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5 1. INTRODUÇÃO Desde os primórdios da humanidade, quando o homem deixou de estar nas cavernas e passou a trabalhar na agricultura, houve a grande necessidade de ter utensílios para transportar água e alimentos. Utensílios estes que precisavam ser resistentes, impermeáveis e de fabricação fácil. Anos se passaram e os refratários passaram a ser manufaturados, tendo diversos formatos e tipos de composição química, assim, viabilizando os processos de alta temperatura. A maioria das coisas que nos cercam nos dias de hoje tem materiais cerâmicos. Imaginemos um forno que atinja uma temperatura de 2.000 graus celsius. Se esse forno for revestido de material plástico facilmente irá se degradar e fundir, pois esse tipo de material não é ideal para resistir a alta temperatura. Outro exemplo é na indústria de produção de metais, nos quais estes precisam ter um container revestido com material refratário, para reter o material fundido. Os refratários são de extrema importância nestas e outras aplicações que envolvem temperaturas acima de 1500 graus celsius. Atualmente, os materiais refratários são divididos em três principais grupos, sendo eles o da argila, o da cromita e o da zircônia. Nesse trabalho vamos explicar o que é material refratário, como ele funciona e em quais situações é indicado. Além disso, vamos apresentar algumas informações, assim como falar sobre a sua composição e a capacidade de resistência frente às exposições adversas. Também veremos as vantagens de utilizar os refratários, já que suportam altas temperaturas. 6 2. DESENVOLVIMENTO Materiais refratários são um grupo de produtos resistentes a altas temperaturas, os quais mantêm a sua composição sem a perda das propriedades de condutividade elétrica, condutividade térmica e resistência. Eles são utilizados na produção de diversos objetos que fazem parte de laboratórios de pesquisa, instituições de ensino, empresas e residências. Entre os materiais refratários, podemos encontrar os tijolos e as cerâmicas. Compostos de argila, cromita ou zircônia, podemos encontrar em diversos equipamentos comuns no nosso dia a dia, tais como estufas, muflas, caldeiras, churrasqueiras e diversos tipos de fornos. Inclusive, os de aquecimento e metalúrgicos para a produção de vidro ou materiais não ferrosos, como cal, cimento e cerâmica. A wikipédia irá definir materiais refratários da seguinte forma: “ Material refratário é um material capaz de manter sua resistência a altas temperaturas. São utilizados em revestimentos de fornos, incineradores e reatores.” A temperatura de fusão de um refratário precisa ser superior a 1.580 ºC, de modo que possam ser submetidos ao aquecimento para transformar as substâncias sem que ocorram mudanças em suas características físicas, químicas e mecânicas. Quando esses materiais aquecem, eles não se dilatam e geram baixa condução térmica. Os metais, polímeros e cerâmicos são os 3 grupos nos quais se dividem esses materiais. Tais materiais devem possuir baixa condutividade térmica, alta refratariedade, isto é, suportar altas temperaturas, estabilidade ao choque térmico, estabilidade dimensional, estabilidade química, estabilidade mecânica, baixa permeabilidade. Em relação a composição, de acordo com o site IMC resistências, “A composição dos materiais refratários varia de acordo com o seu grupo. As argilas são compostas por aluminossilicatos hidratados, contendo de 50 a 80% de SiO2 (sílica), https://pt.wikipedia.org/wiki/Resist%C3%AAncia https://pt.wikipedia.org/wiki/Temperatura https://pt.wikipedia.org/wiki/Forno https://pt.wikipedia.org/wiki/Incinerador https://pt.wikipedia.org/wiki/Reator https://imcresistencias.com.br/blog/processo-de-aquecimento/ 7 20 a 45% de AI2030 (alumina) e minerais. A cromita tem em sua composição Al2O3, FeO (óxido de ferro), MgO (óxido de magnésio) e MgCO3 (magnesita). Já a zircônia é composta por ZrO2 (óxido de zircônio), sendo altamente resistente e suportando até 2.400 ºC”. Em fornos de alta temperatura é utilizado a Alumina (óxido de alumínio), já os cimentos e concretos refratários são usados no revestimento de grandes caldeiras de açúcar, panelas de aço, álcool. Sua função é proteger o aço derretido de um lado e o aço sólido do lado externo da caldeira. Na indústria siderúrgica, o revestimento em alto forno é indispensável. No caso da fundição do minério de ferro para transformá-lo no chamado ferro-gusa, vemos a aplicação desse tipo de material. O forno em questão é construído em forma de chaminé com tijolo refratário. 