MATERIAS REFRATARIOS

PROPRIEDADE DOS MATERIAIS REFRATÁRIOS

André Santiago de Resende

Tales Vieira Pena

Allan Gonçalves Magalhães

MARÇO 2013

UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO

ESCOLA DE MINAS - ENGENHARIA MECÂNICA

MATERIAIS REFRATÁRIOS

INTRODUÇÃO

Os refratários são materiais cuja função primária é possibilitar a

produção de outros materiais. A sua utilização representou um dos fatores que

impulsionaram o desenvolvimento tecnológico alcançado atualmente pela

humanidade. Através da formação de uma camada refratária protetora em

locais submetidos a altas temperaturas, é possível a produção de materiais

como vidros, cimentos, metais, produtos petroquímicos, dentre outros.

Os refratários são produtos que pertencem ao universo da

cerâmica (inorgânicos, não metálicos) que possuem a característica principal

de resistir às altas temperaturas (por definição, a sua temperatura de fusão

deve ser superior a 1580 °C). Não devem, porém, serem apenas resistentes

ao calor, mas, possuírem também outras características como: baixo

coeficiente de dilatação térmica, alta resistência à compressão, impactos,

saltos térmicos, e não devem reagir com as substâncias as quais venham

a ter contato.

São usados principalmente para o revestimento de fornos industriais

(para a fabricação de cal, cimento, vidro, etc) para metalurgia, na indústria

cerâmica e nas fábricas de coque.

Assim como evoluiu ao longo dos séculos a tecnologia dos fornos e dos

processos em que estão envolvidos (fusão de metais e vidros, queima de cal,

cimentos e cerâmica, apenas para citar os principais), do mesmo modo evoluiu

a tecnologia dos refratários, cuja fabricação, nos últimos dois séculos

aproximadamente, se transformou em indústria.

Neste trabalho analisaremos as propriedades térmicas, mecânicas e

químicas dos materiais refratários.

ESTRUTURA COMPARATIVA DO ALTO FORNO – CARVÃO COQUE E

CARVÃO VEGETAL

1. Alto Forno de Redução de Carvão Coque e Carvão Vegetal

1.1 Forno de Sinterização

a) Carvão Coque

b) Carvão Vegetal

2. Alto Forno Carvão Coque

2. Alto Forno Carvão Vegetal

3.Canal de Corrida

a) Carvão Coque

b) Carvão Vegetal

4. Panela Gusa Carvão Coque e Carvão Vegetal

INFORMAÇÕES GERAIS

1. Curvas típicas de condutividade

Fonte: http://www.ibar.com.br/informacoes/condutividade-termica.html. Acesso: 05/04/2013

2. Perda de Calor em kcal/m²h através do Revestimento Refratário -

Considerando-se: ar externo parado a uma temperatura


3. Variação Linear Dimensional


3. Fórmulas para Cálculo:

Fonte: http://www.ibar.com.br/informacoes/formulas-para-calculo.html. Acesso em: 05/04/2013

4. Formatos e Dimensões de Tijolos Refratários


4.1 Quantidade de Tijolos por m²


4.2 Âncoras Metálicas

a) Âncoras Metálicas Tipo V


b) Âncoras Metálicas Tipo Y


5. Usos e propriedades do Concreto Refratário

O concreto refratário pode ser definido como um material que, ao ser

submetido a um processo de sinterização, adquire características de natureza

cerâmica que o torna capaz de resistir a altas temperaturas. Por se tratar de

um composto monolítico, o concreto refratário substitui o uso de tijolos

refratários, já que estes necessitam de uma maior quantidade de juntas e

apresentam propriedades inferiores às do concreto. Os tijolos, apesar de suas

propriedades serem controladas e conhecidas antes da aplicação, apresentam

alto custo de instalação.

5.1 Materiais utilizados para produção de concreto refratário

Os materiais utilizados na produção de uma mistura com propriedades

refratárias devem apresentar resistência mecânica a altas temperaturas e

características refratárias, uma vez que esses materiais irão exercer grande

influência sobre o desempenho da estrutura e irão atuar em conjunto para

garantir que o concreto seja capaz de trabalhar na temperatura máxima de

serviço. Essas características devem atender a valores específicos

padronizados por instituições como American Concrete Institute (ACI), nos

Estados Unidos e a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) no

Brasil.

