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Refratários e Isolantes - Aula INT

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REFRATÁRIOS E ISOLANTES
Prof. Christiano Meirelles
TÓPICOS
� Conceituação
� Classificação
� Processos de fabricação
� Propriedades e ensaios
� Métodos de aplicação
� Controle de qualidade
� Inspeção em serviço
REFRATÁRIOS E ISOLANTES
Conceito:
Refratários são materiais cerâmicos que utilizam 
argilas minerais de alto ponto de fusão, capazes 
de suportar temperaturas elevadas sem falhar.
Al, Si, Ca, Mg e etc
Características:
� Refratabilidade;
� Estabilidade mecânica, térmica, química e 
dimensional;
� Condutividade térmica;
� Permeabilidade.
REFRATABILIDADE
� Propriedade de materiais que submetidos à alta 
temperatura mantém suas características, como 
isolação térmica e sonora.
� A isolação térmica de um forno industrial é feita 
com lã de rocha, que tem alta refratabilidade.
REFRATÁRIOS SÃO CERÂMICAS!
Dentro do grupo das cerâmicas existem os
materiais refratários:
Cerâmica Vermelha
Materiais de Revestimento (Placas
Cerâmicas):
Cerâmica Branca
Materiais Refratários ���� SÃO
CERÂMICAS
Isolantes Térmicos
Fritas e Corantes
O QUE SÃO CERÂMICAS?
Materiais inorgânicos constituídos por elementos
metálicos e não-metálicos, formados por ligações
iônicas coordenadas.
Ou seja: ao invés dos elementos compartilharem
um elétron, um elemento doa o seu elétron para o
outro (esse elétron passa a girar unicamente ao
redor do átomo receptor). Esses materiais podem
ser cristalinos, não-cristalinos ou uma mistura de
ambos.
REFRATÁRIO X ISOLANTE
Por definição, refratários são materiais capazes
de suportar elevadas temperaturas (acima 1100°C)
mantendo estabilidade tanto física quanto química.
Um isolante térmico é um material ou estrutura
que dificulta a dissipação de calor de um corpo ou
de um ambiente.
QUALIDADE PROPRIEDADE RELACIONADA
Isolante Térmico
Baixa condutividade térmica
Estabilidade Mecânica a tensões térmicas
Estabilidade Dimensional
Antierosivo Estabilidade Mecânica à erosão e abrasão
Estabilidade Dimensional
Antiácido
Estabilidade Química a ataque de gases
Baixa Permeabilidade
Estabilidade Dimensional
UTILIZAÇÃO
� Revestimentos de fornos de altas temperaturas 
em geral (cerca de 2000°C), revestimento (na 
forma de cimento ou concretos refratários) de 
grandes caldeiras de usinas de açúcar e álcool, 
panelas de aço, servem para proteger o aço 
derretido de um lado e a própria caldeira de aço 
sólido do outro. 
CLASSIFICAÇÃO
São Fabricados a partir de argilas minerais (rochas) que
contém óxidos inorgânicos de alto ponto de fusão (Ex: AI , Si,
Ca, Mg, etc.).
A norma ABNT 10237 detalha todas as classificações de
materiais refratários, os refratários podem ser classificados
segundo a matéria-prima ou componente químico principal
que os compõem, densidade, condutividade térmica ou quanto
a forma.
CLASSIFICAÇÃO DOS REFRATÁRIOS QUANTO AOS CONSTITUINTES
Tipo Constituintes
Sílicosos
Sílica >90% SiO2
Semi-Sílica Al2O3 (20-30) % SiO2 (60-80) %
Sílico-aluminosos SiO2 (40-65) % Al2O3 (30-50) %
Aluminosos Al2O3> 48% SiO2 < 46%
Básicos
Magnesianos MgO
Cromíticos Cr2O3
Cromítico-magnesianos MgO e Cr2O3
Outros
Carbeto de silício, grafita,
carbono, zircônia, zirconita,
espinélio...
