Materiais refratários para fornos de cal:

Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
Materiais refratários para fornos de cal:
Uma proposta alternativa aos materiais formados
convencionais da classe de 70% Al2O3 para condições mais severas.
Autores (TOGNI)
Autores (USP-Lorena)
Augusto Celso Amoedo
Prof. Dr. Fernando Vernilli
Eduardo José Togni Cardillo
Robérsio Marinho de Faria
Luiz Fernando da Silva
Matheus Martini
Taner Augusto Maia
Bruno Vidal Almeida
José Milton Lopes
1
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
ÍNDICE
• PROJETO DE REVESTIMENTO
• CAMPANHAS
• SOLICITAÇÕES
• MATERIAIS FORMADOS ALUMINOSOS
• ALTERNATIVA PARA SOLICITAÇÕES MAIS SEVERAS
• CONCLUSÕES
2
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
PROJETO DE REVESTIMENTO
FORNO ROTATIVO TÍPICO DA INDÚSTRIA DE PAPEL
E CELULOSE – FORNO DE RECUPERAÇÃO DA CAL
3
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
PROJETO DE REVESTIMENTO
FORNO ROTATIVO TÍPICO DA INDÚSTRIA DE PAPEL
E CELULOSE – FORNO DE RECUPERAÇÃO DA CAL
4
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
PROJETO DE REVESTIMENTO
FORNO ROTATIVO TÍPICO DA INDÚSTRIA DE PAPEL
E CELULOSE – FORNO DE RECUPERAÇÃO DA CAL
BALANCEAMENTO QUALITATIVO
REGIÃO
MATERIAL
DESCARGA
CONCRETO BAIXO CIMENTO 70% Al2O3
BARRAGEM
AL-70 / AL-50
CALCINAÇÃO
AL-70 / REF. ISOLANTE
PRÉ – AQUECIMENTO
CONCRETO BAIXO CIMENTO 50% Al2O3
AL-50
REF. ISOLANTE
5
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
PROJETO DE REVESTIMENTO
Formatos dos tijolos empregados nos fornos rotativo
de cal – Padronização ABNT - ISO - VDZ
ARCO
A2:229X114X(76-63)
CUNHA
C2:229X114X(76-63)
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
PROJETO DE REVESTIMENTO
Montagem
•
•
•
•
•
Montagem com gabaritos, macacos de mola e pressão;
Montagem a seco ou a úmido;
Juntas axiais são dispostas de maneira desencontrada;
Composição do anel;
Tijolo de fecho (2/3 – 3/4)
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
CAMPANHAS
CAMPANHAS TÍPICAS DOS FORNOS
ROTATIVOS
• ZONA CONSIDERADA CRÍTICA
CALCINAÇÃO
MÉDIA DE 2 ANOS
8
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
SOLICITAÇÕES
1. MECÂNICAS
2. TÉRMICAS
3. QUÍMICAS
9
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
SOLICITAÇÕES
MECÂNICAS
•
•
•
•
•
•
Empeno de carcaça;
Folga excessiva entre os anéis de apoio e a carcaça;
Ovalização do anel e do casco;
Desalinhamento do tubo rotativo;
Pressão incorreta nos rolos de apoio;
Desgaste excessivo das pista de rolamento.
TORÇÕES – COMPRESSÃO DESIGUAIS E FLEXÃO
10
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
SOLICITAÇÕES
TÉRMICAS
•
•
•
•
Sobrecarga térmica: desalinhamento do queimador;
Tipo de combustível;
Paradas acidentais (choque térmico);
Abrasão a quente pela carga;
11
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
SOLICITAÇÕES
QUÍMICAS
Tradicionalmente, os refratários aluminosos
da classe de 70% de Al2O3 são empregados
na zona de queima dos fornos rotativos das
indústrias de papel e celulose.
