MXPA00007947A - Composicion de taponamiento de piquera para aparato fundidor de metal - Google Patents

Abstract

Se describe una composición de taponamiento de piquera para un aparato fundidor de metal, la composición comprende un agregado refractario que tiene un tamaño de partícula máximo de 5 mm o menos, grafito y nitruro de silicio teniendo cada uno un tamaño de partícula máximo de 0.2 mm o menos, una arcilla refractaria, una mezcla aglutinante compatibilizada que comprende una resina fenólica, un compuesto de cetona y una brea, y una fibra fina orgánica.

Description

COMPOSICIÓN DE TAPONAMIENTO DE PIQUERA PARA APARATO FUNDIDOR DE METAL CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere a composiciones de taponamiento de piquera para aparato fundidor de metal.

TÉCNICA ANTERIOR 10 Las composiciones de taponamiento de piquera (barro) se preparan amasando una mezcla que comprende un agregado refractario tal como alúmina, carburo de silicio, bauxita, mullita, chamota, pirofilita o coque, utilizando un aglutinante tal como alquitrán o resina fenólica. Las composiciones se utilizan para detener, cuando sea necesario, la colada de metal fundido al cerrar piqueras a través de las cuales se descarga el metal fundido desde un aparato para fundir metal. Después de un cierto periodo de obstrucción de colada, se forma un corredor para metal fundido a través de las composiciones, para que se pueda reiniciar fácilmente la colada. Por lo tanto, las composiciones de taponamiento de piquera necesitan tener diversas propiedades según se describe más adelante. Normalmente, una piquera se llena de una composición de taponamiento de piquera utilizando una herramienta de extrusión llamada una 1-iÍÉ&^— ^^^^^ boquilla de inyección. Sin la suficiente plasticidad, la composición de taponamiento es incapaz de ser extruida de la boquilla de inyección o incapaz de taponar de manera suficiente la piquera, dejando de detener la colada. De este modo, se requiere que la composición de colada tenga una plasticidad adecuada y que alcance una densidad adecuada después de taponamiento. Además, se requiere que la composición de taponamiento tenga, cuando se llena en una piquera, propiedades para ser rápidamente sinterizada (sinterizabilidad) mediante el calor en el aparato para fundir metal (horno) y una fuerza de sinterización suficiente para evitar que se derrame el metal fundido. Una composición de taponamiento con una pobre sinterizabilidad no detiene suficientemente la colada y el metal fundido se derramará y causará problemas. Además, la composición de taponamiento necesita tener una alta porosidad (alta permeabilidad al gas) después de sinterización, debido a que el aglutinante se gasifica rápidamente durante la solidificación de la composición y está expuesto a hacer que la composición se desintegre o se engruese. Después de un cierto periodo de obstrucción de colada, se perfora un orificio a través de la composición de taponamiento sinterizada utilizando un taladro para reiniciar la colada. Cuando la composición tiene una fuerza de sinterización excesivamente alta (fuerza después de solidificación), tomará tiempo perforar un orificio a través de la composición. Por lo tanto, la composición necesita tener una fuerza de sinterización adecuada. Además, las propiedades bajas en contaminantes también son importantes para la composición de taponamiento, ya que se produce humo o polvo durante la perforación. Además, ya que el metal fundido pasa a través del orificio perforado, se requiere que la composición de taponamiento sinterizada tenga una fuerza suficiente y resistencia a la corrosión para soportar el contacto con el metal fundido y una buena fuerza de adherencia a los ladrillos que forman la pared de la piquera. Si estas propiedades son insuficientes, se aumenta el diámetro del orificio perforado y el metal fundido se descarga de manera dispersa, haciendo inestable la colada. En el peor de los casos, el horno debe estar cerrado antes de que se termine la colada. Como aglutinantes para la composición de taponamiento, se han utilizado por mucho tiempo los alquitranes y breas debido a que no son caros. "Alquitrán" es un material bituminoso aceitoso y viscoso negro o café obscuro producido mediante tratamiento de calor o mediante pirólisis de materiales orgánicos tales como hulla o madera. Los alquitranes incluyen alquitranes de hulla (aceites producidos mediante destilación en seco de hulla), alquitranes de pizarra (aceites producidos mediante destilación en seco de pizarra de aceite), alquitranes de madera, alquitranes de gas (aceites producidos como subproductos de gasificación de petróleo), alquitrán de petróleo (un nombre genérico de residuos de vaporización o destilación de petróleo o sus pirolizados incluyendo, incluyendo asfalto de petróleo, residuo de destilación, alquitrán de pirólisis y similares). "Brea" es un residuo sólido carbonoso negro obtenido mediante tratamiento de calor o pirólisis (por ejemplo, destilación tal como destilación en seco) de materiales orgánicos. Cuando un alquitrán o una brea se utiliza como un aglutinante para la composición de taponamiento, la composición resultante tiene una buena adherencia a los ladrillos que forman la pared de la piquera, pero lleva mucho tiempo sinterizar y por lo tanto está expuesto a causar problemas tales como fuga de metal fundido. Además, los alquitranes y breas presentan un serio problema de humo pesado y polvo producido en el momento de taponamiento o abertura de la piquera. Las resinas fenólicas también se utilizan como aglutinantes para la composición de taponamiento. Una composición de taponamiento preparada utilizando una resina fenólica, tiene una característica de secado rápido (rápida volatilidad de componentes líquidos) y una alta fuerza de sinterización. Sin embargo, debido a la fuerza de sinterización excesivamente alta, es difícil perforar un orificio a través de la composición. Además, debido a que las resinas fenólicas son caras, una composición de taponamiento preparada utilizando una resina fenólica es menos económica que aquélla preparada utilizando alquitranes económicos. Recientemente, se ha desarrollado un uso combinado de una resina fenólica y una brea, ya que cada uno de esos aglutinantes tiene propiedades favorables, como se describió anteriormente. Sin embargo, una composición de taponamiento que comprende estos aglutinantes en combinación no es suficiente en la permeabilidad al gas (porosidad) y fuerza de adherencia a los ladrillos que forman la pared del horno. El principal objeto de la presente invención es resolver o mejorar de manera significativa los problemas antes mencionados de la técnica anterior, al proveer una composición de taponamiento de piquera (barro) la cual muestre totalmente propiedades favorables de una brea y una resina fenólica utilizadas como aglutinantes y las cuales son excelentes en permeabilidad al gas y fuerza de adherencia.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Los inventores de la presente realizaron una investigación extensa para alcanzar el objeto anterior y encontraron que una composición de taponamiento de piquera (barro) que comprende los componentes mostrados a continuación, tiene propiedades excelentes. La presente invención provee las siguientes composiciones de taponamiento de piquera: A. Una composición de taponamiento de piquera para aparato fundidor de metal, que comprende (a) agregado refractario que tiene un tamaño de partícula máximo de 5 mm o menos, (b) grafito y nitruro de silicio, cada uno teniendo un tamaño de partícula máximo de 0.2 mm o menos, (c) una arcilla refractaria, (d) una mezcla aglutinante compatibilizada que comprende una resina fenólica, un compuesto de cetona y una brea y (e) una fibra fina orgánica.

