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2. MASSAS REFRATÁRIAS SECAS DE ALUMINA - MgO - ESPINÉLIA
FORNOS À INDUÇÃO A CADINHO DE GRANDE PORTE
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3. I OBJETIVO DESTA
APRESENTAÇÃO
Embora no Brasil, ainda não existam muitos FIC, fundindo AÇOS
em cadinhos de grande porte, temos notado que é uma tendência
já observada em muitos países da Europa e Ásia, pelas seguintes
razões:
• flexibilidade do equipamento para produção de peças em aços
de médio e grande porte (10 ton a 40 ton).
• flexibilidade para produção de vários tipos de aços.
• excelente qualidade do metal produzido
• utilização de ferro “esponja”, que proporciona muita escória
• possibilidade de adaptação de plugs capilares ou porosos
para injeção de gases ( argônio/nitrogênio
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4. Todavia alguns gargalos tem se verificado para implementar o
uso destes fornos, um deles é o desenvolvimento de:
• REFRATÁRIO DIMENSIONADO para FIC de grande porte.
⁻ Maior Pressão Ferrostática (> corrosão; > erosão; > pp O2);
⁻ Maximização de Tensões Termo Mecânicas;
⁻ Temperaturas no metal acima de 1.800 °C, alguns casos;
⁻ Alta densidade de potência (Kw/ton de metal);
• FORMAÇÃO DE “CASCA DE CROCODILO” (web of cracks,
pincushion - fig. 2).
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5. II INTRODUÇÃO
As massas refratárias para revestimento de FIC : MVS
(massas vibradas a seco), são produzidas com as seguintes
matérias primas:
• Coríndon: Al2O3-alfa (alumina fundida branca ou marrom,
alumina tabular);
• Magnésia:
MgO (MgO sinterizada, MgO água do mar,
MgO eletrofundida);
• Aditivos;
• Ligantes químicos;
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6. A mistura da alumina com a MgO, permite a formação
“in situ” da fase espinélia MgAl2O4 cuja estrutura cristalina
é cúbica de face centradas distorcida. Esta formação
provoca ligeira expansão no revestimento:
Al2O3 + MgO -> MgAl2O4 (exp.) PF 2.130 °C
900 - 1200 °C (o inicio da cristalização pode variar em
função da pressão parcial de O2).
O reticulado cristalino da espinélia pode absorver de 71
a 78% (em peso) de alumina.
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7. Dois tipos de espinélia são formadas (fig.1):
- espinélia matricial (MA spinel matrix);
- espinélia coronária (Coronal MA spinel);
Obs.: Até agora, a formação coronária não foi vista em
provas de laboratório, somente observada em amostras
provenientes de análise “post morten”de refratário após o
uso.
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8. Fig. 1: Micro foto de amostra da
Fig. 2: Foto mostrando “web
face quente da parede lateral do
cracks” (casca de crocodilo) de FIC
forno.
de 20 Ton.
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9. III ENTENDIMENTO DO MECANISMO DE FORMAÇAO DE
GRETAS CC E IDENTIFICAÇÃO DAS PROPRIEDADES DA
MVS, QUE INTERFEREM NO PROCESSO.
Normalmente estes FIC de grande porte, são projetadas
espessuras de revestimento refratário superiores a 120mm, e
podem ser descritas em trabalho, após SINTERIZAÇÃO como:
ZONA SINTERIZADA (sintered zone) :
10 - 20 mm
ZONA FRITADA (fritted zone) :
20 mm
ZONA C/ PÓ SOUTO (loosening zone) :
80 - 90 mm
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10. Após a formação da CC, o revestimento foi interrompido
após 1/3 da campanha, em função de “spalling”,
lasqueamento de placas de refratário.
Neste momento (1/3 da performance), o revestimento
estava com o seguinte perfil:
PARTE DESGASTADA :
25 mm
ZONA SINTERIZADA:
25 mm
ZONA FRITADA:
40 mm
ZONA COM PÓ SOLTO:
30 mm
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11. Foi avaliado um outro revestimento, após final da campanha o
mesmo apresentou o seguinte perfil:
PARTE DESGASTADA :
50-60 mm
ZONA SINTERIZADA :
30 mm
ZONA FRITADA :
30-40mm
ZONA PÓ SOLTO:
0
No final da campanha, a zona com pó solto estava toda
endurecida. Neste caso foi possível detectar a formação de
espinélia na face fria do revestimento,
mostrando que a
temperatura pode ter chegado a 1000 °C.
