Materiais Refratários - Trabalho

Prévia do material em texto

Sumário.
1. Introdução.................................................................................................4
2. Refratários para Altos-Fornos...................................................................5
2.1 Goela..................................................................................................5
2.2 Cuba Superior.....................................................................................5
2.3 Cuba Média e Inferior.........................................................................5
2.4 Ventre.................................................................................................5
2.5 Rampa................................................................................................5
2.6 Em torno das Ventaneiras..................................................................5
2.7 Cadinho..............................................................................................6
2.8 Parede e sola.....................................................................................6
2.9 Subsola..............................................................................................6
2.10 Furo de Corrida.............................................................................6
2.11 Back up.........................................................................................7
3. Refratários Utilizados no Interior dos Altos-Fornos.................................7
3.1 Sílico-Aluminoso................................................................................7
3.2 Carbeto de Silício..............................................................................7
3.3 Refratário de cianita, silimanita e andaluzita....................................8
3.4 Refratários de Mulita........................................................................8
3.5 Refratários Aluminosos....................................................................8
3.6 Refratários de Carbono ou de Grafite..............................................8
4. Refratários para Canais de Corrida.......................................................9
4.1 Concretos Refratários......................................................................9
4.2 Água para Concretos......................................................................10
4.3 Aditivos Ligantes.............................................................................10
4.4 Massas de socar.............................................................................11
4.5 Fibras Cerâmicas............................................................................11
5. Referências...........................................................................................12
1. Introdução.
Para confinar as altas temperaturas dentro dos fornos, reatores, vasos e inúmeros outros equipamentos, são necessários revesti-los com matérias que, além de apresentarem estabilidade, tanto física como química, às temperaturas a que ficam sujeitos, devem possuir ainda outras propriedades.
Assim, muitas vezes, tem que ter resistência a quente, a tensões mecânicas; à abrasão, à erosão, ao ataque químico de sólidos, líquidos ou gases, outras vezes precisam ter elevada resistência às variações bruscas de temperatura. Enquanto por vezes pretende-se uma elevada condutividade térmica, outras vezes é o contrário que se procura para economia da operação ou para proteção dos equipamentos vizinhos.
Esses materiais, conhecidos sob designação de REFRATÁRIOS, pertencem ao grupo dos Materiais Cerâmicos ou Cerâmicas.
Os Metais e os Polímeros, em conjuntos com as Cerâmicas constituem as três classes ou grupos em que dividem os Materiais, à disposição dos tecnólogos para solução dos seus inúmeros e diversificados problemas.
Os materiais cerâmicos, de acordo com a definição aprovada pela Associação Brasileira de Cerâmica, compreendem todos os materiais inorgânicos não metálicos de emprego em engenharia ou produtos químicos inorgânicos (excetuados os metais e suas ligas), que são utilizáveis geralmente após tratamentos em temperaturas elevadas.
Por sua vez, a Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT – define material refratário como sendo todos aqueles materiais, naturais ou manufaturados, não metálicos (mas não excluindo aqueles que contenham um constituinte metálico) que podem suportar, sem se deformar ou fundir, temperaturas elevadas em condições específicas de emprego, refratariedade mínima ou Cone Pirométrico equivalente mínimo para que o material possa ser considerado refratário corresponde ao C.O. 15 (1435°C)
2. Refratários para Altos-Fornos.
 2.1 Goela
Fatores de desgastes predominantes: Impacto, Abrasão e choque térmico.
Tipo de Refrigeração ou proteção: Placas de desgaste de ferro fundido ou aço.
Tipo de material refratário utilizado: Sílico-Aluminoso (Concreto Refratário com ancoras metálicas). 
 2.2 Cuba Superior
Fatores de desgastes predominantes: Impacto, Abrasão, e choque térmico, (Corrosão por CO, Condensação de vapores de Zn.)
Tipos de refrigeração ou proteção: Não possui.
Tipo de material refratário utilizado: Carbeto de Silício ou sílico-aluminoso.
2.3 Cuba Média e Inferior.
Fatores de desgaste predominantes: Abrasão, choque térmico, (Corrosão por CO, condensação de vapores alcalinos de ZN e Pb.)
Tipo de refrigeração ou proteção: Placa ou Stave de ferro fundido ou cobre.
Tipo de material refratário utilizado: Carbeto de silício ou sílico-aluminoso.
