Refratários Eletrofundidos e Refratários não Conformados
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- Lorenzo Estrada Ávila
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1 Refratários Eletrofundidos e Refratários não Conformados Escola do Vidro Módulo Refratários Marcelo Guerra São Paulo, 05 e 06 de Agosto de 2014
2 A ELETROFUSÃO PROCESSO DE FABRICAÇÃO MOLDES FUSÃO RECOZIMENTO ACABAMENTO PRÉ-MONTAGEM 2
3 MOLDE Grafite Areia de fundição Cobre Compósito FUSÃO Forno elétrico RECOZIMENTO Recozimento Natural ACABAMENTO Ferramentas Diamantadas Forno de Recozimento PRÉ-MONTAGEM Salão de pré-montagem 3
4 A Eletrofusão: Ciclo de Produção 4
5 A Eletrofusão: Moldes Moldes «descartáveis» : Areia silicosa + Resinas orgânicas ou minerais => T < 1900/1950 C (AZS) Moldes «reutilisáveis» : Blocos de grafite => T > 2000 C (Aluminosos, Alto Zirconia) Moldes metálicos : Cobre com resfriamento forçado => Produçao automática (Cruciformes) 5
6 A Eletrofusão: Fusão Forno elétrico, 3 eletrodos de grafite Cuba metálica resfriada a água Energia de fusão : 1000 à 3000 kwh/ton 6
7 A Eletrofusão : Interior do Forno 7
8 A Eletrofusão : Fundição 8
9 A Eltrofusão : Recozimento Dissipação de tensões rediduais Evitar trincas Recozimento «natural» : através de um agente isolante envolvendo os blocos Recozimento em forno tipo arche : Dalles e Cruciformes 9
10 A Eletrofusão: Usinagem Corte, furação e usinagem 100% das ferramentas são diamantadas 10
11 A Eletrofusão: Pré-montagem 11
12 Propriedades Gerais dos Eletrofondidos - Densidade - Cavidade de fusão - Oxidação - Testes de caracterização 12
13 Densidade: Relevância - A penetração de agentes agressivos no material é limitada. Elevada resistência à corrosão ( DOBRO, se comparada a um produto sinterizado de composiçao equivalente) 13
14 Densidade - Distribuição dos cristais - Presença de fase vítrea intercristalina (AZS) - Porosidade Fechada - Baixa Porosidade (1 à 2% contra 10 a 20% dos refratários sinterizados) AZS Eletrofundido (porosidade 1 à 2%) AZS Sinterizado (porosidade 12%) 14
15 Cavidade de Fusão - A retração da matéria durante o processo de solidificação gera cavidades usualmente chamadas cavidade de fusão - Os blocos são fundidos com um reservatório de líquido (massalote) que compensa parcialmente ou totalemente tal retração - O volume relativo (até 2x o volume do bloco acabado) e a forma do massalote definem o tipo de preenchimento (remplissage)» do bloco acabado. 15
16 Cavidade de Fusão PRODUTO = MATERIAL + PREENCHIMENTO por exemplo : ER «Remplissage Normal» = ER 1681 RN 16
17 TIPOS DE PREENCHIMENTO RN RO RR RT 17
18 Cavidade de Fusão «Remplissage Normal» (RN) 18
19 TIPOS DE PREENCHIMENTO Cavidade de Fusão ER 1681 RN ER 1681 RO 19
20 ER 1681 RO «post-morten» 20
21 TIPOS DE PREENCHIMENTO ER 1685 RR ER 1711 RR ER 1711 RT 21
22 Cavidade de Fusão : Massalote massalote 22
23 EVOLUÇÃO DOS FORMATOS DE BLOCO DE CUBA SR AZS 32 AZS 32 RO AZS 32 RO AZS 41 RR AZS 41 RR AZS 41 RT RN RN
24 Oxidação - A utilização dos eletrodos de grafite a temperaturas elevadas é um fator potencial de redução do líquido - 2 métodos podem ser utilizados a fim de evitar tal reação Fusão à arco-voltaico Insuflagem de Oxigenio no banho 24
25 Oxidação : Conseqüencias Bolhas - o desequilíbrio de REDOX por meio do contato vidro/refratário se traduz na formação de bolhas - este desequilibrio é proporcional ao grau de redução do refratário Produto Reduzido Produto Oxidado 25
