Os principais materiais refratários e ligas metálicas em metalurgia

Em uma usina de aço ou em um forno de vidro, o revestimento refratário é a diferença entre uma semana de produção e um ano. Já vi fábricas perderem milhões por terem escolhido o tijolo errado.

Cinco materiais dominam as aplicações metalúrgicas: magnésia, sílica, alumina, cromo e zircônia. Cada um deles tem uma função específica. Cada um também tem um ponto fraco específico.

Em poucas palavras

A química da escória lhe diz a maior parte do que você precisa saber. A magnésia lida com a escória alcalina. A sílica lida com a escória ácida. A alumina é a opção de uso geral para condições mistas ou desconhecidas. Se o choque térmico estiver rachando seu forno, vale a pena dar uma olhada no cromo. E se nada mais durar o suficiente, a zircônia custará mais no início, mas pode prolongar a vida útil da sua campanha por anos.

Cinco refratários em um relance

Magnésia

A magnésia é o padrão para escória alcalina. A escória de siderurgia é rica em óxido de cálcio e óxido de magnésio - ambos alcalinos - e o tijolo de magnésia resiste a eles. Ele pode ser encontrado em fornos básicos de oxigênio, telhados de fornos elétricos a arco e panelas de aço. Sua refratariedade ultrapassa 2.800°C; poucos materiais são mais quentes.

Mas a magnésia tem dois pontos fracos. Primeiro, ela tem baixa resistência a choques térmicos - mudanças rápidas de temperatura causam fragmentação e pedaços de tijolos caem. Segundo, ela se hidrata, portanto, armazene o tijolo de magnésia em um local seco ou ele se transformará em pó. Já vi uma usina siderúrgica perder todo o revestimento de uma panela porque alguém deixou os tijolos do lado de fora durante a noite. A chuva os arruinou.

Sílica

O tijolo de sílica é a opção para escória ácida. Fornos de vidro e fornos de coque lidam com ambientes ricos em dióxido de silício, e o tijolo de sílica se encaixa perfeitamente. Sua principal vantagem é a estabilidade do volume em altas temperaturas. Ao contrário de outros refratários que se expandem e se contraem, o tijolo de sílica mantém sua forma perto de seu ponto de fusão. É por isso que as coroas do forno de vidro - o teto do forno - são quase sempre de sílica.

Não use tijolos de sílica contra escória alcalina. Ele reagirá e falhará rapidamente. Já vi uma equipe de manutenção instalar tijolos de sílica em uma concha de aço; eles duraram apenas um aquecimento.

Alumina

A alumina é generalista. O alto teor de alumina - normalmente de 70% a 99% - proporciona boa força, boa resistência à abrasão e estabilidade química decente. Você a encontrará em altos-fornos, fornos de jateamento a quente, revestimentos de tundish e como fundível para reparos. Ele não é excelente em nenhum aspecto, mas funciona na maioria das aplicações.

Um teor mais alto de alumina significa melhor desempenho e custo mais alto. Já vi fábricas especificarem 99% de alumina para uma zona onde 80% teria durado o mesmo tempo. Combine o grau com o desgaste, não com uma folha de especificações.

Cromo

Os refratários que contêm cromo são para as piores condições. Gaseificadores, fundições de metais não ferrosos e incineradores de resíduos perigosos criam escória que corrói a maioria dos materiais. O tijolo de cromo resiste à escória ácida e básica e lida melhor com o choque térmico do que a magnésia. Se o seu forno muda de temperatura diariamente, vale a pena considerar o cromo.

O problema é ambiental. O cromo pode conter cromo hexavalente - Cr(VI) - um conhecido agente cancerígeno. As normas de manuseio e descarte são rigorosas. Algumas fábricas evitam totalmente o cromo por esse motivo. Outras aceitam o risco porque nada mais funciona.

Zircônia

A zircônia é a melhor opção. Ela tem a melhor resistência ao choque térmico de todos os refratários e também resiste ao ataque de derretimento do vidro, o que a torna o padrão para eletrodos de fornos de vidro e revestimentos de garganta.

A zircônia é cara - geralmente de cinco a dez vezes o custo da magnésia ou da alumina - e é difícil de usinar. Porém, na aplicação correta, ela supera outros materiais em anos. Vi uma fábrica de vidro mudar de alumina para zircônia para um revestimento de garganta crítico. O revestimento de alumina durou seis meses; o revestimento de zircônia ainda estava funcionando depois de cinco anos.

Como escolher

Comece com a química da escória. Esse é o erro mais comum que vejo.

Em seguida, considere o choque térmico. Se o seu forno muda de temperatura diariamente, dê prioridade ao cromo ou à zircônia. Se o funcionamento for constante, a magnésia ou a sílica funcionarão bem.

Por fim, considere o orçamento. A sílica e a alumina de baixa qualidade são as mais baratas. A magnésia é moderada. O cromo e a zircônia são caros, mas duram mais e reduzem o tempo de inatividade.

O que especificar ao fazer o pedido

Pedidos completos são cotados rapidamente. As incompletas não recebem resposta.

Inclua estes cinco itens:

1. Material - magnésia, sílica, alumina, cromo ou zircônia
2. Temperatura da aplicação - temperatura de pico e frequência dos ciclos
3. Química da escória - ácida, alcalina ou desconhecida
4. Forma - desenho em forma de tijolo ou fundível com volume
5. Quantidade - peças ou toneladas

Bom pedido:

"Tijolo de magnésia, pico de 2.800°C, escória alcalina de conversor de aço, desenho anexado, quantidade de 500 peças."

Solicitação ruim:

"Favor cotar tijolo refratário".

A primeira solicitação inclui tudo o que é necessário para fornecer uma cotação. A segunda está faltando tantas informações que provavelmente será ignorada.

Resumindo

A química da escória determina tudo. Se isso estiver errado, nada mais importa.

Magnésia para alcalina. Sílica para ácidos. Alumina para serviços gerais. Cromo para choque térmico e erosão severa. Zircônia para os trabalhos mais difíceis e a vida útil mais longa.

Já vi fábricas passarem meses solucionando falhas de fornos quando o problema real era um tijolo que não pertencia a eles. Não faça suposições.

Se não tiver certeza de qual refratário é adequado para o seu forno, envie-me as condições: temperatura, frequência de ciclos e química da escória. Eu lhe direi o que funciona.

*A StanfordAdvanced Materials (SAM) fornece materiais refratários para plantas metalúrgicas desde 1994. Com armazéns nos EUA, Canadá, Europa e Ásia-Pacífico, enviamos para o mundo todo. Entre em contato com a nossa equipe, informe-nos sobre as condições do seu forno e nós lhe enviaremos o material certo.