Relatório Manta

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUB

ANA CLAUDIA FRANCHIANA PAULA GUIMARES BERNARDESDENER ISRAEL FRANAGABRIELA MAIRA SANCHES VOLPI LUCIANA MARIA B. ORMASTRONI

Caracterizao de manta refratria silico-aluminosa

ITAJUB

2014

*http://www.unifei.edu.br/diversos/a-unifei. Acesso em: 20 de Outubro de 2012.

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUB

ANA CLAUDIA FRANCHIANA PAULA GUIMARES BERNARDESDENER ISRAEL FRANAGABRIELA MAIRA SANCHES VOLPI LUCIANA MARIA B. ORMASTRONI

Caracterizao de manta refratria silico-aluminosa

Relatrio submetido prof. Maria Virginia Gelfuso, como requisito parcial para aprovao na disciplina de Cermicas Refratrias do curso de graduao em Engenharia de Materiais da Universidade Federal de Itajub.

ITAJUB2014

RESUMORefratrios silico-aluminosos so refratrios cidos e possuem grande quantidade de slica e alumina em sua estrutura. As mantas silico-aluminosas so materiais que possuem flexibilidade quando molhados, mas passam a ser rgidos e de boa refratariedade aps a sua queima. Para os refratrios cidos, as fases mulita e cristobalita so indispensveis para a formao do material, sendo a primeira devido a sua elevada refratariedade e a segunda devido a sua estabilidade a altas temperaturas. Diante das caractersticas necessrias a um refratrio cido, os ensaios so indispensveis para garantir a sua utilizao com segurana, dentre os ensaios necessrios os principais so: anlise microestrutural, densidade, refratariedade, resistncia abraso, resistncia corroso pela escria, condutividade trmica, expanso trmica e dilatao trmica reversvel e resistncia ao choque trmico. Neste trabalho, foram feitos ensaios de densidade e anlise por microscopia eletrnica de varredura, difrao de raios-X e anlise trmica diferencial (TG-DTA), utilizados para avaliar as propriedades qumicas e fsicas do material e caracteriz-lo de acordo com a sua classificao. Pelos ensaios pode-se definir as fases presentes no material, as fases presentes na manta e avali-la microestruturalmente. As fases encontradas foram a cristobalita, mulita e corundum, as quais foram confirmadas pela anlise de TG-DTA. Com as anlises de MEV foi possvel observar a desorganizao das fibras contidas na manta silico-aluminosa. Essa desorganizao influenciou na variao da densidade obtida pelo mtodo de Arquimedes.

SUMRIO

RESUMO21INTRODUO32REVISO TERICA32.1Refratrios slico-aluminosos32.1.1Mantas62.2Refratrios silicosos82.3Tcnicas de caracterizao92.3.1Anlise trmica diferencial92.3.2Mtodo de Arquimedes para a determinao da densidade102.3.3Difrao de raio X112.3.4Microscopia eletrnica de varredura- MEV123PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL123.1Anlise trmica diferencial (DTA) e anlise termogravimtrica (TG)123.2Microscopia eletrnica de varredura (MEV)123.3Densidade123.4Difrao de raios-x (DRX)124RESULTADOS E DISCUSSES134.1TG-DTA134.2DRX154.3MEV164.4Densidade185CONCLUSO18REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS19

INTRODUO

Os refratrios cidos so cermicas constitudas substancialmente por slica, capazes de suportar altas temperaturas sem perder suas propriedades fsico-qumicas [1]. Esses materiais, alm de excelente refratariedade sob carga, possuem boa resistncia ao choque trmico, alta estabilidade qumica, baixa condutividade trmica e no se contraem durante o uso [2]. Devido s suas propriedades, as cermicas refratrias cidas so utilizadas em larga escala na siderurgia, onde esto envolvidos processos que requerem altas temperaturas [3,4]. Como uma forma evitar falhas na estrutura que possam paralisar o processo produtivo, diversos ensaios so realizados em amostras da cermica para a caracterizao de sua estrutura e propriedades. Algumas caractersticas particulares em sua microestrutura influenciam amplamente suas propriedades e o comportamento do material [5], por isso devem ser determinadas antes de sua utilizao. Entre os ensaios realizados em amostras de cermicas esto o MEV, o TGA, o DRX e a densidade. A partir deles, possvel determinar sua composio, microestrutura, compactao ou emaranhamento; no caso de mantas; Tg, entre outras caractersticas que definem a cermica. Baseado nesses estudos de propriedades realiza-se uma avaliao da melhor aplicabilidade do material e uma anlise para evitar falhas de processamento ou utilizao.

