Refratários não formados

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Elza Guterres de Sintra
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1 Refratários não formados Os não formados são os que não apresentam forma física definida e são constituídos pelos concretos, massas de socar, plásticos e argamassas, que podem ser fornecidos em baldes, sacos, caixas, etc. Os concretos, massas de socar e plásticos são composições refratárias moldáveis que proporcionam a fabricação de peças refratárias ou a construção de revestimentos refratários monolíticos. - Concretos refratários: são aqueles materiais que apresentam pega hidráulica e constituídos, de um modo geral, de chamote, aditivos e cimento hidráulico aluminoso. Podem ser aplicados por vazamento (com ou sem vibração), por projeção e por socagem. - Massas de socar: são constituídas de chamote, argila e ligantes. A pega pode ser cerâmica ou química conforme a natureza do ligante. A aplicação pode ser feita manualmente ou com marteletes peneumáticos. - Plásticos refratários: são semelhantes as massas de socar, diferenciando-se destas no valor do índice de trabalhabilidade. Sua aplicação é menos trabalhosa são mais moles. - Cimentos e argamassas refratárias: são materiais utilizados como agentes ligantes no assentamento dos materiais refratários formados na construção de alvenarias refratárias. A aplicação pode ser feita por colher ou imersão.

Os concretos, massas de socar e plásticos são composições refratárias moldáveis que proporcionam a fabricação de peças refratárias ou a construção de revestimentos refratários monolíticos.

2 Concretos refratários Refratários monolíticos 1950 Japão 1976 Japão - 33% da produção global de refratários Estados Unidos 37% Anos 80 produção de aços de melhor qualidade ( aços limpos ) (a) Consumo relativo de refratários moldados e monolíticos. (b) Consumo de monolíticos por classe. Japão / 2003

aços de melhor qualidade ( aços limpos ) (a) Consumo relativo de

3 Concretos refratários Introdução - Definição: um concreto refratário é um material cerâmico obtido pela mistura de agregados refratários segundo uma distribuição granulométrica balanceada e cimento refratário a base de aluminato de cálcio, podendo conter aditivos. - Atualmente observa-se um aumento no uso de revestimento monolítico, com conseqüente aumento na demanda de concretos refratários. Redução no tempo de parada de equipamento; Facilidade e rapidez em reparos localizados; Características similares ou até superiores aos produtos conformados.

- Atualmente observa-se um aumento no uso de revestimento monolítico, com conseqüente aumento na demanda de concretos refratários.

4 Concreto refratário agregado refratário ligante hidráulico refratário Agregados chamote, alumina tabular, alumina eletrofundida, SiC, etc Ligante cimento à base de aluminato de cálcio Agregado é necessário que o granulado tenha refratariedade adequada e estabilidade estrutural a temperaturas elevadas. Num tijolo refratário a ligação definitiva entre os grãos refratários só se estabelece durante a sinterização (ligação cerâmica), o cimento de um concreto produz essa ligação à temperatura ambiente por simples reação com a água (ligação hidráulica)

5 Concretos refratários Tipos de concretos Convencionais: 5-12% CaO; 8-16% H 2 O; TECNOLOGIA DE PRODUTOS REFRATÁRIOS Baixo teor de cimento: 1,2-1,8% CaO; 3,5-8,0% H 2 O; Ultra baixo teor de cimento: 0,2-0,5% CaO; 3-5% H 2 O. % cimento - % água de moldagem melhores propriedades à quente Maior quantidade de água origina frequentemente segregação durante o enchimento, além de elevada porosidade e baixa resistência mecânica a altas temperaturas não podem ser usados em contato com metais fundidos PRODUTO Al 2 O 3 SiO 2 CaO D.A. g/cm 3 R.C. (110ºC) MPa R.C. (1450ºC) MPa A 55,0 33,0 7,2 2, B 53,5 40,1 2,3 2, C 50,0 46,0-2,

% cimento - % água de moldagem melhores propriedades à quente Maior quantidade de água origina frequentemente segregação durante o enchimento, além de elevada

6 TECNOLOGIA DE PRODUTOS REFRATÁRIOS Concretos refratários Componentes do concreto - Agregados: chamote, coríndon, mulita, etc; - Ligante hidráulico: Cimento de aluminato de cálcio; - Aditivos: funções Plastificantes: projeção; Dispersantes: redução da % água; Fluidificantes: aumentar fluência espontânea; Acelerador de pega; Retardador de pega. - Água - Microenchedores (ultra-finos): miccrossílica, alumina ultra-fina, minerais argilosos, etc.

