Tijolos de sílicasão materiais refratários-de base ácida compostos principalmente de tridimita, cristobalita e pequenas quantidades de quartzo residual e vidro. Eles oferecem forte resistência à escória de base ácida, mas são suscetíveis à corrosão por escória alcalina e são vulneráveis à corrosão por óxidos como Al₂O₃, K₂O e Na₂O. Sua refratariedade sob carga é alta, variando de 1640 graus a 1680 graus, próximo aos pontos de fusão da tridimita e da cristobalita (1670 graus e 1713 graus, respectivamente). Sua maior desvantagem é a baixa resistência ao choque térmico, mas sua refratariedade é semelhante à refratariedade sob carga. Eles resistem ao uso-de longo prazo em altas temperaturas sem deformação, ajudando a garantir a resistência estrutural das estruturas de alvenaria durante a operação.
Os tijolos de sílica são usados principalmente em paredes divisórias de câmaras de carbonização e combustão de fornos de coque, bem como em telhados ou abóbadas de fossas de imersão, altos-fornos quentes, fornos de soleira aberta-acida e fornos de vidro. Na tecnologia de produção de ferro, novas tecnologias, como a redução direta e a redução do fundido, estão gradualmente a ser transformadas em forças produtivas. Na indústria de coque, foi desenvolvido um "coque formado" produzido sem a utilização de coqueria, que pode substituir parcialmente o coque tradicional.
Os tijolos refratários de sílica, como a maioria dos tijolos refratários sinterizados, são produzidos usando um processo semi{0}}seco e queimados em fornos de túnel. As rachaduras que ocorrem durante o processo produtivo são um dos principais motivos do alto índice de refugo.
Tipos de rachaduras em tijolos de sílica
As fissuras nos tijolos de silício podem ser categorizadas como fissuras superficiais e fissuras internas, estas últimas também conhecidas como fissuras de camada. As fissuras superficiais são ainda categorizadas como fissuras transversais, fissuras longitudinais e fissuras em rede. Os tijolos de sílica são produzidos usando um método de formação de prensagem semi-seca-para criar corpos verdes densos. As fissuras que ocorrem ao longo da direção da pressão aplicada ao corpo verde são fissuras transversais, enquanto as fissuras que ocorrem perpendicularmente à direção da pressão são fissuras verticais. As fissuras em rede são compostas por diversas fissuras distribuídas em forma de teia de aranha na superfície de um tijolo de sílica.
Normalmente, para um tijolo de sílica padrão, o corpo verde é pressionado através de sua espessura. O processo de formação de tijolos refratários de sílica é essencialmente um processo de compactação das partículas dentro da peça bruta e remoção de ar, formando assim uma peça bruta densa. Após serem prensados-mecanicamente, os tijolos apresentam vantagens como alta densidade, resistência, secagem e retração mínimas na queima e dimensões do produto facilmente controladas. No entanto, se o processo de prensagem da máquina-for controlado incorretamente, fissuras lamelares perpendiculares à direção da pressão podem se formar na peça bruta durante o processo de pressurização. Portanto, fissuras lamelares, ou simplesmente laminações, dentro de tijolos refratários de sílica também são fissuras longitudinais.
Laminações grandes podem ser detectadas imediatamente após a formação ou secagem dos tijolos. No entanto, pequenas laminações dentro dos tijolos só se tornam visíveis após a queima, à medida que continuam a expandir-se devido às tensões térmicas durante a queima. Os tijolos que contêm fissuras, especialmente as laminações, são propensos a quebrar, tornando-os inutilizáveis e reduzindo o rendimento dos produtos de tijolo de sílica.
Principais medidas para a formação e prevenção de fissuras em tijolos de sílica
1. Prensagem de máquina
As laminações em tijolos de sílica são causadas principalmente pelo controle inadequado do processo de-prensagem da máquina e às vezes são chamadas de rachaduras-de prensagem à máquina. As matérias-primas e peças em bruto dos tijolos refratários de sílica são compostas por três fases de matéria: sólida, água ou outros ligantes e ar. Durante todo o processo de moldagem por compressão mecânica ou prensagem, a quantidade de fases sólidas e líquidas não muda, enquanto a quantidade de ar na peça bruta é comprimida e reduzida devido à ação da pressão, e o volume da peça bruta comprimida também é reduzido em conformidade. O processo de prensagem pode ser dividido aproximadamente nas três etapas a seguir: (1) Na primeira etapa, sob a ação da pressão, as partículas na peça bruta começam a se mover e se reconfigurar em uma pilha mais densa. A característica deste processo é a compressão óbvia. Quando a pressão aumenta para um determinado valor, entra no segundo estágio. (2) No segundo estágio, as partículas sofrem deformação frágil e elástica. Depois que a peça bruta é comprimida até certo ponto, a compressão adicional é dificultada. Quando a pressão aumenta e atinge a força externa que faz com que as partículas se deformem novamente, a peça bruta é re-comprimida e a densidade da peça bruta aumenta de acordo. Esta fase é uma fase onde a compressão e a pressurização tornam-se curtas e frequentes. (3) No terceiro estágio, sob a pressão limite, a densidade relativa da peça bruta é basicamente estável e difícil de aumentar. A prensagem do molde do tijolo está concluída. Durante o processo de moldagem por compressão, a expansão retardada do corpo verde devido aos efeitos secundários elásticos deve ser controlada para menos de 2%. Não fazer isso muitas vezes resultará na rejeição do produto durante o processo de prensagem. Se o corpo verde formar "densidade em camadas" ao longo da direção da pressão aplicada, com uma diferença de densidade superior a 2%, é provável que ocorram fissuras em camadas dentro do corpo verde. Isto leva a uma expansão térmica desigual durante a queima, resultando em tensões térmicas significativas e na formação de fissuras longitudinais paralelas às camadas de densidade, resultando na rejeição do produto.