CLASSIFICAÇÃO
� A natureza química dos constituintes é um importante 
fator de aplicação e classificação. Em meios quimicamente 
ácidos, predomina-se o uso de refratários sílicosos puros 
(SiO2). Em meios quimicamente neutros, predomina-se o 
uso de refratários aluminosos ou cromáticos (Al2O3 ou 
Cr2O3). Em meios quimicamente básicos predomina-se o 
uso de refratários magnesianos ou cromo-magnesianos 
(MgO ou MgO e Cr2O3).
CLASSIFICAÇÃO DOS REFRATÁRIOS QUANTO À FORMA
Tipo Forma
Conformados
Alvenaria refratária
• Paralelos
• Arco/Cunha
• Radial, circular, blocos especiais.
Não conformados
Concretos refratários
• Argamassas
• Cimentos
• Plásticos
• Massas de socar
• Concretos hidráulicos
• Concretos pega química
ALVENARIA REFRATARIA
� São blocos conformados para posterior 
montagem.
� No Brasil as argilas são retiradas de diversas jazidas 
localizadas, principalmente, nos Estados SP, MG, RJ 
e SC. ARGILAS MINERAIS UTILIZADAS NA FABRICAÇÃO DE REFRATÁRIOS 
CONFORMADOS (TIJOLOS)
Constituinte Tipos de Argilas
Refratários silício- aluminosos (Al2O3< 50%)
Argilas Caulita
Argilas Gibsita
Argilas Quartzo
Refratários aluminosos (Al2O3> 50%)
Argilas Diáspora
Argilas Bauxita
Argilas Cianita
Refratários silicosos (SiO2 > 90%)
Argilas Gamisto
Argilas Terra Diatomácia
Magnesianos ou cromíticos
Argilas Magnesita
Argilas Dolomita
Argilas Cromita
PRODUÇÃO ALVENARIA REFRATARIA
Obs: A seleção das argilas e a classificação granulométricainfluenciam nas
principais características dos materiais refratários (resistência mecânica,
refratariedade e estabilidade dimensional).
Como podemos acompanhar na apostila nas paginas 6 e 7.
NORMAS PARA ALVENARIA REFRATARIA
� A norma ABNT 10241 - Tijolos Refratários Isolantes:
define 8 classes, divididas por temperatura de utilização e
densidade.
� Já as normas ABNT 10238 e ABNT 10239 definem as
composições de materiais aluminosos e sílico-aluminosos
� A norma ABNT 12601 define todas as dimensões e
formatos de tijolos paralelos, arcos, cunhas e radiais.
CLASSE
TEMPERATURA 
(°C)
DENSIDADE 
(glcm3)
Rl-09 900 0,70
Rl-10 1000 0,70
Rl-11 1100 0,75
Rl-12 1200 0,85
Rl-13 1300 1,00
Rl-14 1400 1,10
Rl-15 1500 1,15
Rl-16 1600 1,20
NORMAS PARA ALVENARIA REFRATARIA
� Normas ASTM
ALVENARIAREFRATÁRIA 
NORMALIZAÇÃO ASTM C 27-84 
TIJOLOS DE ALTA ALUMINA
AL2O3 % Cone Pirométrico Equivalente T ºC
50 34 1763
60 35 1785
70 36 1804
80 37 1820
85 - -
90 - -
99 - -ALVENARIAREFRATÁRIA NORMALIZAÇÃO ASTM C 27-84 
TIJOLOS SÍLICO-ALUMINOSOS
Cone Pirométrico 
Equivalente
T min ºC Módulo de ruptura (Mpa)
Super Duty 33 1743 4,14
High Duty 31 ½ 1699 3,45
Semi Silica - 1350 2,07
Médium Duty 29 1659 3,45
Lowduty 15 1430 4,15
NORMALIZAÇÃO ASTM C-155 TIJOLOS 
ISOLANTES
GRUPO 
Nº
TEMPERATURA 
(ºC)
DENSIDADE 
(glcm3)
16 845 0,94
20 1065 0,64
23 1230 0,77
26 1400 0,86
28 1510 0,96
30 1620 0,109
32 1730 0,152
33 1790 0,152
CONTROLE DE QUALIDADE
PONTOS A INSPECIONAR
Antes do serviço Durante o serviço Após a execução
• Qualidade do material 
tanto do tijolo quanto da 
argamassa;
• Experiência do pedreiro;
• Equipamentos e 
instrumentos necessários 
para o serviço;
• Desenhos detalhados e 
aprovados.