B. Una composición de taponamiento de piquera de acuerdo al punto A en donde el agregado refractario (a) es al menos un elemento seleccionado del grupo que consta de alúmina, alúmina alta, carburo de silicio, bauxita, mullita, chamota, pirofilita, coque, zirconia, ferrosilicio y magnesia. C. Una composición de taponamiento de piquera de acuerdo al punto A, en donde la mezcla aglutinante compatibilizada (d) tiene un contenido de brea de 0.5 a 30 partes en peso por 100 partes en peso de la mezcla aglutinante. D. Una composición de taponamiento de piquera de acuerdo al punto A, en donde la fibra fina orgánica (e) es al menos un elemento seleccionado del grupo que consta de fibras de poliéster, fibras de alcohol polivinílico, fibras de acrílico, fibras de cloruro de polivinilo, fibras de acetato, fibras de rayón, fibras de poliamida, fibras de polietileno, fibras de polipropileno, fibras de poliuretano y fibras de cloruro de polivinilideno. E. Una composición de taponamiento de piquera de acuerdo al punto A, en donde la fibra fina orgánica (e) tiene un diámetro de fibra de 5 a 200 µm y una longitud de fibra de 3 a 15 mm. F. Una composición de taponamiento de piquera de acuerdo al punto A, la cual comprende 100 partes en peso de un polvo refractario que consta de 60 a 85 partes en peso del agregado refractario (a), 5 a 30 partes en peso del grafito y nitruro de silicio (b) y 5 a 15 partes en peso de la arcilla refractaria (c); 15 a 25 partes en peso de la mezcla aglutinante compatibilizada (d) relativo a 100 partes en peso del polvo refractario; y 0.01 a 0.75 partes en peso de la fibra fina orgánica (e) relativa a 100 partes en peso del polvo refractario. La composición de la invención es una composición de taponamiento (barro) para piqueras de aparato para fundir metal y comprende (a) un agregado refractario que tiene un tamaño de partícula máximo de 5 mm o menos, (b) grafito y nitruro de silicio, cada uno teniendo un tamaño de partícula máximo de 0.2 mm o menos, (c) una arcilla refractaria, (d) una mezcla aglutinante compatibilizada que comprende una resina fenólica, un compuesto de cetona y una brea y (e) una fibra fina orgánica. Cada uno de los componentes se describirá a detalle más adelante. (a) Agregado Refractario El agregado refractario para uso en la presente invención tiene un tamaño de partícula máximo de aproximadamente 5 mm o menos, de preferencia de aproximadamente 4 mm o menos, de mayor preferencia aproximadamente de 3.5 mm o menos. También es utilizable un agregado refractario en donde la proporción de partículas que tienen un tamaño de partícula de 1 a 4 mm no es de más del 40%. Cualquier agregado refractario utilizado de manera convencional en este campo técnico, se puede utilizar en la invención sin limitación. Los agregados refractarios utilizables incluyen alúmina, alúmina alta, carburo de silicio, bauxita, mullita, chamota, pirofilita, coque, zirconia, ferrosilicio y magnesia. Entre estos agregados, se prefiere alúmina, alúmina alta, carburo de silicio, bauxita, mullita, chamota, pirofilita y coque, entre los cuales alúmina, alúmina alta, carburo de silicio, bauxita y coque son de mayor preferencia. Estos agregados se pueden utilizar solos o en combinación. (b) Grafito y nitruro de silicio Es esencial para la presente invención utilizar grafito y nitruro de silicio en combinación. El grafito y nitruro de silicio para uso en la invención tiene cada uno un tamaño de partícula máximo de aproximadamente 0.2 mm o menos, de preferencia aproximadamente de 0.15 mm o menos, de mayor preferencia aproximadamente de 0.125 mm o menos. También se puede utilizar grafito y nitruro de silicio en cada uno de los cuales, la proporción de partículas que tienen un tamaño de partícula de 0.125 a 0.044 mm no es de más de 40%. Si el grafito tiene un tamaño de partícula máximo excesivamente grande, la composición de taponamiento resultante muestra una lubricidad reducida durante la extrusión desde la boquilla de inyección y está expuesta a ser extruída en una cantidad insuficiente. Además, con un tamaño de partícula máximo excesivamente grande, el grafito tiene un área de contacto más pequeña con el metal fundido, de modo que la composición de taponamiento sinterizada tiene una resistencia a la corrosión reducida. El nitruro de silicio se utiliza para mejor la resistencia a la corrosión y fuerza de sinterización de la composición de taponamiento. Con un tamaño de partícula máximo excesivamente grande, el nitruro de silicio se reduce en área de superficie específica y en área de contacto con el metal fundido, dando como resultado una composición de taponamiento con una escasa resistencia a la corrosión. Además, la composición de taponamiento resultante contiene el nitruro de silicio en una relación baja de volumen y por lo tanto, tiene una escasa fuerza de sinterización. La relación de mezcla del grafito y el nitruro de silicio no se limita, pero se prefiere que la relación en peso grafito:nitruro de silicio sea de aproximadamente 25-65:75-35, de preferencia de aproximadamente 35-55:65-45. (c) Arcilla refractaria Cualquier arcilla refractaria utilizada de manera convencional en este campo técnico se puede utilizar en la presente invención sin limitación. Normalmente, se utiliza una arcilla altamente refractaria que comprende principalmente caolinita, halloysita y minerales de caolín similares. El tamaño de partícula máximo de la arcilla refractaria no está limitado, pero normalmente es de aproximadamente 50 µm o menos, de preferencia aproximadamente 30 µm, preferiblemente de aproximadamente 20 µm o menos. También se puede utilizar una arcilla refractaria en donde las partículas que tienen un diámetro de 1 µm o menos den razón de al menos 40%. Las proporciones del agregado refractario (a), el grafito y nitruro de silicio (b) y la arcilla refractaria (c) en la mezcla de los tres componentes (a) a (c) (en lo sucesivo, dicha mezcla algunas veces referida como "polvo refractario") no están limitadas. Sin embargo, la proporción del agregado refractario (a) es normalmente de aproximadamente 60 a 85 partes en peso, de preferencia aproximadamente 70 a 83 partes en peso, por 100 partes en peso del polvo refractario; la proporción del grafito y nitruro de silicio (b) es normalmente de aproximadamente 5 a 30 partes en peso, de preferencia aproximadamente 8 a 20 partes en peso, por 100 partes en peso del polvo refractario y la proporción de la arcilla refractaria (c) es normalmente de aproximadamente 5 a 15 partes en peso, de preferencia aproximadamente 7 a 13 partes en peso, por 100 partes en peso del polvo refractario. (d) Mezcla aglutinante compatibilizada La mezcla aglutinante compatibilizada para uso en la presente invención comprende una resina fenólica, un compuesto de cetona y una brea. La resina fenólica puede ser cualquiera de las resinas fenólicas, resinas fenólicas modificadas y resinas similares utilizadas convencionalmente como aglutinantes en este campo técnico. También se pueden utilizar los productos comerciales de estas resinas. Los ejemplos de resinas fenólicas útiles ¡ncluyen resinas fenólicas termoestables de novolac, resinas fenólicas termoestables de resol y resinas fenólicas termoestables de éter bencílico. Los fenoles utilizables como un material de resinas fenólicas incluyen por ejemplo, fenol y fenoles sustituidos tales como cresol y xilenol. Los aldehidos utilizables como el otro material de resinas fenólicas incluyen por ejemplo, formaldehído, acetaldehído, butilaldehído y furfural. Las resinas fenólicas se pueden utilizar ya sea solas o en combinación. El compuesto de cetona para uso en la mezcla aglutinante compatibilizada no está limitado y puede ser por ejemplo, una cetona alifática, cetona alquilarílica, cetona aromática o cetona cíclica. Los ejemplos específicos de compuestos de cetona incluyen compuestos representados por la fórmula (1 ) en donde Ri y R2 pueden ser los mismos o diferentes y cada uno representa un alquilo de Ci a Cß sustituido o no sustituido lineal o ramificado, alquenilo de Ci a C6 sustituido o no sustituido lineal o ramificado, cicloalquilo de C3 a Cs sustituido o no sustituido, arilo sustituido o no sustituido, alalquilo sustituido o no sustituido, o un grupo similar; o Ri y R2 pueden ser tomados juntos de manera opcional para formar cicloalquilo de C3 a C8 sustituido o no sustituido, arilo sustituido o no sustituido o un grupo similar. El alquilo de Ci a C6 lineal o ramificado puede ser sustituido por ejemplo, por hidroxilo. El alquenilo de Ci a C6 lineal o ramificado puede ser sustituido por ejemplo, por fenilo, naftilo o arilo similar, o hidroxilo. El arilo puede ser por ejemplo, fenilo o naftilo.