Os principais constituintes do concreto refratário são: aglomerantes,

agregados, aditivos químicos e adições minerais.

5.1.1 Aglomerantes

a) Cimento de Aluminato de Cálcio (CAC)

Também conhecido como aluminosos ou cimento fondu. Os cimentos de

aluminato de cálcio constituem os agentes ligantes mais empregados em

aplicações industriais, pois possuem grande disponibilidade, baixo custo,

capacidade de conferir alta resistência mecânica a verde aos concretos e

resistência ao ataque de agentes agressivos, quando em uso.

5.1.2 Agregados

Diversos tipos de agregados são utilizados na produção de concretos

refratários. A sua escolha deve ser baseada nas suas propriedades, tais como

ponto de fusão, coeficiente de expansão térmica, condutividade térmica, dentre

outras. Um concreto isolante, por exemplo, deve possuir agregados com baixa

condutividade térmica.

Os agregados são os responsáveis pelo desempenho quanto à isolação

e expansão térmica do concreto, pois estão presentes em grandes

quantidades. A sua seleção deve ser realizada de acordo com o material que

estará em contato direto com o concreto refratário, como por exemplo, metais

em fusão em indústrias metalúrgicas ou coque em indústrias petroquímicas.

5.1.3 Aditivos Químicos e Adições Minerais

Os aditivos, de forma análoga ao concreto convencional, promovem um

aumento do desempenho dos concretos refratários. As adições minerais

também conhecidas como estabilizadores cerâmicos, são materiais que

apresentam granulação fina. As adições são utilizadas em concretos refratários

submetidos a altas temperaturas produzidos com cimento Portland com o

objetivo de evitar a formação de cal livre. Consequentemente, ocorre aumento

da resistência em altas temperaturas. Exemplos de adições são: chamota,

argila calcinada, cromita, pó de quartzo, escória, cinza volante e magnésia

sinterizada.

Em concretos refratários também são utilizados aditivos químicos, que

correspondem a plastificantes, aceleradores de pega e agentes sinterizantes.

Os plastificantes proporcionam um aumento de trabalhidade e da resistência,

redução do teor de água e da permeabilidade.

A seleção de aditivos químicos exerce grande influência nas

características de processamento dos concretos, tais como: estado de

dispersão das partículas, homogeneidade, comportamento de pega e consumo

de água. É essencial conhecer o estado de dispersão das partículas do

concreto. Dessa forma, é possível determinar a fluidez desses materiais.

6. Propriedades

É imprescindível conhecer o comportamento térmico, físico, químico e

mecânico (resistência à tração, à compressão, à flexão, fadiga, retração,

erosão, ataque por substâncias corrosivas) do concreto refratário, diante das

solicitações termomecânicas em altas temperaturas. Através desse

conhecimento, torna-se possível produzir concretos refratários de melhor

qualidade e aprimorar os processos de aplicação, cura e secagem.

As características que determinam o desempenho de um concreto

refratário estão diretamente relacionadas ao conteúdo da mistura, ao teor de

água e ao processo de moldagem. Estes fatores irão influenciar a porosidade e

as propriedades físico-químicas do concreto.

6.1 Propriedades Térmicas

6.1.1 Calor Específico

O calor específico pode ser definido como a quantidade de calor

necessária para aumentar a temperatura de uma unidade de massa de um

material em um grau. A determinação do calor específico do concreto é

necessária para o conhecimento de sua capacidade térmica.

Os agregados, por ocuparem a maior parte do volume do concreto,

determinam em grande parte o seu calor específico. Agregados como chamota,

magnésia e cromita possuem valores de calor específico variando entre os

seguintes valores, respectivamente: 0,20 a 0,25, 0,10 a 0,30 e 0,18 a 0,22

cal. . Entretanto, o calor específico tende a aumentar com as

temperaturas.

