MX2008007899A

MX2008007899A - Composicion refractaria para hornos de derretido de vidrio.

Info

Publication number: MX2008007899A
Application number: MX2008007899A
Authority: MX
Inventors: Michael W Anderson; Charles W Connors; Shirish Shah
Original assignee: Magneco Metrel Inc
Priority date: 2007-06-19
Filing date: 2008-06-18
Publication date: 2009-03-04
Also published as: ES2385065T3; CA2635276C; ZA200805204B; AU2008202628A1; EP2006260B1; CA2635276A1; ATE551309T1; CN101362653B; AU2008202628B2; HK1128456A1; DK2006260T3; SI2006260T1; KR101552717B1; HRP20120524T1; KR20080112113A; CN101362653A; PT2006260E; US8505335B2; PL2006260T3; BRPI0803004B1

Abstract

Un sistema refractario incluye un primer juego de componentes y un aglutinante de sílice coloidal. El primer juego de componentes incluye alúmina y zirconio. El aglutinante de sílice coloidal es a 5% por peso a 20% por peso del peso seco del primer juego de componentes. La composición refractaria comprende 10% por peso a 45% por peso de alúmina, por lo menos 35% por peso de zirconio y por lo menos 20% por peso de sílice.

Description

COMPOSICIÓN REFRACTARIA PARA HORNOS DE DERRETIDO DE VIDRIO CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere generalmente a las composiciones refractarias especialmente útiles para hornos de derretido de vidrio. Más particularmente, esta invención se refiere a refractarios de sílice coloidal para el forrado de los hornos de derretido de vidrio.

ANTECEDENTES Los hornos de derretido de vidrio son recipientes forrados refractarios conformados como recipientes para derretir y contener el vidrio. En la operación del vidrio, los materiales que- hacen el vidrio entrante son calentados alrededor de 1,550°C. Los materiales de fabricación de vidrio usualmente incluyen una mezcla de materiales de carga y de vidrio molido o residual. El vidrio molido o residual es vidrio triturado del proceso de fabricación. Los materiales de carga incluyen arena (sílice) , cal (piedra caliza o carbonato de calcio reducido a monóxido de calcio) , carbonato de sodio (monóxido de sodio) y algunas veces otros materiales tal como feldespato, sulfato de sodio no refinado y óxidos de metal. Durante la operación de derretido, el vidrio residual se derrite primero para incrementar la transferencia de calor a los materiales de carga y para reducir el tiempo de derretido.

Los hornos de derretido de vidrio incluyen los hornos de olla, los tanques de vidrio, los hornos de tanque y similares. Los hornos de olla tienen una configuración de forma de tazón o crisol y típicamente son usados para derretir cantidades de vidrio más pequeñas. Los tanques de vidrio varían de desde tanques diarios más pequeños a tanques de derretido continuo más grandes. Los tanques de día son usualmente llenados con materiales para hacer vidrio para el derretido durante la noche. Los tanques de derretido continuos son hornos grandes en donde los materiales de fabricación de vidrio son cargados en un extremo, derretidos y fluyen al otro extremo para la remoción. Los tanques de vidrio son típicamente construidos de bloques o ladrillos refractarios separados dentro de un armazón de acero. Los bloques se ajustan juntos sin argamasa y típicamente están arreglados en una forma rectangular para contener el vidrio derretido. La presión mecánica desde el armazón de acero y otros bloques exteriores retiene a los bloques juntos. Los tanques de vidrio generalmente tienen cámaras regeneradoras para el aire de combustión precalentado para temperaturas de flama superiores.

Los bloques refractarios usualmente reciben un desgaste considerable del vidrio derretido y de la carga de los materiales de fabricación de vidrio. El vidrio derretido es altamente corrosivo. Los bloques refractarios usualmente están hechos de arcillas compuestas que tienen alúmina, zirconio y sílice (AZS) . Los bloques refractarios de alúmina, zirconio y sílice son hechos de materiales derretido fraguado en moldes, los cuales son maquinados después del endurecimiento.

La operación de derretido en los tanques de derretido continuo se lleva a cabo esencialmente sin parar hasta que el tanque ya no es utilizable. Durante la operación de derretido, los bloques refractarios pueden marcarse profundamente y pueden desarrollar partes o manchas de desgaste en donde el vidrio derretido ha erosionado o disuelto el refractario. Los puntos de desgaste típicamente crecen hasta que el refractario falla en contener el vidrio derretido. Los puntos de desgaste portan la vida de servicio de los taques de vidrio y frecuentemente no son predecibles, por tanto interrumpiendo la producción del vidrio derretido.

