110. CURSO IBAR REFRATÁRIOS

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REFRATÁRIOS PARA A INDÚSTRIA DE 
CIMENTO PORTLAND
Eng. Ulisses Soares do Prado
IBAR
ROTEIRO
 MATERIAIS REFRATÁRIOS – CONCEITOS
 NOÇÕES DE FABRICAÇÃO
 PROPRIEDADES E CARACTERÍSTICAS
 NORMAS BRASILEIRAS E FORMATOS
 MECANISMOS DE DESGASTE EM REFRATÁRIOS
 CRITÉRIOS PARA SELEÇÃO DE MATERIAIS
 INSTALAÇÃO DE MATERIAIS REFRATÁRIOS
 FUTURO E TENDÊNCIAS
UM POUCO DE HISTÓRIA
No Mundo
 Materiais argilosos ( Nilo )
 Betume ( assírios e babilônicos )
 Egito – “ queima” de rochas contendo gesso
 Início da Cal como aglomerante = Creta?
 Gregos e Romanos: mistura de rochas vulcânicas + cal + areia ( grandes obras )
 Retrocesso na Idade Média
 1756 – construção do farol de Eddystone –John Smeaton
 Vicat 1818 – possibilidade de fabricar cimento a partir de calcáreo e argila
 1824 – Joseph Aspadin patenteou o “cimento portland”
 1845 – I. C. Johnson obteve cimento mais próximo do que conhecemos
 1885 – Frederick Ransome : “ primeiro” forno rotativo
No Brasil
 Primeira tentativa – 1888 Comendador Antônio Rodovalho
 Primeira fábrica – 1926 em Perus ( SP )
 Hoje: 45 fábricas produção em 2002 = 38.927 mt
Coliseu Romano
Forno usado por Aspadin
UM POUCO DE HISTÓRIA
 1893 Início da produção nacional de refratários ( Cia Cerâmica Nacional –
Caetés )
 1923  Cerâmica São Caetano
 1939  Descoberta das jazidas de Magnesita em Brumado – BA
 1940 Magnesita S A
 1942  IBAR S A
 1962  Tijolos de Magnésia Cromita
 1979  Concretos de Baixo Teor de Cimento
 1985  Tijolos de Magnésia Espinela

CONSUMO DE CIMENTO / PANORAMA
 Produção mundial 1.650.000 Mt
 Produção brasileira 38.927 Mt : 6a ( 2,3% )
 Consumo per capta: 297 kg/hab
 59 unidades produtoras de cimento
 45 unidades produtoras de clínquer
 10 grupos produtores
0
200
400
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800
1000
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1800
1980 1985 1990 1995 2000
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2,9 2,3 2,1
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5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
45,0
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GRUPO
PRODUÇÃO DE CIMENTO NO BRASIL POR GRUPOS EM 2002
Fonte: SNIC
Itautinga – Manaus AM
Cibrasa - Capanema PA
Itapicuru - Codó MA
Itapissuma - Fronterias PI
Cearense - Sobral CE
Ibacip - Barbalha CE
Itapetinga - Mossoró RN
Cimepar - João Pessoa PB
Cipasa - Caaporã PB
Itapessoca - Goiana PE
Poty - Paulista PE
Atol - S. Miguel dos Campos AL
Cimesa - Laranjeiras SE
Itaguassu - N. S. do Socorro SE
Itaú - Salvador BA (**)
Cimpor - Campo Formoso BA
Cimpor - Brumado BA (*)
Camargo Corrêa - P. Leopoldo MG
Camargo Corrêa - S. do Paraíso MG (*)
Holcim - P. Leopoldo MG
Cmoc - Arcos - Cidade MG
Cmoc - Arcos - Jazidas MG
Cmoc - Uberaba MG
Itaú - Itaú de Minas MG
Matsulfur - Montes Claros MG
Mauá - Matozinhos MG
Holcim - Barroso MG
Soeicom - Vespasiano MG
Tupi - Carandaí MG
Itabira - Cachoeiro de Itapemirim ES
Holcim - Serra ES (*)
Irajá - Rio de Janeiro RJ
Mauá – Cantagalo RJ
Mauá - São Gonçalo RJ (**)
Holcim - Cantagalo RJ
Tupi - Volta Redonda RJ (*)
Votorantim - Cantagalo RJ
Votorantim - Volta Redonda RJ (*)
Camargo Corrêa - Apiaí SP
Holcim - Sorocaba SP (*)
Ribeirão Grande - Rib. Grande SP
Cmoc - Itapeva SP
Cimpor - Cajati SP
Tupi - Mogi das Cruzes SP (*)
Votorantim - Cubatão SP (*)
Votorantim - Itapevi SP (**)
Votorantim - Salto de Pirapora SP
Votorantim São Paulo SP (*)
Votorantim - Votorantim SP
Itambé - Balsa Nova PR
Rio Branco - Rio B. do Sul PR
Rio Branco - Itaperuçu PR
Rio Branco - Itajaí SC (*)
Rio Branco - Esteio RS (*)
Rio Branco - P. Machado RS
Cimpor - Candiota RS
Cimpor - N. Sta. Rita RS (*)
Mato Grosso - Nobres MT
Camargo Corrêa - Bodoquena MS
Itaú - Corumbá MS
Goiás - Cezarina GO
Itaú - Cocalzinho GO (**)
Ciplan - Sobradinho DF
Tocantins - Sobradinho DF
Obs.: (*) Unidade de Moagem (**) Fábrica Parada 
MATERIAIS REFRATÁRIOS - CONCEITOS
 O que é refratário?