• Correta instalação da 
ancoragem;
• Acompanhamento da 
preparação da argamassa;
• Correto Assentamento;
• Posicionamento das juntas 
de dilatação
• Espessura da argamassa 
de assentamento
• Inspeção geral visual de 
todo o revestimento.
• Verificar principalmente 
nível/prumo e 
posicionamento das juntas 
de dilatação.
CONCRETOS REFRATÁRIOS
• Concretos não necessitam de estoques excessivos de materiais;
• Normalmente concretos dispensam juntas de dilatação com
materiais especiais, reduzindo custos e tempo de instalação;
• Concretos possibilitam maior estabilidade do revestimento devido
ao melhor desempenho da ancoragem à parede metálica;
• Facilidade de instalação e manutenção, principalmente de regiões
com geometria complexa;
• Redução de custo na etapa de projeto.
A instalação de um revestimento refratário
poderá ser realizada tanto assentamento de
tijolos refratários com argamassa ou
aplicação de concretos já previamente
preparados. A aplicação de concretos tem
sido mais largamente utilizada na indústria
petroquímica, devido aos seguintes aspectos:
PRODUÇÃO CONCRETOS REFRATÁRIOS
AGREGADOS CONCRETOS REFRATÁRIOS
� Assim como no item anterior, um dos fatores de 
grande importância na qualidade final do 
concreto refratário é a correta seleção dos 
agregados.PRINCIPAIS AGREGADOS DE REFRATÁRIOS NÃO 
CONFORMADOS
Densos Leves
Chamote (argila sinterizada)
Mulita (72% AI203)
Corindon (95% AI203)
Cromita
Cromo-magnésia
Magnesita
Carbeto de silício
Bauxita (85% AI203)
Sílica Eletrofundida (99% Si02)
Alumina globular
Vermiculita
Argila expandida
Perlita e outros.
AGREGADOS CONCRETOS REFRATÁRIOS
A escolha do agregado depende do objetivo que o
concreto sepropõe. Materiais isolantes utilizam
agregados leves, tais como: Alumita Globular,
Vermicula ou Argila Expandida. Já materiais de maior
resistência mecânica e maior condutividade térmica
utilizam agregados densos tais como: Chamote, Mulita
ou Corindon.
Principais métodos de aplicação Pag 25
Derramamento (Casting) Socagem Projeção pneumática (Gunninq)
• Compactação manual
• Vibração interna
• Vibração externa
• Fluência livre
• Socagem manual
• Socagem pneumático
• A seco
• A úmido (Wetgning)
AGREGADOS CONCRETOS REFRATÁRIOS
PONTOS IMPORTANTES NA
CONCRETAGEM REFRATÁRIA
� Pega é a reação de endurecimento inicial do 
concreto e é caracterizada pela perda da consistência 
necessária para a aplicação do material. 
PONTOS IMPORTANTES NA CONCRETAGEM
REFRATÁRIA
� Cura hidráulica, onde ocorrem
as reações de hidratação
proporcionando ao material à
resistência mecânica e a
resistência à erosão/abrasão a
baixa temperatura.
� Secagem, também chamada de
cura térmica, pois objetiva
assegurar resistência mecânica
em alta temperatura. A
resistência mecânica
comportasse de maneira
distinta a elevação da
temperatura na secagem.
NORMAS PARA CONCRETAGEM
REFRATÁRIA
� Norma ASTM C 401
DIVISÃO DE CLASSES ASTM C 401 
DENSOS (ALUMINA- SÍLICA CASTABLE REFRACTORIES)
Propriedades A B C D E F G
Temperatura (ºC) 1095 1200 1370 1480 1595 1705 1760
DIVISÃO DE CLASSES ASTM C 401 
ISOLANTES (LNSULATING CASTABLES REFRACTORIES)
Propriedades N O P Q R S T U V
Temperatura (ºC) 925 1040 1150 1260 1370 1430 1595 1650 1760
MEA a 110°C Kg/m3
CONTROLE DE QUALIDADE
Adicionalmente ao planejamento e o sistema da
qualidade, as tarefas de controle de qualidade
devem ser executadas nas seguintes etapas:
� Testes do Material;
� Testes de Qualificação de procedimento e 
operadores;
� Testes da Ancoragem;
� Inspeção durante a aplicação;
� Inspeção do material aplicado, antes e após 
secagem;
� Testes dos corpos de prova testemunhas da 
aplicação.