26 Oxidação : Conseqüencias Exudação - o grau de oxidação é uma das variáveis que interferem no grau de exudação de um produto Produto Reduzido Produto Oxidado 26
27 Exudação - Fenômeno de «bombeamento» da fase vítrea para a superfície, impulsionado por diversos parâmetros principalmente a temperatura. AZS 32% ZrO 2 27
28 Exudação : Conseqüencias - Fragilizaçao relativa do material - Pontencial contaminação do vidro (defeitos) Interessante limitar este fenômeno AZS 32% ZrO 2 AZS 36% ZrO 2 28
29 Testes Laboratoriais : Propensão a Bolhas Vidro Refratário C / 1 h / Vidro de referência - Determinação do índice de bolhas (0 à 10) Tal índice é obtido comparando-se a amostra a padrões de referência 29
30 Testes Laboratoriais: Exudação (Teste «Louisville») C / 16 h - Medida do volume antes e depois do teste : Exudação = % de aumento de volume 30
31 Testes Laboratoriais : Exudação (Teste «Barreau») Temperatura 100 C/h 1500 C/ 4 h 100 C/h 1500 C/ 4 h 100 C/h Tempo 1 a medida 2 a medida Dois ciclos de 4 horas a 1500 C 31
32 Testes Laboratoriais : Exudação (Teste «Louisville») Produto oxidado Teste Louisville Exudação : < 2% Produto reduzido AZS Oxidado AZS reduzido Exudação : 4 à 8 % AZS Oxidado 32
33 Teste «Louisville» Testes Laboratoriais: Exudação ER1681 SLX 4P0 SLX 8P0 SLX 29-D2 SLX 33-G2 1.1% 0% 0.2% 0% 0% 1 st cycle 2 nd cycle 2.32% 0% 0% 0% 0% 4.35% 0% 0% 0% 0% Teste «Barreau» 33
34 Testes Laboratoriais : Propensão a Pedras («T-Test») Gota - Temperaturas (1250 C-1600 C) e duração (6h-6 dias) variando em função do vidro e dos materiais em teste - Determinação de um índice (0 à 5) por comparação a uma tabela de referência 34
35 Testes Laboratoriais : Propensão a pedras («T-Test») Avalia a tendência dos refratários a liberar pedras 35
36 Testes Laboratoriais : Propensão a Pedras («T-Test») Avalia a tendência dos vidros a digerir as pedras 36
37 Testes Laboratoriais : Propensão a Pedras («T-Test») estudo da interface vidro/refratário refratário refratário Vidro AZS 41 % Vidro THTZ 95% ZrO2 37
38 Testes Laboratoriais: Corrosão («MGR») - Temperaturas (1250 C-1600 C), duração (3h-6 dias) e velocidade (6 à 12 t/min) variando em função do vidro e dos materiais em teste - Medida do volume corroído e determinação do índice comparando a um material de referência (ER 1681) 38
39 Testes Laboratoriais: Corrosão («PFT») - Temperaturas (1450 C-1600 C) e duração (2-15 dias) variando em função do vidro e dos materiais em teste - Medida da corrosão e determinação de um índice comparativo a um material de referência (ER 1681) 39
40 Refratários Eletrofundidos em AZS - Constituídos principalmente por Alumina (Al2O3), Zircônia (ZrO2) e Silica (SiO2) - São classificados segundo seu teor de Zirconia (ZrO 2 ) que normalmente caracteriza seu poder de resistência a corrosão pelo vidro - 3 famílias principais : 32% ZrO2 36% ZrO2 40% ZrO2 40
41 Refratários Eletrofundidos em AZS Diagrama de fases «Ternário» ZrO 2 -Al 2 O 3 -SiO 2 41
42 Produto AZS típico Fase vítrea Fase cristalina 42
43 Microestrutura do AZS eletrofundido Fase vítrea Eutético Alumina zircônia Zirconia Eutético Alumina zircônia 43
44 AZS com 32% de ZrO 2 Micrografia LR*50 COMPOSIÇÃO QUÍMICA ZrO 2 = 32.5 % SiO 2 = 15.0 % Al 2 O 3 = 50.9 % Na 2 O = 1.3 % Outros = 0.3 % ANÁLISE CRISTALOGRÁFICA Zircônia monoclinica 32 % Fase vítrea 21 % Córindon 47 % DENSIDADE ABSOLUTA d =