La porción alquilo de alalquilo puede ser por ejemplo, alquilo de Ci a Cß lineal o ramificado. La porción arilo de alalquilo puede ser por ejemplo, fenilo o naftilo, cada uno de los cuales puede ser sustituido. Cada uno del cicloalquilo, arilo de C3 a C8, y porción arilo de alalquilo puede ser sustituido por ejemplo, por alquilo de Ci a C6 lineal o ramificado. Los ejemplos específicos de compuestos de cetona incluyen acetona, dietilcetona, metiletilcetona, isobutilmetilcetona, diisobutilcetona, acetofenona, benzofenona, diciclopropilcetona, diacetona alcohol, óxido de mesitilo, forona, ¡soforona, ciciohexanona, metilciclohexanona, dipnona y alcanfor. Entre estos compuestos, se prefiere diacetona alcohol, óxido de mesitilo, forona, ciciohexanona, metilciclohexanona, acetofenona, dipnona y alcanfor. Estos compuestos se pueden utilizar solos o en combinación. La relación de mezcla de la resina fenólica y el compuesto de cetona en la mezcla aglutinante compatibilizada no está limitada, pero la relación en peso de resina fenólica:compuesto de cetona es normalmente de aproximadamente 90-20:10-80, de preferencia aproximadamente 80-30:20-70. Cualquier brea utilizada de manera convencional en este campo técnico se puede emplear sin limitación como la brea para uso en la mezcla aglutinante compatibilizada. Los ejemplos de breas útiles incluyen breas de hulla (breas de alquitrán de hulla), breas de petróleo y breas de carbón.