3. TIPOS DE REFRATÁRIOS 3.1 Refratário neutro Os refratários neutros são aqueles que não reagem com outros materiais, demonstrando-se resistentes aos ataques químicos de escórias ácidas. Geralmente contêm óxidos de cromo, carbeto de silício, grafíticos e carbono. Os refratários de alta alumina também podem ser incluídos nessa categoria. 3.2 Refratário de fundição Existem diversos materiais que podem ser utilizados na fabricação de refratários para fundição. Entre os principais deles estão às argilas refratárias que tem como vantagem o seu baixo custo e por ser um material bastante acessível, pode ser encontrado com muita abundância e é utilizado principalmente na fabricação de fornos. Outro material muito utilizado na produção de refratários para fundição, são os que tem como base a cromita que é um material rico em alumina, tem maior 8 resistência que os argilosos e podem ser submetidos a maiores temperaturas. Normalmente é empregada na fundição de aços. Os refratários feitos de zircônio são os materiais de maior resistência. Por possuir baixo coeficiente de expansão térmica se torna um instrumento mecanicamente muito resistente à altas temperaturas e sua utilização normalmente, na indústria de refratários para fundição, é feita na fabricação de fornos para a indústria vidraceira e fornos metalúrgicos. 3.3 Refratários básicos São materiais refratários que contêm como componentes principais o óxido de cálcio e o óxido de magnésio. Esses materiais são de alta resistência à escória alcalina e têm alta refratariedade, ou seja, eles resistem a elevadas temperaturas sem perder a sua característica de baixa condutividade e sem se deformar. Alguns exemplos desses refratários são: • tijolo de magnésio e magnésio cromado; • tijolo de dolomita; • tijolo de alumínio e magnésio; • tijolo de forsterite. Esses materiais são usados principalmente em fornos de fundição de metais não ferrosos, em fornos de cimento e em fornos de fabricação de aço alcalino. Figura 1 Fonte: https://www.termorefractarios.com/pt/produtos/tijolos_e_blocos_refrat%C3%A1rios/re frat%C3%A1rio-cromita.html tijolo de magnésio e magnésio cromado https://www.termorefractarios.com/pt/produtos/tijolos_e_blocos_refrat%C3%A1rios/refrat%C3%A1rio-cromita.html https://www.termorefractarios.com/pt/produtos/tijolos_e_blocos_refrat%C3%A1rios/refrat%C3%A1rio-cromita.html 9 Figura 2 Fonte: https://pt.cnjinggangraphiteelectrode.com/refractory-brick/magnesia- refractory-brick/dolomite-brick-for-refining-furnace.html tijolo de dolomita Figura 3 Fonte: https://pt.dreamstime.com/fotos-de-stock-tijolos-de-alum%C3%ADnio-que- esperam-o-transporte-image16638703 tijolo de alumínio Figura 4 Fonte: https://portuguese.alibaba.com/product-detail/Lower-price-Refractory- Forsterite-bricks-60788698722.html tijolo de forsterite 3.4 Material refratário ácido Os refratários ácidos são resistentes à erosão da escória ácida quando estão em alta temperatura, mas têm facilidade em reagir com a escória alcalina. Entre https://pt.cnjinggangraphiteelectrode.com/refractory-brick/magnesia-refractory-brick/dolomite-brick-for-refining-furnace.html https://pt.cnjinggangraphiteelectrode.com/refractory-brick/magnesia-refractory-brick/dolomite-brick-for-refining-furnace.htmlhttps://pt.dreamstime.com/fotos-de-stock-tijolos-de-alum%C3%ADnio-que-esperam-o-transporte-image16638703 https://pt.dreamstime.com/fotos-de-stock-tijolos-de-alum%C3%ADnio-que-esperam-o-transporte-image16638703 https://portuguese.alibaba.com/product-detail/Lower-price-Refractory-Forsterite-bricks-60788698722.html https://portuguese.alibaba.com/product-detail/Lower-price-Refractory-Forsterite-bricks-60788698722.html 10 os refratários desse grupo