 Definição ABNT ( NBR 8826 / 98 )
Materiais, naturais ou artificiais, geralmente não metálicos, mas não 
excluídos aqueles que contenhham constituintes metálicos, capazes de 
suportar temperaturas elevadas em comdições específicas de emprego 
sem se deformarem acentuadamente. O cone pirométrico mínimo para 
que o material possa ser considerado refratário corresponde a C.O. 15 
( 1430°C )
 Definição ASTM ( C-71 )
Material usualmente não metálico usado para resistir a altas temperaturas
CLASSIFICAÇÃO DE REFRATÁRIOS
Quanto a forma
Conformados Formatos Padronizados arco
cunha
paralelo
radial
Formatos Especiais
Não Conformados Argamassas
Concretos densos e isolantes
Massas Plásticas
Massa de Projeçào
Massas de Socar
CLASSIFICAÇÃO DE REFRATÁRIOS
Quanto ao processo de fabricação
Conformados Queimados
Impregnados
Quimicamente Ligados
Eletrofundidos
Ligados ( curados ou não ) a piche
a alcatrão
a resina
Não Conformados Pega Hidráulica
Pega à quente ou cerâmica
Pega ao Ar
Pega Química
CLASSIFICAÇÃO DE REFRATÁRIOS
Quanto a natureza química ou mineralógica dos constituintes
Äcidos Silicosos ou de Sílica
Sílico-Aluminosos ou de Sílica-Alumina
de Zirconita
Básicos Magnesianos ou de Magnésia
Magnesiano-cromíticos ou Magnésia-Cromita
Cromo-Magnesianos ou de Cromita-Magnésia
Dolomíticos ou de Dolomita
de Magnésia-Carbono
Neutros Aluminosos ou de Alumina
de Alumina-Carbono
de Alumina, - Carbeto de Silício - Carbono
Aluminoso-Cromíticos ou de Alumina-Cromita
Cromíticos ou de Cromita
de Carbono
de Zircônia
Grafíticos ou de Grafite
de Carbeto de Silício
de Cordierita
de Mulita
CLASSIFICAÇÃO DE REFRATÁRIOS
 Quanto ao processo de Conformação
Prensados
Extrudados
Moldados Manualmente
Moldados por colagem
Moldados por Vibração
Eletrofundidos
 Quanto a Porosidade
Refratários Densos 
Refratários Isolantes
PROPRIEDADES E CARACTERÍSTICAS
de Materiais Refratários
 Análise Quimica
 Porosidade Aparente
 Massa Específica Aparente
 Resistência Mecânica ( RCTA /MRF/MRQ )
 Dilatação Térmica Reversível
 Variação Dimensional Permanente
 Refratariedade ( Simples e Sob Carga )
 Permeabilidade
 Resistência ao Choque Térmico
 Condutividade Térmica
 Resistência ao Ataque Químico
 Resistência „a Abrasão
 Ensaios Especiais
NORMAS BRASILEIRAS ( ABNT )
Relacionadas com Refratários para Fornos de Cimento
 Especificação e Terminologia
 Classificação
 Padronização
 Procedimento
 Método de Ensaio
FORMATOS PADRONIZADOS
PADRÃO FORMATO DIMENSÔES (mm)
H L a b 
ASTM C1 203 171 76 70
C2 203 171 76 63 
C2/3 203 171 51 44
C3/4 203 171 57 51
C1 229 152 76 70
C2 229 152 76 63 
C2/3 229 152 51 44
C1 229 152 57 51
VDZ B620 200 198 74 69
B320 200 198 76,5 66,5
B220 200 198 78 65
F200 200 198 71 65
F201 200 198 95 87
B622 220 198 74 69
B322 220 198 76,5 66,5
B222 220 198 78 65
F220 220 198 71 65
F221 220 198 95 87
CÁLCULO DE PEÇAS POR ANEL
REFRATÁRIOS PARA A INDÚSTRIA CIMENTEIRA
Moldados
Magnésia – Cromita
Magnésia – Espinela
Dolomita
Magnésia – Hercynita
Magnésia – Zircônia
Aluminosos
Sílico-Aluminosos
 Isolantes
REFRATÁRIOS PARA A INDÚSTRIA CIMENTEIRA
Não Moldados
 Densos ou Isolantes
 Tipo de Pega
CERÂMICA: endurecimento só ocorre em temperaturas elevadas
HIDRÁULICA: endurecimentoatravés de hidratação em
temperatura ambiente
QUÍMICA: endurecimento por reação química em baixa 
temperatura
