los citados uno o más aglutinantes constan de una arcilla del tipo caolinita. 1 1.- Pieza, en particular para el fundido de metal líquido, que tiene un cuerpo de material refractario, caracterizado porque este cuerpo tiene un recubrimiento de un material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10. 12.- Pieza, en particular para el fundido de metal líquido, caracterizada porque se hace total o parcialmente del material refractario de las reivindicaciones 1 a 10. 13.- Procedimiento para preparar una composición para recubrir un artículo de material refractario utilizado en el fundido de acero, caracterizado porque: - uno o más aglutinantes se disuelven en una cantidad de agua; - se añaden granos de sílice vitrea, preferiblemente atomizada. mientras la disolución se agita, para así hidratarlos y formar una barbotina; - se añaden microesferas de un material aislante mientras continúa la agitación de la barbotina para hacerla homogénea, caracterizado porque dicho aglutinante proporciona una viscosidad mayor de 8 Pa.s. a la barbotina. 14.- Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado porque se añade un defloculante después de la adición de los citados uno o más aglutinantes. 15.- Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 13 o 14, caracterizado porque esa sílice coloidal se añade antes de la adición de la sílice vitrea. 16.- Procedimiento para recubrir un artículo de material refractario usado en el fundido de metal líquido, caracterizado porque: - el artículo se sumerge a temperatura ambiente en una composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a10 durante menos de un minuto; - se deja secar al aire durante 2 a 4 horas. 17.- Procedimiento de recubrimiento según la reivindicación 16, caracterizado porque: - se deposita una primera capa de barbotina sobre el artículo mediante una primera inmersión; - se deja secar el artículo al aire de 45 minutos a 2 horas; - se deposita una segunda capa de barbotina sobre el artículo mediante una segunda inmersión; - se deja secar el artículo al aire durante 2-4 horas. 18.- Composición acuosa para la fabricación de un material refractario aislante que consta de un 20 a un 70% en peso de un componente cerámico, de un 5 a un 40% en peso de microesferas aislantes, de un 0.5 a un 20% en peso de uno o más aglutinantes y de un 5 a un 25% en peso de agua, teniendo dicha composición una viscosidad mayor de 8Pa.s. 19.- Composición según la reivindicación 18, caracterizada porque dicho componente cerámico consta de granos de sílice vitrea, preferiblemente sílice atomizada. 20.- Composición según cualquiera de las reivindicaciones 18 o 19, caracterizada porque los citados uno o más aglutinantes constan de un aglutinante orgánico. 21.- Composición según a la reivindicación 20, caracterizada porque el aglutinante orgánico consta de un polisacárido. 22.- Composición según cualquiera de las reivindicaciones 18 a 21 , caracterizada porque los citados uno o más aglutinantes constan de una arcilla del tipo caolinita.