2.4 Ventre.
Fatores de desgaste predominantes: Abrasão, coque térmico (Corrosão por CO, condensação de vapores alcalinos.
Tipo de refrigeração ou proteção: Placa ou Stave de ferro fundido ou cobre.
Tipo de material refratário utilizado: Não possui.
2.5 Rampa.
Fatores de desgaste predominantes: Abrasão e coque térmico (Corrosão por CO ou vapor d’água, condensação de vapores alcalinos. Ataque por escória. Erosão pelo gusa líquido. Tensões termomecânicas. Altas temperaturas.
Tipo de refrigeração ou proteção: Placa ou Stave de ferro fundido ou cobre.
Tipo de material refratário utilizado: Carbeto de silício ligado ou não a nitreto.
2.6 Em torno das Ventaneiras.
Fatores de desgastes predominantes: Choque térmico, altas temperaturas.
Tipo de refrigeração ou proteção: Stave de ferro fundido.
Tipo de material refratário utilizado: Concreto ou blocos á base de andaluzita, mulita, silimanita ou carbeto de silício ligado ou não a nitreto.
2.7 Cadinho
A campanha de um alto-forno está intimamente atrelada à longevidade do revestimento refratário do cadinho. O revestimento refratário do cadinho está submetido a diversas solicitações termoquímicas e termomecânicos, tais como:
· Dimensões internas do cadinho.
· Altura, diâmetro interno e comprimento do furo de corrida.
· Estrutura química e física do revestimento refratário nas paredes laterais, soleira e região no entorno dos furos de corrida.
· Variações bruscas de temperatura e de pressões.
· Tensões termomecânicas e termoclase mecânica.
· Agressões pela escória, compostos alcalinos e de zinco.
· Erosão pelo fluxo de gusa líquido e escória durante a operação de esgotamento do cadinho.
· Movimentação e inativação do homem morto.
Tipo de material refratário utilizado: Blocos de carbono microporoso nas paredes laterais, blocos de carbono super microporoso na região da quina entre a parede lateral e a soleira, tijolos circulares de alumina no fundo do cadinho, blocos de carbono microporoso sob a camada de refratário cerâmico no fundo do cadinho.
2.8 Parede e sola.
Fatores de desgaste predominantes: Ataque por escória, erosão pelo gusa líquido, (Condensação de vapores de materiais alcalinos.)
Tipo de material refratário utilizado: Blocos de grafita.
2.9 Subsola.
Fatores de desgaste predominantes: Atua como revestimento de proteção.
Tipo de material refratário utilizado: Blocos de grafita.
2.10 Furo de Corrida.
Fatores de desgaste predominantes: Choque térmico, erosão pelo gusa líquido, ataque por escória, (Condensação de vapores alcalinos.)
Tipo de material refratário utilizado: Blocosde alta alumina, silmanita ou carbono microporoso.
2.11 Back up.
Fatores de desgaste predominantes: Gases.
Tipo de material refratário utilizado: Blocos de carbono.
3. Refratários Utilizados no Interior dos Altos-Fornos. 
- Definição.
3.1 Sílico-Aluminoso.	
Os refratários sílico-aluminosos têm um teor de alumina entre 10 e 45%, e de 80 a 50% de sílica. As matérias primas destes refratários são argilas refratárias, com uma quantidade por vezes importante de quartzo, matérias orgânicas e outras impurezas. Em consequência, estas matérias primas têm quantidades variáveis de Fe2O3, CaO, MgO e álcalis, que atuam como fundentes, fazendo baixar a refratariedade, não devendo o seu teor ultrapassar 5% de TiO2 em pequena porcentagem não afeta a refratariedade, sendo por isso tolerável.
As argilas refratárias já descritas apresentam um alto grau de retração na queima, tornando-se necessário que sofram um prévio tratamento térmico.
As argilas queimadas, após homogeneização, em fornos rotativos ou verticais constituem a chamota.
A chamota, moída e peneirada em granulometrias adequadas, e misturada com argila, ligante e água, em diversas porcentagens o tipo do refratário.
A conformação pode ser feita por moldagem manual, extrusão ou prensagem. Após secagem, ao ar ou em estufas, as peças são queimadas em fornos contínuos, tipo túnel ou intermitente tipo vai-e-vem, campânula ou redondos de tiragem invertida.