12
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
MATERIAIS FORMADOS ALUMINOSOS
13
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
MATERIAIS FORMADOS ALUMINOSOS
1. CARGA TÉRMICA ESPECÍFICA ≤ 2GJ / (m².h)
↓
ALUMINOSOS NA ZONA DE QUEIMA
2. CARGA TÉRMICA ESPECÍFICA > 2GJ / (m².h),
ATINGINDO 6GJ / (m².h)
Temperatura > 1200º C
↓
BÁSICOS NA ZONA DE QUEIMA
14
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
MATERIAIS FORMADOS ALUMINOSOS
DESVANTAGEM NA UTILZAÇÃO DOS MATERIAIS
BÁSICOS NA INDUSTRIA DO PAPEL E CELULOSE
•
•
•
•
•
MATERIAL BÁSICO É COMPATÍVEL QUIMICAMENTE COM A
CARGA
TEMPERATURA DE CALCINAÇÃO ≤ 1200º C (COMPATÍVEL
COM O REVESTIMENTO ALUMINOSO)
EXPANSÃO TÉRMICA DO REVESTIMENTO BÁSICO
1200ºC = 1,4% - (Al2O3 = 0,6%)
NO PROCESSO DE RECUPERAÇÃO DA CAL NÃO OBTEMOS
UMA COLAGEM ESTÁVEL – SOBRECARGA TÉRMICA NA
CARCAÇA
CONDUTIVIDADE TÉRMICA DO REVESTIMENTO BÁSICO A
1100º C - λ = 3 W/(m.K) - (AL-70 - λ = 1,75 W/(m.K)
15
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
MATERIAIS FORMADOS ALUMINOSOS
PERFIL TÉRMICO I
16
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
MATERIAIS FORMADOS ALUMINOSOS
PERFIL TÉRMICO II
17
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Dia 17
Dia 18
Dia 19
Interceran
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
MATERIAIS FORMADOS ALUMINOSOS
CONTAMINANTES AOS REFRATÁRIOS DO
SISTEMA SiO2 – Al2O3
• Óxidos Alcalinos: Li2O, Na2O, K2O.
• Óxido de ferro: FeO, Fe2O3
• Óxidos Alcalinos Terrosos: MgO, CaO.
• Contaminante proveniente de óleos combustíveis: V2O5
• Óxidos de manganês: MnO, Mn3O4.
• B2O3
• Óxidos metálicos provenientes de processos
pirometalúrgicos: PbO, Cu2O, ETC
19
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
MATERIAIS FORMADOS ALUMINOSOS
IMPUREZA PRESENTE
TEMPERATURA PRIMEIRA DE FORMAÇÃO DE
FASE LÍQUIDA DO SISTEMA
Al2 O3 – SiO2 – ÓXIDO INDESEJÁVEL
TiO2
MgO
CaO
FeO
→ Na2O
→ K2O
1.480º C
1.425º C
1.345º C
1.250º C
1.050º C
985º C
20
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
FRENTE DE REAÇÃO
Fr ƒ (difus. Ca++ → Refratário;
σm, σe)
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
MATERIAIS FORMADOS ALUMINOSOS
MECANISMO DE CORROSÃO
1. Ataque do CaO à sílica livre presente no
refratário formando Wollastonita – CaO.SiO2
2. A Wollastonita formada ataca a fase mulítica
gerando Anortita - CAS2
CaO + SiO2 = CaO.SiO2
3(CaO.SiO2) + 3Al2O3.2SiO2 + SiO2 = 3(CaO.Al2O3.2SiO2)
22
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
23
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
PONTOS INVARIANTES DOS SUBSISTEMAS
A3.S2 – S - C.A.S2 e A – A3S2 – C.A.S2
1512º C
24
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
MISTURA LAMA DE CAL X DOIS REFRATÁRIOS AL – 70
DIFRAÇÃO DE RX
25
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
- Al2O3
- Al6Si2O13
AL -70 IV
AL -70 I
26
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
Mistura 1:1- Cal + Refratário
Tratados a 1400oC
*
LAMA DE CAL - AL -70 IV
*
- Al2O3
- Al6Si2O13
- CaAl2Si2O8
*-
Ca2Al2Si2O7
LAMA DE CAL - AL -70 I
*
*
*
*
27
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
ALTERNATIVA PARA SOLICITAÇÕES
MAIS SEVERAS
PARTE 1: ETAPA LABORATORIAL
MATERIAIS ENVOLVIDOS
ANÁLISE QUÍMICA DOS MATERIAIS
ENSAIOS FÍSICOS
ANÁLISE QUÍMICA DA LAMA DE CAL (CaCO3)
ENSAIO DE CORROSÃO PELA LAMA DE CAL (CaCO3)
28
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
ALTERNATIVA PARA SOLICITAÇÕES
MAIS SEVERAS
COMPOSIÇÃO QUÍMICA
ÓXIDOS
AL 70 I AL 70 II
AL 70 III
AL 70 IV
Al2O3
72,00
67,60
70,43
73,70
SiO2