6.1.2 Condutividade Térmica (λ) e Difusividade

De acordo com a NBR 8826 (1997), a condutividade térmica pode ser

definida como a propriedade de um material transmitir calor através de sua

massa, de uma região de alta temperatura para uma mais baixa. Os valores

correspondentes a esta propriedade são expressos em watts por metro vezes

Kelvin (W/(m.K)).

A condutibilidade térmica é uma das principais propriedades que devem

ser consideradas durante funcionamento de estruturas de concreto refratário,

sendo influenciada pelo teor de água adsorvida presente na mistura, pela

densidade do concreto, pela quantidade de poros e pela condutibilidade

térmica de seus constituintes.

Em geral, a condutibilidade do concreto cresce com o aumento da

temperatura. Concretos isolantes leves, entretanto, apresentam baixa

condutibilidade térmica, pois possuem grande quantidade de poros. Concretos

refratários aplicados na construção de fornalhas e fornos devem apresentar

baixos valores de condutividade com objetivo de reduzir as perdas de calor.

Por outro lado, em regiões específicas dos fornos, a presença do calor

seria prejudicial e a sua remoção deve ocorrer o mais rápido possível através

de materiais que apresentem alta condutividade térmica. Por este motivo, a

transferência de calor, necessária para as operações de aquecimento, em

alguns casos é obtida através do emprego de agregados de condutibilidade

térmica mais elevada. Esta característica é essencial para impedir o surgimento

de falhas provocadas pelo choque térmico. A alta condutividade térmica pode

ser obtidas através da utilização de refratários densos.

Alguns autores afirmam que não há métodos para a determinação da

condutividade térmica em temperaturas acima de 2200°C. Para temperaturas

menores, os métodos frequentemente utilizados são: uso do calorímetro,

comparação, dentre outros.

A condutividade térmica de um concreto refratário depende de uma

quantidade relativa de cimento hidráulico e da presença de ligações cerâmicas.

No concreto refratário, há três regiões que apresentam comportamentos

diferentes que correspondem a níveis de temperatura. Estes comportamentos

são:

• manutenção do material hidratado;

• perda de água quimicamente combinada;

• desenvolvimento de ligações cerâmicas.

A existência destas zonas depende do tempo, uma vez que o processo

de desidratação e a formação de ligações cerâmicas dependem do tempo e da

temperatura.

A presença de gases também exerce influência sobre o comportamento

térmico do concreto refratário. Os gases alteram a transferência de calor e

podem provocar rupturas se a sua influência não for considerada. Gases como

hidrogênio e hélio aumentam a condutividade, principalmente em concretos

isolantes com alta porosidade.

Concretos refratários com 70% de Al2O3, produzidos através de

técnicas como projeção a seco e projeção a úmido, podem atingir valores

equivalentes a 2,03 e 2,13 W/mK a 1250°C, respectivamente. Estes valores de

condutividade auxiliam na resistência ao choque térmico, entretanto, requerem

bom isolamento térmico com objetivo de evitar perdas excessivas de calor.

A difusividade térmica é a relação entre a condutividade térmica e o calor

específico e a massa específica do concreto, conforme a equação abaixo:

k=

Onde,

к – difusividade, em m²/h.

K – condutividade térmica, J/m.h.K.

c – calor específico do concreto, J/kg. K.

ρ – massa específica do concreto, kg/m³.

De acordo com esta equação, é possível observar que o calor irá se difundir

com facilidade em um concreto com uma difusividade térmica mais elevada,

uma vez que a condutividade térmica é diretamente proporcional à difusividade

(MEHTA, 1994). Além disso, concretos com difusividade alta podem ser

submetidos a tempos menores de pré-aquecimento, o que representa uma

grande vantagem operacional.

6.1.3 Expansão Térmica (α)

A expansão térmica exerce grande influência sobre o comportamento do

concreto refratário em relação ao choque térmico. Segundo Bazant e Kaplan

(1996), as alterações dimensionais irreversíveis ocorrem devido à fatores

relacionados às propriedades dos constituintes do concreto, tais como cimento,

agregados, presença de umidade e temperatura máxima de aquecimento.

