Materiais cerâmicos refratários desempenham um papel fundamental na maioria (senão em todas) das indústrias de processamento de alta temperatura. Eles demonstram incrível resistência térmica e longevidade. Muitos setores agora aproveitam sua capacidade de suportar altas temperaturas sem deformar ou amolecer. As indústrias, portanto, têm uma ligação entre técnicas avançadas de processamento e novos materiais, o que é crucial para a criação de soluções de fabricação escaláveis.
Este artigo aborda tudo sobre esses materiais futuristas, incluindo seu papel fundamental em diferentes setores econômicos.
Vamos começar com o básico!
O que é um material cerâmico refratário?
"Cerâmica" deriva da antiga palavra grega "Keramos", que significa coisas queimadas. "Keramos" referia-se a itens feitos de materiais naturais que resistiram a temperaturas extremas. Amplamente utilizada atualmente, a cerâmica descreve materiais inorgânicos e não metálicos usados ou processados sob condições de alta temperatura.
Em sua essência, um material refratário é um material que demonstra alta rigidez, resiliência e pureza em condições de temperaturas extremamente altas. É usado para conter ou transferir calor. Também pode ser usado para proteger contra processos e reações químicas de alta temperatura.
A capacidade dos materiais refratários de permanecerem quimicamente inertes em tais processos e mecanicamente estáveis é explorada na fabricação de metais líquidos e ligas.
No processamento de vidro, os refratários retêm calor e protegem o produto de vidro da contaminação química. As empresas fabricantes de cimento os utilizam para proteger suas siderúrgicas do calor e de reações químicas. Além disso, produtos refratários podem ser usados para transferir calor em altos-fornos.
Materiais refratários normalmente resistem a ambientes altamente gasosos e de alta temperatura para facilitar a fabricação de outros produtos. Eles podem ser porosos ou não porosos. Dependendo do nível de cristalinidade, as cerâmicas refratárias são classificadas como compósitas, amorfas, cristalinas ou policristalinas.
Químicos e físicos manipulam elementos como zircônio, silício, magnésio, boro e cálcio para atender a diferentes necessidades da indústria. Os elementos são combinados com carbonetos, óxidos ou nitretos para formar materiais altamente resistentes, anticorrosivos e termicamente resistentes.
Por exemplo, óxido de zircônio (zircônia) e carboneto de silício são dois materiais refratários de alta qualidade que permanecem rígidos em temperaturas extremamente altas. Compostos binários como nitreto de boro, carboneto de tungstênio e carboneto de háfnio são muito refratários, com ponto de fusão deste último a 3.890 °C.
Alguns desses compostos podem suportar temperaturas severas, mas podem queimar quando expostos a atmosferas de oxigênio. Outros, como o dissilicieto de molibdênio, são adequados para uso como elementos de aquecimento, enquanto outros são usados como materiais de revestimento refratário.
O Processo de Fabricação de Cerâmicas Refratárias
Geralmente, um material refratário deve suportar altas temperaturas não inferiores a 538°C (1.000°F). Eles devem demonstrar alta resistência mecânica com alta resistência à abrasão. Para sobreviver a atmosferas extremamente corrosivas, devem ser resistentes a agentes químicos, mesmo em temperaturas severas. Dessa forma, oferecerão proteção e revestimento de superfície eficientes aos equipamentos de fabricação.
Esses materiais são fabricados sob condições extremas. A argila refratária, formada por até 87,5% de alumina e silicatos hidratados de alumínio, é utilizada para formar materiais refratários de argila. Devido às diversas necessidades da indústria, diferentes minerais de argila, como argila plástica, argila comum, bentonita e caulim, podem ser utilizados.
Até 87% de alumina, cromita, magnesita, carboneto de silício, sílica e outros materiais não argilosos, incluindo zircão, são usados para produzir materiais refratários não argilosos.
Os produtos refratários cerâmicos variam de tijolos refratários tradicionais de alta queima a refratários monolíticos ensacados, passando por produtos de acabamento avançados, complexos e modernos. Os componentes de acabamento modernos incluem fornos de resistência a barras, fornos de indução de canal, fornos sem núcleo, fornos reverberatórios, perfis de impacto, etc.
Os componentes pré-formados, chamados tijolos e formas, formam excelentes pisos, paredes e arcos para diferentes equipamentos de alta temperatura. Os componentes não formados formam estruturas internas monolíticas. Incluem argamassas refratárias para tijolos, concretos, plásticos, misturas para projeção, etc.
Processos de Fabricação de Refratários
Como mencionamos anteriormente, cerâmicas industriais são usadas em todos os processos de alta temperatura. Por exemplo, um veículo utiliza diferentes tipos de materiais, como plástico, vidro e aço, todos fabricados em temperaturas severas. O aço é feito de ferro por meio de processos específicos, sendo fundido em um cadinho a temperaturas acima de 2000 °C.
Os revestimentos internos do cadinho de aquecimento são revestidos com materiais cerâmicos para evitar que derreta ou se desgaste rapidamente. Veja como esses produtos maravilhosos são fabricados:
1Processamento de matéria-prima
Esta etapa envolve a preparação das matérias-primas para garantir que estejam no tamanho, formato e quantidade desejados. As matérias-primas são trituradas e moídas antes da calcinação e secagem. Dependendo da preferência do cliente, as matérias-primas podem ser misturadas a seco com compostos químicos e minerais antes da embalagem e do envio. Isso facilita as etapas subsequentes.