REVISO TERICA

Refratrios slico-aluminosos

Entre os materiais refratrios de natureza cida, os mais importantes so os slico-aluminosos. So produzidos a partir do caulim, e, possuem teor de Al2O3 compreendido entre (15-45%). Primeiro ocorre a sada de gua combinada no caulim (desihidroxilao), 500C tendo como produto o metacaulim, como apresenta a equao qumica (2.1).Al2Si2O5(OH)4 metacaulim + H2O (2.1) 970C ocorre a decomposio do metacaulim atravs da remoo final dos radicais hidroxlicos. Nessa temperatura, ocorre a separao de uma considervel quantidade de slica livre amorfa com a formao de mulita fracamente cristalina e uma outra fase de estrutura cbica (espinela defeituosa) semelhante gama-alumina. Essa etapa apresentada na equao qumica (2.2).Metacaolim 3Al2O3 + Al6SiO13 + 3SiO2 (2.2)Aquecendo acima de 1125C, a fase espinela-defeituosa convertida em mulita atravs da reao da slica amorfa que pode ser transformada em cristobalita, conforme apresenta a equao qumica (2.3).3Al2O3 + Al6SiO13 + 3 Si02 2Al6Si2O13 + SiO2(2.3) A temperatura na qual esses refratrios so queimados est relacionado ao teor de alumina presente e o teor de slica o principal fator que determina a temperatura de uso desses refratrios [6]. Os refratrios slico-aluminosos no so fabricados diretamente com argilas mas sim com chamotes. Devido a formao da mulita a partir de 1100C, preciso calcinar as argilas a temperaturas bem mais elevadas, para que resulte em um chamote estvel e no susceptvel de contrao ou retrao volumtrica nas temperaturas de queima dos produtos. Em geral a calcinao feita entre 1300-1500C. Esses refratrios possuem compostos secundrios que podem ser considerados impurezas. Por exemplo, quantidades relativamente pequenas de outros xidos, como Na2O e K2O. Outras impurezas comuns so: CaO, MgO, TiO2, e os xidos de ferro. Essas impurezas podem ser provenientes dos minerais que esto associados as matrias primas a partir das quais os refratrios de alumina slica so feitos [7]. Os refratrios slico-aluminosos apresentam boa resistncia s oscilaes bruscas de temperatura e so utilizados principalmente nos altos-fornos e no revestimento das panelas de ao, chamins, fornos para cimento, vidros e calderias, entre outros. A Figura 1 apresenta um exemplo de refratrio slico-aluminoso.

Figura 1: Exemplo de assentamento de tijolos refratrios slico-aluminosos em um forno.

Os materiais slico-aluminosos possuem alguns requisitos para a fabricao, dos quais so: Atender ao fato de que h um componente estvel no sistema slica alumina em altas temperatura, a mulita, que se forma a partir de 1100C. S ela pode ser o constituinte infusvel indispensvel a constituio do refratrio. Verifica-se que uma fase que propicia a ligao cermica s aparece em temperaturas da ordem de 1590C. Na verdade a existncia de impurezas abaixam consideravelmente o ponto euttico que cai geralmente para 1400C ou menos, conforme as matrias-primas. A Tabela 1 apresenta alguns exemplos de impurezas e seus respectivos efeitos na temperatura de fuso do material slico-aluminoso [8].

Tabela 1: Efeito das impurezas sobre a temperatura inicial de fuso (C)%Al2OSem impurezasTiO2Fe3O4FeOCaOMgOK2ONa2O