Materiais Refratarios - Exercicios - Fisica, Notas de estudo de Física. Universidade do Estado do Amazonas (UEA)
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Brigadeiro6 de Março de 2013

Materiais Refratarios - Exercicios - Fisica, Notas de estudo de Física. Universidade do Estado do Amazonas (UEA)

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Apostilas e exercicios de Física sobre o estudo dos materiais refratarios.
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Sumário

Introdução 2

Refratários 2

Introdução 2

Características 2

Tipos de refratários 3

Quanto às estruturas 3

Quanto ao aspecto físico-morfológico 3

Quanto a sua natureza química 4

Processamento 6

Matéria prima 6

Processo de fabricação 6

Aplicações de refratários na engenharia 7

Conclusão 9

Referências 10

Introdução

O estudo sobre materiais é uma área crescente e sempre em desenvolvimento na engenharia visto que a necessidade de se aplicar os mesmos em diversas áreas é constante, criando também o desejo de novas características que possam atingir aplicações muito especificas o que faz com que essa área cresça bastante a cada momento. Esse material traz um estudo básico sobre vidros e refratários, visando introduzir alguns conceitos, demonstrar propriedades, características, processamentos e aplicações deste material no mundo da engenharia e nas indústrias.

Refratários

Introdução

São materiais capazes de suportar altas temperaturas apresentando estabilidade em suas propriedades. Os refratários geralmente são materiais cerâmicos e tem como característica

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quase determinante um ponto de fusão a temperaturas acimas de 1580°. O estudo dos materiais refratários ganhou ênfase a pouco tempo pois, por serem usados em estruturas internas e externas, sempre foram considerados uma “indústria secundaria” e assim ignorados por grande parte das pessoas, porém, com a necessidade de aperfeiçoamento dos mesmos, hoje se tem uma boa evolução e boas pesquisas para melhoras de refratários.

Características

Algumas características devem ser comuns a todos os refratários e são elas: Resistencia a altas temperaturas, baixo coeficiente de dilatação térmica, alta resistência à compressão, resistência a impactos, saltos térmicos e resistência química. É interessante citar que os refratários suportam altas temperaturas sem perder suas características físicas e químicas. Com o avanço dos estudos dos materiais refratários e seu uso no interior de máquinas foram notadas outras propriedades que podem ser divididas em propriedades em temperatura ambiente e propriedades em operação nas estruturas térmicas. As propriedades na temperatura ambiente são: a composição química, a composição mineralógica e a microestrutura, o peso específico relativo, a densidade aparente, a porosidade, a resistência à compressão e à flexão, e a permeabilidade. Já as propriedades em operação nas estruturas térmicas são: índice de refratariedade, resistência piroscópica, resistência à pressão térmica (termopressão), resistência à fluidez, variações lineares ou de volume, condutibilidade difusividade térmica, o calor específico e a capacidade térmica, a resistência às bruscas oscilações térmicas, a resistência à corrosão, e a resistividade elétrica. A analise de tais propriedades permite-se verificar se o produto é adequado ao uso a que se destina. O potencial de utilização de um refratário para um uso especifico depende das suas características mecânicas e seu grau de refratariedade. A variação de uma propriedade como melhoramento pode resultar numa desvantagem com respeito a outras características. Um material refratário de qualidade é obtido controlando a natureza química dos componentes, eliminando as impurezas presentes na maior parte das argilas, submetendo o material a uma operação mecânica e uma queima atentamente controlada

Tipos de refratários

Quanto às estruturas

Podemos dividir os materiais refratários quanto a sua estrutura em dois grupos:

* Tradicionais – Constituidos por grãos ligados por uma matriz cerâmica ou vítrea e que apresentam uma porosidade residual aberta entre 10 e 30%.

* Especiais sinterizados – São caracterizados por um alto gral de sinterização e porosidade quase nula.

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Quanto ao aspecto físico-morfológico

Refratários pré-moldados

São produtos que apresentam diversas formas capazes de realizar, principalmente, revestimentos internos de fornos industriais e compreendem refratários tradicionais e não tradicionais. Podem ainda ser separados em:

* Silico-aluminosos: Com composição de 20 a 40% de alumina.