AO AR: endurecimento devido a liga em solução aquosa
REFRATÁRIOS PARA A INDÚSTRIA CIMENTEIRA
Não Moldados
Concreto Componentes Características Aplicações Principais
Isolante Agregado isolante baixa resistência Mecanica e Isolamento em geral
cimentos aluminosos alto poder de isolamento térmico
Convencional agregados SA e AL ótima aplicabilidade e reparos em geral
sílico-aluminoso + cimento aluminoso baixa refratariedade
Convencional agregados aluminosos ótima aplicabilidade e reparos em geral 
aluminoso cimento aluminoso boa refratariedade 
(8 a 15% )
Baixo teor de agregados SA e AL + boa refratariedade , S A - torre de ciclones e 
cimento (BTC) cimento aluminoso baixa permeabilidade, resfriador
(3 a 8% ) + aditivos alta res. mecânica e AL - resfriador e NR 
excelente res. à abrasão
2 Ultra baixo teor de agregados SA e AL + alta res. mecânica, idem anterior -
Ci cimento (UBTC) cimento aluminoso baixa permeabilidade e uso pouco difundido
(1 a 3% ) + aditivos excelente refratariedade
FORNO DE CIMENTO
Diagrama das transformações das matérias primas na queima ( “clinquerização”)
BALANÇO TÉRMICO DURANTE A FORMAÇÃO 
DO CLINQUER
PROCESSOS EXOTÉRMICOS: desidratação, descarbonatação e aquecimento Kcal/kg
Desidratação das argilas
Descarbonatação da calcita
Calor de fusão
Aquecimento da matéria prima até 1450oC
TOTAL
~40
~475
~25
~490
~1030
PROCESSOS ENDOTÉRMICOS: calor de formação, resfriamento, CO2, H2O Kcal/kg
Cristalização da argila desidratada
Calor de formação de minerais do clínquer
Cristalização da parte fundida
Resfriamento do Clínquer
Resfriamento do CO2 ( calcita )
Resfriamento da H2O ( argilas )
TOTAL
~10
~100
~25
~335
~120
~20
~610
Total Geral ~420
CRITÉRIOS PARA SELEÇÃO DE MATERIAIS
“NÃO EXISTEM FORNOS IGUAIS”
 MELHOR REFRATÁRIO  AQUELE QUE SE ADAPTA MELHOR AS CONDIÇÕES 
DE PROCESSO
 “VIDA” DO REVESTIMENTO
– Montagem
– Refratário aplicado
– Superaquecimento
– Componentes Termoquímicos
– Componentes termofísicos
CRITÉRIOS PARA SELEÇÃO DE MATERIAIS
torre de ciclones
 SOLICITAÇÕES
– Temperatura varia de 300 a 1000oC
– Temperaturas mais elevadas no calcinador
– Formacão de colagens ou incrustrações
– Ataque por gases alcalinos e cloretos
– Perda de calor ( área exposta )
 PRODUTOS
– Materiais com baixa permeabilidade e resistencia ao ataque químico
– Normalmente materiais silico-aluminosos – formados e concretos BTC
– Materiais aluminosos em alguns casos
– Isolantes ( Sílica diatomácea, silicato de cálcio, S/A )
CRITÉRIOS PARA SELEÇÃO DE MATERIAIS
forno rotativo
 REGIÕES DO FORNO “DIDÁTICA”
 Calcinação (ZC) 3 a 5D
 Transição (ZT) 4 a 6D
 Clinquerização (ZQ) 6 a 8D
 Resfriamento (ZR) 1a 2D
 SOLICITAÇÕES
 ZC: perdas térmicas / compostos alcalinos
 ZT: compostos alcalinos / alta temperatura / esforçcos mecânicos
 ZQ: infiltração de líquidos / compatibilidade de colagem / alta temperatura
 ZR: ciclagem térmica / abrasão
CRITÉRIOS PARA SELEÇÃO DE MATERIAIS
ZC - ZONA DE CALCINAÇÃO
 sílico aluminosos
ZT - ZONA DE TRANSIÇÃO
 aluminoso 70 a 85% Al2O3
 magnésia-cromita
 magnésia-espinela
 magnésia-zircônia
 magnésia-hercynita
ZQ - ZONA DE CLINQUERIZAÇÃO
 magnésia-cromita
 magnésia-espinela
 dolomita
 magnésia-hercynita
 dolomita
ZR - ZONA DE RESFRIAMENTO
 aluminoso 60 a 85% Al2O3
 magnésia-cromita
 magnésia-espinela
 magnésia-zircônia