Plastificantes: projeção; Dispersantes: redução da % água; Fluidificantes: aumentar fluência espontânea;

7 TECNOLOGIA DE PRODUTOS REFRATÁRIOS Concretos refratários Formulação - Composição química; - Solicitações do processo (ataque por escória, choque térmico, erosão, etc;); - Matérias-primas (disponibilidade, custo, etc.); - Método de aplicação ( concretos: auto-escoante, vibrado, bombeado). Método de aplicação: vibração

térmico, erosão, etc;); - Matérias-primas (disponibilidade, custo, etc.

8 Concretos refratários Formulação TECNOLOGIA DE PRODUTOS REFRATÁRIOS Método de aplicação: vertimento

9 Concretos refratários Formulação TECNOLOGIA DE PRODUTOS REFRATÁRIOS Método de aplicação: projeção

10 Concretos refratários Formulação TECNOLOGIA DE PRODUTOS REFRATÁRIOS Vibrado Ensaio de mesa de fluidez. Auto-escoante Auto-escoante: fluidez livre superior a 80%

11 Concretos auto-escoantes elevada fulidez, dispensa a necessidade de vibração para moldagem reologia de concretos (distribuição granulométrica) aprimoramento de aditivos (em especial, dos defloculantes) Modelamento matemático referente ao empacotamento de partículas: Furnas trata as partículas de forma discreta. Andreasen cnsidera as distribuições de patículas como sendo contínuas Alfred convergência matemática entre os dois modelos

Modelamento matemático referente ao empacotamento de partículas: Furnas trata as partículas de forma

12 Aditivos criar melhores condições de molhabilidade e de escoamento (defloculação), controlar o tempo de pega e endurecimento (aceleradores/retardadores de pega) favorecer a sinterização As propriedade de trabalhabilidade dependem fortemente das propriedades das partículas mais finas (microenchedores) podem preencher quase totalmente os espaços entre os grãos refratários conseguindo uma maior densificação do concreto e uma resistência mecânica mais elevada

dependem fortemente das propriedades das partículas mais finas (microenchedores) podem preencher quase totalmente

13 Concretos refratários Formulação TECNOLOGIA DE PRODUTOS REFRATÁRIOS A distribuição granulométrica é o fator de maior influência no comportamento de instalação de concretos refratários. - Distribuição granulométrica da matriz e dos agregados; - Modelos de empacotamento de partículas (distribuições contínuas ou descontínuas); - Microenchedores e aditivos.

14 Concretos refratários Formulação TECNOLOGIA DE PRODUTOS REFRATÁRIOS % <75 microns / 200 mesh % Casting Water Flow Type SA3A SA6A SA7 Fume/A20SG A17NE Spinel Fines Self Flow Self Flow Self Flow T60/T mm mm mm mm AR mm mm mm 11 Alumina A20SG 10 A17NE Microsilica 971U 3 Binder CA14M Sum ADDITIVES ADS ADW M-ADS M-ADW 1 0.5

5 4.7 Self Flow Self Flow Self Flow T60/T64 3-6 mm 20 20 20 1-3 mm 26 26 26 0-1 mm 25 25 0-0.045 mm 11 11 AR-78 0.

15 PSD by Microtrac X100 - Differential Mass Volume Elkem 971 by Alcoa A20SG Typical T64-325std Typical % In Class Microns PSD by Microtrac X100 - Differential Mass Volume A17NE typical T64-325std Typical % In Class Microns

0 Microns PSD by Microtrac X100 - Differential Mass Volume A17NE typical T64-325std Typical

16 PSD by Microtrac X100 - Differential Mass Volume Elkem 971 by Alcoa A Typ T64-325std Typical % In Class Microns PSD by Microtrac X100 - Differential Mass Volume Almatis A2 Unground (2000x) Open porosity acts as a sponge Elkem 971 by Alcoa A20SG Typical T64-325std Typical % In Class Microns A20SG Reactive (2000x) No open porosity in 0.5 to 15um particles!