La proporción de la brea en la mezcla aglutinante compatibilizada no está limitada, pero normalmente es de aproximadamente 0.5 a 30 partes en peso, de preferencia aproximadamente de 1 a 25 partes en peso, de mayor preferencia de aproximadamente 3 a 20 partes en peso, por 100 partes en peso de la mezcla aglutinante. Cuando la proporción de la brea es demasiado grande, se imparten las propiedades favorables de la resina fenólica, tal como la característica de secado rápido y buena fuerza de sinterización. Además, la mezcla aglutinante compatibilizada resultante tiene una viscosidad incrementada y por lo tanto, la mezcla aglutinante necesita ser añadida en una cantidad creciente, en consecuencia no es económica. En la composición de taponamiento de la invención, se puede utilizar un alquitrán como un aglutinante, en combinación con la mezcla aglutinante compatibilizada. Cualquier alquitrán utilizado de manera convencional en este campo técnico se puede emplear sin limitación. Los ejemplos de alquitranes utilizables incluyen alquitranes de hulla (aceites producidos por destilación en seco de hulla), alquitranes de pizarra (aceites producidos mediante destilación en seco de pizarra de aceite), alquitranes de madera, alquitranes de gas (subproductos de gasificación de petróleo), alquitrán de petróleo (un nombre genérico de residuos de vaporización o destilación de petróleo o sus pirolisados, incluyendo asfalto de petróleo, residuo de destilación, alquitrán de pirólisis y similares). No se limita la proporción del alquitrán a añadir, pero normalmente es de aproximadamente 20 partes en peso o menos, preferiblemente aproximadamente de 3 a 15 partes en peso, de preferencia aproximadamente de 5 a 10 partes en peso, relativo a 10 partes en peso de la mezcla aglutinante compatibilizada. La viscosidad de la mezcla aglutinante compatibilizada no está limitada, pero normalmente es de aproximadamente 1000 a 40000 mPa's, de preferencia aproximadamente de 2000 a 10000 mPa's, medido a 30°C. Si se utiliza un alquitrán en combinación con la mezcla aglutinante compatibilizada, no se limita la viscosidad del componente aglutinante que consta del alquitrán y mezcla aglutinante compatibilizada, pero normalmente es de aproximadamente 1000 a 40000 mPa's, de preferencia aproximadamente de 2000 a 10000 mPa's, medido a 30°C. El componente aglutinante para uso en la invención, el cual consta de la mezcla aglutinante compatibilizada y opcionalmente un alquitrán, se puede preparar por ejemplo, mediante los siguientes procedimientos: primero, se mezclan juntos una resina fenólica y un compuesto de cetona para obtener una solución. Se añade a la solución una brea, opcionalmente junto con un alquitrán seguido de amasado. El tiempo de amasado no está limitado mientras se pueda obtener una masa homogénea, pero normalmente es de aproximadamente 0.5 a 2 horas. El amasado se puede realizar con calor, para reducir la viscosidad de la brea y alquitrán. La temperatura de calentamiento no está limitada, pero normalmente es de aproximadamente 100°C o menos, de preferencia aproximadamente de 60 a 80°C. De manera alternativa, un compuesto de cetona y una brea, opcionalmente junto con un alquitrán, se pueden añadir al mismo tiempo a una resina fenólica, seguido de amasado. De manera alternativa, se puede preparar primero la mezcla aglutinante compatibilizada y luego mezclarse con un alquitrán, seguido de amasado. En estos procedimientos, la resina fenólica puede ser un producto resinificado, o pueden ser materiales no resinificados, es decir, un fenol y un aldehido. Los materiales no resinificados, cuando se utilizan, se resinifican durante la preparación de la mezcla aglutinante compatibilizada. La proporción de la mezcla aglutinante compatibilizada en la composición de taponamiento de la invención no está limitada, pero normalmente es de aproximadamente 15 a 25 partes en peso, de preferencia aproximadamente de 17 a 23 partes en peso, relativo a 100 partes en peso del polvo refractario. La proporción del componente aglutinante que consta de la mezcla aglutinante compatibilizada y alquitrán (la cantidad combinada de la mezcla aglutinante compatibilizada y alquitrán) no está limitada, pero normalmente es de aproximadamente 15 a 25 partes en peso, de preferencia aproximadamente 17 a 23 partes en peso, relativo a 100 partes en peso del polvo refractario. (e) Fibra fina orgánica Cualquier fibra fina orgánica se puede utilizar en la presente invención, siempre que tenga un punto de fusión inferior a la temperatura de pared del horno (aproximadamente 300°C). El punto de fusión de la fibra fina orgánica es de preferencia de aproximadamente 250°C o menos, preferiblemente de aproximadamente 100 a 200°C. Los ejemplos de fibras que tienen dicho punto de fusión incluyen fibras de poliéster, fibras de alcohol polivinílico, fibras de acrílico, fibras de cloruro de polivinilo, fibras de acetato, fibras de rayón, fibras de poliamida, fibra de polietileno, fibras de polipropileno, fibras de poliuretano, fibras de cloruro de polivinilideno y otras fibras orgánicas de baja fusión. Entre estas fibras, se prefieren fibras de poliéster, fibras de alcohol polivinílico, fibras de acrílico y fibras de cloruro de polivinilo, de entre las cuales se prefieren las fibras de poliéster y fibras de alcohol polivinílico. Estas fibras finas orgánicas se pueden utilizar solas o en combinación. La fibra fina orgánica no está limitada en forma, siempre que tenga una forma fibrosa. El diámetro de fibra de la fibra fina orgánica no está limitado, pero normalmente es de aproximadamente 5 a 200 µm, preferiblemente de aproximadamente 5.5 a 100 µm, de preferencia aproximadamente de 6 a 50 µm. Si el diámetro de la fibra es demasiado pequeño, la fibra fina orgánica tiene una escasa dispersión en la composición de taponamiento. Por otro lado, si el diámetro de la fibra es demasiado grande, es probable que el resultado esperado no se pueda alcanzar. La longitud de fibra de la fibra fina orgánica no está limitada, pero normalmente es de aproximadamente 3 a 15 mm, de preferencia aproximadamente de 4.5 a 12 mm. Si la longitud de fibra es demasiado corta, la fibra está en forma de polvo y no funciona como una fibra, mientras que si la longitud de fibra es demasiado larga, la composición de taponamiento tendrá una lubricidad reducida.

