Refratários para Alto-Forno

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No cadinho, as exigências de alta densidade, baixa porosidade e permeabilidade, com excelente estabilidade volumétrica são requisitos imprescindíveis para o refratário sílico-aluminoso e aluminoso. Aqui também para aparelhos de maiores capacidades, recomenda-se o uso de tijolos ou blocos de carbono, com notáveis resultados frente à elevada solicitação pelo ataque de escória acompanhado pela abrasão do ferro-gusa líquido. Para garantir a durabilidade dos tijolos de carbono, é necessário manter a temperatura dos mesmos abaixo da temperatura do ferro-gusa líquido e da escória, por meio de um eficiente meio de refrigeração.

Os blocos de carbono são dos poucos materiais refratários que tem sua resistência aumentada com o aumento de temperatura. Estes podem ser classificados conforme sua condutibilidade térmica e permeabilidade, que devidamente analisadas nos mostrarão qual o tipo mais indicado para cada região do alto-forno. Tijolos com alta condutibilidade térmica e baixa permeabilidade são recomendados para cadinhos com refrigeração eficiente. Tijolos com boa condutibilidade térmica e baixa permeabilidade, são recomendados para utilização nas rampas de altos-fornos.

3. Matérias-Primas

As matérias-primas utilizadas nos refratários estão descritas de acordo com cada tipo de refratário, sem distinção entre altos-fornos a coque e carvão vegetal.

Andaluzita

A andaluzita é rara na natureza, somente encontrada na Espanha e nos EUA. A rocha industrial é impura, apresenta somente 55% de Al2O3. A massa especifica real varia de 3,10 g/cm3 a 3,20 g/cm3. Sob o efeito da temperatura o silicato Al2O3SiO2, transforma-se em mulita com liberação de sílica, isso em torno de 1450 ˚C com dilatação linear menos importante.

Mulita

A mulita 3Al2O3.2 SiO2, aproximadamente 72% Al2O3. Existe na natureza apenas como uma raridade mineralógica (Ilha de Mull); mas é obtida artificialmente a partir de seus constituintes sílica e alumina, argila e alumina, etc., seja por fusão da mistura em forno elétrico (mulita eletro-fundida), seja pela reação no estado sólido (sinterização).

Por fusão são fabricados dois tipos: a mulita escura obtida por processo semelhante ao do óxido de alumínio eletrofundido marrom, utilizando como matérias-primas o bauxito e o quartzo ou bauxito e a argila e a mulita branca obtida por processo semelhante ao óxido de alumínio eletrofundido branco, utilizando como matérias-primas alumina calcinada e quartzo. Já por sinterização ou reação no estado sólido podem ser obtidas matérias-primas essencialmente mulíticas a partir de diferentes misturas constituídas predominantemente de silicatos de alumínio; (argilas cauliníticas, cianita, andalusita e silimanita) e alumina calcinada. Isto porque, estes silicatos de alumínio em temperaturas elevadas formam mulita com liberação de sílica, que irá reagir com a alumina calcinada formando mulita.

A mulita tem um ponto de fusão da ordem de 1830 ˚C. Ela é o elemento “nobre” de todos os produtos refratários sílico-aluminosos e aluminosos até a classe 70%. No estado puro é o máximo desses produtos. Ela é muito refratária, em geral muito resistente aos agentes químicos e apresenta um baixo coeficiente de dilatação térmica.

Carbeto de silício

O carbeto de silício, SiC, conhecido comercialmente como carborundum, é um produto sintético, cuja preparação em escala industrial foi conseguida pela primeira vez por Aceson, em 1891, pelo aquecimento de areia e coque em forno elétrico.

O processo de fabricação do carbeto de silício é essencialmente o mesmo até o presente. Emprega-se areia silicosa, tanto quanto possível pura (o teor de SiO2 não deve ser inferior a 97%) e coque de petróleo, em proporção estequiométrica com um ligeiro excesso de carbono. Adiciona-se ainda cerca de 10% de serragem para facilitar a liberação do monóxido de carbono produzido durante a reação; e também, aproximadamente 2% de cloreto de sódio, a fim de eliminar parte das impurezas sob a forma de cloretos metálicos voláteis.

A mistura é colocada num forno de formato retangular, sendo que a mesma fica disposta ao redor de um eletrodo de grafita e em seguida, levada a uma temperatura superior a 2000 ºC durante aproximadamente 36 horas, cuja reação principal efetua-se da seguinte maneira:

SiO2 + 2C → Si vapor + 2CO

Si vapor + C → SiC

Ao redor do eletrodo origina-se o carbeto de silício na forma de grandes cristais e sobre o qual se depositam, na zona mais fria do forno (abaixo de 2000ºC), camadas de estruturas diferentes, tais como: SiC amorfo e uma crosta constituída por materiais que não reagiram. O carbeto de silício é constituído de 96 a 99% de SiC, o restante sendo silício, sílica livre, carbono livre, assim como, óxido de cálcio, de ferro e de alumínio. Existem duas variedades de carbeto de silício: o carbeto de silício formado a baixas temperaturas é o SiC-Beta, que cristaliza no sistema cúbico e o carbeto de silício formado a altas temperaturas é o SiC-alfa, que cristaliza nos sistemas hexagonal e rômbico.

A coloração do carbeto de silício varia do verde claro, mais ou menos transparente, ao preto com reflexos metálicos. Estas colorações dependem de inclusões de sílica, de carbono e principalmente de alumínio, assim, a coloração preta do SiC é devida a um teor mais elevado em carbono livre, finamente repartido; ou a um pequeno teor de alumínio ou de silício absorvido, enquanto que a cor verde é devida a teores de ferro.

Carbono e Grafita

As principais fontes de carbono para a fabricaáo de produtos refratários são: coque metalúrgico, obtido a partir da destilação de carvão; coque de petróleo obtido a partir de óleos residuais; antracito calcinado e grafita.

O coque para a fabricação de materiais refratários deve apresentar as seguintes características: resistência a compressão 120 kgf/cm2 (mínimo); porosidade de 40% a 50%; cinza de 10% no Maximo; enxofre de 1,5% no máximo. O coque de petróleo é o resíduo de destilação do petróleo, apresentando elevado teor de carbono fixo e baixo teor de cinzas (abaixo de 1,0%). Atualmente este constitui-se matéria-prima para varios processos, devido ao seu baixo teor de impurezas em relação a outras fontes de carbono, como por exemplo a fabricação de eletrodo.

O antracito é um carvão com baixo teor de