Agregados porosos apresentam uma expansão térmica menor do que

agregados densos.

Além do aspecto físico, a constituição química dos agregados influência

o seu comportamento térmico. Agregados silicosos, por exemplo, quando

submetidos a temperaturas de 1000°C e resfriados em seguida, apresentam

uma expansão residual. Já concretos com agregados de escória exibem uma

contração residual. Estas alterações irreversíveis na dimensão ocorrem devido

a mudanças na constituição química e física que ocorrem quando o concreto é

aquecido.

Em concretos contendo cimento de aluminato de cálcio, observa-se que

a temperatura de cura influencia de forma significativa na expansão térmica do

concreto.

Valenzuela et al. (2007), determinaram o coeficiente de expansão

térmica linear médio de concretos refratários alumino-silicosos com 70% de

Al2O3, projetados a úmido e a seco. Os valores encontrados foram,

respectivamente, de 6,0 x 10-6 e 6,3 x 10-6 . O concreto projetado a

úmido possui um valor menor devido às fases de menor expansão, presentes

em sua composição, a exemplo da mulita, e que auxiliam na resistência ao

choque térmico (VALENZUELA et al., 2008).

6.2 Propriedades Mecânicas

O atual conhecimento das propriedades mecânicas dos concretos

refratários é restrito.

Seu desempenho mecânico é fortemente influenciado pela temperatura.

Em altas temperaturas, o concreto refratário apresenta um comportamento

visco-plástico, que pode representar uma vantagem no que diz respeito à

fragilidade do concreto. O desenvolvimento das propriedades à temperatura

ambiente é complexo, pois depende da temperatura de tratamento térmico.

Em concretos refratários submetidos à altíssimas temperaturas observa-

se um crescimento da ductilidade, e consequente redução da fragilidade,

associada com um crescimento da fluência específica (razão do deslocamento

medido pelo referencial de espaço deslocado – m/m), quando se aproxima do

ponto de fusão.

6.2.1 Módulo de Elasticidade

Em temperaturas normais, o módulo de elasticidade (E) de concretos

refratários com cimento de aluminato de cálcio está compreendido entre os

valores de 29 a 39 GPa. Quando aquecidos sem sofrerem processo de queima,

o valor do módulo de elasticidade, em temperaturas de 800°C, decresce em

torno de 5 a 25%. Estas alterações no módulo de elasticidade ocorre devido a

variações nas ligações cerâmicas, à formação de novas fases minerais e à

processos de recristalização.

6.2.2 Resistência à Compressão e Módulo de Ruptura

A resistência à compressão uniaxial de concretos refratários resfriados

em temperatura ambiente, após terem sido aquecidos a uma determinada

temperatura, nem sempre equivale à resistência deste mesmo concreto quando

aquecido. Vários fatores influenciam a resistência à compressão de concretos

refratários tais como: o tipo de agentes ligantes, tipo e granulometria dos

agregados, proporções da mistura, dentre outros.

Para alguns autores, em concretos de cimento de aluminato de cálcio, à

medida que ocorre um crescimento da temperatura, ocorre uma redução da

resistência à compressão. Os autores justificam este fato devido,

principalmente, às alterações químicas que ocorrem nos minerais hidratados

do cimento hidráulico com o aumento da temperatura.

Como resultado, ocorre a desidratação ou perda de água quimicamente

combinada e a redução de ligações químicas e consequente queda da

resistência. No caso de concretos refratários com baixo ou ultra-baixo teor de

cimento, a resistência continua constante até temperaturas de 1500°C. Após a

queima e desenvolvimento das ligações cerâmicas, estes concretos não

apresentam alterações volumétricas consideráveis.

Concretos refratários com grande quantidade de material ligante

apresentam elevada resistência mecânica após a secagem. Entretanto, ocorre

uma redução da refratariedade. Por outro lado, concretos refratários projetados

a seco possuem melhor capacidade de suportar maiores espessuras

projetadas, porém, quanto maior a espessura, maior será a taxa de fluência

quando a resistência mecânica for reduzida na decomposição do ligante

hidráulico.

