Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
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
Compartilhar