45 Aplicação de refratários em AZS com 32% de ZrO 2 Parede traseira de um forno regenerativo 45
46 Aplicação de refratários em AZS com 32% de ZrO 2 ou maior resistência a exudação Aboboda em AZS 46
47 Aplicação de refratários em AZS com 32% de ZrO2 Distribuidor de um forno de vasilhames 47
48 Aplicações de refratários em AZS com 32% de ZrO2 Porticos Laterais de um Float 48
49 AZS com 36% de ZrO 2 Micrografia LR*50 COMPOSIÇÃO QUÍMICA ZrO 2 = 36.0 % SiO 2 = 14.0 % Al 2 O 3 = 48.4 % Na 2 O = 1.3 % Outros = 0.3 % DENSIDADE ABSOLUTA ANÁLISE CRISTALOGRÁFICA Zircônia monoclínica 35.5 % Fase vítrea 21 % Córindum 43.5 % d =
50 Aplicação de refratários em AZS com 36% de ZrO 2 Blocos da Cuba de Fusão de um forno Regenerativo 50
51 Micrografia LR*50 AZS com 40% de ZrO 2 COMPOSIÇÃO QUÍMICA ZrO 2 = 41.0 % SiO 2 = 12.0 % Na 2 O = 1.0 % Al 2 O 3 = 45.7 % Outros = 0.3 % ANÁLISE CRISTALOGRÁFICA DENSIDADE ABSOLUTA Zircônia monoclínica 41 % Fase vítrea 17 % Córindon 42 % d =
52 Aplicação de refratários em AZS com 40% ZrO 2 Garganta de um forno de vasilhames 52
53 Refratários Eletrofundidos em AZS : Resistência a corrosão - A 1550 C em vidro sodocálcico, diferença de 30% entre o AZS com 32% ZrO2 e o AZS com 40% 53
54 Não é possível exibir esta imagem no momento. Refratários Eletrofundidos em AZS : Dilatação linear - Transformação cristalográfica da Zircônia (monoclínica => cúbica) ~ 1100 C 36% ZrO 2 32% ZrO 2 36% ZrO 2 40% ZrO 2 54
55 Não é possível exibir esta imagem no momento. Nova Geração de Produtos em AZS Refratário com resistência a exudação COMPOSIÇÃO QUÍMICA ZrO 2 = 17.0 % SiO 2 = 13.0 % Na 2 O = 1.7 % Al 2 O 3 = 66.0 % Outros = 0.3 % Micrografia ANÁLISE CRISTALOGRÁFICA Zircônia monoclínica 15 % Fase vítrea 21 % Córindum 64 % DENSIDADE ABSOLUTA d =
56 Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Endoscopia Vidro sodo-cálcico Temperatura 1570 C 5.5 meses de campanha AZS com 32% de ZrO 2 Nova Geração de AZS com resistência a exudação 56
57 Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. AZS 32% de ZrO 2 condensação + exudação 57
58 Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Nova geração de AZS com resistência a exudação condensação 58
59 Não é possível exibir esta imagem no momento. Aplicação de refratários em AZS com resistência a exudação 59
60 Não é possível exibir esta imagem no momento. Aplicação de refratários em AZS com resistência a exudação 60
61 Não é possível exibir esta imagem no momento. Aplicação de refratários em AZS com resistência a exudação 61
62 Refratários Eletrofundidos Aluminosos - Constituído principalmente de alumina (Al2O3) contendo pequeno teor de soda (Na 2 O) e Sílica (SiO 2 ) - O teor de soda determina seu comportamento cristolográfico : α-alumina (Córindum), β-alumina ou combinação das duas. - 2 famílias principais : α β Alumina β-alumina 62
63 Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Refratários Eletrofundidos Aluminosos : Cristalografia Alfa-Beta Alumina β-alumine Beta Alumina Córindum 63
64 Não é possível exibir esta imagem no momento. Alfa-beta Alumina Micrografia LR*50 COMPOSIÇÃO QUÍMICA Al2O3 = 95.0 % SiO2 = 0.5 % Na2O = 4.0 % Outros = < 0.5% ANÁLISE CRISTALOGRÁFICA β-alumina 53 % 11Al 2 O 3.Na 2 O α-alumina 45 % Fase vítrea 2 % DENSIDADE ABSOLUTA d =
65 Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Alfa-beta Alumina Baixa propensão a bolhas e pedras Aplicação em contato com o vidro em working ends e nas partes terminais (feeders, lips, etc.) 65