SÍNTESIS En un aspecto, esta invención proporciona una composición refractaria especialmente útil para hornos de derretido de vidrio. La composición refractaria se ha encontrado que proporciona una resistencia a la corrosión excelente. La composición refractaria incluye un primer juego de componentes mezclados con aglutinante de sílice. El primer juego de componentes incluye alúmina y zirconio. El aglutinante de sílice coloidal está a 5% por peso a 20% del peso seco del primer juego de componentes. La composición refractaria comprende 10% por peso a 45% por peso de alúmina, por lo menos 35% por peso de zirconio y por lo menos 20% por peso de sílice.

En otro aspecto, un método para preparar un refractario para un horno de derretido de vidrio incluye proporcionar un primer juego de componentes que comprende alúmina y zirconio. Un aglutinante de sílice coloidal es proporcionado a 5% por peso a 20% por peso del peso seco del primer juego de componentes y se mezcla con el primer juego de componentes para formar una composición refractaria. La composición refractaria incluye 10% por peso a 45% por peso de alúmina, por lo menos 35% por peso de zirconio, y por lo menos 20% por peso de sílice. La composición refractaria está formada sobre la superficie del horno de derretido de vidrio.

Las anteriores y otras características y ventajas de la presente invención serán evidentes de la siguiente descripción detallada de las incorporaciones actualmente preferidas cuando se den en conjunción con los ejemplos acompañantes.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La invención puede ser entendida mejor con referencia a la siguiente figura y descripción detallada. Los componentes en la figura no son necesariamente a escala, colocándose el énfasis en la ilustración de los principios de la invención.

La figura 1 representa una vista en perspectiva parcial de un tanque de vidrio con un sistema refractario de sílice coloidal de una incorporación de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS INCORPORACIONES PREFERIDAS La presente invención se describirá ahora además.

En los siguientes párrafos, diferentes aspectos de la invención son definidos en mayor detalle. Cada aspecto así definido puede ser combinado con cualquier otro aspecto o aspectos a menos que claramente se indique lo contrario. En particular, cualquier característica indicada como siendo preferida o ventajosa puede ser combinada con cualquier otra característica o características indicadas como siendo preferidas o ventajosos.

La presente invención proporciona una composición refractaria de sílice coloidal que es especialmente útil para los hornos de derretido de vidrio. En particular, la composición refractaria incluye una cantidad relativamente alta de zirconio, la cual proporciona una resistencia sorprendentemente buena a los ambientes corrosivos de alta temperatura. La composición refractaria descrita aquí también puede ser usada sobre otras aplicaciones tales como otros tipos de hornos .

La figura 1 representa una vista en perspectiva parcial de un horno o tanque de derretido de vidrio 100 con un sistema refractario. El tanque de vidrio 100 puede tener características y componentes adicionales tales como las cámaras de refinamiento y derretido, los regeneradores, los quemadores y similares los cuales no están mostrados. El tanque de vidrio 100 tiene un armazón 102 que sostiene un fogón 104 y las paredes laterales 106. El armazón 102 está hecho de placas de acero y vigas y puede comprender otros materiales adecuados para el horno de derretido de vidrio. Las paredes laterales 106 se extienden verticalmente desde el fogón o chimenea 104 para formar una forma de recipiente para derretir y contener el vidrio. El fogón 104 tiene uno o más recubrimiento de fogón 108 de materiales refractarios. Las paredes laterales 106 también tienen una o más forros de pared lateral de materiales refractarios. Los hornos pueden tener los mismos o diferentes materiales refractarios.

Los materiales refractarios usados en el tanque 100 son generalmente ladrillos, bloques o una configuración monolítica. Los bloques generalmente incluyen alúmina, zirconio, sílice o una combinación de los mismos, u otro refractario adecuado para hornos de derretido de vidrio. La composición refractaria de sílice coloidal descrita aquí es especialmente útil para forrar la superficie del tanque 100. En una incorporación, el tanque de vidrio 100 tiene un forro de parche 110 formado sobre una parte de desgaste del fogón 104. La parte de desgaste puede estar en cualquier parte a lo largo del interior del tanque de vidrio incluyendo el fogón y las paredes laterales y arriba o abajo del vidrio derretido. Puede haber uno o más forros de parche sobre el fogón 104 y/o las paredes laterales 106. El forro de parche 100 puede incluir un refractario de sílice coloidal como se describe aquí.