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12. PRODUTO NOVO TINHA DE SER
DESENVOLVIDO:
Atendendo os seguintes REQUISITOS:
A. RESISTÊNCIA A CORROSÃO/EROSÃO MAIS ALTA POSSÍVEL
B. ALTA RESISTÊNCIA AO CHOQUE TÉRMICO
C. CAPACIDADE DE SINTERIZAÇÃO MAIS BAIXA POSSÍVEL ,
DEVENDO ACONTECER “APENAS” EM ALTAS TEMPERATURAS
(antagônico aos itens A e B).
OBS.: Com relação ao item “C”, se sinterização não acontecer tal
como descrito, existe um RISCO, que a “ZONA SINTERIZADA”, seja
muito fraca, diminuído a resistência a corrosão e erosão do
revestimento, diminuindo também a capacidade de se regenerar.
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13. Este comportamento está correlacionado com a observação feita, que a
massa tinha um bom aspecto até um certo número de cargas e então
reduziu para uma espessura mínima com poucos carregamento
subseqüentes.
A sinterização envolve um mecanismo de “TRANSPORTE DE MASSA”.
Por isso resolvemos aprofundar estudos nas propriedades inerentes às
movimentações térmicas do revestimento, ou seja:
DILATAÇÃO TÉRMICA SOB CARGA (0,01 N/mm2)
EXPANSÃO TÉRMICA (1 atm)
MASSA ESPECIFICA APARENTE
RESISTÊNCIA MECÂNICA (RCF )
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14. IV ENSAIOS TECNOLÓGICOS PARA NOVOS DESENVOLVIMENTOS
DE MSV : - Al2O3 MgO - Sp
TABELA 1 : Testes de Dilatometria sob Carga a 0,01 N/mm2
QUALIDADE:
A
Temp. de Pré Queima: 1400
D-máx ( %):
0,72
B
1400
0,71
C
A’
1400
1500
0,75
1,00
B’
C’
1500 1500
1,08
A”
1650
B”
C”
1650
1650
1,19
1,05
1,11
1,23
°C
1021
1032
1059
1276
1423 1574
1362
1442
1650
1000
0,72
0,70
0,70
0,81
0,85
0,85
0,84
0,85
0,84
1200
0,48
0,42
0,56
0,95
0,98
1,03
0,99
1,00
1,03
1400
- 1,60
-1,15
-1,02
0,91
1,00
1,08
1,04
1,10
1,14
1500
- 3,37 * -2,21* - 1,92 *
0,69
0,93
1,17
0,99
1,09
1,18
1600
- 4,38 * -3,17 * - 3,04*
-0,21
0,72
1,19
0,72
0,92
1,21 *
1700
-2,53 -0,37* 0,97 *
-0,77
Análise dos resultados: ( A ) MVS – utilizada ; (B) e (C) MVS – novos produtos
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-0,06
1,27 *

15. ANÁLISE DOS RESULTADOS:
( A ) MVS – utilizada ; (B) e (C) MVS – novos produtos
a) Para cps pré sinterizados a 1400 e 1500, as deformações máximas (D máx)
foram similares, mas em temperaturas diferentes.
b) Para cps pré sinterizados a 1500 C e 1650 as retrações são relativamente
pequenas para os novos produtos, com pequena expansão para o produto novo
“C”.
c) Para cps, notar que para baixa temperatura de sinterização ( 1400 C), temos
retrações expressivas ( > 3% ) para temperaturas de 1500 C , para o produto
utilizado. Esta condição, trás consideráveis contrações nas capas traseiras da
MVS utilizada.
d) Foi observado após “análise post morten”, que no uso do material A,
apareciam gretas na parte traseira da MVS, além da formação de vazios (gaps),
com penetração e deposição de metal.