estão os tijolos de argila e os de sílica. Eles não encolhem após a calcinação repetida, porém, apresentam baixa resistência aos choques térmicos. Os tijolos de sílica são usados normalmente em equipamentos térmicos como os fornos de fusão de vidro e de coque. “Os tijolos refratários de sílica têm as vantagens do baixo coeficiente de expansão térmica, alta resistência ao choque térmico, baixa condutividade térmica e baixa gravidade específica. Os tijolos refratários da sílica são usados principalmente para: Fornos de coque, Fogões quentes, Encharcando poços, Coroas do tanque de vidro”. https://termorefratarios.com/produtos/tijolos_e_blocos_refrat%C3%A1rios/tijolos-de- s%C3%ADlica.html Figura 5-tijolo de sílica https://termorefratarios.com/produtos/tijolos_e_blocos_refrat%C3%A1rios/tijolos-de- s%C3%ADlica.html 3.5 Material refratário não moldado O refratário não moldado é uma junção do pó refratário, mistura adicional ou aglutinante. Ele pode ser utilizado diretamente ou com um líquido apropriado. Um exemplo é o concreto refratário, que é um produto muito usado no mercado industrial. A sua característica principal é a grande resistência a altas temperaturas, fazendo com que possa ser utilizado em superfícies aquecidas sem perder suas propriedades ou deformar. 11 PRINCIPAIS TIPOS DE CONCRETO REFRATÁRIO “Há vários tipos de concreto refratário disponíveis no mercado. Alguns dos mais comuns são os concretos com alto, baixo e ultrabaixo teor de cimento de aluminato de cálcio. Há ainda concretos refratários sem cimento, que são ligados por aditivos químicos especiais, e concretos isolantes compostos por agregados leves de baixa condutividade térmica. São materiais que suportam elevadas temperaturas e por isso são muito úteis em vários segmentos industriais como siderúrgicas, fundições e petroquímicas. Seu custo- benefício é excelente, especialmente pela durabilidade e resistência. Além disso, os concretos refratários podem ser fabricados sob medida de acordo com a utilização pretendida, como misturas especiais para concretagem de pisos e revestimentos específicos e outras aplicações que exigem propriedades únicas”. Fonte https://www.refrata.com.br/concreto- refratario 4. PRINCIPAIS PROPRIEDADES DOS MATERIAIS REFRATÁRIOS • Estabilidade ao choque térmico • Baixa condução térmica e elétrica • Baixa permeabilidade • Estabilidade química • Alta refratariedade • Estabilidade mecânica • Estabilidade dimensional (quando aquecidos não dilatam) • Cerâmicas Refratárias Quando se fala sobre materiais refratários, o principal grupo que representa essa classe são as cerâmicas refratárias, às quais se diferem dos materiais cerâmicos comuns principalmente por suportarem altas temperaturas e por se manterem inertes em ambientes severos. 5. EXEMPLOS E UTILIZAÇÃO DE MATERIAIS REFRATÁRIOS • Argilas refratárias (mais comuns e empregadas em fornos e estufas) • Refratários a base de cromita (refratários de cromo-magnesita – utilizado em fornos de elevada temperatura e refratários de Magnesita-cromita – usados em fundição de aços). • Refratários de zircônia (fornos metalúrgicos e fornos para indústria de vidros) 12 Figura 5 Fonte: https://produto.mercadolivre.com.br/MLB-1008506622-argila-refrataria- 5kg-seca-moida-fina-45alumina-malha-325- _JM#position=6&search_layout=grid&type=item&tracking_id=0ff4f9e8-9006- 41fd-aa95-69d98328cad7 argila refratária Figura 6 Fonte: https://produto.mercadolivre.com.br/MLB-1017988692-forno-refratario- pizza-95x95-kit-para-iluminaco-c2-grades-_JM forno refratário Figura 7 Fonte: https://www.amplitherm.com.br/cimento-refratario-forno forno com cimento refratário https://produto.mercadolivre.com.br/MLB-1008506622-argila-refrataria-5kg-seca-moida-fina-45alumina-malha-325-_JM#position=6&search_layout=grid&type=item&tracking_id=0ff4f9e8-9006-41fd-aa95-69d98328cad7 https://produto.mercadolivre.com.br/MLB-1008506622-argila-refrataria-5kg-seca-moida-fina-45alumina-malha-325-_JM#position=6&search_layout=grid&type=item&tracking_id=0ff4f9e8-9006-41fd-aa95-69d98328cad7 