A resistência à compressão a frio de concretos refratários convencionais

está compreendida entre os valores de 6,9 a 55,2MPa. Já concretos refratários

leves, com densidades de até 800 kg/m³, a resistência varia entre 1,4 a

3,5MPa. Para densidades entre 1200 a 1600kg/m³, a resistência de concretos

refratários varia entre 6,9 a 17,3Mpa.

A resistência à flexão ou módulo de ruptura é obtida através de ensaios

de flexão onde se determina a resistência à tração. Bazant e Kaplan (1996)

citam exemplos de valores da resistência à flexão após o resfriamento. Em

concretos aquecidos à temperaturas próximas a 1371°C, a resistência à frio do

concreto com cimento de alumina de alta pureza e de pureza intermediária,

foram, respectivamente, 15,8MPa e 10,3MPa. A resistência à quente

correspondeu a 3,4MPa e 1,4MPa, respectivamente. Desse modo, é possível

observar uma redução na resistência. Esta redução ocorre devido à fase vítrea

que se forma em altas temperaturas e consequente aumento da viscosidade.

6.3 Porosidade e Permeabilidade

Alterações na porosidade e densidade de concretos fabricados com

cimento de aluminato de cálcio ocorrem em baixas temperaturas e estão

associadas às reações de conversão que ocorrem em temperaturas menores

que 100°C.

Um aumento da porosidade aumenta a probabilidade de ataque químico

no concreto.

A permeabilidade pode ser utilizada como uma forma de previsão da

vida útil de concretos refratários, uma vez que a resistência do concreto

refratário à penetração de agentes corrosivos depende de sua permeabilidade

e de outros fatores. A permeabilidade está associada de forma direta ao

processo de secagem: o mais permeável seca em um intervalo de tempo

menor, sem prejudicar suas propriedades. Como consequência, o custo de

processamento do concreto será menor, assim como o risco de explosões,

uma vez que os vapores sairão do concreto com maior facilidade.

6.4 Refratariedade

Concretos com alto teor de cimento em sua formulação (>3%-p CaO)

possuem menor refratariedade devido à formação de fases de menor ponto de

fusão no sistema Al2O3-Si2O-CaO.

A refratariedade é determinada através de um ensaio conhecido como

cone pirométrico equivalente. Este ensaio avalia o ponto de amolecimento do

agregado, ou seja, a temperatura em que ocorre o processo de fusão. Dessa

forma, este ensaio mede a temperatura e o tempo de exposição necessários

para o desenvolvimento uma viscosidade crítica de um cone padrão.

A NBR 6222 – Material refratário – Determinação do cone pirométrico

equivalente especifica a metodologia para a determinação da refratariedade de

um material. A refratariedade simples mínima ou cone pirométrico equivalente

mínimo para que um material possa ser considerado refratário, corresponde ao

CONE ORTON 15 (1435 °C - ABNT) (IOPE, 2008).

6.5 Mecanismos de Degradação Concretos Refratários

O concreto refratário pode sofrer processos de degradação ao longo de

sua vida útil. Existem diversos fatores que influenciam esses processos. Um

acabamento de baixa qualidade, por exemplo, prejudica o desempenho do

concreto refratário, uma vez que a presença de defeitos superficiais atua como

catalisador para nucleação de trincas, degradando as propriedades mecânicas.

Há várias formas de degradação em concretos refratários provocadas

por processos físicos, mecânicos e químicos. Quando um concreto refratário é

submetido a altas temperaturas, pode ocorrer a formação de trincas térmicas,

fenômeno conhecido como spalling térmico. Este tipo de degradação ocorre

devido a choques térmicos ou devido ao crescimento de tensões dos vapores

presentes nos poros do concreto que se tornam superiores à tensão máxima

que o concreto é capaz de resistir.

Além do spalling térmico, outros processos de degradação podem

ocorrer como a ruptura estrutural, resultante de forças externas e internas de

natureza físico-química, e a ruptura mecânica, causada pela aplicação de

forças externas ao refratário ou devido à combinação de esforços de

compressão, flexão ou tração com esforços dinâmicos que provocam o

surgimento de fissuras. Há também desgaste por abrasão e por erosão nos

revestimentos em concretos refratários.