La proporción de la fibra fina orgánica no está limitada, pero normalmente es de aproximadamente 0.01 a 0.75 partes en peso, preferiblemente aproximadamente 0.30 a 0.7 partes en peso, de preferencia aproximadamente 0.05 a 0.6 partes en peso, relativo a 100 partes en peso del polvo refractario. Si la proporción de la fibra es demasiado pequeña, la composición de taponamiento resultante es insuficiente en permeabilidad al gas y fuerza de adherencia. Por otro lado, si la proporción de la fibra es demasiado grande, la composición de taponamiento resultante está expuesta a ser insuficiente en propiedades de amasado, plasticidad y lubricidad (extruibilidad). Además, se incrementa la cantidad necesaria de la mezcla aglutinante compatibilizada, por consiguiente es desfavorable desde el punto de vista económico. La composición de taponamiento de la presente invención puede contener además, cuando sea necesario, aditivos utilizados de manera convencional en este campo técnico. Los aditivos utilizables incluyen agentes de curación y modificadores de viscosidad. Los ejemplos de agentes de curación incluyen hexametilentetramina y paraformaldehído. Los ejemplos de modificadores de viscosidad ¡ncluyen etilenglicol, dietilenglicol, propilenglicol y otros glicoles; y polioxietilenonilfenol, éter polioxietilen oleílico, dodecilbencensulfonato de sodio y agentes tensioactivos similares. La composición de taponamiento de la invención se puede preparar por ejemplo, como sigue: Primero, el tamaño de partícula del agregado refractario (a), el grafito y nitruro de silicio (b) y la arcilla (c) se ajusta de manera ordinaria y los tres componentes se mezclan para preparar un polvo refractario. Se añade una fibra fina orgánica al polvo refractario, seguido de mezcla hasta que la fibra se ha dispersado completamente. Luego, se añade la mezcla aglutinante compatibilizada con mezcla y calentamiento, seguido de amasado a homogeneidad para obtener de este modo, una composición de taponamiento. Cuando se utiliza un alquitrán como un aglutinante en combinación con la mezcla aglutinante compatibilizada, se puede añadir el alquitrán a la composición de taponamiento preparada, seguido de amasado a homogeneidad. De manera alternativa, el alquitrán se puede mezclar previamente con la mezcla aglutinante compatibilizada para preparar un componente aglutinante, el cual se añade luego a una mezcla del polvo refractario y la fibra fina orgánica para obtener de ese modo, una composición de taponamiento. La composición de taponamiento de la invención es útil para taponar piqueras de altos hornos para producir lingotes de hierro o similares, hornos eléctricos, cubilotes y aparatos similares para fundir metal. La composición de taponamiento de piquera (barro) de la invención tiene propiedades favorables tanto de la brea como de la resina fenólica utilizadas como aglutinantes. De manera más específica, la composición de taponamiento de la invención tiene las siguientes propiedades notables. 1 ) La composición se puede amasar fácilmente y tiene una alta plasticidad y una alta densidad después de taponamiento y por lo tanto, es fácilmente aplicable a piqueras. 2) La composición tiene buena sinterabilidad, y por lo tanto es capaz de detener la colada de metal fundido inmediatamente después de ser llenada en la piquera. 3) La composición tiene buena permeabilidad al gas debido a su alta porosidad y de este modo es poco probable que se desintegre o engruese durante sinterización. 4) La composición sinterizada muestra un alto cambio lineal permanente y una alta fuerza de adherencia a la pared del horno, debido a que la fibra fina orgánica contenida en la composición se fusiona mediante la temperatura de la pared del horno cuando la piquera se llena con la composición. 5) La composición tiene una buena resistencia a la corrosión después de sinterización y de este modo puede evitar que el metal fundido se derrame durante un largo periodo. 6) La composición tiene una fuerza de sinterización adecuada y por lo tanto la composición puede evitar que se derrame el metal fundido, y fácilmente se puede perforar un orificio a través de la composición. 7) La composición no produce humo o polvo durante la perforación. 8) La composición es económica.

