Resolução de lista de exercícios sobre refratários

1. Defina os seguintes conceitos:

1. O que é uma cerâmica Refratária Estrutural?

É um material sólido, policristalino e/ou vítreo, natural ou manufaturado, não metálico (não excluindo adições metálicas em pó ou fibras), inorgânicos (podendo ser constituído de elementos e compostos orgânicos) com a capacidade de manter sua habilidade funcional em temperaturas elevadas, quando sob a ação de cargas, erosão, corrosão química e calor intenso.

b) Qual a diferença entre Refratariedade Simples e Temperatura Limite de Uso?

Refratariedade simples: é a máxima T (temp. de amolecimento) a partir da qual o refratário perde sua habilidade funcional.

c) O que se entende por “Capacidade Funcional”?

Capacidade funcional: capacidade do material de manter suas propriedades sem perder sua funcionalidade

d) Como se deve proceder para avaliar o custo real de um refratário?

O verdadeiro valor do refratário não deve ser avaliado apenas pelo valor econômico por unidade, mas sim no impacto que o insumo refratário tem no custo global de produção por unidade produzida, seja tonelada de aço ou açúcar.

e) Explique as diferenças básicas entre um refratário estrutural e uma cerâmica de alto desempenho.

A diferença está relacionada a porcentagem de poros e fase vítrea, as cerâmicas de alto desempenho possuem menor percentual. E são utilizadas em aplicações “sofisticadas.

f) Quais são as propriedades esperadas para um refratário ideal?

• elevado ponto de fusão

• baixo coeficiente de expansão térmica

• elevada resistência mecânica a altas temperaturas

• resistência a corrosão e à abrasão a altas temperaturas

• facilmente sinterizado

• sem transformação de fase durante o uso

• estabilidade em atmosfera oxidante e redutora • matéria-prima abundante e barata

g) cite algumas propriedades relevantes que podem influenciar diretamente sobre as solicitações térmicas, mecânicas e químicas nas condições de serviço solicitações térmicas: 

1.a térmica DT bruscos: Refrateriedade simples – composição quimico mineralógica

1.b resistência ao dano por choque térmico: Baixo α – alta K – Baixo E compatível com uma tensão de fratura razoável – elevado trabalho de fratura – alto coeficiente de difusividade térmica.

Resistencia mecânica – impacto, abrasão, vibrações, trações, forções, cavitação: Tensão de fratura razoável – defeitos pequenos e uniformemente distribuídos – razoável k

Resistência química – (∆µ) – gradientes de potencial químico: Compatibilidade química com o meio – baixa porosidade- alta densidade – sem transição de fases – partículas grandes – habito morfológico apropriado dos cristais – baixa permeabilidade.

 

1. Como são classificados os refratários estruturais? Explique cada uma das classes.

A classificação dos Refratários Estruturais pode ser feita nos seguintes termos:

Quanto ao Caráter Químico: Os refratários, em relação à sua composição química, podem ser divididos em 3 grandes grupos, que se colocados em contato, apresentam a possibilidade de reagirem entre si, a elevadas temperaturas: ácidos, básicos e anfóteros.  

Quanto ao potencial Térmico e Refratário:

refratariedade simples: sendo a máxima T (temp. de amolecimento) a partir da qual o refratário perde sua habilidade funcional (ponto de amolecimento).

Característica térmica: Dividido em: Densos – K > 1,5 W/m e Isolantes – K < 1,0 W/mk.

Quanto à Composição Químico/Mineralógica: Através das frases presentes e análise química – resistência ao ataque químico.

 

3. Qual a importância das juntas de expansão e como são projetadas para as diferentes classes de revestimento refratário?

É importante devido a dilatação térmica sofrida pelos refratários devido à variação dimensional causada por gradientes de temperatura.

4. Descreva os três tipos de termoclase (spalling) podemos encontrar nos refratários.

Térmica: Tensões provocadas por gradiente de temperatura brusco

Estrutural: Tensões resultantes de mudanças metassomáticas.

Mecânica: Tensões provocadas por pressões externas (ausência de juntas de expansão, restrições externas localizadas)

5. Liste os fatores de desgaste prematuro dos refratários e sua ordem de importância.

1.   Condições de operação
2.   Projeto do revestimento
3.   Aplicação
4. Compatibilidade química com o ambiente de serviço
5.   Seleção apropriada: ácidos básicos, densos, isolantes, formado, monolítico

6. Como você agiria para revestir um equipamento que apresenta desgaste diferenciado em suas diversas regiões em função de nível de temperatura e elementos agressivos?

Realizaria o revestimento com tipos diferentes de refratários, adequando sua funcionalidade para cada região.

7. Com relação aos refratários de sílica explique:

a) Quais matérias primas são utilizadas e o que exige delas em termos de pureza e tipo? Explique.

Deve conter 97% de SiO2, deve conter cerca de 0,2 de Al2O3, 0,6 de MgO e 2,2 de CaO. A adição de alumina é para eliminar a imiscibilidade de líquidos no Sistema SiO2 – CaO, já o uso de MgO e CaO é para promover a ligação entre fases e acelerar as transformações polimórficas.

1. Em que classe de refratários se enquadra os produtos de sílica?

Refratários tradicionais

c) Qual ou quais polimorfismos da sílica são desejados nos tijolos de sílica? Por quê?

Os polimorfismos desejados são os de ocorrência natural, como o Quartzo, a Tridimita e a Cristobalita e a Silica Amorfa. Devido a excelente refratariedade a ausência de contração no uso e a boa resistência ao choque térmico.

d) Qual é a função dos mineralizadores e quais são utilizados nas formulações de tijolos de sílica?

São constantemente adicionados na composição de um tijolo de sílica, de modo a promoverem a ligação das fases bem como aceleram as transformações polimórficas (tridimita, cristobalita) as quais são as fases desejadas no produto final.