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16. “A SINTERIZAÇÃO é um mecanismo de transporte de massa (aglomeração de
partículas, redução da superfície especifica) que depende da TEMPERATURA E
DO TEMPO DE EXPOSIÇÃO AO CALOR “.
Depois da sinterização, ocorre uma acomodação visco - elástica da capa de
trabalho. Esta face quente em contato com o metal, adquire características
metamórficas após interação com o metal e escória liquida. Entretanto, as capas
traseiras mantém características do refratário original, mantendo a fragilidade e a
rigidez, típica dos materiais cerâmicos.
Com o passar do tempo de uso, o produto A foi contraindo em sua capa
traseira gerando um “gap” entre a face de trabalho e a “zona fritada”. Com a
pressão Ferrostática exercida pelo metal líquido (que é maior em fornos de maior
tamanho), a camada sinterizada se rompe formando gretas em malha (cascas de
crocodilo), tal como acontece quando pisamos num revestimento, onde a falhas
de preenchimento com argamassa, gerando trincas.
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17. Os Valores Tecnológicos para os produtos A,B e C, foram colocados na tabela abaixo:
Tabela 2 - VALORES TECNOLÓGICOS
CP
MEA (antes da queima)
MEA ( após queima )
Expansão (%)
CCS ( N/mm2)
1.500 °C
A
2,96
2,78
1,02
14,9
B
2,92
2,74
2,20
13,7
C
2,94
2,56
3,92
4,6
1.600 °C
A
2,95
2,74
1,65
16,1
B
2,93
2,71
3,11
14,8
C
2,94
2,48
4,27
5,9
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18. ANÁLISE DOS RESULTADOS:
a) A MVS
“A“ e “B” possuem melhores valores para densidade após
queima (1500 e 1600 °C). Os altos valores de expansão (VLD variação linear permanente) para a composição C, diminuem e a MEA
e também CCS (resistência a compressão).
a) Os melhores valores para CCS e VLD, têm um efeito benéfico para a
vida do revestimento da MVS. Melhora a resistência a erosão e
diminui a tendência a formação de trincas.
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19. V CONCLUSÕES
Após várias observações e análise “post morten”, na MSV, foi possível
comprovar a micro-estrutura da figura 1.
Os ensaios realizados, com relação a dilatação térmica sob carga, mostrou
que uma boa refratariedade é fundamental para diminuir a retração de
sinterização, afim de evitar contrações excessivas nas capas traseiras.
Os valores tecnológicos, encontrados para o novo desenvolvimento, MVS-B,
são especialmente ditados,
pelo comportamento de expansão térmica,
retração de sinterização (shrinkage) e resistência mecânica.
A amostra MVS-B, foi a base do conceito das novas formulações, para
revestimento de FIC de grande porte. Este novo conceito está propiciando um
aumento expressivo de performance do revestimento, cuja vida útil era
severamente afetada pela formação de redes de trincas (cascas de crocodilo).
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20. REVESTIMENTO DE TRABALHO: INSETAG 86 BF
INSEPLAST90P
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21. REPARO DE BICA COM INSEPLAST-90PF
INSEPLAST 90
PF
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22. TEMPO DE VIDA ESTIMADO DO REFRATÁRIO
PARA AÇOS CARBONO
CAPACIDADE FORNO: 10 tons a 25 tons
TEMPO DE VIDA: 55 a70 campanhas 24 horas trabalho
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23. Consumo de refratário por tonelada de metal.
• Quantidade de INSETAG 86 BF: 6 ton de refratários para
revestimento completo do forno (14-16 tons )
• Vida: 60 corridas
840 tons de metal
• Consumo: 7,14 kg refratário/ton aço
• Reparos (3,5 tons de refratários)
• Vida: 50 campanhas
700 tons de metal
• Consumo Específico: 5 kg refratário/ton aço
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24. PIRACICABA, 05 DE JUNHO DE 2012
PALESTRANTE: EDISON DOMINGOS VITTI
INSERTEC DEDINI LTDA
Rod. Piracicaba – Rio Claro KM 5
Piracicaba – SP
Tel: 19 3421-3019 / Fax: 19 3413-3572
E-mail: insertec@dedini.com.br
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