3.2 Carbeto de Silício.
À base de SiC são fabricados três tipos de refratários, em função do tipo de ligante:
a) Ligados a argila.
b) Ligados a nitreto de silício.
c) De ligação direta.
Os processos de fabricação são similares aos refratários sílico-aluminosos e aluminosos. Nos ligados a argila, além da argila também se usa variáveis porcentagens de chamotas. Na fabricação de refratários de carbeto de silício ligados a nitreto é adicionado silício metálico finamente moído e os tijolos prensados são queimados numa atmosfera de nitrogênio. Estes produtos são utilizados em algumas zonas de Alto-Forno, devido à sua elevada refratariedade, resistência á abrasão e condutibilidade térmica.
Os refratários de liga direta competem com este último tipo, mas não são fabricados no país. Os refratários de carbeto de silício ligados a argila são utilizados em fornos cerâmicos, não só em peças de mufla, mas também em peças de mobiliário de fornos.
3.3 Refratário de cianita, silimanita e andaluzita.
Estes refratários, fabricados à base das matérias primas indicadas, pertencem à classe de 60% de alumina e, portanto, aluminosos.
Tem geralmente bom comportamento à termoclase. Somente os de cianitea são fabricados entre nós devido a ocorrência desta matéria prima no país. Os refratários de andaluzita. São fabricados com matéria prima importada (África do Sul).
3.4 Refratários de Mulita
Os refratários de mulita, da classe de 70%, tanto podem ser fabricados a partir da mulita sinterizada, como eletrofundida. Caracteriza-se pelo baixo escoamento a temperaturas elevadas
3.5 Refratários Aluminosos
Falando um pouco sobre os REFRATÁRIOS ALUMINOSOS, pertencem a este grupo de refratários com teores de alumina superior a 45%. Os métodos de fabricação são similares aos dos refratários sílico-aluminosos, utilizando chamota mais aluminosas, à base de bauxita, com adições variáveis de alumina calcinada, ou córindon. Tratando-se de materiais mais aluminosos, as temperaturas de queima têm de ser mais elevadas. Estes refratários também podem ser quimicamente ligados crus, em vez de queimados. Como agente ligante utiliza-se geralmente ácido fosfórico.
3.6 Refratários de Carbono ou de Grafite.
Na fabricação de blocos de carbono são utilizados como constituinte principal, carvões (geralmente antracito), coque de carvão ou de petróleo e grafite artificial.
A matéria prima é misturada com piche quente em misturados aquecidos e prensada, ou vibrados, ou socados por marteletes pneumáticos em formas metálicas. Em seguida são aquecidos lentamente até 1400°C, quando se dá a coqueificação do piche, solidificando, então, a peça.
A utilização principal é no revestimento de solas e cadinho de alto-forno a coque e as peças utilizadas são de grandes dimensões, com elevada precisão de medidas.
Este material, de elevadíssima refratariedade e resistência ao ataque de escórias, é, no entanto, muito sensível à oxidação acima de 400°C, provocada por atmosferas oxidantes, CO2, e vapor de água.
Para aumentar a condutibilidade térmica dos blocos utiliza-se, como material básico, grafite natural e eletrografite. Este tipo é empregado junto às caixas ou sistemas de refrigeração para facilitar a troca térmica.
A grafita é utilizada em porcentagens variáveis na fabricação de sílico-aluminosos, aluminosos, tanto na forma de refratários queimados, como em massas plásticas ou cimentos. Estes materiais são denominados grafitados e fazem parte da linha de produtos de quase todos os fabricantes nacionais.
4. Refratários para Canais de Corrida.
4.1 Concretos Refratários.
Utilizando como agregado as chamotas sílico-aluminosas e aluminosas, incluindo córindon, e misturando com 15 a 20% de cimento aluminoso, é fabricada uma extensa família de concretos refratários.
Ex.: Flowgun-70-CFT, Flowgun-USM- AF1/2, HidraMax TC9 Bru, Castogni 90 SP, METPUMP HP4 e etc.
Todos os tipos de concretos refratários são fornecidos ensacados, necessitando-se apenas adicionar a quantidade de água indicada pelos fabricantes para, depois de perfeitamente homogeneizado, ser utilizado na atividade.