En una incorporación, el refractario comprende una mezcla de aglutinante de sílice con un primer juego de componentes. El aglutinante de sílice está en el rango de alrededor de 5% por peso a alrededor de 20% por peso del peso seco del primer juego de componentes, preferiblemente de entre 6% por peso y 12% por peso del peso seco del primer juego de componentes. En una incorporación, el aglutinante es un aglutinante de sílice coloidal. El primer juego de componentes incluye alúmina (Al203) , zirconio (Zr02) , y sílice (Si02) . El primer juego de componentes puede estar seco o mojado y también incluir otros minerales, un agente de asentamiento tal como magnesio ( gO) , y/o un modificador de flujo.

La alúmina, zirconio y sílice proporcionan fuerza y resistencia a la corrosión. La alúmina puede ser proporcionada por un agregado de aluminio alto tal como alúmina fundida blanca o tabular. La alúmina también puede ser reactiva o calcinada. El zirconio puede ser proporcionado por la harina de zircón o un material llevando zirconio. La sílice puede ser proporcionada por sílice ahumada, mulita (silicato de aluminio), microsílice, sílice coloidal y similares.

El aglutinante de sílice mantiene o aglutina al primer juego de componentes juntos en una forma monolítica. En una incorporación, el aglutinante es un aglutinante de sílice coloidal. El aglutinante de sílice coloidal comprende sílice coloidal en agua, en donde la sílice está en el rango de alrededor de 15% por peso a alrededor de 70% por peso. En una incorporación, la sílice coloidal puede tener un diámetro de partícula promedio en el rango de alrededor de 4 milimicras a alrededor de 100 milimicras.

El primer juego de componentes puede incluir alrededor de 10% por peso a alrededor de 35% por peso de alúmina, alrededor de 60% por peso a alrededor de 85% por peso de zircón y a alrededor de hasta 10% por peso de sílice. Preferiblemente, el primer juego de componente incluye alrededor de 15% por peso a alrededor de 30% por peso de alúmina, más preferiblemente alrededor de 20% por peso a alrededor de 25% por peso de alúmina. Preferiblemente, el primer juego de componentes incluye alrededor de 65% por peso a alrededor de 80% por peso de zircón, más preferiblemente alrededor de 70% por peso a alrededor de 80% por peso de zircón. Preferiblemente, el primer juego de componentes incluye alrededor de 1% por peso a alrededor de 5% por peso de sílice, más preferiblemente a alrededor de 2% por peso de sílice.

El primer juego de componentes puede incluir alrededor de 5% por peso a alrededor de 12% por peso de alúmina de tamaño de malla de 1/4 x8 , a alrededor de 5% por peso, a alrededor de 12% por peso de alúmina de tamaño de malla de 8x14 y a alrededor de 2% por peso a alrededor de 12% por peso de alúmina de tamaño de malla de 14M. En una incorporación, el primer juego de componentes incluye hasta alrededor de 5% por peso de alúmina reactiva.

Otras proporciones del primer juego de componentes pueden ser usadas. El primer juego de componentes puede incluir otros compuestos tal como alrededor de 0.1% por peso de magnesia. La cantidad de magnesia puede ser ajustada para aumentar o disminuir el tiempo de asentamiento para el refractario del sistema coloidal. El primer juego de componentes también puede incluir un modificador de flujo para modificar o alterar las propiedades de flujo para formar el refractario de sílice coloidal antes del asentamiento. El primer juego de componentes puede ser mezclado antes de al adición del aglutinante de sílice coloidal.

La composición refractaria resultante incluye alrededor de 10% por peso a alrededor de 45% por peso de alúmina, por lo menos alrededor de 35% por peso de zirconio, y por lo menos alrededor de 20% por peso de sílice. La composición refractaria puede incluir alrededor de 15% por peso a alrededor de 40% por peso de alúmina, alrededor de 15% por peso a alrededor de 30% por peso de alúmina, o alrededor de 20% por peso o a alrededor de 25% por peso de alúmina. La composición refractaria puede incluir alrededor de 40% por peso a alrededor de 60% por peso de zirconio, a alrededor de 40% por peso a alrededor de 55% por peso de zirconio o por lo menos alrededor de 40% por peso, 45% por peso o 50% por peso de zirconio. La composición refractaria puede incluir alrededor de 20% por peso a alrededor de 40% por peso de sílice, alrededor de 25% por peso a alrededor de 35% por peso de sílice, o por lo menos alrededor de 20% por peso, 25% por peso o 30% por peso de sílice .

