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MASSAS REFRATÁRIAS SECAS DE ALUMINA - MgO - ESPINÉLIA FORNOS À INDUÇÃO A CADINHO DE GRANDE PORTE

I OBJETIVO DESTA APRESENTAÇÃO

Embora no Brasil, ainda não existam muitos FIC, fundindo AÇOSem cadinhos de grande porte, temos notado que é uma tendênciajá observada em muitos países da Europa e Ásia, pelas seguintesrazões:

• flexibilidade do equipamento para produção de peças em açosde médio e grande porte (10 ton a 40 ton).

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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 porosospara injeção de gases ( argônio/nitrogênio

Todavia alguns gargalos tem se verificado para implementar ouso 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;

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⁻ 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).

II INTRODUÇÃO

As massas refratárias para revestimento de FIC : MVS(massas vibradas a seco), são produzidas com as seguintesmatérias primas:

•Coríndon: Al2O3-alfa (alumina fundida branca ou marrom,

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alumina tabular);

•Magnésia: MgO (MgO sinterizada, MgO água do mar,

MgO eletrofundida);

•Aditivos;•Ligantes químicos;

A mistura da alumina com a MgO, permite a formação“in situ” da fase espinélia MgAl2O4 cuja estrutura cristalinaé cúbica de face centradas distorcida. Esta formaçãoprovoca ligeira expansão no revestimento:

Al O + MgO -> MgAl O (exp.) PF 2.130 °C

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Al2O3 + MgO -> MgAl2O4 (exp.) PF 2.130 °C

900 - 1200 °C (o inicio da cristalização pode variar emfunção da pressão parcial de O2).

O reticulado cristalino da espinélia pode absorver de 71a 78% (em peso) de alumina.

Dois tipos de espinélia são formadas (fig.1):

- espinélia matricial (MA spinel matrix);

- espinélia coronária (Coronal MA spinel);

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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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Fig. 1: Micro foto de amostra da

face quente da parede lateral do

forno.

Fig. 2: Foto mostrando “web

cracks” (casca de crocodilo) de FIC

de 20 Ton.

III ENTENDIMENTO DO MECANISMO DE FORMAÇAO DEGRETAS CC E IDENTIFICAÇÃO DAS PROPRIEDADES DAMVS, QUE INTERFEREM NO PROCESSO.

Normalmente estes FIC de grande porte, são projetadasespessuras de revestimento refratário superiores a 120mm, epodem ser descritas em trabalho, após SINTERIZAÇÃO como:

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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

Após a formação da CC, o revestimento foi interrompidoapós 1/3 da campanha, em função de “spalling”,lasqueamento de placas de refratário.

Neste momento (1/3 da performance), o revestimentoestava com o seguinte perfil:

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estava com o seguinte perfil:

PARTE DESGASTADA : 25 mm

ZONA SINTERIZADA: 25 mm

ZONA FRITADA: 40 mm

ZONA COM PÓ SOLTO: 30 mm

Foi avaliado um outro revestimento, após final da campanha omesmo apresentou o seguinte perfil:

PARTE DESGASTADA : 50-60 mm

ZONA SINTERIZADA : 30 mm

ZONA FRITADA : 30-40mm

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ZONA FRITADA : 30-40mm

ZONA PÓ SOLTO: 0

No final da campanha, a zona com pó solto estava todaendurecida. Neste caso foi possível detectar a formação deespinélia na face fria do revestimento, mostrando que atemperatura pode ter chegado a 1000 °C.

Atendendo os seguintes REQUISITOS:

A. RESISTÊNCIAA CORROSÃO/EROSÃO MAIS ALTA POSSÍVEL

B. ALTA RESISTÊNCIAAO CHOQUE TÉRMICO

C. CAPACIDADE DE SINTERIZAÇÃO MAIS BAIXA POSSÍVEL ,

DEVENDO ACONTECER “APENAS” EM ALTAS TEMPERATURAS

PRODUTO NOVO TINHA DE SER DESENVOLVIDO:

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DEVENDO ACONTECER “APENAS” EM ALTAS TEMPERATURAS

(antagônico aos itens A e B).

OBS.: Com relação ao item “C”, se sinterização não acontecer talcomo descrito, existe um RISCO, que a “ZONA SINTERIZADA”, sejamuito fraca, diminuído a resistência a corrosão e erosão dorevestimento, diminuindo também a capacidade de se regenerar.

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”.

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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 )

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 B C A’ B’ C’ A” B” C”

Temp. de Pré Queima: 1400 1400 1400 1500 1500 1500 1650 1650 1650

D-máx ( %): 0,72 0,71 0,75 1,00 1,08 1,19 1,05 1,11 1,23

°C 1021 1032 1059 1276 1423 1574 1362 1442 1650

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°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 -0,06 1,27 *

Análise dos resultados: ( A ) MVS – utilizada ; (B) e (C) MVS – novos produtos

( 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”.

ANÁLISE DOS RESULTADOS:

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“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.

“A SINTERIZAÇÃO é um mecanismo de transporte de massa (aglomeração departículas, redução da superfície especifica) que depende da TEMPERATURA EDO TEMPO DE EXPOSIÇÃO AO CALOR “.

Depois da sinterização, ocorre uma acomodação visco - elástica da capa detrabalho. Esta face quente em contato com o metal, adquire característicasmetamórficas após interação com o metal e escória liquida. Entretanto, as capastraseiras mantém características do refratário original, mantendo a fragilidade e a

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traseiras mantém características do refratário original, mantendo a fragilidade e arigidez, típica dos materiais cerâmicos.

Com o passar do tempo de uso, o produto A foi contraindo em sua capatraseira gerando um “gap” entre a face de trabalho e a “zona fritada”. Com apressão Ferrostática exercida pelo metal líquido (que é maior em fornos de maiortamanho), a camada sinterizada se rompe formando gretas em malha (cascas decrocodilo), tal como acontece quando pisamos num revestimento, onde a falhasde preenchimento com argamassa, gerando trincas.

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

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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

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).

ANÁLISE DOS RESULTADOS:

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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.

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.

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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).

REVESTIMENTO DE TRABALHO: INSETAG 86 BF

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INSEPLAST-90P

REPARO DE BICA COM INSEPLAST-90PF

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INSEPLAST 90 PF

TEMPO DE VIDA ESTIMADO DO REFRATÁRIO

PARA AÇOS CARBONO

CAPACIDADE FORNO: 10 tons a 25 tons

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CAPACIDADE FORNO: 10 tons a 25 tons

TEMPO DE VIDA: 55 a70 campanhas 24 horas trabalho

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

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• 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

PIRACICABA, 05 DE JUNHO DE 2012

PALESTRANTE: EDISON DOMINGOS VITTI

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PALESTRANTE: EDISON DOMINGOS VITTI

INSERTEC DEDINI LTDARod. Piracicaba – Rio Claro KM 5

Piracicaba – SPTel: 19 3421-3019 / Fax: 19 3413-3572

E-mail: insertec@dedini.com.br