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Área 2   aula 3 refratários silico aluminosos

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Refratários Silico-Aluminosos
Prof.: Rubens Camaratta
4 SÉRIE SÍLICA-ALUMINA
 São refratários argilosos e de fácil moldagem
 Úteis na produção de cadinhos para fusão de metais e vidros
 Extremos da série: sílica e alumina
Diagrama de fase SiO2-Al2O3
Sílica – SiO2 > 94%
Sílico – aluminoso – 15% < Al2O3 < 45%
Aluminosos – 45% < Al2O3 < 75% 
Alta alumina – Al2O3 > 80%
Sílica
Sílico - Aluminoso
Alta Alumina
Aluminoso
COMPOSIÇÃO DE ALGUMAS MATÉRIAS PRIMAS
4 SÉRIE SÍLICA-ALUMINA
 Características de refratários comerciais silico-aluminosos:
Al2O3(% peso)
Constituição a 1590°C(% peso)
T. F. completa (°C)
Refratário comercial
3
50 cristobalita + 50 líquido
1665
Alta sílica
12
7,7 mulita + 92,6 líquido
1635
Argilo-silicioso
26
30 mulita + 70 líquido
1735
Argiloso
46 (caolinita)
61 mulita + 39 líquido
1813
Silico-aluminoso
63 (silimanita)
87 mulita + 13 líquido
1845
Silimanítico
72 (mulita)
100 mulita
1850
Mulita sintética
85
60 mulita + 40 coríndon
1940
Bauxítico
4 SÉRIE SÍLICA-ALUMINA
 Propriedades:
Tipo de refratário
Argilosos
Silimaníticos
Mulíticos
% Al2O3
25 – 45
45 - 65
P. A. (%)
9 – 22,5
9%
10 – 25
D. A. (g/cm3)
1,96 – 2,36
3,03 – 3,67
< que silimaníticos
RCfrio(MPa)
22 - 31
> argilosos, com resistência a abrasão
34,5 – 62,0
Características especiais
Retraem em 900°C e incham em 1200°C (liberação de gases)
Variação linear no aquecimento é baixa
Estabilidade volumétrica de 1500 – 1700°C é boa
Refratariedade simples
↑ com % Al2O3
1770 – 1830°C, > argilosos
1825 – 1920°C (CS 37 - 40)
Refratariedade sobre carga
Baixa, devido a baixa T que se forma fases líquidas
Resistência ao choque térmico
30 ciclos
Elevada
Excelente
4 SÉRIE SÍLICA-ALUMINA
4.1. REFRATÁRIOS DE SÍLICA
 Até os anos 60 eram os mais usados em siderurgia
 1° Fornos de soleiras abertas (OHF): aplicações siderúrgicas
 2° Fornos básicos à oxigênio (BOF): 1hora de BOF = 10 a 12 horas de OHF
 3° Fornos de arco elétrico (EAF): custo de 1hora de EAF = 5 horas de OHF
Tendência: substituir refratários de sílica por revestimentos de alta alumina, refratários básicos e não óxidos (ex. SiC)
 Uso: características principais: elevadas condutividade térmica, densificação e resistência mecânica a quente.
4 SÉRIE SÍLICA-ALUMINA
Alta condutividade térmica de coquerias (???)
Indústria de vidros
6
Vista de um forno Siemens-Martin
4.1. REFRATÁRIOS DE SÍLICA
4 SÉRIE SÍLICA-ALUMINA
 Boa resistência mecânica a elevadas temperaturas.
 Usado por ex. em tetos em arco de fornos de aço ou de vidro
 T próximas a 1650 °C
Resistentes à escórias ricas em sílica 
(ácidas), porém são atacados facilmente
por escórias com MgO e CaO
(escórias básicas)
Importante reduzir teor de alumina
(máx. entre 0,2 e 1,0 %)
Refratários à base de Sílica (ácidos)
(Classificação quanto a natureza química)
 Mineralogia das matérias-primas:
	Sílica		
			formas naturais: quartzo, tridimita, cristobalita, amorfa
			formas sintéticas: coesita e keatita
		apresenta mudança de fase com ↑T
	
	Transformações rápidas	↓RCT	 lascamento ou esfarelamento 
tijolos		Forma menos resistente: sílica fundida	uso em 				moldes para fundição	molde auto-destrutível
		Mineralizadores (Na2O, Fe2O3) podem acelerar as 				transformações
		Rochas utilizadas como MP: quartzo + quartzito
4.1 REFRATÁRIOS DE SÍLICA
4. SÉRIE SÍLICA-ALUMINA
MP ??? moldes
9
Gráfico da densidade em relação a temperatura. Apresenta a variação do volume (expansão) da SiO2 em cada fase em função da temperatura.
 Mineralogia das matérias-primas:
4.1 REFRATÁRIOS DE SÍLICA
4. SÉRIE SÍLICA-ALUMINA
Buscar a fonte explicação das transformações
10
				