* Aluminosos: Possuem alto teor de alumina. Normalmente utilizados em altas temperaturas e condições extremas de trabalho.

* Especiais: Constituídos por materiais de composição química diferente e com formas especiais.

* Isolantes: utilizados em contato direto com a chama pela baixa condutibilidade térmica. Tem como principal característica a diminuição das altas temperaturas.

Imagem 1 – Tijolo de material refratário

Refratários não moldados preparados

São constituídos por uma parte granular e por um, ou mais, ligante. Podem ser colocados diretamente na obra ou após o acréscimo de mais líquidos adequados. Podem ser densos ou isolantes.

Os densos sintetizam plenamente as características dos refratários não moldados permitindo a completa possibilidade de substituir os materiais queimados com vantagens. Suportam oscilações térmicas bruscas, ações mecânicas, abrasões e exigências químicas até 1850°C. Os isolantes justificam seu nome com um ótimo isolamento a um alto grau de refratariedade. Ainda entre os refratários não moldados temos as subdivisões: materiais de jato e reboco e os cimentos e rebocos refratários. Ambas as classes sofrem misturas de material refratário com um ou mais ligantes e se divergem em algumas características como modo de aplicação, forma de uso e composição final.

Refratários Fibrosos

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Atualmente, as fibras cerâmicas, são consideradas, tecnologicamente, a parte mais avançada nos estudos do setor de materiais refratários e isolantes. As características que principalmente as diferenciam dos refratários normais são: extrema leveza, baixo coeficiente de condutividade térmica, limitada absorção de calor e a elevada resistência às oscilações bruscas de temperatura. Podem ser aplicados em vários campos mas em destaque temos a aplicação em juntas de paredes refratarias, câmaras de combustão de caldeiras, peças especiais de revestimentos de fornos e peças diversas para alumínio além de isolamento acústico e revestimento de fornos industriais.

Quanto a sua natureza química

Com base na sua natureza química os materiais refratários são divididos em neutros, ácidos e básicos.

* Neutros – Não reagem nem com ácidos nem com os básicos. Geralmente são Crômicos ou a base de Carbono, sendo que a base de carbono são muito resistente ao calor mas queimam em atmosfera oxidante.

* Ácidos – Os mais importantes são os silico aluminosos que vem da mistura de calium e chamote (tijolos quebrados e moídos)já que o Calium possui uma notável retração. Resistem bem às oscilações bruscas de temperatura e são usados em altos fornos e no revestimento das panelas para a trasfega de aço liquido. Os mais resistentes são os aluminosos, que, como citado anteriormente, são argila com teores variáveis de alumina.

* Básicos – Os mais usados são a base de magnésico constituídos de oxido de magnésio. Sua produção pode ser resumida assim:

MgO não puro → Mgo cristalino pó → Modelagem em tijolo → Refratário

São exemplos de refratários básicos também os refratários calcários e os refratários dolomiticos, constituídos com a predominância de Calcário e Dolomita respectivamente. Tem como características principais a resistência a corrosão dos metais e das escorias básicas. Refratários a base de óxidos de Berílio, Tório E Uranio também são básicos, mas possuem custo elevado e aplicações especificas. Existem também materiais super-refratários que são produzidos a base de carburetos, nitruros e óxidos refratários sinterizados, os quais são usados em tecnologia avançada como aeronáutica, aeroespacial e energia nuclear.

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Abaixo é apresentada uma tabela sobre os refratários neutros, ácidos e básicos.

Tabela 1 – Natureza química dos componentes

Processamento

Matéria prima

Os principais minerais usados na indústria de refratários são: argila refratária, quartzo, bauxita, dolomita, magnesita, cromita, zircão e grafita. O ponto de fusão das argilas depende da sua composição química. O silicato de alumínio hidratado corresponde ao caulim, funde aproximadamente a 1700°C. As argilas de alto ponto de fusão são chamadas refratárias e correspondem às de natureza caulínica. As montmorilonitas e as ilitas têm mais baixo ponto de fusão. A presença de feldspatos e micas faz baixar muito a refratariedade das argilas.