Conforme o tipo e a indicação do fabricante, a sua aplicação pode ser por vazamento, com ou sem vibração, por secagem e por projeção pneumática com equipamento adequado (Máquina de Projeção)
Com a substituição do total ou parte do agregado denso por poroso, como argila expandida, vermiculita, alumina, globular, fabricam-se concretos refratários isolantes.
Com o estudo das granulometrias dos agregados e a utilização de partículas ultrafinas, foram introduzidos concretos com baixo teor de cimento. Este teor é de 5 a 8% para os concretos para baixas temperaturas, e 1 a 4% para os de altas temperaturas. Todos se caracterizam pela sua alta resistência mecânica e qualidades tixotrópicas, facilitando a sua aplicação com o auxílio de vibração. Entre nós, são conhecidos pela designação imprópria de concretos densos.
São utilizados em canais de corrida de Altos-fornos, Carros torpedos, em locais sujeitos a forte erosão, como anéis de retenção e trocadores de calor de fornos de cimento.
4.2 Água para Concretos.
A qualidade da água para mistura em concretos podem afetar a qualidade destes materiais, com consequências desastrosas, principalmente quando se trata de concretos de baixo cimento.
· A água deve ser clara, sem cor ou cheiro, sem excreções ou produtos em decomposição.
· A água deve ser pH = 7,0. Desvios até pH = 7,5 não são problemáticos. No entanto um pH abaixo de 7,0 não são permitos.
· A dureza da água não deve cair abaixo de 2,0° d. 1°d corresponde a dureza de água com teor de 10 mg CaO, por litro de água.
· Água de chuva contém teores de O2, NOx e poeiras. Pode também ter certos constituintes agressivos de emissões, por exemplo, ácido sulfuroso e ácido hidro sulfúrico e nitrato de potássio e por isso não deve ser utilizada.
4.3 Aditivos Ligantes.
Qualquer material deliberadamente adicionado antes ou durante a mistura de cimente, além de cimento, água, agregados e reforço de fibras é chamado de aditivo. Existem vários tipos de aditivos, incluindo:
· Aditivos carreadores de ar,
· Catalisadores,
· Retardadores,
· Redutores de água,
· Grande variedade de redutores de água (super. plastificadores),
· Aditivos minerais refinados (Cal hidratado, escórias de Alto-Forno granuladas.)
· Aditivo CSC endurecedor utilizado para dar pega em paredes onde está realização a projeção de concreto. 
· Aditivo NC (Sílica coloidal) realiza a homogeneização do concreto, nova tecnologia para que o mesmo ganhe performance e tempo para entrega de áreas de corridas. Baixo tempo para aquecimento. Nova tecnologia.
4.4 Massas de socar.As massas de socar, caracterizadas pelo seu baixo teor de umidade, apenas podem ser aplicadas mediante uma forte socagem, geralmente recorrendo-se a Soquetes pneumáticos. Após a mistura de seus componentes em misturadores, são embalados em sacos impermeabilizados,
O ligante empregado usualmente é o silicato de sódio mas também são usados os monofosfato de alumínio e o hexametafosfato de sódio. O ácido fosfórico também é usado, mas este ligante só pode ser adicionado na atividade, imediatamente antes da aplicação da massa.
Ex.: Ramwell PS 001 e Stamp-run-70-USM (São as massas mais utilizadas hoje em canais de corridas.)
4.5 Fibras Cerâmicas.
Às fibras Cerâmicas são fabricadas a partir de matérias primas, tais como:
· Sílica.
· Silicato de alumínio.
· Cromita.
· Zirconita.
· Alumina.
· Zircônia
· Carbeto de Silício.
· Nitreto de boro.
As fibras mais conhecidas são as do sistema SiO2-Al2O3 que se podem dividir em dois grupos:
· 40 a 65% de Al2O3.
· 85 a 100% de Al2O3
Às fibras do 1° grupo têm uma estrutura mineralógica amorfa ou Vítrea e as dos 2° grupo são micro-cristalinas. As fibras apresentam uma certa porcentagem de ‘’Shots’’, gotas ou pérolas de vidro, que são separadas por diversos processos. O comprimento das fibras pode atingir 25 mm e a sua espessura varia entre 0,1 a 1 mm. As mantas não apresentam geralmente mais de 5% de shots.
5 Referências.
Apostilha de materiais refratários TOGNI S/A.
www.academia.edu/refratários_para_altos-fornos.com.br
10