66 Não é possível exibir esta imagem no momento. Micrografia LR*50 Beta Alumina COMPOSIÇÃO QUÍMICA Al 2 O 3 = 92.9% Na 2 O = 7.0% Outros = < 0.2% ANÁLISE CRISTALOGRÁFICA β-alumina bêta 97.5 %11Al2O3.Na2O α-alumine alpha < 2 % Fase Vítrea < 0.5 % DENSIDADE ABSOLUTA d =
67 Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Beta Alumina - Inerte a vapores alcalinos - Sensível a volage de sílica Aplicação em superestrutura (Arco de queimadores de floats, abóbodas de fornos oxi-gás, etc.) 67
68 Não é possível exibir esta imagem no momento. Refratários Eletrofundidos em Alta Zircônia Micrografia LR*50 COMPOSIÇÃO QUÍMICA ZrO2 = 94.0 % SiO2 = 4.5 % Na2O = 0.3 % Al2O = 1.25 % Outras = < 0.3 % ANÁLISE CRISTALOGRÁFICA Zircônia monoclínica 94 % Fase vítrea 6 % DENSIDADE ABSOLUTA d =
69 Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. 94% ZrO 2 - Vidros de alta qualidade Exemplo : Testes em Vidro TV - Bolhas - Pedras : Interface retilínea AZS com 40% ZrO 2 94% de ZrO 2 69
70 Não é possível exibir esta imagem no momento. Pré-montagem de uma cuba de Fusão em 94% ZrO 2 70
71 Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Refratários para o Regenerador Função Tipos Realizar trocas térmicas a fim de diminuir o consumo energético do forno Tijolos paralelos Chaminee Blocks Cruciformes 71
72 Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Refratários para o Regenerador - Cruciformes Beta Alumina Alumina Resistência aos vapores alcalinos Resistência ao Carry-over MgO*Al 2 O 3 AZS AZS ou MgO*Al 2 O 3 Resistência a sulfatos Possibilidade de Limpeza térmica 72
73 Não é possível exibir esta imagem no momento. Estudo de rendimento térmico 73
74 Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. REFRATÁRIOS NÃO CONFORMADOS (MONOLÍTICOS) Definição: São produtos proveniente da simples misturas de matérias-primas refratárias e um componente de ligação entre as partículas. São fabricados para serem utilizados diretamente na obra através de vertimento, vibração, socagem, injeção, projeção ou simplesmente como interface de união entre duas superfícies. 74
75 TIPOS DE LIGANTE Cerâmico Hidráulico Químico Orgânico - Endurecimento após a queima. - Pega e endurecimento hidráulico à temperatura ambiente. - Endurecimento por reação química à temperatura ambiente. - Aglomeração ou endurecimento à temperatura ambiente. 75
76 Concretos Composto de grãos eletrofundidos, juntamente com ligantes químicos. Durante o préaquecimento do forno, o material é seco, em seguida,com o passar do tempo e aumento da temperatura, sinterizado ou queimado. Barreira à infiltração do vidro (estanqueidade). Tipos de aplicação: Vertido e vibrado; Auto-Nivelante Socado; Projetado 76
77 Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Aplicações 77
78 Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Por que 2 camadas de concreto? Forno End Fired Garrafas 81 m² 6 anos 8 meses campanha T/m² com 70% caco externo Penetração de metal abaixo da camada superior de concreto 2 x 50 mm Concreto AZS 100 mm Eletrofundido 78
79 Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Mais aplicações Compactação mecânica 79
80 TIPOS DE ARGAMASSAS Fornecidas secas ou úmidas Pega ao ar Forte pega após secagem - Temperatura ambiente Pega cerâmica Forte pega após aquecimento - Temperaturas altas 80
81 Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Aplicações típicas de argamassas 81
