Tijolos refratários prensados vs moldados

Tijolos refratários prensados versus moldados: qual é a diferença?

Tão crucial quanto entender o material refratário em si é como ele é formado. O fundidor moderno precisa selecionar o refratário certo - tanto material quanto forma - para o trabalho certo para garantir um processo ideal.

Introdução

Refratário Os tijolos são alguns dos materiais de isolamento térmico mais utilizados na indústria atualmente. Fornecendo proteção valiosa de ferramentas, invólucros e máquinas contra o excesso de calor necessário para um processo de fabricação. Os tijolos são a forma lógica, pois podem ser empilhados e colados para formar praticamente qualquer estrutura, seja para forrar um forno, forno ou um tundish. As opções amplamente utilizadas de material refratário que compõe os tijolos incluem alumina, sílica e cromita. O desempenho desses tijolos depende de inúmeros fatores, incluindo, mas não limitado a, composição química, porosidade e estabilidade térmica. Os tijolos refratários são exemplos de refratários "moldados". (1,2,3) Os tijolos refratários também são conhecidos como tijolos de fogo. Se um tijolo refratário é básico, neutro ou ácido é um aspeto fundamental na adaptação de um tijolo a uma aplicação específica, entre outros aspetos.

Ao considerar um tipo ou forma de material ou tijolo, o fundidor moderno precisa considerar muitos fatores. Estes incluem, mas não estão limitados a, força física, capacidade térmica, resistência ao ataque químico, uniformidade, resistência ao encolhimento ou expansão, propriedades de spalling e quão bom é um isolante o refratário. A resistência química e as propriedades de spalling tendem a estar mais relacionadas com a identidade do refratário do que com o facto de este ter sido formado num tijolo através de prensagem ou moldagem, com o processo de formação a ter um efeito mais significativo sobre os outros fatores.

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Métodos típicos de produção

Tijolos refratários prensados

A prensagem de tijolos refratários é uma ideia simples. Em termos básicos, o material refratário é produzido e antes de ter a chance de ser curado (ou é curado pela aplicação de calor), é forçado através de um guia em um processo semelhante à extrusão, ou é cortado em um processo como um cortador de biscoitos. Estes métodos podem empregar alta pressão ou prensagem hidráulica para alcançar o resultado final. O método de prensagem originou-se porque a conformação manual dos materiais isolantes era árdua e dispendiosa(4).

Existem várias características que devem ser alcançadas para garantir um determinado material de tijolo bem adequado ao método de prensagem, como na tabela abaixo(5):

Qualidade	Detalhes
Humidade	Pode variar de cerca de 6 a 12% de água em massa. A máquina adiciona água necessária para a prensagem, pelo que não é necessário utilizar argila fresca húmida.
Tamanho da moagem	A dimensão das partículas que entram no equipamento de prensagem a seco deve ser tão consistente quanto possível. O tamanho da moagem é especificado exatamente pelo equipamento, mas historicamente as argilas com tamanho de moagem de 11 a 35 malhas eram as mais usadas.

Existem, em termos gerais, dois métodos principais de prensagem: prensagem a seco e prensagem a quente.

Vantagens do método de prensagem

O método de prensagem é amplamente creditado com melhorias na produção de tijolos de material refratário, particularmente no que diz respeito a(6):

Velocidade e automação
Uniformidade
Custo
Vida útil do material
Facilidade

Aplicações mais modernas do método de prensagem afirmam que o processo é ainda mais eficiente devido à redução de resíduos e sistemas de recuperação do excesso de material, reciclando-os de volta ao processo de fabricação(7). O método de prensagem não requer qualquer aquecimento externo e o processo é conduzido usando pressão hidráulica, cuja potência é tipicamente derivada da eletricidade. Pressionar é, portanto, uma escolha ambientalmente adequada.

Em comparação com os métodos convencionais de conformação de tijolos de argila, o spalling é reduzido em 35% e a mudança de volume após a queima é reduzida em 45% e a porosidade é maior em quase metade(8).

Prensagem a seco

A prensagem a seco prossegue à temperatura ambiente e utiliza carneiros hidráulicos para forçar materiais refratários num molde centrado numa mesa, contendo cavidades. O molde é alimentado a partir de uma caixa de carregador localizada acima ou ao lado, o que garante que o material é corretamente misturado e composto.

A função da caixa do carregador é essencial para a função, pois sem a homogeneidade proporcionada pela mistura precisa e eficiente da caixa, o enchimento dos moldes será ineficiente e, portanto, o processo geral de fundição fica comprometido.

Quando a pressão é aplicada, é crucial que seja aplicada uniformemente. Pressões superiores a 300 a 450 bar são frequentemente usadas. A «fissura sob pressão» é um fenómeno na moldagem por prensagem a alta pressão em que elevados níveis de plasticidade no material provocam a sua divisão após a aplicação de pressão - embora a adição de pequenas quantidades de material calcinado e/ou grog possa atenuar esta situação, tal como uma aplicação mais longa (embora mais lenta) da pressão. O melhor tijolo refratário produzido por este método é aquele feito na mais alta pressão.

