INFLUÊNCIA DA COMPACTAÇÃO EM MASSAS REFRATÁRIAS DE VIBRAÇÃO PARA INDUTORES DE FORNOS ELÉTRICOS

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1 INFLUÊNCIA DA COMPACTAÇÃO EM MASSAS REFRATÁRIAS DE VIBRAÇÃO PARA INDUTORES DE FORNOS ELÉTRICOS S. B. Frade (1);M. V. Folgueras (1);R. C. da Silva(2);M.B.A. Bruno(2). (1) UDESC;(2) Tupy S/A. Harold Carlos Miers, Vila Nova -Joinville, SC RESUMO Massas refratárias de vibração são materiais granulados secos obtidos através da combinação de diversos óxidos refratários, tais como: sílica, alumina, magnésia; magnésia-cromita e alumina-cromo. Esses materiais são normalmente aplicados pelo processo de vibração a seco e/ou por acomodação utilizando garfos especiais. No processo de avaliação do desempenho de massas de vibração a seco existe a necessidade de um adensamento adequado do material para que as propriedades tecnológicas sejam mantidas após a sinterização e queima, e que os corpos de prova preparados em laboratório tenham características semelhantes às encontradas na prática. Com o objetivo de desenvolver uma metodologia para estudo em laboratório do comportamento de refratários para fornos de indução foram selecionados dois refratários de magnésia e alumina, com formação de espinélios. Estes materiais foram adensados considerando como variáveis o tipo e quantidade de aditivo e numero de impactos na compactação manual. Os resultados permitiram a construção de curvas de adensamento para determinar as condições de processamento que maximizaram a densificação. Corpos de prova obtidos por este processo foram tratados termicamente para avaliação da resistência mecânica após cura. Os resultados mostraram que a metodologia desenvolvida permite a elaboração de corpos de prova adequados 1263

2 para o desenvolvimento de estudos de variação dimensional e resistência ao ataque por escória. Palavras-chave: refratário de vibração, forno elétrico, compactação. INTRODUÇÃO Corindom, magnesita fundida, e compósitos destes materiais são usados em várias composições como materiais de revestimento para fornos de indução, especialmente em fornos a vácuo. A estes materiais são adicionados mineralizantes e componentes de construção para a fabricação do revestimento (1). Durante a sua utilização, o revestimento de um forno de indução é submetido a cargas térmicas e mecânicas, além de ataque químico. Este efeito é exercido no carregamento do metal ou pelo metal fundido durante a mistura eletromagnética da massa fundida (2). Em síntese, um revestimento para forno, após a compactação e sinterização, deve garantir boa resistência química para evitar o desgaste pela interação com o material fundido, na temperatura de trabalho; deve suportar ciclos de aquecimento e resfriamento; deve suportar as ações mecânicas para remoção do material retido após a solidificação. Em todos os casos o material refratário deve apresentar desempenho com pequena perda de suas propriedades mecânicas (3). As propostas de desenvolvimento neste segmento estão focadas na utilização de aditivos para incremento no desempenho prático destes refratários. Neste contexto, este trabalho está focado no estudo de massas refratárias de vibração, atualmente utilizadas como revestimento de indutores de fornos elétricos. Para estes refratários foram realizados estudos com o objetivo de avaliar a influência da intensidade de compactação na variação dimensional quando submetidos a diferentes temperaturas. Neste estudo estão apresentados os resultados de distribuição granulométrica, compactabilidade e densidade aparente de massas refratárias. 1264

3 MATERIAIS E MÉTODOS Para a realização do estudo de compactação das massas refratárias foram utilizadas duas massas refratárias combinadas com dois tipos de aditivos. A preparação dos corpos de prova para o estudo foi realizada em martelete de laboratório com cilindro de 50 mm de diâmetro, distância de golpe de 50 mm de altura. Foram construídas curvas de compactabilidade e densidade a verde em função do número de golpes no martelete. Para isto foram utilizados 20, 40, 60, 80 e 90 golpes. O método utilizado para obtenção dos corpos de prova é um padrão Tupy, desenvolvido em laboratório e consiste em preencher o cilindro com o material desejado até completar a altura total de 100mm.Em seguida efetua-se uma raspagem para nivelamento da superfície e, posteriormente, com o cilindro sob o martelete aplicam-se as percussões para compactação da massa. A cada percussão do martelete é efetuada uma leitura para verificar o percentual de compactabilidade que o material apresenta. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados de distribuição granulométrica das massas refratárias estão apresentados na Fig 1. Para o refratário 1,cerca de 23% do material possui tamanho de partícula inferior a 0,15 mm. Para o refratário 2, este valor é corresponde a 31% do material. Partículas muito finas podem causar uma dificuldade adicional na obtenção de altas densidades de empacotamento por possuir uma maior tendência à aglomeração. Essa tendência surge em virtude do aumento das forças coesivas interparticulares, devido à sua maior relação entre a área superficial e o volume (massa). Esse efeito de aglomeração tende a inibir a coordenação espacial que leva às maiores densidades de empacotamento (4). Comparando os dois refratários, pode-se afirmar que a distribuição granulométrica dos dois é bastante semelhante, o que seria um indicativo de comportamento similar de adensamento na compactação. 1265