23,00
26,30
22,97
24,60
TiO2
2,00
2,35
2,99
0,80
Fe2O3
1,60
1,39
1,60
0,60
Na2O
0,50
1,10
0,40
0,20
K2O
0,30
0,32
0,06
0,10
29
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
ALTERNATIVA PARA SOLICITAÇÕES
MAIS SEVERAS
ENSAIOS FÍSICOS
Ensaio/material
AL 70 I AL 70 II AL 70 III AL 70 IV
M.E.A. (g/cm³)
2,48
2,43
2,62
2,73
P.A. (%)
21,91
19,95
18,14
14,54
R.C.T.A. (MPa)
51,00
32,30
55,20
95,50
Resistência à erosão à
1000º C (cm³)
14,05
17,43
12,80
5,95
Queda da RFTA após 5
ciclos de C.T. 1200º C (%)
25,00
43,92
21,60
3,22
Queda da Velocidade
Ultra-Sônica após 5 ciclos
de C.T. 1200º C (%)
10,49
17,93
8,40
0,24
Refratariedade sob carga
T 0,5 – ºC
1440
1430
1450
1580
30
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
ALTERNATIVA PARA SOLICITAÇÕES
MAIS SEVERAS
ANÁLISE QUÍMICA LAMA DE CAL – CaCO3
ELEMENTO/LAMA DE CAL
EMPRESA A
EMPRESA B
CaO
93,70
93,59
Na2O
2,47
3,08
P2O5
1,59
1,52
MgO
0,59
0,33
SiO2
0,54
0,40
Fe2O3
0,52
0,64
Al2O3
0,14
0,11
TiO2
-
-
K2O
0,02
0,04
ZrO2
0,37
0,26
Cr2O3
0,07
0,07
31
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
ALTERNATIVA PARA SOLICITAÇÕES
MAIS SEVERAS
ENSAIO DE CORROSÃO PELA
LAMA DE CAL (CaCO3)
CONDIÇÕES DE ENSAIO:
a. Taxa de aquecimento: 1,0o C/min
b. Temperatura de patamar: 1430o C x 8hs 5 vezes
c. Atmosfera de queima: oxidante
d. Tempo de patamar: 40 horas
e. Lama de cal – CaCO3
MATERIAIS
CLASSIFICAÇÃO
AL 70 I
••
••
••
•
AL 70 II
AL 70 III
AL 70 IV
LEGENDA
BOM
•
REGULAR
••
RUIM
•••
32
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
AL-70 I
••
33
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
AL-70 II
••
34
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
AL-70 III
••
35
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
AL-70 IV
•
36
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
AL – 70 IV
AL – 70 I
37
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
AL – 70 IV
38
AL – 70 I
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
AL – 70 I
39
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
AL – 70 IV
40
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
POST MORTEM AL -70
Face Quente
Face Fria
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
CONCLUSÕES
•
•
•
•
•
O material refratário AL-70-IV, de fabricação nacional,
apresentou maior resistência à corrosão e ao choque térmico. A
composição química deste produto apresenta menores teores
de impurezas, que minimizam a quantidade da fase vítrea
dispersa na microestrutura rica em mulita – 3Al2O3.2SiO2.
As propriedades termomecânicas do AL-70-IV – refratariedade
sob carga e resistência ao dano causado pelo choque
térmico`são
superiores
aos
materiais
convencionais,
empregados no revestimento da zona de calcinação dos fornos
rotativos das indústrias de papel e celulose.
Este material refratário, da classe de 70% de alumina,
apresenta grande potencial para minimizar a relação custo /
benefício dos revestimentos refratários das zonas de calcinação
dos fornos de cal que empregam revestimentos aluminosos.
A maior resistência à corrosão apresentada pelo material
refratário AL – 70 IV, é atribuída a sua menor contaminação
com Fe2O3, Na2O e TiO2. Por esta razão, a velocidade de
propagação da frente de reação com a cal foi minimizada.
O AL-70-IV já esta disponível para a comercialização.
42
Capa
Informações
Participantes
Programação
Títulos
Interceran
Dia 17
Dia 18
Dia 19
AGRADECIMENTOS
• COMISSÃO ORGANIZADORA DO VII ERUR
• ABC
• TOGNI S/A MATERIAIS REFRATÁRIOS
• EEL - USP
www.togni.com.br
[email protected]