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Universidade Federal de Itajub Campus Itabira
Refratrios BsicosGrupo 9 Dbora Abrantes Leal Guilherme Henrique da Silva 19381 19384
EMT003 Processamento de Materiais Cermicos Prof. Dr. Eduardo Quinteiro
O que so materiais refratrios? Materiais cermicos Resiste altas temperaturas sem se fundir (TF >
1580C)
Baixo coeficiente de dilatao trmica Alta resistncia compresso, impactos, saltos
trmicos, corroso e abraso
Mantm suas caractersticas fsico-qumicas e
estruturais inalteradas em ambientes severos.
So usados na forma de tijolos refratrios tijolos de
slica, de magnesita, de cromita, de magnesitacromita, de carbeto de silcio, de zircnia, de produtos de silicatos de alumnio ou de alumina.
Figura 1: Refratrios slico-aluminosos (tijolos, caselas, placas)
Como se classificam?cidosSilicosos (~ 94% SiO2) Silico-Aluminosos (~ 20 a 44% Al2O3) Aluminosos (~ 50% Al2O3) Magnesticos (~ MgO 82%) Forsterticos (~ MgO 40 55%) Cromo -Magnsiticos (Cr2O3 >50%) Magnsio-Cromticos ( MgO >50% ) Dolomiticos (~ CaO 40 55%)
Bsicos
Neutros
Cromticos (~ Cr2O3 35 50%) De carbono semi-amorfo (~ C > 90%) Grafticos (C varivel)
Refratrios Bsicos Refratrios bsicos so do tipo no-argilosos,
assim designados, porque se comportam quimicamente como bases. Resistem corroso dos metais e das escrias bsicas; So usados em revestimentos de fornos com procedimento bsico, para fornos eltricos e nos fornos de cimento; Apresentam inconvenientes devido falta de aglomerao e de estabilidade de volume dos tijolos bsicos.
Esses inconvenientes foram superados por trs melhorias na manufatura: 1) desenvolvimento, ao mximo, do ajuste entre
gros mediante o uso exclusivo de tamanhos escolhidos de partculas, combinados na proporo apropriada, de forma a preencher todos os vazios;
2) aumento da presso de prensagem at 680 atm e
desaeramento do equipamento para reduzir bolhas de ar entre os gros;
3) uso de um ligante qumico refratrio.
Refratrios de Magnsia Refratrios magnesticos so base de MgO que
possui alto ponto de fuso (superior a 2800C)
As principais fontes de magnsia (MgO) so
magnesita, brucita e gua do mar.
O processo de obteno a partir da magnesita o
mais econmico, atualmente.
A magnesita o carbonato de magnsio, MgCO3 ,
que se apresenta sob a forma cristalina e sob forma compacta. A magnesita cristalina , em alguns casos, pode apresentar elevados teores de xido de ferro (at 8,0%). A magnesita compacta
normalmente branca e muito dura.
Fig.2: Mineral Magnesita
Obtm-se a magnsia cristalina (MgO) a partir do
processo chamado calcinao morte, tratamento trmico que opera na faixa de 1800C a 2100C.
A reao que ocorre nessa sinterizao :
MgCO3
MgO (periclsio) + CO2
Este processo tem por objetivos principais reduzir a
excessiva contrao de queima, aumentar o tamanho do cristal para reduzir a tendncia hidratao e elevar a massa especifica real.
O snter magnesiano um produto de alta pureza,
contendo cerca de 90% de MgO.
Aplicaes: Revestimento de fornos para a produo
de ferro e ao, metais no-ferrosos, vidro e cimento, cermica.
Fig. 3: Fornos-panela refratrios para produo de ao
O fluxograma simplificado da fabricao de
refratrio de magnesita:
Magnesita
Calcinao
Sinterizao
Moagem Ligantes
Secagem
Conformao
MisturaAditivos
Seleo Granulomtrica
Secagem
Queima
Classificao
Depsito
Expedio
Vantagens e DesvantagensVantagens Elevada refratariedade Excelente resistncia s escrias bsicas e aos xidos metlicos Desvantagens Elevada dilatao trmica Refratariedade sob carga baixa Baixa resistncia aos agentes cidos.
Refratrio de Cromita-Magnsia ou Magnsia-Cromita Com a magnsia (MgO) e a cromita (FeO.Cr2O3)
fabrica-se dois tipos de refratrios com caractersticas diferentes:Magnsiacromita
CromitaMagnsia
As duas misturas mais comumente empregadas so:
70% de cromita
30% de magnsia
Cromitamagnsia
30% de cromita
70% de magnsia
MagnsiaCromita
As propriedades dependem da proporo das
matrias-primas, e consequentemente as aplicaes so diferentes.
Esses refratrios so usados em fornos eltricos de
fuso metlica, na zona de queima dos fornos de cimento e nas coberturas de diversos fornos de reverberao para metais no-ferrosos.
A elevada refratariedade de algumas dessas
combinaes as tornam preferidas para os fornos para elaborao de ao ao oxignio.
Em algumas aplicaes prefere-se os produtos de
magnsia-cromita devido a sua maior resistncia s escrias bsicas.
Durante a queima ou durante a utilizao haver a
formao de espinlios ricos em magnsia, segundo a reao: MgOFe2O3 +2(MgOCr2O3)
2(FeOCr2O3) + MgO
Obtm-se uma cadeia refratria de espinlios
fortemente ligados por uma pequena quantidade de vidro silicatado intersticial (as impurezas formam a fase vtrea), conferindo uma boa resistncia mecnica ao material.