4 Figura 1- Distribuição granulométrica das massas refratárias. Os resultados de eficiência de compactação dos refratários foram apresentados através de diagramas de porcentagem compactado em função do numero de golpes (Fig. 2 e 3). Figura 2- Compactação do refratário 1 em função do número de golpes. Para ambos os materiais refratários estudados, o percentual de compactação aumenta com o aumento do número de golpes, entretanto, a eficiência do processo é maior quando utilizada a dextrina como aditivo. Para os dois refratários, o uso de 6% em peso de dextrina resultou na melhor condição de compactação, sendo que, o refratário 1 apresentou percentual de compactação 1266

5 máximo de 42,8% e o refratário 2 de, 36%. Esta diferença na eficiência de compactação entre os dois tipos de refratários não pode ser relacionado, inicialmente à distribuição granulométrica devendo ser associado a morfologia das partículas. Figura 3- Compactação do refratário 2 em função do número de golpes. O efeito da compactação pode ser avaliado através da construção de curvas de densidade aparente (Fig. 4 e 5). Figura 4- Densidade do refratário 1 em função do número de golpes. 1267

6 Os resultados mostram que a densidade aparente tem valores crescentes de acordo com o aumento da intensidade de compactação, e que o refratário 1 apresentou densidade máxima maior que o refratário 2. Esta maior densidade pode ser associada à maior eficiência de compactação, com base no conceito de que ocorre a acomodação dos grãos, sendo que os grãos médios tendem a preencher os interstícios dos grãos maiores, que por sua vez, tem os interstícios preenchidos pelos grãos menores (4). Para o refratário 1, a mistura com 6% de dextrina atingiu densidade equivalente a 2,97 g/cm 3 com 90 golpes pelo martelete, enquanto o refratário 2 atingiu o valor de densidade de 2,83 g/cm 3. Considerando a densidade picnométrica do refratário 1 de 3,524 g/cm 3 e do refratário 2 de 3,505 g/cm 3, temos os valores de densidade relativa de 84,3% e 80,7% para os refratários 1 e 2 respectivamente. É importante ressaltar também que os dois refratários apresentam densidade picnométrica semelhantes, o que confirma a ideia de que a maior densidade aparente está relacionada apenas à maior eficiência de compactação do refratário 1. Figura 5- Densidade do refratário 2 em função do número de golpes. 1268

7 CONCLUSÃO Os resultados apresentados mostraram que para os dois refratários estudados a eficiência de compactação aumenta com o numero de golpes, sendo que em todos os casos percebeu-se que a taxa de densificação diminui com o aumento do numero de golpes. Para os dois refratários, o uso de dextrina como aditivo é mais eficiente, sendo que esta eficiência aumentou com o aumento do teor de aditivo empregado. Os dois refratários utilizados apresentam curva de distribuição granulométrica e densidade picnométrica semelhantes, o que permite associar a diferença de comportamento de densificação à morfologia das partículas. Os refratários utilizados serão empregados no estudo de resistência ao ataque por escória sendo que esta eficiência de compactação maior para o refratário 1 deve ser considerada na análise dos resultados obtidos. REFERÊNCIAS 1. VAL'DMAN, O. A. et al. Some features of the interaction between melts and the lining of an induction furnace.all-union Institute of Refractories. M. I. Kalinin Leningrad Polytechnic Institute. Leningrad Steel-Rolling Plant. [S.I.] No. 8, 56-58p, ZAVERTKIN, A. S. Effect of the lining and smelting technologies on slag formation in the induction-furnace smelting of cast iron.refractory and industrial ceramics. v. 54, No. 1, maio ZAVERTKIN, A. S. Study by x-ray methods of the effect of temperature on crystal lattice interplanar distances of pervoural sk quartzite used for induction furnace lining.refractory and industrial ceramics. v. 54, No. 5, jan R. de Oliveira, A. R. Studart, R. G. Pileggi, V. C. Pandolfelli, Dispersão e empacotamento de partículas.princípios e aplicações em processamento cerâmico. Fazendo Arte Editorial, S. Paulo, SP,

8 INFLUENCE OF COMPRESSION IN VIBRATION REFRACTORY MASS FOR INDUCTOR OF ELECTRIC FURNACES ABSTRACT Vibration refractory masses are dry granulated materials obtained by combination of several refractory oxides, such as: silica, alumina, magnesia; magnesia-chromite and chrome-alumina.these materials are usually applied by dry vibration process and / or accommodation using special forks.in the process ofperformance evaluation of dry vibration massesthere is a need for proper compaction of the material so that the technological characteristics are retained after sintering and firing, and that the specimens prepared in the laboratoryhave similar characteristics to those found in pratice. With the objective of developing a methodology to study in laboratory of the behavior of refractories for induction furnaces, two magnesia and alumina refractories were selected, with the formation of spinels.these materials were compacted considering as varying the type and amount of additive and the number of impacts on manual compression.the results allowed the construction of densification curves to determine the processing conditions that maximized the densification.specimens obtained by this process were thermally treated for evaluating of the mechanical strength after curing.the results showed that thisdeveloped methodology allowsthe development ofappropriate specimensfor the development of studies of dimensional variation and resistance to slag attack. Keywords: vibration refractory, electric furnace, compression, slag. 1270