Durante a moldagem por compressão, a pressão é usada para superar o atrito interno entre as partículas, o atrito externo entre as partículas e a parede do molde e a deformação do corpo verde prensado. À medida que a distância da cabeça de pressão aumenta, a pressão interna do corpo verde diminui.
Portanto, ao prensar tijolos de sílica, é melhor usar moldes curtos com uma proporção pequena, em vez de moldes altos com uma proporção grande, para garantir uma distribuição uniforme da pressão dentro do corpo verde. Ao mesmo tempo, certos plastificantes e surfactantes são introduzidos na peça bruta para reduzir o atrito interno e as perdas de transmissão de pressão; os acabamentos dos moldes são melhorados ou lubrificados para reduzir o atrito externo; a prensagem-dupla face é usada para reduzir a relação L/D da peça bruta; e múltiplas pressurizações, começando com leve e depois pesada, são empregadas para evitar o acúmulo excessivo de pressão dentro da peça bruta e eliminar efeitos colaterais elásticos. Estas medidas melhoram a uniformidade de pressão e densidade dentro da peça bruta. Isto evita alta densidade perto da superfície de pressão e baixa densidade longe da superfície de pressão dentro da peça bruta de tijolo de sílica, reduzindo assim a formação de densidade de camada e rachaduras.
Além disso, blocos de tijolos de sílica são preparados misturando agregado, clínquer, pó de moinho de bolas, mineralizador, licor residual de polpa de sulfito e plastificante. Melhorar o processo de amassamento da peça bruta também pode ajudar a aumentar a densidade da peça bruta. Em termos de tecnologia de mistura física, o movimento de materiais na mesma fase é chamado de mistura, o movimento de materiais em diferentes fases é chamado de agitação e a mistura de líquidos e sólidos de alta{2}}viscosidade é chamada de amassamento (amassar e misturar). Através de um amassamento adequado, o pó fino pode ser revestido em torno de partículas maiores, removendo efetivamente os gases e aumentando a densificação do tijolo, reduzindo assim a porosidade do tijolo.
2. Processo de queima
A sinterização de tijolos de sílica é essencialmente uma transformação policristalina de SiO2. Sob a ação dos mineralizadores, a matéria-prima da sílica é sinterizada lentamente, transformando-se essencialmente em tridimita e cristobalita, restando apenas uma pequena quantidade de quartzo residual. Durante o uso, os tijolos refratários de sílica experimentam uma expansão de volume total de 1,5% a 2,2% quando aquecidos a 1450 graus. Esta dilatação residual veda as juntas de argamassa, garantindo uma boa estanqueidade e resistência estrutural em alvenarias de tijolos de sílica. Além disso, esta transformação policristalina do SiO2 determina que os tijolos refratários de sílica sejam o foco do monitoramento do material refratário durante a fase inicial de queima do forno, sendo a característica uma taxa de aquecimento lenta e uniforme. Como a transformação cristalina de - e -cristobalita em tijolos refratários de sílica é acompanhada por um efeito de volume significativo dentro da faixa de temperatura de 150-300 graus, cuidado especial deve ser tomado para aumentar lentamente a temperatura dentro desta faixa durante a queima do forno.
As mudanças físicas e químicas que ocorrem durante a queima dos tijolos de sílica podem ser resumidas da seguinte forma:
① A umidade residual nos tijolos é removida abaixo de 150 graus.
② Ca(OH)2 começa a se decompor entre 450-550 graus e se completa em 550 graus. Neste ponto, as ligações entre as partículas do tijolo de sílica são quebradas pela ação do CaO e de outras substâncias, resultando numa diminuição da resistência e num tijolo quebradiço.
③ A 550-650 graus, os tijolos de quartzo se transformam em monoquartzo, causando expansão de volume.
④ A 600-700 graus, ocorre uma reação em fase sólida entre CaO e SiO2, aumentando a resistência do tijolo.
