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Refratários básicos - Portal Saber Livre · Refratários básicos Classificação: (principais) Refratários de magnésia, magnésia-cromo e dolomíticos-Magnesianos – 80-95%

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  • Refratrios bsicos

    Classificao: (principais) Refratrios de magnsia, magnsia-cromo e dolomticos

    - Magnesianos 80-95% MgO

    - Magnsia-cromo 12 a 17% de Cr2O3-Dolomticos CaO.MgO

    Refratrios magnesticos

    (tambm chamados de refratrios de magnesita)

    - MgO (periclsio) : P.F. 2800C.

    - Excelente resistncia ao ataque por xidos de ferro.

    - Limitao: expanso trmica elevada, que torna difcil, embora no impossvel, produzir tijolos com elevada resistncia ao choque trmico.

  • Matrias-primas:

    1.MagnesitaNo Brasil a magnsia obtida a partir da magnesita (MgCO3), que

    submetida a processos de calcinao (700-1200)C e calcinada morte (1500-1800)C, formando cristais de periclsio (Snter magnesiano), com a segregao das impurezas

    T>1000oCMgCO3 MgO + CO2

    2. Breneurita (MgFe)CO3 carbonato de magnsio contendo carbonato de ferro em soluo slida.3. Magnsia da gua do mar - Mg(OH)2 1938

    gua do ar magnsio est presente na forma de sulfato e cloreto

    300 ton de gua do mar 1 ton de MgO

    Impurezas como Al2O3, SiO2, CaO, Fe2O3 podem formar fases de baixo ponto de fuso, tais como:

    CaMgSiO4 montecelita (CaO.MgO.SiO2) Ca3MgSiO8 merwinita (3CaO.MgO.2SiO2) 4 CaO. Al2O3. Fe2O3- brownmiletrita 2CaO. Fe O ferrita diclcica

    Se tornam lquidas na faixa de temperatura de 1450oC 1520oC com viscosidade extremamente baixa

  • Sinter de MgO

    1. o chamote magnesiano estabilizado por sinterizao2.Agregado refratrio para fabricar os tijolos magnesianos3.Obtido a partir da calcinao morte das matrias-primas

    Temperatura de calcinao - T > 1800oC

    Microestrutura periclsio (MgO) forsterita (Mg2SiO4) Monticelita (CaMgSiO4)Espinlio (MgAl2O4)

    Fase ligante so silicatos

    Vantagens da calcinao morte1.Evitar a rehidratao pelo crescimento dos cristais2.Formar aglomerados de cristais pela ligao por um cimento resultante das impurezas e aditivos3.Evitar que haja qualquer retrao durante a queima dos refratrios produzidos posteriormente

  • O que faz o MgO ser um bom refratrio1.Alta refratariedade2.Resistncia a escrias bsicas3.Capacidade absorver em soluo slida quantidades elevadas de xido de ferro

  • Refratrios magnesticos Comportamento qumico

    - Os diagramas binrios do MgO com os xidos de ferro evidenciam a razo do desempenho dos refratrios magnesticos em siderurgia e tambm na metalurgia dos no-ferrosos.

  • Refratariedade sob carga-Capacidade do material resistir a temperatura quando sujeito a uma carga externa- tem maior significado prtico do que a refratariedade simples

  • 1. Refratrios de magnsia tendem a sofrer termoclase e retrair excessivamente durante o uso prolongado

    2. Refratrios de cromita tem baixa capacidade de resistir a cargas a altas temperaturas, propenso a termoclase e a evaporao

    Refratrios de magnsia-cromo

    1. Alta estabilidade volumtrica2. Maior resistncia ao choque trmico3. Resistncia mecnica a quente superior aos magnesianos

  • Matrias-primas

    1.Sinter de MgO2.Cromita mineral do grupo do espinlio (Mg+2Fe+2 )(Cr+3Al+3Fe+3)2O4

    SinterMgO Cromita

    Mistura

    Prensagem

    Sinterizao

    aditivos2 4 mm (grossas)

    < 2 mm (fina)

  • Cromita para uso refratrio ricos em Al+3, com Cr2O3 + Al2O3 perfazendo mais de 60% da anlise qumica

    Microestrutura1.Gros de cromita2.Gros de periclsio (com incluses de espinlio)3.Forsterita e monticelita

    Minrios de cromo cromita (Mg,Fe2+)O.(Cr,Al,Fe3+)O3

  • Adio de cromita:

    1. Os silicatos so expulsos dentre os gros e se acumulam em bolses, diminuindo seu efeito deletrio;

    com os espinlios de cromo magnsio e alumina-magnsio diminui-se a tenso superficial dos silicatos fazendo com que os silicatos fiquem apenas nos pontos triplos, diminuindo a molhabilidade dos silicatos

    2. H um aumento acentuado do nmero de ligaes diretas MgO-cromita e MgO-MgO aumento da refratariedade sob carga e resistncia ao creep

    a ligao direta entre MgO-cromita se d atravs do espinlio e socorre a T > 1550oC

    Tijolos de ligao direta...os filmes de silicato que tipicamente rodeiam as partculas do minrio de cromo e os gros de periclsio nos tijolos convencionais, so substitudos em maior ou menor grau por contatos diretos periclsio-espinela e periclsio-perclsio (Laming)