Vantagens e DesvantagensVantagens* Refratariedade sob carga mais elevada Melhor resistncia s variaes de temperatura Maior resistncia mecnica temperatura ambiente Boa estalibilidade durante a utilizao, pois a cromita tende a se dilatar e a magnsia tende a se contrair Desvantagens Ligeira sensibilidade s influncias redutoras , sobretudo para a cromitamagnsia Em atmosfera oxidante e em temperatura superior a 1600C, h um inchamento da cromita como resultado da formao de Fe3O4
*Em comparao aos tijolos de magnsia
Refratrios de Magnesita-Grafite Refratrios base de magnesita de alta pureza,
oriunda de jazida prpria, e grafite de alta qualidade resultaram no desenvolvimento de produtos base de MgO e MgO-C especficos para a indstria do nquel, tanto para os Fornos de Reduo quanto para as panelas ou fornos eltricos das estaes de refino.
Refratrios de Forsterita A forsterita (2MgO.SiO2) obtida a partir da rocha gnea
dunito que composta em mais de 90% por esse mineral.base de refratrios para alta temperatura. geral, de alumina.
empregada no s como ligante, mas tambm como a
Quando a forsterira a base, os refratrios so feitos, em
Na manufatura de refratrios de forsterita, adiciona-se
usualmente Magnesita queimada para converter parte dos minerais acessrios a forsterita, que o silicato mais estvel a alta temperatura.
Por exemplo, a enstatita que ocorre na olivina (um
tipo de cristal), extrada de mina, converte-se a forsterita: MgO.SiO2 + MgO Enstatita Magnsia 2MgO.SiO2 Forsterita
Estes refratrios tm a vantagem de o ponto de fuso
ser elevado (>1700C), de no sofrerem transformaes durante o aquecimento e de terem baixa expanso e condutividade trmica.
Refratrios de Dolomita A dolomita uma soluo slida de cristais de magnesita
e calcita em propores variveis, na forma de CaMg(CO3)2. 2,85 g/cm.
O mineral puro tem colorao branca e massa especfica
As principais impurezas
presentes so matria orgnica e compostos de ferro, gerando uma variao de cores do amarelo-plido ao preto.Fig.4: Dolomita
A dolomita pura funde a 2500C, portanto muito
utilizada na composio de refratrios bsicos, conferindo ao produto um alto ponto de fuso.
Tem composio de 30,4% de CaO, 21,7% de MgO
e 47,9% de CO2.
Obtm-se a doloma quando a dolomita
submetida a um tratamento trmico, originando MgO (~700C) ,CaO (~900C) e liberando CO2, o que causa uma grande retrao do mineral.
A reao que ocorre durante a calcinao a
seguinte:
MgCO3CaCO3
CaO + MgO + 2CO2
Em presena de gua ou umidade do ar, ela se
hidrata facilmente, devido ao CaO (cal).
Caso a calcinao seja realizada em temperaturas
mais elevadas, cerca de 1700C, forma-se, devido s impurezas, uma fase vtrea que gera uma certa estabilidade ao composto e reduz a porosidade.
A partir da dolomita calcinada morte, os
refratrios dolomticos sofrem queimas em elevadas temperaturas por longos tempos, originando os refratrios dolomticos sinterizados. elevado, pois esto menos sujeitos hidratao.
O custo dos refratrios dolomticos sinterizados
Possuem boa resistncia a escrias devido cal livre
que est presente em sua composio. Em contato com escrias pouco saturadas em cal, uma densa camada de recristalizado de silicato diclcico formase na face do tijolo, limitando posterior penetrao da escria e retardando o desgaste.
Para aumentar a massa especfica em dolomitas de
difcil sinterizao, usa-se um processo de duas etapas, envolvendo uma fase de pelotizao da doloma.
difcil produzir refratrios base de dolomita,
devido alta hidratao da cal (CaO) e consequente desagregao da massa.
Para sanar este problema, utiliza-se alguns processos
de estabilizao qumica do mineral.
A adio de carbono dolomita tem a capacidade
de inibir a penetrao profunda de escrias, devido ao bloqueio fsico dos poros e a diminuio da molhabilidade (Figura 5).
Alm disso o carbono reage com escrias ferrosas,
reduzindo o Fe2 O3 presente a FeO ou a ferro metlico, que no so corrosivos para a MgO e para a cal.
Figura 5: Molhamento dos Refratrios com e sem C em sua composio qumica
Vantagens e DesvantagensVantagens Elevada Refratariedade Forte basicidade Boa resistncia s variaes bruscas de temperatura No se deixa atacar pelas escrias bsicas Desvantagens Se hidratam e desagregam com bastante rapidez na presena de umidade A prtica de estabilizao reduz a refratariedade e a resistncia aos materiais corrosivos
Referncias Bibliogrficas Cannio, M. ;Hanuskov,M. Os Materiais Refratrios. Disponvel em:
Indstrias de Cermica. Disponvel em:
Magnesita: http://www.magnesita.com.br/ Cromita. Disponvel em:
Magnesita. Disponvel em:
Refratrios para Siderurgia. Associao Brasileira de Metais (ABM). Eng Carlos
Roberto Valente da Cruz. 1977.
Andrade, F. Comparativo entre tijolos MgO C e dolomtico para aplicao no
revestimento refratrio da panela para a fabricao de aos de construo mecnica, 2009.