MODALIDAD PREFERIDA DE LA INVENCIÓN Los siguientes ejemplos se proveen para ilustrar la invención a detalle y no limitan el alcance de las reivindicaciones de la invención.

EJEMPLOS 1 A 6 Preparación de composiciones de taponamiento (a) Un agregado refractario, (b) grafito y nitruro de carbono y (c) una arcilla refractaria se sometieron a ajuste de tamaño de partícula, y se mezclaron juntos para preparar un polvo refractario. Al polvo refractario se agregó (e) una fibra fina orgánica, y la mezcla resultante se mezcló hasta que la fibra fina orgánica se había dispersado completamente. Luego, (d) se agregó una mezcla aglutinante compatibilizada, seguido de amasado. Cuando se usó un alquitrán como un aglutinante en combinación con la mezcla aglutinante compatibilizada, el alquitrán se agregó a la composición de taponamiento preparada anteriormente a partir de componentes diferentes al alquitrán, y la composición resultante se amasó hasta ser homogénea. En el procedimiento anterior, todos los pasos de amasado se llevaron a cabo a 70°C. El cuadro 1 muestra las proporciones de los componentes usados en los ejemplos 1 a 6. El alquitrán y la brea fueron un alquitrán de hulla y una brea de hulla, respectivamente. El aglutinante compatibilizado usado fue "NK-3" fabricado por Kanae Kagaku Kogyo K.K. La fibra fina orgánica usada fue una fibra de poliéster que tiene un diámetro de fibra de 15 µm (2 deniers).

CUADRO 1 NJ Notas 1) Los valores presentados en el cuadro 1 son proporciones (partes en peso) basadas en 100 partes en peso del polvo refractario. 2) El valor mostrado con el nombre de cada componente del polvo refractario indica el tamaño de partícula máximo o escala de tamaño de partícula. 3) El valor mostrado debajo del término "Mezcla aglutinante compatibilizada" indica la proporción" (partes en peso) de la brea por 100 partes en peso de la mezcla aglutinante. El cuadro 2 muestra la distribución de tamaño de partícula del polvo refractario (tamaño de partícula máximo: 3.4 mm) usado en los ejemplos 1 a 6 y en los ejemplos comparativos 3 a 7 y 9 que aparecen más adelante. El cuadro 3 muestra la distribución de tamaño de partícula de la arcilla refractaria usada en los ejemplos 1 a 6 y en los ejemplos comparativos 1 a 5 y 7 a 9 que aparecen más adelante.

CUADRO 2 CUADRO 3 El cuadro 4 muestra características de la mezcla aglutinante compatibilizada (que contiene 5 partes en peso de una brea por 100 partes en peso de la mezcla aglutinante) usada en los ejemplos 1 a 4 y 6 y en los ejemplos comparativos 5 a 9 que aparecen más adelante.

CUADRO 4 El cuadro 5 muestra las propiedades de amasado, plasticidad, lubricidad (extruibilidad), sinterizabilidad, propiedades de contaminación, fuerza de adherencia y economía de las composiciones de taponamiento preparadas en los ejemplos 1 a 6 y en los ejemplos comparativos 1 a 9 que aparecen más adelante. El cuadro 6 muestra el cambio lineal permanente, módulo de ruptura, resistencia a la compresión, porosidad e índice de corrosión de las composiciones de taponamiento preparadas en los ejemplos 1 a 6 y en los ejemplos comparativos 1 a 9.

CUADRO 5 NJ T.

Notas: 1 ) Los símbolos alfabéticos en el cuadro 5 indican lo siguiente: A: Buena; B: Satisfactoria; C: Ligeramente deficiente; D: Deficiente. 2) Las propiedades de amasado y plasticidad fueron evaluadas con base en las características tangibles de los productos amasados. 3) La lubricidad (extruibilidad) fue probada de la manera siguiente: Las composiciones de taponamiento fueron colocadas cada una en un contenedor cilindrico (de 100 mm de diámetro) con una porción extrema ahusada en un ángulo de 45° a un diámetro de 20 mm. Cada composición fue extruida desde la abertura (de 20 mm de diámetro) en el extremo ahusado, a una presión de 100 kg/cm2 para evaluar la lubricidad (extruibilidad) con base en las características de continuidad y superficie de las composiciones extruidas. 4) La sinterizabilidad fue probada de la manera siguiente: Las composiciones de taponamiento se formaron cada una en un cilindro (de 50 mm de diámetro y 50 mm de altura) y se colocaron en una atmósfera a 600°C durante 10 minutos. Después, las composiciones sinterizadas se sacaron para medir la resistencia a la compresión. 5) Las propiedades de contaminación fueron probadas de la manera siguiente: las composiciones de taponamiento se formaron cada una en un cilindro (de 50 mm de diámetro y 50 mm de altura) y se colocaron en una atmósfera a 600°C durante 10 minutos para evaluar la cantidad de humo producido. 6) La fuerza de adherencia fue probada de la siguiente manera: Las composiciones de taponamiento se formaron cada una en un cilindro (de 50 mm de diámetro y 50 mm de altura) y se prensaron sobre un ladrillo de chamota calentado a 800°C. Las composiciones fueron calentadas a 800°C durante 10 minutos para permitir que las composiciones se sinterizaran y adhirieran a los ladrillos. Después, se midió la fuerza de adherencia a los ladrillos.