  • Propriedades

    1.Maior resistncia ao ataque por escria, devido ao aumento de resistncia a absoro de FeO (menor porosidade, silicatos isolados)2.Maior estabilidade volumtrica3.Maior resistncia ao creep e alta refratriedade sob carga

  • Refratrios de Doloma (refratariedade ~ 2600oC)

    Dolomita carbonato duplo CaMg(CO3)2

    CaMg(CO3) CaO + MgO + 2CO2

    A qualidade de uma doloma depende do nvel de impurezas da dolomita

    Impurezas mais comuns: FeCO3, argilas, SiO2, MgCO3

    Problemas:

    1.Tendncia a hidratao da cal livre2.Silicato diclcico (d=3,28) formado a temperaturas elevadas se transforma para a forma (d=2,97) durante o resfriamento com 10% de aumento de volume.

  • Estabilizao da dolomita:

    1.Transformao da cal livre num silicato ou ferrita diclcica2.Adio de estabilizantes para impedir a inverso do silicato diclcico de para 3.Envolver os gros calcinados com um ligante vtreo ou materiais orgnicos para reduzir a velocidade de deteriorao.

    Clnquer de doloma

    Doloma estabilizada conseguida com a adio de serpentina, para garantir que

    nenhuma cal livre e que o silicato triclcico o nico composto de clcio formado

  • Refratrios Isolantes

    Funo especfica de isolamento trmico

    Produtos isolantes so caracterizados por: porosidade acentuada (PA ~ 65%) Baixa resistncia mecnica

    Poros e sua natureza:1.Abertos (poros em canal; poros capilares)2.Fechados

    EfeitoQuanto ao tipo: os poros capilares so os que mais afetam a condutividade trmica

    quanto maior sua concentrao maior o efeito isolante

    Quanto ao tamanho: poros pequenos so mais isolantes a altas temperaturas, devido a menor condutividade por radiao

  • Mtodos de incorporao de poros em cermicas:

    1.Adio de material com porosidade inerente Diatomita -

    - uma composio sedimentar de origem orgnica formada a milhes de anos pela acumulao de "esqueletos" de "diatomceas" ( algas microscpicas martimas ou lacustres ) no fundo do mar e de lagos. Possui um PH neutro e uma composio qumica sempre prxima de: SiO2 (mi-90%), Al2O3(max-7%), Fe2O3 (max-3%) e MgO (max-2%).

    Vermiculita Frmula Qumica -

    (Mg,Ca)0.7(Mg,Fe,Al)6.0[(Al,Si)8O20)](OH)4.8H2O um mineral semelhante mica, formado por silicatos

    hidratados de alumnio e magnsio que submetido a altas temperaturas (cerca de 800 C), sofre uma grande expanso de at quinze vezes o seu volume original. Quando aquecida,a gua contida entre as suas milhares de lminas se transforma em vapor fazendo com que as partculas explodam e se transformem em flocos sanfonados. Cada floco expandido aprisiona consigo clulas de ar inerte, o que confere ao material excepcional capacidade de isolao.

  • 2. Adio de materiais que volatilizam na queima deixando vazios

    Ex: serragem, isopor, palha de arroz, cortia

    3. Introduo intencional de bolhas

    evoluo de gases por reao qumica - CaCO3 introduo de agente espumante introduo de polmeros expansveis

    4. Introduo de polmeros expansveis

    Polietileno expandidoPoliuretanoPolister expandido

  • 5. Queima at o intumescimento (bloating)Isto ocorre em argilas contendo piritas (dissulfeto de ferro FeS2) e que tenham baixa temperatura de vitrificao.

    Argila expandida um agregado leve que se apresenta em forma de bolinhas de cermica leves e arredondadas, com uma estrutura interna formada por uma espuma cermica com micro poros e com uma casca rgida e resistente.A argila expandida produzida em grandes fornos rotativos, utilizando argilas especiais que se expandem a altas temperaturas (1100 C), transformando-as em um produto leve, de elevada resistncia mecnica, ao fogo e aos principais ambientes alcalinos e cidos, como os outros materiais cermicas.

  • Refratrios Avanados

    Refratrios de SiC

    Matrias-primas SiO2 coque Aditivos (NaCl, serragem)

    Produo

    Existem inmeros processos de produo, mas o de maior tonelagem o processo Acheson

    Processo Acheson (reao , em fase gasosa, entre o quartzo e o coque de petrleo em forno eltrico)

    http://www.treibacher.com.br/br/processo_acheson.php

  • SiO2 + 2C + (~2% NaCl) + serragem Carga do forno - T acima de 2400oC

    Funo de eliminar impurezas na forma de cloretos volteis (FeCl3, AlCl3)

    Para manter uma porosidade na carga

    Tipos de refratrios de SiC - Classificados em funo da ligao produzida durante o processo de fabricao

