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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.

Refratários não formados

Concretos refratários

Refratários monolíticos1950 – 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

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.

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 estabilidadeestrutural 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 àtemperatura ambiente por simples reação com a água (ligação hidráulica)

TECNOLOGIA DE PRODUTOS REFRATÁRIOS

Concretos refratários Tipos de concretos

Convencionais: 5-12% CaO; 8-16% H2O;

Baixo teor de cimento: 1,2-1,8% CaO; 3,5-8,0% H2O;

Ultra baixo teor de cimento: 0,2-0,5% CaO; 3-5% H2O.

↓ % cimento - ↓ % água de moldagem melhores propriedades à quente

PRODUTO Al2O3 SiO2 CaO D.A.g/cm3

R.C. (110ºC)MPa

R.C. (1450ºC)MPa

A 55,0 33,0 7,2 2,15 30 36

B 53,5 40,1 2,3 2,35 60 50

C 50,0 46,0 - 2,10 14 40

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


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.


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



Método de aplicação: vertimento



Método de aplicação: projeção



Vibrado

Auto-escoante

Ensaio de mesa de fluidez.

Auto-escoante: fluidez livre superior a 80%

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

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



“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.



SA3A SA6A SA7Fume/A20SG A17NE Spinel Fines

33 33 334.5 4.5 4.7

Self Flow Self Flow Self Flow

T60/T64 3 - 6 mm 20 20 201 - 3 mm 26 26 260 - 1 mm 25 25

0 - 0.045 mm 11 11

AR-78 0.5 - 1 mm 100 - 0.5 mm 15

0 - 0.045 mm 11

Alumina A20SG 10A17NE 13 13

Microsilica 971U 3

Binder CA14M 5 5 5

Sum 100 100 100

ADDITIVES ADS 3 0.5 0.5ADW 1 0.5 0.5

M-ADS 1 0.5M-ADW 1 0.5

% Casting WaterFlow Type

% <75 microns / 200 mesh

PSD by Microtrac X100 - Differential Mass Volume

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

0.1 1.0 10.0 100.0 1000.0

Microns

% In

Cla

ss

Elkem 971 by Alcoa A20SG Typical T64-325std Typical


0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

18.00

0.1 1.0 10.0 100.0 1000.0

Microns

% In

Cla

ss

A17NE typical T64-325std Typical


0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

18.00

0.1 1.0 10.0 100.0 1000.0

Microns

% In

Cla

ss

Elkem 971 by Alcoa A2 -325 03Typ T64-325std Typical


0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

0.1 1.0 10.0 100.0 1000.0

Microns

% In

Cla

ss

Elkem 971 by Alcoa A20SG Typical T64-325std Typical

A20SG Reactive (2000x)

No open porosity in 0.5 to 15um particles!

Almatis A2 Unground (2000x)

Open porosity acts as a sponge

V605-4 SFL902 PUMP39E-SY1000 E-SY1000 E-SY1000

5.9Vibration Self Flow Pumpable

T60/T64 3 - 6 mm 18 25 51 - 3 mm 16 15 181 - 2 mm 10

0.5 - 1 mm 14 11 50 - 0.5 mm 8

0.2 - 0.6 mm 15 100 - 0.3 mm 150 - 0.2 mm 10 20

<20 UM 10

Alumina E-SY1000 12 16 27A3000FL 4

Binder CA14M 5 5 5

ADDITIVES ADS 3 0.5 0.75 1.0ADW 1 0.5 0.25 0.2Fibers 0.10

% Casting WaterFlow Type

% <75 microns / 200 mesh




0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

0.1 1.0 10.0 100.0 1000.0

Microns

% In

Cla

ss

E-SY 1000


0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

16.00

0.1 1.0 10.0 100.0Microns

% In

Cla

ss

A3000FL Typical A1000SG Typical


Concretos refratários Processo de fabricação

MISTURA

Alguns tipos de misturadores disponíveis.



Água: sem impurezas, pH neutro. Temperatura na faixa de 20-30ºC

Ideal: misturador de alta intensidade.

Menor tempo de mistura, menor teor de água, máxima homogeneidade e máxima fluência.

MISTURA



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.



CURA

Efeito causado pela temperatura de cura, na microestrutura de concretos refratários contendo cimento aluminoso.

- Temperatura de cura define hidratos e microestrutura.

- até 20oC ocorre a formação de CAH10;- de 20 a 35oC ocorre à formação de C2AH8, C3AH6, AH3;- acima de 35oC ocorre à formação do C3AH6, AH3.

Cimentos – constituídos por aluminatos de cálcio • CA (CaO.Al2O3) – 1605oC• CA2 (CaO.2Al2O3) - ~1750oC• C12O7 (12CaO.7Al2O3) - ~1455oC• -A (-Alumina)

Só depois da completa decomposição dos hidratos se inicia a formação da ligação cerâmica, com a formação de CA2 (1100-1300oC) e de CA6 (1400-1680oC)



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. (900-1400)ºC



SECAGEM E SINTERIZAÇÃO

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