CUADRO 6 NJ o Notas: 1 ) El cambio lineal permanente fue medido de la siguiente manera: Las composiciones de taponamiento se formaron cada una en un rectángulo (40 mm x 40 mm x 160 mm) y se moldearon a presión a una presión de 100 kg/cm2. Después del moldeo a presión, la longitud que inicialmente había sido 160 mm fue medida como . Las composiciones moldeadas a presión fueron sinterizadas en una atmósfera reductora a 1450°C durante 3 horas. Después de sinterizar, la longitud que inicialmente había sido 160 mm fue medida como l2. El cambio lineal permanente es la velocidad de cambio en la longitud, calculado de acuerdo con la siguiente ecuación: Cambio lineal permanente (%) = (l2-l?)/ ) x 100. 2) El módulo de ruptura y resistencia a la compresión fueron medidos de acuerdo con JIS R2553 . 3) El índice de corrosión fue determinado de la siguiente manera: las composiciones de taponamiento se formaron y colocaron en un horno de fusión de prueba de alta frecuencia. Luego, hierro y escoria se fundieron a 1500°C en el horno de fusión de prueba. La cantidad de corrosión de cada composición fue medida para encontrar un índice de corrosión. Mientras más bajo sea el índice de corrosión, mejor es la resistencia a la corrosión. Las composiciones de taponamiento de los ejemplos 1 a 6 , después de sinterizar, mostraron una fuerza de sinterización suficiente para detener la colada, y un agujero se hizo fácilmente a través de las composiciones sinterizadas.

Las composiciones de taponamiento de los ejemplos 1 a 3 y 6 varían en cantidad de la fibra fina orgánica agregada. El cuadro 6 revela que estas composiciones son buenas en propiedades de amasado, plasticidad y lubricidad (extruibilidad), y por tanto son fácilmente aplicables a piqueras. Además, el cuadro 7 muestra que los valores de cambio lineal permanente de estas composiciones fueron positivos, y que estas composiciones fueron excelentes en propiedades físicas tales como resistencia a la corrosión. Asimismo, presentan buena sinterizabilidad, fuerza de adherencia alta y otras propiedades excelentes como composiciones de taponamiento de piquera, en comparación con las composiciones de los ejemplos comparativos que aparecen más adelante. La composición de taponamiento del ejemplo 4 contiene tanto una mezcla aglutinante compatibilizada de acuerdo con la invención como un alquitrán usado convencionalmente como un aglutinante. La composición del ejemplo 4 se puede preparar con economía mejorada, sin perjudicar las propiedades favorables de la mezcla aglutinante compatibilizada. La composición de taponamiento del ejemplo 5 contiene una mezcla aglutinante compatibilizada que contiene 10 partes en peso de una brea como se disuelve en 100 partes en peso de la mezcla aglutinante .En cuanto a la composición del ejemplo 5, la cantidad de la mezcla aglutinante compatibilizada que se va a agregar es incrementada ligeramente debido que la mezcla aglutinante tiene una viscosidad ligeramente alta. No obstante, la composición tiene una economía aceptable y propiedades excelentes.

EJEMPLOS COMPARATIVOS 1 Y 2 Las composiciones de taponamiento fueron preparadas siguiendo el procedimiento del ejemplo 1 con excepción de que se usó un agregado refractario que tiene un tamaño de partícula máximo de 6 mm o menos, y de que se usó un alquitrán o una resina fenólica como un aglutinante en lugar de la mezcla aglutinante compatibilizada, y de que no se usó la fibra fina orgánica. El cuadro 1 muestra las proporciones de los componentes utilizados. Las composiciones de los ejemplos comparativos 1 y 2 son deficientes en plasticidad, lubricidad (extruibilidad) y otras propiedades, debido al tamaño de partícula excesivamente grande del agregado refractario (alúmina o bauxita). La composición del ejemplo comparativo 1 , aunque es económica, es notablemente inferior a las composiciones de los ejemplos en sinterizabilidad y propiedades de no contaminación. La composición del ejemplo comparativo 2 es satisfactoria en sinterizabilidad y propiedades de no contaminación, pero inferior en fuerza de adherencia y economía a las composiciones de los ejemplos.

EJEMPLO COMPARATIVO 3 Una composición de taponamiento fue preparada siguiendo el procedimiento del ejemplo 1 con excepción de que se usó una resina fenólica en lugar de la mezcla aglutinante compatibilizada. El cuadro 1 muestra las proporciones de los componentes utilizados. La composición de taponamiento del ejemplo comparativo 3 es insuficiente en propiedades de amasado, plasticidad, lubricidad (extruibilidad), fuerza de adherencia y otras propiedades, en comparación con las composiciones de los ejemplos. Además, esta composición no es económica ya que contiene una gran cantidad de la resina fenólica como un aglutinante.