82 Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Variáveis de Projeto CURVA DE DILATAÇÃO: α β-al 2 O 3 AZS 32% ZrO 2 AZS 36% ZrO 2 AZS 40% ZrO 2 94% ZrO 2 82
83 CONDUTIVIDADE TÉRMICA A 1000 C W/m/ C(1000 C) Densidade ER ,1 4,09 ER ,1 3,93 ER ,1 3,84 JARGAL 4,8 3,54 Magnesia 3 2,9 Prodotti Argilosi PAQB 1,5 2,3 ISOREF 0,6 1,1 JM 23 0,12 0,5 Cerablanket 607 0,25 0,1 83
84 Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. CONDUTIBILIDADE TÉRMICA: SOLA MUITO ISOLADA VIDROS COLORIDOS E ESCUROS Cuba AZS 36% ZrO2 e 40% ZrO2 AZS 40% ZrO 2 Fluxo térmico 1300 C AZS 32% ZrO mm 1286 C Concreto em AZS 75 mm 1255 C SiO 2 Al 2 O 3 200mm 1169 C SiO 2 Al 2 O 3 150mm 1049 C ISOREF A mm 847 C ISOREF A mm 547 C Monolux 63mm 228 C 63 C AZS 40% ZrO 2 PAQB 843 Kcal/h/m 2 84
85 Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. CONDUTIBILIDADE TÉRMICA: SOLA POUCO ISOLADA VIDROS CLAROS Palizzata 1681RN AZS 40% ZrO 2 Fluxo térmico 1300 C AZS 32% ZrO mm 1263 C Concreto AZS 75 mm 1182 C SiO 2 *Al 2 O 3 200mm 954 C SiO2*Al2O3 150mm 621 C ISOREF C mm 309 C 144 C AZS 40% ZrO Kcal/h/m 2 85
86 CONDUTIBILIDADE TÉRMICA: CUBA C 1172 C 1194 C 884 C 448 C 163 C AZS 36% ZrO C Silicato de cálcio Isol Argiloso AZS 32% ZrO 2 Concreto AZS SiO 2 *Al 2 O Kcal/h/m 2 ISOREF A 150
87 CONDUTIBILIDADE TÉRMICA: ABÓBADA 1250 Kcal/h/m 2 TP2V concreto isolante 30mm Isolante de silicoso 2 76mm Isolante silicoso 1 76mm Isolante de sílica - Porodina 76mm 130 C 372 C 901 C 1191 C 1304 C Sílica 450mm 1620 C 87
88 Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. REFRATÁRIO ELETROFUNDIDO DESGASTE DA CUBA AZS 32% ZrO 2 RN AZS Sinterizado AZS 36% e 40% ZrO 2 RR AZS 32% ZrO 2 RT AZS 32% ZrO 2 RT Concreto AZS 88
89 Não é possível exibir esta imagem no momento. 89
90 Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. EVOLUÇÃO DA CORROSÃO EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA 90
91 Não é possível exibir esta imagem no momento. ELETROFUNDIDOS APLICAÇÃO: AZS 32% ZrO 2 RN AZS 32% ZrO 2 RT AZS 36% ZrO 2 RR AZS 40% ZrO 2 RT β-al 2 O 3 AZS ou MgO*Al 2 O 3 AZS Sinterizado αβ-al 2 O 3 SILIMANITA ou MULITA SUPERIOR AZS 40% ZrO 2 RT Cr 2 O 3 a 94% Sinterizado 91
92 Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. TIPOS DE FORNOS Forno Float Enforna Zona de afinagem Regeneradores Zona de fusão Canal 92
93 Não é possível exibir esta imagem no momento. Evolução dos fornos vidreiros Aumento da extração : Utilização de apoios elétricos Aumento da taxa de fluxantes 93
94 Não é possível exibir esta imagem no momento. Evolução dos fornos vidreiros Aumento das exigências de qualidade do vidro 94
95 Não é possível exibir esta imagem no momento. Evolução dos fornos vidreiros Alongamento das campanhas : Praticamente dobrou de 1980 até os dias atuais 95
96 Evolução dos fornos vidreiros Modificação nas condições de operação (combustão) devido a restrições ambientais Evolução dos fornos = Evolução da gama de refratários Um refratário adaptado a cada tipo de solicitação 96
97 Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Não é possível exibir esta imagem no momento. Obrigado pela sua atenção!! Créditos para: Thierry Colozzi Engenheiro de Aplicação de Produto Saint-Gobain SEFPRO Bruno Escaravage Diretor de Marketing Saint-Gobain SEFPRO Alfredo Burkart Gerente de Projetos Saint-Gobain Vidros
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