https://produto.mercadolivre.com.br/MLB-1008506622-argila-refrataria-5kg-seca-moida-fina-45alumina-malha-325-_JM#position=6&search_layout=grid&type=item&tracking_id=0ff4f9e8-9006-41fd-aa95-69d98328cad7 https://produto.mercadolivre.com.br/MLB-1008506622-argila-refrataria-5kg-seca-moida-fina-45alumina-malha-325-_JM#position=6&search_layout=grid&type=item&tracking_id=0ff4f9e8-9006-41fd-aa95-69d98328cad7 https://produto.mercadolivre.com.br/MLB-1017988692-forno-refratario-pizza-95x95-kit-para-iluminaco-c2-grades-_JM https://produto.mercadolivre.com.br/MLB-1017988692-forno-refratario-pizza-95x95-kit-para-iluminaco-c2-grades-_JM https://www.amplitherm.com.br/cimento-refratario-forno 13 6. METAIS REFRATÁRIOS São aqueles que possuem ponto de fusão acima de 2000 °C, alta resistência e dureza à temperatura ambiente ou temperaturas elevadas, e são sólidos à temperatura ambiente. Os principais metais refratários são: nióbio, molibdênio, tântalo, tungstênio). • Tungstênio: possui maior temperatura de fusão entre os metais, algumas de suas aplicações são em filamentos de lâmpadas, proteção contra radiações e contatos elétricos. • Tântalo: é o menos abundante dos quatro metais refratários, e é utilizado em materiais cirúrgicos, permutadores de calor e processamento químico. • Molibdênio: possui boa resistência ao choque térmico e pode ser utilizado em dispositivos eletrônicos de comando em aviação, escudos de radiação, moldes para processamento de vidro e matrizes de forjamento e extrusão. • Nióbio: é utilizado principalmente na indústria nuclear e aeroespacial. 7. INOVAÇÕES NO MERCADO DE REFRATÁRIOS Em entrevista ao canal de vídeos “Engenharia compartilhada”, o diretor de pesquisa e desenvolvimento da RHI Magnesita nas Américas, Paschoal Bonadia neto, fala sobre pesquisas em Contagem (MG), onde uma equipe de mais de 70 profissionais trabalha, principalmente, em inovações relacionadas a sustentabilidade, matérias primas e conservação e eficiência energética no processo industrial. Ao ser indagado pela entrevistadora a respeito de inovações desse seguimento, ele responde que “Para que haja inovações, temos buscado, ao longo do tempo, parcerias com empresas ligadas a pesquisas e tecnologias, no que diz respeito a aplicativos e inteligência artificial que possam contribuir com o avanço das técnicas de produção do material final até a chegada aos consumidores. A inovação tem sido uma aliada global e temos trazido soluções ao mercado”. 14 Em Brumado-MG há a maior mina de magnesita do grupo RHI. A engenharia junto à mineração desenvolveram uma matéria prima diferente, que, até então, não existia no portfólio da empresa, que possibilitou triplicar o tempo de vida da mina, aproveitando mais os recursos naturais disponíveis naquele lugar. Para isto, foi construido um equipamento com investimento de 180 milhões de reais para criar essa nova matéria prima. Com isso, houve um aumento gradativonas exportações desse produto para a Europa, EUA e até mesmo para a China. https://www.youtube.com/watch?v=_QQFa1XEiUA 8. REFRATÁRIOS E PREOCUPAÇÃO COM O MEIO AMBIENTE As empresas estão preocupadas com a questão ambiental. Para isso, medidas estão sendo tomadas para amenizar problemas relacionados ao aquecimento global e poluição. Entre tais medidas está o racionamento do uso da água no processo. As empresas que fazem o uso racional do recurso hídrico ganham destaque. A indústria cerâmica, por exemplo, é a que mais usa esse recurso em seu processo. Desde a moagem até a lavagem de seus moinhos. Há, no Brasil, locais que recebem pilhas e baterias para reciclagem. As pilhas são desencapadas e levadas a fornos de alta temperaturas e transformados em matéria prima para produção de refratários, vidros, cerâmicas e químicas em geral. O uso de materiais refratários nas indústrias tem causado preocupação, pois a fuligem liberada nos fornos é altamente prejudicial a saúde, ainda mais se tiver exposição a longo prazo a este tipo de poluição. Para isto há a necessidade de utilizar máscaras com filtro de ar para contenção desses poluentes. 