0 Microns PSD by Microtrac X100 - Differential Mass Volume Almatis A2 Unground (2000x) Open porosity acts as a sponge Elkem 971

17 Concretos refratários Formulação TECNOLOGIA DE PRODUTOS REFRATÁRIOS % <75 microns / 200 mesh % Casting Water Flow Type V605-4 SFL902 PUMP39 E-SY1000 E-SY1000 E-SY Vibration Self Flow Pumpable T60/T mm mm mm mm mm mm mm mm <20 UM 10 Alumina E-SY A3000FL 4 Binder CA14M ADDITIVES ADS ADW Fibers 0.10

9 Vibration Self Flow Pumpable T60/T64 3-6 mm 18 25 5 1-3 mm 16 15 18 1-2 mm 10 0.5-1 mm 14 11 5 0-0.5 mm 8 0.

18 PSD by Microtrac X100 - Differential Mass Volume E-SY % In Class Microns PSD by Microtrac X100 - Differential Mass Volume A3000FL Typical A1000SG Typical % In Class Microns

0 Microns PSD by Microtrac X100 - Differential Mass Volume A3000FL Typical

19 TECNOLOGIA DE PRODUTOS REFRATÁRIOS Concretos refratários Processo de fabricação MISTURA Alguns tipos de misturadores disponíveis.

20 TECNOLOGIA DE PRODUTOS REFRATÁRIOS Concretos refratários Processo de fabricação MISTURA Ideal: misturador de alta intensidade. Água: sem impurezas, ph neutro. Temperatura na faixa de 20-30ºC Menor tempo de mistura, menor teor de água, máxima homogeneidade e máxima fluência.

21 TECNOLOGIA DE PRODUTOS REFRATÁRIOS Concretos refratários Processo de fabricação MOLDAGEM: vibração, vertimento e projeção. CURA - Manter a presença de água para hidratar o cimento. - Objetivo: garantir a máxima hidratação do cimento de aluminato de cálcio.

22 TECNOLOGIA DE PRODUTOS REFRATÁRIOS Concretos refratários Processo de fabricação CURA - Temperatura de cura define hidratos e microestrutura. - até 20 o C ocorre a formação de CAH 10 ; - de 20 a 35 o C ocorre à formação de C 2 AH 8, C 3 AH 6, AH 3 ; - acima de 35 o C ocorre à formação do C 3 AH 6, AH 3. Efeito causado pela temperatura de cura, na microestrutura de concretos refratários contendo cimento aluminoso.

23 Cimentos constituídos por aluminatos de cálcio CA (CaO.Al 2 O 3 ) 1605 o C CA 2 (CaO.2Al 2 O 3 ) - ~1750 o C C 12 O 7 (12CaO.7Al 2 O 3 ) - ~1455 o C -A ( -Alumina) Só depois da completa decomposição dos hidratos se inicia a formação da ligação cerâmica, com a formação de CA 2 ( o C) e de CA 6 ( o C)

24 TECNOLOGIA DE PRODUTOS REFRATÁRIOS Concretos refratários Processo de fabricação SECAGEM E SINTERIZAÇÃO -Secagem eliminação da água livre, esta água pode ser totalmente retirada a temperatura de 110ºC, em um tempo que dependerá da espessura e porosidade do revestimento. - Desafio da secagem: Spalling explosivo durante o aquecimento. Quando no aquecimento se libera vapor numa taxa maior que aquela que pode ser liberada pela permeabilidade do concreto, ocorre explosão quando a tensão gerada superar a tensão de ruptura. - Solução: adição de fibras poliméricas ou pós metálicos como Al. - Sinterização durante a sinterização as ligações hidráulicas/químicas, que deram certa resistência ao concreto, são substituídas pela ligação cerâmica. ( )ºC

25 TECNOLOGIA DE PRODUTOS REFRATÁRIOS Concretos refratários Processo de fabricação SECAGEM E SINTERIZAÇÃO

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