Outro fenômeno que pode ser observado em concretos refratários ao

longo de sua vida útil é o ataque químico por agentes agressivos como álcalis,

coque, cinzas de combustível, compostos de enxofre, dentre outros. Estas

substâncias desencadeiam o processo de corrosão nestes concretos. Para

reduzir a corrosão, é desejável que o concreto seja o menos permeável

possível aos agentes corrosivos. Entretanto, o concreto deve ser permeável o

suficiente para permitir a eliminação de água durante a secagem e ao mesmo

tempo dificultar a corrosão durante o seu uso.

Os autores mostram, através de análises detalhadas do comportamento

mecânico de concretos refratários, um aumento da difusão do processo de

degradação seguida pela sua concentração ao redor de uma área fraturada.

Como consequência, ocorre o surgimento e a propagação de macrofissuras. O

início da concentração de regiões danificadas pode ser um indicador

importante para a determinação da vida útil do concreto. A identificação destes

danos pode ser realizada através de um dispositivo de emissão acústica.

Materiais refratários geralmente contêm gases que podem alterar de

forma significativa a transferência de calor e têm provocado inúmeras falhas

devido à negligências ocorridas quando este fato não é levado em

consideração. Para o normal funcionamento do concreto refratário, é

necessário o conhecimento e acompanhamento do todo o processo de

produção.

Como consequência dos processos de degradação, ocorrem o

surgimento de manifestações patológicas como por exemplo, infiltração,

fissuras, trincas, desplacamento do concreto, desgaste provocado por abrasão

e/ou erosão, dentre outros, exemplificados nas figuras abaixo:

Fonte: http://civil.uefs.br/DOCUMENTOS/KARINE%20DE%20PAULA%20BASTOS%20SANTOS.pdf. Acesso: 06/04/2013

Fonte: http://civil.uefs.br/DOCUMENTOS/KARINE%20DE%20PAULA%20BASTOS%20SANTOS.pdf. Acesso: 06/04/2013.

6.5.1 Abrasão e Erosão

O concreto refratário está sujeito à deterioração física em vários

processos industriais. A abrasão e a erosão são exemplos de deterioração. A

abrasão está relacionada ao desgaste ocorrido quando partículas duras se

movimentam paralelamente à superfície de um material. A erosão, no entanto,

é a perda progressiva de material de uma superfície devido ao impacto de um

fluido, que pode ser um líquido e/ou partículas sólidas. O impacto causado por

estas partículas promove o surgimento de trincas prejudicando a resistência

mecânica do concreto. A figura abaixo mostra crescimento de trincas no

concreto refratário, ao sofrer o impacto de uma partícula.

Crescimento de trinca durante o impacto da partícula.


O sinal (+) representa a superfície sob carregamento e o (-) indica a

retirada de carga por parte da partícula. A região escura denota deformação

irreversível.

A figura mostra a formação de trincas radiais quando a superfície está

sob carregamento durante o impacto. Estas trincas estão orientadas

perpendicularmente à superfície e promovem a redução da resistência

mecânica do concreto. Após a retirada da partícula ocorre a formação de

trincas laterais, paralelas à superfície do material e estão relacionadas ao

desgaste por erosão.

A resistência à abrasão pode ser identificada através de ensaios que

medem o volume de crateras formadas durante a ação de um jato de carbeto

de silício em pó sobre a superfície de um corpo-de-prova, método padronizado

pela ASTM – American Society for Testing and Materials.

Os concretos refratários com alta densidade e resistência térmica

geralmente possuem boa resistência à abrasão. Por outro lado, concretos com

alto teor de água apresentam resistência à abrasão menores. A utilização de

concretos com baixo teor de cimento (< 10%) associados com o emprego de

materiais finos, plastificantes, defloculantes e aditivos reguladores de pega e

endurecimento, evitam a redução da resistência durante o aquecimento, além

de apresentarem alta densidade, resistência à abrasão e a quedas de

temperaturas.

