Durante o uso de materiais refratários, eles derretem e amolecem facilmente devido a efeitos físicos, químicos, mecânicos e outros em altas temperaturas (geralmente de 1000 a 1800 °C), ou sofrem erosão, rachaduras e danos, o que interrompe a operação. Portanto, é necessário que o material refratário possua propriedades que permitam sua adaptação a diversas condições de operação. A seguir, apresentamos 4 indicadores que determinam o desempenho de materiais refratários em altas temperaturas:
(1) Refratário
A refratariedade refere-se à temperatura na qual um material atinge um grau específico de amolecimento sob a ação de altas temperaturas, e caracteriza o desempenho do material diante dessa ação. A refratariedade é a base para determinar se um material pode ser usado como refratário. A Organização Internacional de Normalização (ISO) estipula que materiais inorgânicos não metálicos com refratariedade acima de 1500 °C são considerados materiais refratários. A refratariedade difere do ponto de fusão do material e representa a composição de uma mistura de sólidos multifásicos formada por diversos minerais.
O fator mais fundamental que determina a refratariedade é a composição química e a distribuição mineral do material. Diversos componentes de impureza, especialmente aqueles com forte efeito solvente, reduzem significativamente a refratariedade do material. Portanto, medidas adequadas devem ser consideradas no processo de produção para garantir e melhorar a pureza das matérias-primas.
A refratariedade não é uma grandeza física absoluta específica de uma substância, mas sim um indicador técnico relativo que mede quando um material atinge um grau específico de amolecimento sob condições de teste específicas. O material de teste é moldado em um cone triangular truncado (denominado cone de teste) de acordo com o método prescrito, e um cone triangular truncado padrão (denominado cone padrão) é moldado com uma temperatura de curvatura fixa a uma taxa de aquecimento específica. A refratariedade é determinada comparando-se o grau de curvatura do cone de teste com o grau de curvatura do cone padrão. A base inferior do cone triangular truncado tem 8 mm de lado, a base superior tem 2 mm de lado e a altura é de 30 mm. Durante a medição, uma fase líquida pode surgir no cone em altas temperaturas. À medida que a temperatura aumenta, a quantidade de fase líquida aumenta, a viscosidade da fase líquida diminui e o cone amolece. Quando o amolecimento atinge um certo nível, o cone se curva gradualmente devido ao seu próprio peso. Quando o cone de teste e o cone padrão são curvados simultaneamente até que seus ápices entrem em contato com o chassi, a temperatura de curvatura determinada para o cone padrão deve prevalecer como a refratariedade do cone de teste.
Também conhecido como ponto de amolecimento do refratário sob carga ou temperatura de deformação do refratário sob carga, indica a resistência do refratário à ação combinada de alta temperatura e carga sob carga constante, ou a faixa de temperatura na qual o refratário apresenta deformação plástica significativa. A temperatura máxima de serviço do refratário pode ser inferida a partir da temperatura de amolecimento sob carga. A temperatura de amolecimento sob carga representa a resistência estrutural do refratário em condições de uso semelhantes e pode ser usada como base para determinar a temperatura máxima de serviço do refratário.
O principal fator que determina a temperatura de amolecimento sob carga é a composição químico-mineral do material, que também está diretamente relacionada ao processo de produção. A temperatura de sinterização do material tem grande influência na temperatura de deformação por amolecimento sob carga. Se a temperatura de sinterização for adequadamente aumentada, a temperatura inicial de deformação também aumentará devido à diminuição da porosidade, ao crescimento dos cristais e à melhor ligação entre os materiais. Melhorar a pureza das matérias-primas e reduzir o teor de solventes ou metais de baixa fusão também aumentará a temperatura de deformação por amolecimento sob carga. Por exemplo, o óxido de sódio em tijolos de barro e a alumina em tijolos de sílica são óxidos nocivos.
(3) Estabilidade volumétrica em altas temperaturas de materiais refratários
Sob a ação de altas temperaturas por um longo período, o material refratário sofre expansão volumétrica, denominada expansão residual. A magnitude dessa expansão residual (deformação) reflete a qualidade da estabilidade volumétrica em altas temperaturas. Quanto menor a deformação residual, melhor a estabilidade volumétrica; inversamente, quanto pior a estabilidade volumétrica, maior a probabilidade de deformação ou danos à alvenaria.
A alteração da linha de requeima é frequentemente usada para avaliar a estabilidade volumétrica do material em altas temperaturas, sendo um indicador importante para avaliar a qualidade do material.
A maioria dos materiais refratários sofre contração sob a ação de altas temperaturas. Durante a requeima, a contração da maioria desses materiais ocorre principalmente porque a fase líquida gerada pelo material em altas temperaturas preenche os poros, comprimindo e tensionando ainda mais as partículas. Posteriormente, ocorre a recristalização, levando a uma maior densificação do material. Existem também alguns materiais que se expandem durante a requeima. Por exemplo, o tijolo de sílica se expande devido à transformação policristalina durante o uso. Isso ocorre porque o quartzo não convertido presente no tijolo de sílica continua a se transformar em tridimita ou quartzo em altas temperaturas. Cerca de 10% do quartzo presente no tijolo de sílica se expande em volume. Para reduzir a contração e a expansão do material durante a requeima, é eficaz aumentar adequadamente a temperatura de queima e prolongar o tempo de permanência nessa temperatura, mas não em excesso, para evitar a vitrificação da estrutura do material e a redução da resistência ao choque térmico. Devido à expansão das partículas de quartzo no material durante a queima e o uso, que compensa a contração da argila, a variação de volume dos tijolos semi-siliciosos é pequena, e alguns deles apresentam uma ligeira expansão.
(4) Estabilidade ao choque térmico
A capacidade dos materiais refratários de resistir a mudanças rápidas de temperatura sem se destruírem é chamada de estabilidade ao choque térmico. Essa propriedade também é conhecida como resistência ao choque térmico.
O principal fator que afeta o índice de estabilidade ao choque térmico do material são suas propriedades físicas, como a dilatação térmica, a condutividade térmica, entre outras. De modo geral, quanto maior a taxa de dilatação linear do material, pior a estabilidade ao choque térmico; quanto maior a condutividade térmica, melhor. Além disso, a microestrutura, a composição e a forma das partículas do material refratário também influenciam a estabilidade ao choque térmico.
Data da publicação: 15 de julho de 2022