9. NORMAS TÉCNICAS PARA REFRATÁRIOS NBR 8382: Materiais refratários não-conformados - Preparação de corpos-de-prova de concretos para projeção, concretos isolantes, densos e de fluência livre (2001). NBR 6115: Materiais refratários isolantes - Determinação da densidade de massa aparente (1996); https://www.youtube.com/watch?v=_QQFa1XEiUA 15 NBR 6113: Materiais refratários densos conformados - Determinação da resistência à flexão à temperatura ambiente (1997); NBR 6114 : Materiais refratários conformados - Método para inspeção por atributos (1997); 10. CONSIDERAÇÕES FINAIS A indústria de refratários é chamada por muitos de “a indústria escondida”. Ou seja, um ramo que atua nos bastidores. O produto refratário não se resume apenas em tijolos que revestem uma churrasqueira, mas, sim, em produtos fornecidos para a indústria do aço, do vidro, cimento e da petroquímica. Qualquer processo que envolva alta temperatura (1200 a 2200 C) precisa de um refratário para que o sistema suporte o calor e toda corrosão química, choque térmico e demais variações e interferências que possam existir no processo de fabricação do produto em questão. O ramo refratário está por trás viabilizando a execução dos serviços na indústria da infraestrutura, prédios e pontes. Sem o refratário não se produz o aço, o vidro e o cimento. Ou seja, é de extrema importância para o mercado, pois ajuda a tornar possível o processo de fabricação de produtos essenciais até chegar ao consumidor final. 16 11.REFERÊNCIAS IMC. O que você precisa saber sobre os materiais refratários. Disponível em: < https://imcresistencias.com.br/blog/material- refratario/#:~:text=Materiais%20refrat%C3%A1rios%20s%C3%A3o%20um%20grupo ,el%C3%A9trica%2C%20condutividade%20t%C3%A9rmica%20e%20resist%C3%A Ancia.>. Acesso em: 09 de nov. de 2022. Wikipédia. Materiais refratários. Disponível em: < https://pt.wikipedia.org/wiki/Materiais_refrat%C3%A1rios>. Acesso em: 09 de nov. de 2022. Refrata. Refratários para fundição. Disponível em: < https://www.refrata.com.br/refratarios-fundicao>. Acesso em: 11 de nov. de 2022. Portal aquecimento industrial. TIPOS DE REFRATÁRIOS – PRODUTOS NÃO CONFORMADOS (MONOLÍTICO) – PARTE III. Disponível em: < https://www.aquecimentoindustrial.com.br/tipos-de-refratarios-produtos-nao- conformados-monolitico-parte-iii/>. Acesso em: 11 de nov. de 2022. SHANDONG TAIRAN. Tijolo dolomita para forno de refino. Disponível em: <https://pt.cnjinggangraphiteelectrode.com/refractory-brick/magnesia-refractory- brick/dolomite-brick-for-refining-furnace.html>. Acesso em 11 de nov. 2022. Amplitherm. Cimento refratário para forno. Disponível em: <https://www.amplitherm.com.br/cimento-refratario-forno>. Acesso em 11 de nov. 2022. https://www.youtube.com/watch?v=_QQFa1XEiUA Engenharia compartilhada https://imcresistencias.com.br/blog/material-refratario/#:~:text=Materiais%20refrat%C3%A1rios%20s%C3%A3o%20um%20grupo,el%C3%A9trica%2C%20condutividade%20t%C3%A9rmica%20e%20resist%C3%AAncia https://imcresistencias.com.br/blog/material-refratario/#:~:text=Materiais%20refrat%C3%A1rios%20s%C3%A3o%20um%20grupo,el%C3%A9trica%2C%20condutividade%20t%C3%A9rmica%20e%20resist%C3%AAncia https://imcresistencias.com.br/blog/material-refratario/#:~:text=Materiais%20refrat%C3%A1rios%20s%C3%A3o%20um%20grupo,el%C3%A9trica%2C%20condutividade%20t%C3%A9rmica%20e%20resist%C3%AAncia https://imcresistencias.com.br/blog/material-refratario/#:~:text=Materiais%20refrat%C3%A1rios%20s%C3%A3o%20um%20grupo,el%C3%A9trica%2C%20condutividade%20t%C3%A9rmica%20e%20resist%C3%AAncia https://pt.wikipedia.org/wiki/Materiais_refrat%C3%A1rios https://www.refrata.com.br/refratarios-fundicao https://www.aquecimentoindustrial.com.br/tipos-de-refratarios-produtos-nao-conformados-monolitico-parte-iii/ https://www.aquecimentoindustrial.com.br/tipos-de-refratarios-produtos-nao-conformados-monolitico-parte-iii/ https://pt.cnjinggangraphiteelectrode.com/refractory-brick/magnesia-refractory-brick/dolomite-brick-for-refining-furnace.html https://pt.cnjinggangraphiteelectrode.com/refractory-brick/magnesia-refractory-brick/dolomite-brick-for-refining-furnace.html https://www.amplitherm.com.br/cimento-refratario-forno https://www.youtube.com/watch?v=_QQFa1XEiUA 17
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