MODIFICAÇÃO
DENSIDADE
SISTEMA CRISTALINO
quartzoa
2,65
triclínico
quartzob
2,53
hexagonal
cristobalitaa
2,32
tetragonal
cristobalitab
2,21
cúbico
tridimitaa
2,26
monoclínica
tridimitab
2,30
hexagonal
sílica vítrea
2,21
amorfo
Relação das fases da SiO2, com a densidade e o sistema cristalino correspondente.
 Mineralogia das matérias-primas:
4.1 REFRATÁRIOS DE SÍLICA
4. SÉRIE SÍLICA-ALUMINA
1) Tijolo pobremente convertido
2) Tijolo bem convertido
% DL/Lo
Tempos longos de queima:
o suficientemente longo para garantir a conversão de todo o quartzo em tridimita para que não ocorra pós-expansão séria em serviço.
 Mineralogia das matérias-primas:
4.1. REFRATÁRIOS DE SÍLICA
4. SÉRIE SÍLICA-ALUMINA
Tempos longos de queima:
Cálculo da quantidade residual de quartzo (exemplo tijolo com 2,34 g/cm3):
2,34= Q.rquartzo + (1-Q) rtrimita
Q= (2,34-2,26) / (2,65-2,26)=0,21
R: 21% de quartzo residual
(considera-se apenas a tridimita pois a temperatura de transformação da tridimita em cristobalita quase nunca é ultrapassada)
 Mineralogia das matérias-primas:
4.1 REFRATÁRIOS DE SÍLICA
4. SÉRIE SÍLICA-ALUMINA
 Composição química 		MOR		Densidade	Porosidade
	 					 real		 aparente
Al2O3	máx. 1,5%
TiO2	máx. 0,2%
Fe2O3	máx. 1,0%
CaO	máx. 4,0%
mín. 3,43 MPa
máx. 2,38 g/cm3
máx. 20 %
 Características
4.1 REFRATÁRIOS DE SÍLICA
4. SÉRIE SÍLICA-ALUMINA
Buscar a norma
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 Tijolo atual de sílica:
	refratariedade: (Seger) 33 a 34 (~1740°C)
	densidade real: 2,32 a 2,34 g/cm2
			
	densidade aparente: 1,80 a 1,86 g/cm2
	porosidade aberta: 20 a 23 %
	resistência mecânica a frio: 20 a 30 MPa
	resistência ao choque térmico (spalling): até 600°C, pobre, acima, boa
 Características
4.1 REFRATÁRIOS DE SÍLICA
4. SÉRIE SÍLICA-ALUMINA
abóboda de forno elétrico 2,38 a 2,40 g/cm3
Capacidade de suportar cargas elevadas em temperaturas elevadas (~1700°C). O aumento de Al2O3 ou alcalinos diminui a refratariedade sob carga.
Resistência química elevada ao ataque por óxidos de ferro.
Sem retração pós serviço até temperaturas de 1600, 1700°C.
Boa resistência ao choque térmico acima de 600°C.
Porosidades típicas de 20-26%, é difícil obter refratários densos. 
 Propriedades
4.1 REFRATÁRIOS DE SÍLICA
4. SÉRIE SÍLICA-ALUMINA
 Processo de fabricação
LAVAGEM DO MINERAL
MOAGEM EM FACAS
MOAGEM EM BOLAS
grãos de 5 cm
frações granulométricas:	
	GROSSA 4 mm-550 µm
	MÉDIA 550 µM-180 µm 
	FINA menor que 180 µm 	
DOSAGEM DE FRAÇÕES GRANULOMÉTRICAS
ADIÇÃO: CAL HIDRATADA, MINERALIZADORES E LIGANTES
CONFORMAÇÃO (prensagem)
SECAGEM (secadores túnel)
QUEIMA	(T = 1450°C – forno intermitente)
	(T = 1500°C – forno túnel)
4.1. REFRATÁRIOS DE SÍLICA
4. SÉRIE SÍLICA-ALUMINA
SiO2 		96-98% 
2 – 4% impurezas: Al2O3, TiO2, Fe2O3 e alcalinos e CaO
Matéria-prima: quartzo
Temperatura de queima: 1400-1500oC (14 dias de queima)
Ligante pela baixa sinterabilidade do quartzo: CaO 1 a 3% formando wollastonita			 				 (CaO.SiO2)
RM da sílica em função do teor de CaO
 Alta sílica
30 MPa
1 % CaO 2% 
s
4.1. REFRATÁRIOS DE SÍLICA
4. SÉRIE SÍLICA-ALUMINA
 Sílica fundida
Cúpula de mísseis
Transparente a ondas de rádio, infra-vermelho e microondas
Sílica fundida na ponta dos cones para a PAC-3 e mísseis padrão IV/IVA
Processamento de vidros
Rolos de fornos de tempera
Ferramentas de forma slump
Processamento de metais
Moldagem de metal, erosão corrosão
Apresenta alta resistência ao choque térmico e transparência. 
Aplicada em refratários para aço, processamento de vidros e até mesmo cúpula de mísseis.
4.1. REFRATÁRIOS DE SÍLICA
4. SÉRIE SÍLICA-ALUMINA
Utilizados
- Siderurgia: alto fornos, panelas, misturadores, fornos
- Metalurgia dos não-ferrosos: Cu, Al, Pb
- Cerâmica: fornos, mobílias de fornos
- vidros: potes e tanques
petroquímica: reatores
 Subdivisão
Argilosos (caoliníticos)		Al2O3 . 2SiO2 . 2H2O com 20-25% de Al2O3
Silimaníticos			Al2O3 . SiO2 com 45-65% de Al2O3
Mulíticos			3Al2O3 . 2SiO2 com 65-75% de Al2O3
Bauxita 				75-85%Al2O3 , SiO2 9% FeO e TiO2
4.2. REFRATÁRIOS SÍLICO-ALUMINOSOS
4. SÉRIE SÍLICA-ALUMINA