O aumento da resistência à erosão pode ser obtido através da utilização

de concretos fabricados com cimento de alto teor de alumina e de concretos

refratários com altas temperaturas de amolecimento e refratariedade.

Em revestimentos de concretos refratários, a resistência à abrasão é um

dos principais parâmetros que definem a qualidade do material, uma vez que

este revestimento tem como função, proteger o equipamento contra o

desgaste.

6.5.2 Choque Térmico

O choque térmico ocorre quando a superfície do corpo cerâmico é

subitamente exposta a mudanças elevadas de temperaturas. Durante o choque

térmico, ocorrem dois fenômenos: contração e expansão que possibilitam,

como consequência, o surgimento de tensões mecânicas. Se estas tensões

forem superiores às tensões de ruptura do material, ocorre a fratura. Caso

contrário, podem surgir trincas, cuja velocidade de propagação depende das

propriedades do material.

O choque térmico em um concreto refratário pode ser influenciado pelo

tipo de agregado. Concretos contendo agregados de alumina são mais

resistentes a freqüentes choques térmicos do que agregados contendo

magnésia e minério de cromo. Outros fatores que podem influenciar a

estabilidade de concretos refratários submetidos a flutuações de temperatura

são o teor de cimento e a presença de adições contendo boro. Além disso, a

realização do préaquecimento em concretos refratários proporciona uma

capacidade maior dos refratários resistirem a ciclos térmicos, uma vez que a

temperatura de pré-aquecimento é suficientemente alta para promover uma

maior formação de ligações cerâmicas.

A tensão térmica alta pode promover o surgimento de trincas durante as

fases de pré-aquecimento e resfriamento. Refratários densos com 90% de

Al2O3 e adições de cromo são resistentes ao início da formação de trincas

provocadas pelo choque térmico. Entretanto, a expansão deste material com a

temperatura pode ser diferente ao material de contato, provocando um

trincamento pela tensão gerada na interface entre os dois materiais quando

submetidos a altas temperaturas. Por outro lado, essa região pode apresentar

defeitos, antes de sofrerem choque térmico, originados durante a moldagem e

que se intensificam ao longo da vida útil do equipamento.

A abertura de trincas é um dos fatores que promovem a redução da vida

útil do concreto refratário, uma vez que aumenta o número de regiões propícias

ao processo de corrosão, como será visto a seguir.

6.5.3 Comportamento quanto à Corrosão

Devido à necessidade de desenvolver produtos de boa qualidade, é

necessário que o concreto refratário seja resistente à corrosão. Esta

propriedade depende de fatores tais como: composição química e mineralógica

e aspectos estruturais do concreto refratário, composição química e

viscosidade do material e tensão superficial na interface entre o material e o

concreto refratário.

De forma análoga à reação química entre um corpo sólido e um líquido,

a corrosão de refratários por líquidos fundidos envolve os seguintes elementos:

contato com o reagente, que faz com que a reação ocorra, e transporte do

produto, que faz com que a reação prossiga. O contato com o reagente

depende de fatores como a composição do refratário, a textura física, incluindo

a porosidade, e especialmente, a natureza das ligações, que é a primeira

região onde o líquido penetra. Os fatores que determinam o transporte do

produto são características de fusão e reação dos produtos, que definem a

extensão da reação.

Para entender o mecanismo da corrosão, devem ser analisados

simultaneamente, os seguintes critérios:

• microestrutura do refratário, em particular, a composição e textura dos grãos,

e as ligações químicas;

• propriedades de fusão, especialmente composição e viscosidade como

função da temperatura;

• molhabilidade;

• interação sob altas temperaturas.

A molhabilidade é um fator indispensável para que uma reação química

entre o refratário e um metal líquido possa se desenvolver. Ou seja, para que o

ataque químico ocorra, o metal líquido deve molhar o refratário. Além disso,

através da molhabilidade é possível identificar a penetração, caracterizada pela

infiltração via porosidade aberta sem reação química. A molhabilidade depende

da temperatura, da composição química, da aspereza da superfície de contato

e do tempo de exposição. A figura a seguir, mostra a influencia do acabamento

superficial na capacidade de penetração do vidro líquido em refratários.