Processo de fabricação

O ciclo do processo de fabricação dos refratários é equivalente ao ciclo de processamento dos cerâmicos.

Fluxograma 1 – Processo de fabricação de refratários

Resumo das fases mais importantes

Preparação da matéria prima – Praticamente toda matéria prima passa pela calcinação. A calcinação é um tratamento térmico sob altas temperaturas antes de entrar na produção. Tem a função de evitar problemas na fabricação, como contração excessiva, trincas e outros defeitos.

Moagem – Algumas matérias primas e chamotes são muitas vezes submetidas inicialmente a uma moagem primária. Esta moagem é feita em britadores de mandíbulas, giratórios ou cônicos e em moinhos de cilindro ou rolos, até atingir determinada granulometria. Depois disso o material é encaminhado a um moinho de mós, de martelos, ou outros, até atingir a granulometria desejada.

Classificação granulométrica – Os equipamentos de moagem não fornecem uma distribuição granulométrica adequada. Dessa forma, após a moagem é necessário que o material passe por outra operação para que se obtenham as chamadas frações granulométricas, são as peneiras cilíndricas ou planas. Isto é muito importante porque para obter refratários de boa qualidade é preciso que a distribuição granulométrica do material seja adequada, isto é, os vazios entre os grãos maiores devem ser preenchidos pelos grãos mais finos.

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Dosagem e mistura – As frações granulométricas são selecionadas e pesadas de acordo com as características desejadas para determinado produto. Em seguida são transferidas para um misturador, ao qual serão adicionados água e diferentes tipos de aditivos.

Formação das peças – Atualmente existem vários processos diferentes para formar as peças. Na maioria das indústrias a prensagem é a forma escolhida para o molde e formação das peças.

Secagem – Este processo se inicia pela secagem natural, depois as peças são colocadas em secadores sob temperaturas adequadas para eliminar a água de moldagem.

Queima – O processo de queima de materiais refratários utiliza-se de diferentes tipos de fornos. As temperaturas variam de 1125 º C a 1200 º C e o ciclo de queima podem durar de 2 a 30 dias. O objetivo dessa queima é reduzir a porosidade do corpo aumentando a sua densidade, tornando o material mais estável.

Seleção – Após a queima, cada lote de refratários passa por uma seleção e inspeção, quando então são verificadas as dimensões, formas, características e outros aspectos, para controle de qualidade.

Aplicações de refratários na engenharia

As aplicações dos materiais refratários na indústria são diversas e em áreas muitas vezes distintas. Desde siderurgia a aeronáutica e usinas nucleares, os refratários são bastante utilizados quando se trabalha com altas temperaturas. Serão citados alguns exemplos do uso dos materiais refratários:

* Siderurgia

- Alto forno a coque e carvão vegetal

- Regenerador/duto de ar quente

- Coqueria

- Carro Torpedo

- Panela de gusa

- Forno elétrico a arco

* Papel e Celusose

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- Forno de enxofre

- Caldeira

- Forno de cal

- Digestor

- Forno de recuperação de soda cáustica

* Cerâmica

- Forno intermitente

- Forno túnel

- Forno de queima rápida

- Gerador de calor para spray-dryer

- Secador - Forno para fritas

* Química e Petroquímica

- Incinerador

- Chaminé

- Caldeira

- Reator

- Forno para silicato de sódio

- Forno rotativo para coque

* Usina de açucar/álcool/alimentícios

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- Caldeira

- Gerador de calor

Conclusão

Referências

http://www.revistaih.com.br/coluna/refratarios-e-isolantes-tipos-de-materiais-refratarios/

http://pt.scribd.com/doc/47679288/Os-materiais-refratarios

http://www.showdetelhas.com.br/materiais-refratarios.php

www.ibar.com.br/refratarios

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