EJEMPLO COM PARATIVO 4 Una composición de taponamiento fue preparada siguiendo el procedimiento del ejemplo 1 con excepción de que se usó una resina fenólica en lugar de la mezcla aglutinante compatibilizada, y de que no se usó la fibra fina orgánica. El cuadro 1 muestra las proporciones de los componentes utilizados. La composición del ejemplo 4 no es económica y es insuficiente en plasticidad, lubricidad (extruibilidad), resistencia a la corrosión y otras propiedades, en comparación con las composiciones de los ejemplos. Asimismo, se lleva mucho más tiempo hacer un agujero a través de esta composición, que a través de las composiciones de los ejemplos.

EJEMPLO COMPARATIVO 5 Una composición de taponamiento fue preparada siguiendo el procedimiento del ejemplo 1 con excepción de que no se usó la fibra fina orgánica. La composición del ejemplo comparativo 5 es insuficiente en plasticidad, lubricidad (extruibilidad) y resistencia a la corrosión, en comparación con las composiciones de los ejemplos. Además, debido a su valor de cambio lineal permanente negativo, esta composición es inferior a las composiciones de los ejemplos en fuerza de adherencia a la pared del horno.

EJEMPLO COMPARATIVO 6 El procedimiento del ejemplo 1 se siguió con excepción de que no se usó la arcilla refractaria, a fin de preparar una composición de taponamiento. Sin embrago, la composición resultante fue difícil de amasar y mostró plasticidad deficiente, por consiguiente no pudo ser formada. En consecuencia, fue imposible probar la sinterizabilidad, adherencia y otras propiedades de la composición.

EJEMPLO COMPARATIVO 7 Una composición de taponamiento fue preparada siguiendo el procedimiento del ejemplo 1 con excepción de que no se usó el nitruro de silicio. La composición del ejemplo comparativo 7 es inferior en sinterizabilidad, y en particular, notablemente inferior en resistencia a la corrosión a las composiciones de los ejemplos.

EJEMPLO COMPARATIVO 8 El procedimiento del ejemplo 1 se siguió con excepción de que se usaron alúmina con una escala de tamaño de partícula de 5 a 8 mm y grafito con una escala de tamaño de partícula de 1 a 3 mm, a fin de preparar una composición de taponamiento. No obstante, la composición resultante fue difícil de amasar y mostró plasticidad deficiente, por lo tanto no se pudo formar. En consecuencia, fue imposible probar la sinterizabilidad, adherencia y otras propiedades de la composición.

EJEMPLO COMPARATIVO 9 Una composición de taponamiento se preparó siguiendo el procedimiento del ejemplo 1 con excepción de que se usó una fibra metálica (una fibra de hierro fundido que tiene un diámetro de fibra de 90 µm) en lugar de la fibra fina orgánica. La composición del ejemplo comparativo 9 es inferior en sinterizabilidad y resistencia a la corrosión a las composiciones de los ejemplos.

EJEMPLO COMPARATIVO 10 Se hizo un intento de preparar una mezcla aglutinante que consiste solamente de una resina fenólica (9 partes en peso) y una brea (una parte en peso). No obstante, la resina fenólica y la brea fueron incompatibles una con la otra y no formaron una mezcla homogénea. Por lo tanto, fue imposible preparar una composición de taponamiento usando una mezcla aglutinante que consiste solamente de la resina fenólica y brea.

Claims (6)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Una composición de taponamiento de piquera para aparato fundidor de metal, que comprende (a) un agregado refractario que tiene un tamaño de partícula máximo de 5 mm o menos, (b) grafito y nitruro de silicio, cada uno teniendo un tamaño de partícula máximo de 0.2 mm o menos, (c) una arcilla refractaria, (d) una mezcla aglutinante compatibilizada que comprende una resina fenólica, un compuesto de cetona y una brea, y (e) una fibra fina orgánica.

2.- La composición de taponamiento de piquera de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el agregado refractario (a) es al menos un elemento seleccionado del grupo que consta de alúmina, alúmina alta, carburo de silicio, bauxita, mullita, chamota, pirofilita, coque, zirconia, ferrosilicio y magnesia.

3.- La composición de taponamiento de piquera de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la mezcla aglutinante compatibilizada (d) tiene un contenido de brea de 0.5 a 30 partes en peso por 100 partes en peso de la mezcla aglutinante.

4.- La composición de taponamiento de piquera de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la fibra fina orgánica (e) es al menos un elemento seleccionado del grupo que consta de fibras de poliéster, fibras de alcohol polivinílico, fibras de acrílico, fibras de cloruro de polivinilo, fibras de acetato, fibras de rayón, fibras de poliamida, fibras de polietileno, fibras de polipropileno, fibras de poliuretano y fibras de cloruro de polivinilideno.

5.- La composición de taponamiento de piquera de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la fibra fina orgánica (e) tiene un diámetro de fibra de 5 a 200 µm y una longitud de fibra de 3 a 15 mm.

6.- La composición de taponamiento de conformidad con la reivindicación 1 , la cual comprende 100 partes en peso de un polvo refractario que consta de 60 a 85 partes en peso del agregado refractario (a), 5 a 30 partes en peso del grafito y nitruro de silicio (b) y 5 a 15 partes en peso de la arcilla refractaria (c); 15 a 25 partes en peso de la mezcla aglutinante compatibilizada (d) relativo a 100 partes en peso del polvo refractario; y 0.01 a 0.75 partes en peso de la fibra fina orgánica (e) relativa a 100 partes en peso del polvo refractario.