    1.SiC recristalizado 90-05% SiC

    ligantes orgnicos e aditivos - T > 2000oC

    2. Ligado a silicatos (argila)

    80-90% SiC + argila + ZrSiO4 + C + SiO2T ~ 1400 1500oC

    formam-se vrias fases, entre elas uma fase vtrea que aumenta a resistncia oxidao do SiC

    3. Ligados a nitretosSi3N4

  • Propriedades gerais dos refratrios de SiC

    1.Alta condutividade trmica2.Excelentes propriedades termomecnicas3.Baixa resitncia a escrias ferriginosas4.Tendncia oxidao

    Nova gerao de refratrios siderrgicos(todos contm carbono)

    Magnsia-carbono Alumina-carbono Alumina-SiC-carbono Zircnia-carbono

    adies de 8 a 20% de Carbono so as que do melhores resultados

  • Carbono - alta condutividade trmica- relativamente inerte a vrios metais- insolvel nos sistemas xidos- propenso a oxidao em temperaturas acima de 600oC

    Como o carbono afeta a performance dos refratrios nos quais est includo?1.Confere ao refratrio uma diminuio acentuada da molhabilidade por escria e metal lquido2.Aumenta a condutividade trmica do refratrio reduz o gradiente trmico no tijolo, melhorando sua resistncia ao choque trmico3.Cria uma sobrepresso de Co nos poros suficiente para impedir penetrao dos lquidos 4.Reduz FeO e Fe2O3 da escria a Fe metlico, aumentando a viscosidade da mesma em regies da face de servio.

    FeO e Fe2O3 e CaO formam eutticos de baixo ponto de fuso

    reduz o xido de ferro da escria em contato com o refratrio (atravs do carbono contido no refratrio), a temperatura da escria diminui localmente e sua viscosidade tambm.

    C + FeO, Fe2O3 Fe (m) + CO + CO2

  • TECNOLOGIA DE PRODUTOS REFRATRIOS

    Refratrios magnesticos Comportamento qumico

    - Corroso da magnsia por um silicato de ferro (faialita).

  • TECNOLOGIA DE PRODUTOS REFRATRIOS

    Refratrios magnesticos Comportamento qumico

    - Relao: CaO/SiO2

    Relaes CaO/SiO2 maiores que 2,8 proporcionam a formao de cal livre, altamente instvel ao ar devido a sua fcil hidratao.

  • TECNOLOGIA DE PRODUTOS REFRATRIOS

    Refratrios magnesticos Comportamento qumico

    - Os refratrios magnesticos usados nas abbadas dos fornos de arco eltrico siderrgicos podem ser estudados no diagrama de fases do sistema MgO-CaO-SiO2. Nestes fornos a temperatura de servio em mdia 1600C e a principal dificuldade o ataque qumico pelos xidos de ferro. Nestas condies, que tipo de composies refratrias apresentaro melhor servio ?

  • TECNOLOGIA DE PRODUTOS REFRATRIOS

    Refratrios magnesticos Comportamento qumico

    Seco isotrmica a 1600C do sistema MgO-CaO-SiO2.

    Misturas com 50% de FeO e 50% de C2S ou C3S: a mistura com C2S esttotalmente lquida a 1600C e a mistura com C3S funde ligeiramente acima desta temperatura (condies redutoras). Em ar a mistura com C2S funde a 1400C e a mistura com C3S funde a 1500C.

    Misturas com 50% de forsterita e 50% de xido de ferro s funde completamente a 1700C.

    A forsterita deve ser preferida como segunda fase slida nos refratrios em que a periclase o constituinte maioritrio.

  • TECNOLOGIA DE PRODUTOS REFRATRIOS

    Refratrios magnesticos Comportamento qumico

    - Os sistemas MgO-Al2O3, MgO-Cr2O3 so importantes. Em qualquer deles, e comparativamente com o sistema MgO-Fe2O3, a primeira fase lquida forma-se a temperaturas ainda mais altas e para uma composio fixa, a uma dada temperatura, a quantidade de fase lquida formada sucessivamente menor.

  • Refratrios de magnsia-cromo Comportamento qumicoTECNOLOGIA DE PRODUTOS REFRATRIOS

    - Os refratrios de magnsia-cromo apresentam melhor resistncia mecnica a quente do que os magnesticos convencionais. a presena de Cr2O3 eleva a temperatura de incio de fuso e diminui a quantidade de lquido formada.

    Superfcies lquidus nos sistemas (a) MgO-FeO-Fe2O3 e (b) MgO-FeO-Fe2O3- 40%Cr2O3.

  • TECNOLOGIA DE PRODUTOS REFRATRIOS

    Refratrios dolomticos Comportamento qumico

    - Dolomita: carbonato duplo de clcio e magnsio (CaCO3 . MgCO3) em propores variveis, material altamente higroscpico, tornando o seu emprego mais restrito.

    Seco isotrmica a 1500C.

    - Em condies redutoras o refratrio de composio (A) pode absorver 22% de FeO sem a formao de fase lquida, para uma condio oxidante isto cai para 3%

    - MgO muito mais resistente ao taque de xidos de ferro do que o CaO.