PRINCIPAIS PROPRIEDADES E
ENSAIOS
PRINCIPAIS PROPRIEDADES E ENSAIOS
Análise química : são realizadas por métodos reconhecidos,
sendo que o mais utilizado é o Fotômetro de Chama. A ABNT
elaborou as seguintes normas sobre análise química:
• NBR 8002- Materiais refratários de alto teor de sílica-
análise química
• NBR 8828- Materiais refratários silício-aluminosos- análise 
química
• NBR 11302 - Materiais refratários aluminosos - análise 
química
Resistência à compressão em temperatura ambiente 
(RCT A):
� onde: FC = Força máxima atingida pela máquina (Kgf)
� A= Área do corpo de prova onde a força foi aplicada 
(cm2)
� RCTA = Resistência à compressão (Kgf/cm2)
PRINCIPAIS PROPRIEDADES E ENSAIOS
Cone pirométrico equivalente: definir o grau de
refratariedade que um determinado material possui. A
refratariedade é definida como a temperatura na qual
se inicia a redução de resistência, devido à formação de
fase líquida no material.
Condutividade térmica: representa a sua capacidade
de conduzir um fluxo de calor, que se forma pela
diferença de temperatura entre superfícies quentes e
frias. Quanto menor for à condutividade de térmica,
mais isolante é o material.
Densidade: é uma medida indireta do poder isolante do
material e substitui o ensaio de condutividade térmica.
PRINCIPAIS PROPRIEDADES E ENSAIOS
Variação dimensional linear (VDL):
Onde: VDL = variação dimensional em % a 110°C.
Lo = média aritmética das medidas efetuadas, antes do 
aquecimento.
L1 = média aritmética das medidas efetuadas, antes do 
aquecimento.Resistência à erosão e abrasão:
As normas ABNT 13185/94 e ASTM C704 definem todas as 
condições desse teste.
onde: M1 =Massa em g do corpo-de-prova antes do ensaio
M2 = Massa em g do corpo-de-prova após ensaio 
MEA = Massa Específica Aparente calculada antes do ensaio 
g/cm³
∆V = Perda por erosão em cm³ 
RELAÇÃO ENTRE ENSAIOS E FASES
DE FABRICAÇÃO E APLICAÇÃO
ISOLAMENTO TÉRMICO
Classificação dos materiais isolantes quanto a sua forma física
Isolantes térmicos rígidos Isolantes térmicos flexíveis
Sílica diatomácea
Silicato de Cálcio
Poliuretano
Perlita Expandida
Lã de vidro
Lã de rocha
Fibra Cerâmica
Sílica diatomácea
Material isolante térmico é qualquer material que possa,
economicamente, reduzir a perda ou ganho de calor.
Isolantes Térmicos são materiais que possuem menor
condutividade térmica, densidade e resistência mecânica do
que tijolos e concretos refratários.
ISOLANTES MAIS UTILIZADOSLan de roxa
Lan de vidro
Silicato de cálcio poliuretano Perlita expandida
DEGRADAÇÃO DE REFRATÁRIO
Nas imagens podemos ver o ataque da fase líquida em
processo de clinquerização ao tijolo instalado na zona de
transição inferior de um forno de cimento. A fase líquida
destruiu boa parte do tijolo SI-AL, mas não atacou o
espinelizado, como podemos ver nas fotos.
Na região foi montado 2 tipos de tijolo.
Foram 4 anéis de Sílico-Aluminoso.
30-35% SiO2
38-43% Al2O3
1% Fe2O3
27% SiC
No restante foi montado tijolo Básico espinelizado.
90% MgO
10% espinela

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