La composición refractaria puede ser fraguada o bloques para uso subsiguiente en un tanque de vidrio o puede ser formada directamente sobre la parte desgastada de un tanque de vidrio, tal como un forro de parche 100 mostrado en la figura 1. La composición refractaria puede ser formada sobre la parte desgastada usando uno o más métodos de formación refractario tal como fraguado, bombeado, o "shotcreting" (bombeado sin formado con un acelerante de asentamiento) . La composición refractaria puede ser formada sobre una o más partes de la pared lateral o del fogón. La composición refractaria puede ser formada directamente sobre la parte de desgaste sin el reemplazo de los bloques refractario en el horno de derretido de vidrio.

Ej emplos Para propósitos de ilustración y no de limitación, la tabla 1 proporciona tipos y proporciones de ejemplos de un primer juego de componentes para el sistema refractario de sílice coloidal.

TABLA 1 Los componentes están comercialmente disponibles de Alean y otros proveedores. Para cada ejemplo, el primer juego de componentes fue mezclado junto antes del mezclado con aglutinante de sílice coloidal. El aglutinante de sílice coloidal fue proporcionado a un por ciento por peso de alrededor de 7% a alrededor de 10% por peso de los componentes secos. La mezcla se curó en un refractario de sílice coloidal. El ejemplo comparativo dio un refractario conteniendo alrededor de 75% por peso de alúmina, a alrededor de 11% por peso de zirconio, y a alrededor de 14% por peso de sílice. Las fórmulas de los ejemplos 1 y 2 dieron refractarios conteniendo alrededor de 25% por peso de alúmina, a alrededor de 47% por peso de zirconio y a alrededor de 28% por peso de sílice. Por tanto, los refractarios de los ejemplos 1 y 2 tuvieron una cantidad significativamente mayor de zirconio que el refractario del ejemplo comparativo.

Para simular las condiciones ásperas en un horno de derretido de vidrio, las pruebas de corrosión con refractario se llevaron a cabo sobre los refractarios de sílice coloidal para evaluar su resistencia al hexametafosfato de sodio. Las columnas o plumas delgadas de las composiciones refractarias fueron preparadas. Los dedos fueron sumergidos en hexametafosfato de sodio a una temperatura alta. Las pruebas fueron corridas por 36 horas a 2,000°F. Después de la prueba, las muestras fueron analizadas para determinar la resistencia de la composición refractaria a las condiciones ásperas. La pluma preparada de la fórmula del ejemplo comparativo fue completamente corroída. Las plumas preparadas de las composiciones 1 y 2 fueron sorprendentemente resistentes a la corrosión y no mostraron ningún ataque de corrosión significante. La pluma del ejemplo 1 mostró alguna expansión y agrietados menores. Por tanto, los refractarios de sílice coloidal de zirconio alta descritos aquí muestran una resistencia superior bajo condiciones ásperas en comparación al refractario de zirconio bajo.

Varias incorporaciones de la invención se han descrito e ilustrado. Sin embargo, la descripción y las ilustraciones son por vía de ejemplo solamente. Otras incorporaciones e implementaciones son posibles dentro del alcance de esta invención y serán evidentes a aquellos con una habilidad ordinaria en el arte. Por tanto, la invención no está limitada a los detalles específicos, a las incorporaciones representativas y a los ejemplos ilustrados en esta descripción. Por tanto, la invención no está restringida excepto a la luz como se necesita por los dibujos acompañantes y sus equivalentes .

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S

1. Una composición refractaria que comprende: un primer juego de componentes que comprende alúmina y zirconio; y un aglutinante de sílice coloidal a 5% por peso a 20% por peso del peso seco del primer juego de componentes, en donde la composición refractaria comprende 10% por peso a 45% por peso de alúmina, por lo menos 35% por peso de zirconio y por lo menos 20% por peso de sílice.

2. La composición refractaria tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizada porque dicha composición refractaria comprende por lo menos 40% por peso de zirconio .