CRITÉRIOS PARA SELEÇÃO DE MATERIAIS
Resfriador
 SOLICITAÇÕES
 Temperatura não ultrapassa 1000oC
 Desgaste pelo pó abrasivo
 Impacto na caída do clínquer
 PRODUTOS
 Materiais com alta resistência a abrasão
 Formados aluminosos ou sílico aluminosos
 Concretos BTC ou UBTC de 40 a 90% Al2O3
INSTALAÇÃO DE REFRATÁRIOS
Forno Rotativo
1. Preparação e Planejamento
 · Limpeza da colagem
 · Sondagem do Forno
 · Avaliação do perfil de desgaste - pontos críticos??
 · Análise crítica do trabalho
 · Definir as regiões que devem ser substituídas ( previsão de campanha )
 · Checar materiais disponíveis para reforma 
 · Determinar juntas de dilatação
 · Checar o cronograma dos serviços com interface com a montagem
 · Estroncar ou calçar o revestimento residual com chapas metálicas soldadas a carcaça
2. Traçagem da Linha Base
 · Marcar o “centro” do forno e traçar a linha base
 · É aconselhável fazer a traçagem de linhas transversais a cada 5m ( cordão de solda )
 · Montar com muito cuidado a fiada base
 · Se a opção for pela montagem com juntas axiais alternadas, traçar uma segunda linha 
base, paralela e distante da primeira de X/2, onde X é a dimensão da ponta grossa do tijolo
INSTALAÇÃO DE REFRATÁRIOS
Forno Rotativo
1.
INSTALAÇÃO DE REFRATÁRIOS
Forno Rotativo
3. Montagem dos Anéis
 · Os tijolos devem ser muito bem apoiados sobre os vizinhos e a carcaça, 
com ajuda do martelo de borracha
 · Se o anel estiver inclinando, fazer uso de argamassa ou chapinhas 
(“língua de sogra”) para correção da inclinação
 · Nunca usar mais de uma chapinha na mesma fenda
 · Espessura recomendada da chapinha = 1mm
 · Independente do formato usado ( ISO, ASTM, VDZ ) a montagem é 
sempre realizada com duas cunhas cuja proporção pode ser calculada 
analiticamente
 · A proporção teórica é orientativa e os tijolos devem ser montados de 
modo que não haja formação de “dentes”
 · Quando atingir ~60% dos anéis, montar a banca e seguir o mesmo 
procedimento de montagem
 Importante: Havendo imperfeições na carcaça e cordões de solda, fazer a 
correção do nivelamento com massa ou concreto
INSTALAÇÃO DE REFRATÁRIOS
Forno Rotativo
INSTALAÇÃO DE REFRATÁRIOS
Forno Rotativo
INSTALAÇÃO DE REFRATÁRIOS
Forno Rotativo
INSTALAÇÃO DE REFRATÁRIOS
Forno Rotativo
4. Fechamento do Anel
 · Faltando 4 a 5 peças para terminar o anel, o mesmo deve ser apertado com macaco 
hidráulico
 · A pressão de aperto depende da resistência do tijolo usado
 · Se houver quebra de algum tijolo no aperto do anel, este deve ser substituído
 · Ë aconselhável usar uma tábua ou chapa metálica nas extremidades do pistão do macaco 
para distribuir melhor as tensões
 · Para fechamento do anel tomar os seguintes cuidados:
– Þ nunca usar peças serradas de fecho
– Þ uma peça de fecho jamais deve encostar em outra, tanto no sentido axial como no sentido radial
– Þ se no cravamento da chapa metálica for observado dano em algum tijolo, este deve ser sacado
– Þ preferencialmente a chapa metálica não deve ser cravado ao lado de peça de fecho
– Þ Limitar o uso de chapas, no máximo quatro por anel
– Þ jamais colocar duas chapas na mesma abertura
– Þ usar no máximo quatro peças de fecho por anel
–
INSTALAÇÃO DE REFRATÁRIOS
Forno Rotativo
INSTALAÇÃO DE REFRATÁRIOS
Forno Rotativo
INSTALAÇÃO DE REFRATÁRIOS
Forno Rotativo
 5. Recorte Final