Efeito da rugosidade da superfície no ângulo de contato do refratário com o vidro líquido


Na figura acima, foi traçada uma reta tangente imaginária à gota até o

ponto de contato da superfície do sólido com a superfície do líquido, formando

um ângulo com o plano horizontal do substrato, que corresponde ao ângulo de

molhamento. Um substrato pode ser considerado molhável quando _ < 90° e

não molhável quando _ > 90°.

A corrosão pode ser reduzida através da utilização de concretos

refratários resistentes à corrosão, o que permite um aumento de intervalos

maiores entre recuperações e aumenta a eficiência durante a operação destes

equipamentos. A seleção da constituição do concreto refratário deve ser

baseada no tipo de equipamento e do produto final. Por exemplo, concretos

refratários submetidos à presença de escória, podem ser fabricados com

agregado de alumina tabular e com cimentos com alto teor de alumina, ou seja,

com alto percentual de Al2O3, pois possuem boa resistência à escórias.

ANEXO 1

EMPRESAS DE MATERIAL REFRATÁRIO:

DISTRIBUIÇÃO DAS EMPRESAS POR ESTADO CEARÁ

CELENE CIA. ELETROCERÂMICA DO NORDESTE CELENE

ESPIRITO SANTO BENEMEC BENEMEC CARBON LTDA. VAMTEC - VITÓRIA VAMTEC S/A (VITÓRIA) MINAS GERAIS ATHENAS ATHENAS ISOLANTES TÉRMICOS E REFRATÁRIOS (MATRIZ) BC REFRATÁRIOS BC REFRATÁRIOS IND. E COM. LTDA BEKA BRASIL BEKA BRASIL PRODUTOS REFRATAR.ESP.LTDA CERÂMICA SAFFRAN CERÂMICA SAFFRAN S/A CONSTRUTORA SER CONSTRUTORA SER LTDA MAGNESITA MAGNESITA REFRATÁRIOS S/A REFRAMAX ENG. & REFRAT. REFRAMAX ENGENHARIA LTDA REFRAMEC REFRAMEC MANUTENÇÃO E MONTAGENS DE REFRATÁRIOS LTDA. REFRAMINAS GRUPO REFRAMINAS REFRATÁRIOS MINAS REFRATÁRIOS MINAS IND. E COM. LTDA

RETECH RETECH SERVIÇOS ESPECIAIS DE ENGENHARIA SAFFRAN LINCO SAFFRAN LINCO LTDA TOGNI TOGNI S/A MATERIAIS REFRATÁRIOS

POÇOS DE CALDAS – MINAS GERAIS

FONES: (55) 35 2101-2222

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

IBAR – SOLUÇÕES AVANÇADAS EM TECNOLOGIA DE REFRATÁRIOS.

Disponível em: http://www.ibar.com.br/. Acesso em 05 de abril de 2013.

INOVAÇÃO TECNOLÓGICA. NOTÍCIAS. Artigos. Disponível em:

<http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010160040

217> Acesso em: 20 de março de 2013.

NEI. Busca: Concreto Refratário. Disponível em:

<http://www.nei.com.br/busca/concreto%20refratario/1/> Acesso em: 07 de abril

de 2013.

SCRIBID. PESQUISA E DESENVOLVIMENTO. Disponível em:

<http://pt.scribd.com/doc/47679288/Os-materiais-refratarios>. Acesso em: 25

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SCRIBID. Disponível em: <http://pt.scribd.com/doc/33664400/Engenharia-de-

Processos-Siderurgia-Alto-Forno>. Acesso em 25 de março de 2013.

TOGNI MATERIAIS REFRATÁRIOS S/A. Disponível em:

<http://www.togni.com.br> Acesso em 05 de abril de 2013.

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE FEIRA DE SANTANA. Disponível em:

http://civil.uefs.br/DOCUMENTOS/KARINE%20DE%20PAULA%20BASTOS%2

0SANTOS.pdf. Acesso em 06 de abril de 2013.

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