3. La composición refractaria tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizada porque la composición refractaria comprende 15% por peso a 40% por peso de alúmina, 40% por peso a 60% por peso de zirconio y 20% por peso a 40% por peso de sílice.

4. La composición refractaria tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizada porque la composición refractaria comprende 15% por peso a 30% por peso de alúmina, 40% por peso a 55% por peso de zirconio y 25% por peso a 35% por peso de sílice.

5. La composición refractaria tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizada porque el primer juego de componentes comprende 5% por peso a 12% por peso de alúmina de tamaño de malla de 1/4x8, a 5% por peso a 12% por peso de alúmina de tamaño de malla de 8x14, y 2% por peso a 12% por peso de alúmina de tamaño de malla de -14M.

6. La composición refractaria tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizada porque el primer juego de componentes comprende 10% por peso a 35% por peso de alúmina, 60% por peso a 85% por peso de zircón y hasta 10% por peso de sílice.

7. La composición refractaria tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizada porque el primer juego de componentes comprende 15% por peso a 30% por peso de alúmina y 65% por peso a 80% por peso de zircón.

8. La composición refractaria tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizada porque el aglutinante de sílice coloidal está a 6% por peso a 12% por peso del peso seco del primer juego de componentes.

9. La composición refractaria tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizada porque además comprende un agente de asentamiento.

10. La composición refractaria tal y como se reivindica en la cláusula 1, caracterizada porque la composición refractaria está formada sobre por lo menos una parte de desgaste de un horno de derretido de vidrio.

11. Una composición refractaria que comprende: un primer juego de componentes que comprende 10% por peso a 35% por peso de alúmina y 60% por peso a 85% por peso de zircón; y un aglutinante de sílice coloidal a 5% por peso a 20% por peso del peso seco del primer juego de componentes.

12. La composición refractaria tal y como se reivindica en la cláusula 11, caracterizada porque la composición refractaria comprende 10% por peso a 45% por peso de alúmina, por lo menos 35% por peso de zirconio, y por lo menos 20% por peso de sílice.

13. La composición refractaria tal y como se reivindica en la cláusula 11, caracterizada porque el primer juego de componentes comprende 15% por peso a 30% por peso de alúmina y 65% por peso a 80% por peso de zircón.

14. Un método para preparar un refractario para un horno de derretido de vidrio que comprende: proporcionar un primer juego de componentes que comprende alúmina y zirconio; proporcionar un aglutinante de sílice coloidal a 5% por peso a 20% por peso del peso seco del primer juego de componentes ; mezclar el primer juego de componentes con el aglutinante de sílice coloidal para formar una composición refractaria que comprende 10% por peso a 45% por peso de alúmina y por lo menos 35% por peso de zirconio y por lo menos 20% por peso de sílice; y formar la composición refractaria sobre la superficie del horno.

15. Un método tal y como se reivindica en la cláusula 14, caracterizado porque la composición refractaria comprende 15% por peso a 40% por peso de alúmina, 40% por peso a 60% por peso de zirconio y 20% por peso a 40% por peso de sílice .

16. Un método tal y como se reivindica en la cláusula 14, caracterizado porque la composición refractaria comprende 15% por peso a 30% por peso de alúmina, 40% por peso a 55% por peso de zirconio y 25% por peso a 35% por peso de sílice .

17. Un método tal y como se reivindica en la cláusula 14, caracterizado porque la composición refractaria comprende por lo menos 40% por peso de zirconio.

18. Un método tal y como se reivindica en la cláusula 14, caracterizado porque el primer juego de componentes comprende 10% por peso a 35% por peso de alúmina, 60% por peso a 85% por peso de zircón y hasta 10% por peso de sílice .

19. Un método tal y como se reivindica en la cláusula 14, caracterizado porque el aglutinante de sílice es de por lo menos de 6% por peso a 12% por peso del peso seco del primer juego de componentes.

20. Un método tal y como se reivindica en la cláusula 14, caracterizado porque la composición refractaria es formada por un método seleccionado de fraguado, bombeado y shotcreting . R E S U M E N Un sistema refractario incluye un primer juego de componentes y un aglutinante de sílice coloidal. El primer juego de componentes incluye alúmina y zirconio. El aglutinante de sílice coloidal es a 5% por peso a 20% por peso del peso seco del primer juego de componentes. La composición refractaria comprende 10% por peso a 45% por peso de alúmina, por lo menos 35% por peso de zirconio y por lo menos 20% por peso de sílice.