– · Definir qual o número necessário de cortes
– · Deve-se evitar de cortar tijolo com menos de 2/3 da sua largura original
– · O anel que ficará encostado no revestimento velho não deve ser cortado
– · Para evitar muitos cortes deve-se utilizar tijolos com largura maior (“fechão”)
INSTALAÇÃO DE REFRATÁRIOS
Forno Rotativo
INSTALAÇÃO DE REFRATÁRIOS
Forno Rotativo
INSTALAÇÃO DE REFRATÁRIOS
Concretos
Cuidados na preparação e aplicação
 a quantidade de água de mistura deve obedecer rigorosamente as instruções 
do fabricante
 Cuidado: sempre existe a tendência em se trabalhar com excesso de água que 
facilita a mistura e vibração, porém deteriora as propriedades finais do concreto
 o tempo de mistura varia normalmente entre 5 e 8min, dependendo co concreto 
e da eficiência do misturador
 o tempo de pega dos concretos BTC são muito sensíveis a temperatura, 
portanto evitar de deixar os pallets ao sol, e tentar trabalhar com a água em 
torno de 20C
 o tempo de pega também varia com a idade do concreto,portanto é importante 
observar a validade antes da aplicação
 Não vibrar o concreto em excesso para evitar segregação
 Na retirada do vibrador não fazê-lo rapidamente, pois deixará vazios 
irrecuperáveis na massa
INSTALAÇÃO DE REFRATÁRIOS
Concretos
Tempo de Pega
Aceleradores
 Hidróxido de Sódio, Potássio e Cálcio
 Silicato de Sódio e Potássio
 Sais de Lítio
Retardadores
 Cloretos de Sódio , Potássio, Bário e Magnésio
 Boráx
 Açucar
 Água do Mar
 Água gelada
INSTALAÇÃO DE REFRATÁRIOS
Concretos
Cura e Secagem
 Pega: endurecimento inicial ~ 100min- reação inicial da cura
 Cura: onde se processam a maioria das reações de hidratação
 Curvas / Patamares
Ancoragens
 Usar ancora compatível com a solicitação
 Usar solda compatível com a âncora
 Recobrir o metal com material combustível
 Respeitar o espaçamento
Juntas de Dilatação
Formas e Gabaritos
Equipamentos
EVOLUÇÃO DO CONSUMO DE REFRATÁRIOS
Fornos Novos Menores consumos
 Há 20 anos 700 –1000 g/t Hoje: 100 –300 g/t
Razões para queda de consumo
 Melhoria dos produtos refratários
 Equipamentos mais modernos
 Elevado nível de automação
EVOLUÇÃO DO CONSUMO DE REFRATÁRIOS
DESENVOLVIMENTO DO CONSUMO MUNDIAL DE TIJOLOS 
BÁSICOS
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000ANO
M
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EVOLUÇÃO DO CONSUMO ESPECÍFICO GLOBAL DE 
TIJOLOS BÁSICOS
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000ANO
C
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)
TENDÊNCIAS DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE 
CIMENTO
 Melhores práticas de processo
 Maior grau de pré calcinação da Torre
 Fornos Rotativos mais curtos
 Esforços tangenciais nas alianças
 Clinquer mineralizado
 Cimentos Aditivados
 Coprocessamento / Combustíveis Alternativos
TENDÊNCIAS E FUTURO DO REFRATÁRIO
Não Formados
 Aumento da participação relativa em relação aos formados
 Incremento da resistência a sulfatos, álcalis e cloretos
 Menooor permeabilidade
 Concretos com SiC
 Novas técnicas de aplicação: fluência livre e projeção
TENDÊNCIAS E FUTURO DO REFRATÁRIO
Formados
 Grande queda no consumo global
 Queda relativa dos produtos de magnésia cromita
 Consolidação da magnésia espinela
 Espaço para outros básicos
FUTURO  altíssima tenacidade e baixa permeabilidade