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Prensagem a quente

A prensagem a quente é um processo patenteado desenvolvido originalmente pela Union Carbide (agora Dow Chemical Company), para tijolos refratários com maior teor de carbono usando vários aglutinantes orgânicos. A mistura é combinada como no processo de prensagem a frio, mas quando atinge o molde é pressurizada (como antes) e, posteriormente, tem uma corrente elétrica passada através dele. Este aumento da temperatura e da pressão provoca rapidamente a volatilização dos aglutinantes. Os compostos orgânicos agora gasosos são presos pela prensa hidráulica e os poros que se formam em torno deles são completamente fechados pela pressão. Isso cria um refratário impermeável rico em carbono que é cerca de 100 vezes menos permeável do que se o mesmo tijolo tivesse sido feito usando moldagem convencional e, em seguida, regimes de cozimento. Outra vantagem é que os refratários ricos em carbono prensados a quente superam ligeiramente os convencionais, por terem uma temperatura de serviço 200 °C mais alta(9).

Tijolos refratários moldados

O método moldado é uma progressão lógica dos tijolos moldados à mão, semelhante à produção tradicional de tijolos de barro. A moldagem é o outro método contemporâneo popular para formar materiais refratários. Também descritos como "concretos refratários", estes materiais formam-se quando o material refratário pré-curado é vertido para algum tipo de molde com a forma e o tamanho desejados do produto final, onde o material refratário pode curar in situ e é removido numa fase posterior(10). Dependendo da identidade do molde, ele pode ser reutilizado ou descartado após o uso. Naturalmente, a reutilização é preferida tanto do ponto de vista económico como ambiental. O método moldado é fundamental na produção de refratários monolíticos, ou seja, aqueles que são de construção contínua de peça única, particularmente desejados para as aplicações de maior demanda de desempenho.

Resumidamente, o processo prossegue através da colocação do material refratário uniformemente misturado em um molde que é tipicamente feito de aço. O material é deixado para cura no molde por longos períodos de tempo, sendo comum um mínimo de 24 horas(11). Após a liberação do molde, o material é queimado como se fosse qualquer outro tipo de material refratário. Curiosamente, a temperatura e a atmosfera podem ser controladas em torno do molde, o que significa que propriedades como a humidade podem ser moduladas para permitir determinados resultados finais(12).

Vantagens e desvantagens do método moldado

O método moldado é amplamente tolerante à mais ampla gama de materiais, porosidades e teor de umidade. Devido à falta de exigência de pressão, o método moldado é mais simples em termos de construção e operação - e, portanto, tem um custo mais baixo. Além disso, os moldes podem ser construídos em praticamente qualquer forma e tamanho e podem ser reutilizados(14). No entanto, devido à falta de forças externas, o método moldado leva mais tempo do que o método prensado.

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Qual é o mais adequado?

Tanto os refratários prensados como os moldados têm as suas vantagens e, por isso, naturalmente, o caso de uso específico precisa de ser considerado, juntamente com quaisquer exigências colocadas à produção pelos recursos disponíveis, a necessidade de automatização, etc. A vantagem comum a ambos os métodos é a velocidade relativa em comparação com a fabricação manual de tijolos e a forma, tamanho e acabamento consistentes(13).

Deve-se notar que a formação da forma - por prensagem ou moldagem - é apenas parte da conversa em torno da seleção e conceção de um refratário. A forma como o material é curado é igualmente importante, ou seja, a que temperatura e durante quanto tempo. Além disso, a prensagem e moldagem está principalmente preocupada com a produção de tijolos, incluindo monólitos - e apenas parte da história para pastas refratárias e outros produtos compostos.

Resumo

Os tijolos refratários são blocos de materiais cerâmicos ou cerâmicos altamente resistentes termicamente, constituídos principalmente por materiais refratários, como sílica ou cromita
Estes tijolos encontram ampla utilização na indústria, desde forros tundish em fundição contínua até tijolos de fogo para fornos
Os tijolos são feitos principalmente através de um método moldado ou prensado, dependendo do resultado desejado do tijolo refratário
Ambos os métodos de produção têm vantagens significativas sobre a formação manual, especialmente em termos de velocidade e consistência, com o processo de prensagem sendo mais rápido
Pressão hidráulica usada para comprimir o material de tijolo não curado em um molde, que é posteriormente queimado. As vantagens incluem velocidade, uniformidade e melhores propriedades de porosidade. A prensagem a quente é um subconjunto, que é em grande parte proprietário na natureza e uso
O processo de moldagem é eficaz e fiável, embora mais lento do que o método de prensagem. É amplamente tolerante a muitos materiais

Referências

1 W. E. Lee e W. M. Rainforth, Ceramic Microstructures - Property Control by Processing, Chapman and Hall, Londres, 1994

2 K. Matusmoto, A quimioterapia. Abst., 1963, 59, 3626

3 T. R. Lyman e W. J. Rees, Trans, trans. O Ceram. Soc., 1937, 36, 110
4 F. C. Steimke, Tese de Licenciatura, University of Missouri School of Mines, 1941

5 US Patent US1911152, 1929

6 E. Agar, J. Am. O Ceram. O Soc., 1925, 8. 122

7 China Patent CN2312120Y, 1996

8 J. H. Kruson e C. A. Smith, J. Am. O Ceram. O Soc., 1925, 8, 829

9 C. Schacht (ed), Refractories Handbook, CRC Press, Boca Raton, Estados Unidos da América, 2004

10 A. M. Garbers-Craig, J. S. Afr. Inst. Metalúrgica Mineira., 2008, 108, 491

11 W. N. Dos Santos, J. Eur. O Ceram. O Soc., 2003, 23, 745
12 A. V. Gropyanov, Refratar. e Indust. O Ceram., 2009, 50, 198

14 J. McMeekan, J. Inst. Engenheiros, 1920, 1, 380

13 J. D. Gilchrist (ed.), Fuels Furnaces and Refractories, Pergamon, Oxford, 1977.

Tijolos refratários prensados versus moldados: qual é a diferença?

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