⑤ A 800-1100 graus, uma reação de fase-líquida ocorre nos tijolos, aumentando rapidamente a resistência do tijolo. A partir de 1100 graus, a taxa de conversão de quartzo aumenta significativamente e o quartzo de baixa densidade se forma, causando uma expansão de volume significativa.
⑥ A 1300-1350 graus, devido ao aumento na quantidade de tridimita e cristobalita, a verdadeira gravidade específica do corpo verde diminui e a expansão de volume aumenta, o que pode levar a rachaduras.
⑦ Em 1350-1470 graus, o grau de conversão do quartzo e a expansão resultante são muito grandes. Somente monoquartzo, cristobalita metaestável, mineralizadores e impurezas interagem para formar uma fase líquida e invadem as partículas de quartzo para formar rachaduras quando a cristobalita metaestável é formada, o que promove a dissolução contínua de monoquartzo e cristobalita metaestável na fase líquida formada, tornando-o um fundido supersaturado de silício e oxigênio, e então cristaliza continuamente a partir do fundido na forma de tridimita estável. Neste momento, quanto maior a viscosidade da fase líquida, mais rápida será a velocidade de conversão do tijolo de sílica e maior será a possibilidade de trincas no corpo verde do tijolo. Portanto, para evitar que o tijolo de sílica sofra alterações na forma cristalina durante o processo de queima, acompanhadas de grandes alterações de volume que levam à formação de trincas, devem ser tomadas as seguintes medidas de processo:
(1) Controle a taxa de aquecimento de diferentes faixas de temperatura de queima. A taxa de aquecimento deve ser reduzida quando a temperatura for inferior a 600 graus. A taxa de aquecimento pode ser acelerada quando a temperatura está entre 600 graus e 1000 graus. A taxa de aquecimento deve ser lenta quando a temperatura estiver entre 1100 graus e 1300 graus. Quando a temperatura está entre 1300 graus e a temperatura de queima (1430 graus a 1450 graus), a taxa de aquecimento deve ser a mais lenta durante o processo de queima. Quando os tijolos de sílica queimados são resfriados abaixo de 600 graus, especialmente a 300 graus, eles devem ser resfriados lentamente. Isso pode efetivamente amortecer a mudança de volume da transformação do cristal, aumentando o teor de tridimita e cristobalita e evitando a formação de rachaduras.
(2) Uma atmosfera redutora deve ser usada durante o estágio de queima-de alta temperatura, o que conduz à mineralização de óxido de ferro de baixa{2}}valência e promove a produção-em grande escala de tridimita. Caso contrário, em uma atmosfera oxidante, especialmente quando o mineralizador é insuficiente, a maior parte do -quartzo é convertida em -cristobalita. Esta conversão é chamada de "conversão a seco". Durante a conversão a seco, devido à expansão irregular do volume do corpo do tijolo e à falta de tensão de amortecimento da fase líquida, a estrutura do produto ficará solta e rachada. Ao mesmo tempo, o isolamento adequado deve ser realizado em diferentes estágios de temperatura da queima dos tijolos de sílica para garantir que os tijolos de sílica tenham uma composição de fases razoável e atendam aos requisitos de uso.
(3) Melhorar o sistema de carregamento de produtos semi{1}}acabados para reduzir a probabilidade de rachaduras. Fissuras transversais em tijolos refratários de sílica, ou seja, fissuras paralelas à direção de pressão do produto, geralmente são causadas pelo aquecimento desigual das diversas partes do produto durante a queima. Eles aparecem principalmente na superfície-exposta ao fogo fora da pilha de tijolos, especialmente na superfície do produto superior. As fissuras da malha na superfície dos tijolos refratários de sílica, além das irregularidades microscópicas do próprio corpo verde devido ao amassamento irregular ou mudanças nas matérias-primas, são geralmente causadas pelo aquecimento do produto a uma temperatura muito alta com grandes flutuações. Ao carregar, tijolos de silício especiais precisam ser colocados dentro do carro do forno, e tijolos comuns padrão precisam ser colocados fora do carro do forno; as partes salientes de tijolos-de formato especial ou partes propensas a rachaduras devem ser colocadas para dentro; a parte superior do carro do forno deve ser coberta com alguns tijolos finos para evitar o impacto direto da chama, etc. Caso contrário, ocorrerão mais rachaduras.
As rachaduras são um fator importante que afeta o rendimento e o desempenho dos tijolos de silício. Dominar os processos de moldagem por prensagem e queima é fundamental para evitar rachaduras em tijolos de sílica. As conversões teóricas e reais das matérias-primas de sílica variam, e o cronograma de queima deve ser ajustado em tempo real com base nas mudanças nas matérias-primas, no tipo de tijolo e em outros fatores. A preparação e a qualidade dos blocos de tijolos de sílica são fatores importantes e até mesmo críticos. Somente controlando rigorosamente cada etapa do processo é que tijolos de sílica de alto-desempenho podem ser produzidos de forma eficiente e com baixo consumo de energia.