2Formação
Às vezes, as matérias-primas vêm como produtos separados, em vez de pré-misturadas. É quando o fabricante as mistura, secas ou úmidas.
3 Disparos
A etapa envolve submeter o material a temperaturas extremas no forno túnel para formar as fortes ligações cerâmicas que caracterizam os materiais refratários. O material solto é então transferido para um ligante antes da moldagem.
4Processamento Final
O material passará por expansão térmica, após o que será fresado, moído e jateado para obter o tamanho e o formato perfeitos. Dependendo das necessidades da indústria, o produto final poderá ser impregnado com alcatrão e piche antes do envase.
Tipos de materiais refratários
Os tipos mais comuns de materiais refratários cerâmicos são monolíticos, argila refratária, alta alumina, zircônia, cromita, magnesitae sílica. No entanto, sua categorização depende de sua composição química, método de fabricação e temperatura de fusão:
1Composição Química
Cerâmicas refratárias nesta categoria são compostos monocomponentes ou multicomponentes com elementos inorgânicos e não metálicos.
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Materiais refratários ácidos: Utilizado em escórias e atmosferas ácidas. Sílica, zircônia e sílica alumina são os materiais básicos utilizados. Os principais refratários incluem argila refratária, quartzo, e sílica.
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Materiais refratários básicos: Utilizado em condições básicas e não ácidas. MgO, CaO, magnesita de cromo e dolomita são as matérias-primas. Materiais típicos combinam elementos de magnesita calcinada a seco, minérios de cromo e dolomita.
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Materiais refratários neutros: Utilizado em condições não básicas e não ácidas. As matérias-primas incluem óxidos de alumínio e crômio (Al2O3 e Cr2O3).
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Materiais refratários de zircônia: O óxido de zircônio (ZrO₂) é a principal matéria-prima. Caracteriza-se por alta resistência à temperatura, alta estabilidade volumétrica e alta refratariedade.
2Método de fabricação
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Refratários queimados: Trata-se de cerâmicas industriais que utilizam matérias-primas em pó ou granulares que são moldadas, amassadas e secas. Em seguida, são queimadas em temperaturas altíssimas. Exemplos incluem tijolos com alto teor de alumina, sílica e argila refratária.
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Refratários não queimados: Utilize materiais refratários granulares e em pó diretamente, sem queima.
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Refratários funcionais: São materiais cerâmicos que utilizam matérias-primas em pó ou granuladas para atender a requisitos específicos de forma e fundição. Podem ser cozidos ou não.
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Refratários monolíticos: As matérias-primas podem ser granulares ou em pó e não são queimadas em temperaturas muito altas. As matérias-primas também são utilizadas logo após a mistura e a grelha.
3Temperatura de fusão
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Materiais refratários normais: A temperatura de fusão varia entre 1580-1780°C. Ex.: Argila refratária
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Materiais altamente refratários: A temperatura de fusão varia entre 1780-2000°C. Ex.: cromita
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Materiais super refratários: Possuem temperatura de fusão acima de 2000°C. Ex.: zircônia
Perguntas frequentes sobre materiais refratários cerâmicos
1Quais são as propriedades mais desejadas de um material refratário?
Um material refratário deve ter alta resistência térmica para suportar temperaturas severas, alta resistência à oxidação e ataques químicos.
2Os materiais cerâmicos refratários são bons condutores elétricos?
Um material refratário típico resiste ou inibe o fluxo de correntes elétricas através dele. Por isso, são usados como bons isolantes térmicos e elétricos. No entanto, alguns materiais, como carboneto de silício, carboneto de boro e subóxido de titânio, conduzem eletricidade.
3A argila pode se deformar em altas temperaturas de queima?
Sim. A argila requer temperaturas não muito altas nem muito baixas durante a queima no forno. Caso contrário, ela pode se deformar ou derreter, causando o escoamento do esmalte. Se queimadas em temperaturas mais baixas do que o necessário, os produtos podem ficar secos e moles demais para serem usados.
4Quanto tempo os materiais refratários duram em uso?
Isso é subjetivo, dependendo do tipo de indústria em que o material é utilizado. Por exemplo, indústrias de fabricação de vidro podem usar um material cerâmico por até 10 anos. Já as siderúrgicas podem precisar substituir seus revestimentos de superfície a cada poucas semanas.
5Qual é a composição da argila resistente ao calor?
As principais matérias-primas da argila refratária são alumina e sílica. Os compostos são misturados com aditivos e outros ingredientes que contribuem para a refratariedade do material.
6Os materiais refratários usados em um cadinho podem ser reciclados?
Sim. Materiais cerâmicos refratários que já foram submetidos a calor extremo podem ser reutilizados para revestimento de superfícies ou outras necessidades industriais.
7Quais são as aplicações industriais dos materiais cerâmicos?
Cerâmicas refratárias são usadas nas indústrias de fabricação de vidro, plástico e aço, metalurgia, altos-fornos e outras empresas de fabricação de alta temperatura.
8Onde posso comprar um saco de argila refratária perto de mim?
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