The sensitivity of the baseline assumptions

A construção da curva de compactabilidade foi considerada como uma etapa importante do processo de caracterização das amostras de massas refratarias. Estas curvas permitem avaliar a eficiência de adensamento do material, através da determinação da densidade e da resistência a compressão a frio. Estes resultados podem ser úteis na avaliação do desempenho do material quanto submetido ao ensaio de ataque por escoria.

4.3.1 – Curva de compactabilidade e densidade aparente

Os valores obtidos no estudo de compactabilidade das diferentes amostras de massas refratárias estão apresentados na figura 36. Nela são apresentados os valores de percentual de compactação em função do número de golpes aplicados sob a massa refrataria seca. O percentual de compactabilidade apresentado pelas massas foi crescente na medida em que foi aumentada a intensidade de compactação no martelete de laboratório. A amostra 6 apresentou maior percentual de compactabilidade dentre os materiais testados para todos os níveis de intensidade de compactação, atingindo o máximo de 54%. As amostras 4, 9,10 e 11 apresentaram valores inferiores de compactabilidade. Para as amostras 9, 10 e 11 este comportamento está associado a distribuição granulométrica menos dispersa apresentada por estas amostras. Já para a amostra 4 pode-se considerar o reduzido percentual de partículas grosseiras (figura 25). Segundo Oliveira et al., o primeiro fator de

influência no mecanismo de empacotamento de partículas é uma distribuição granulométrica dispersa o que possibilita a obtenção de fatores de empacotamento mais elevados (OLIVEIRA et al., 2000). Apesar da diferença nos valores de compactabilidade pode-se observar que o formato das curvas é bastante semelhante para todas as amostras, resultando em um incremento na compactabilidade entre 5 e 10% quando o número de golpes foi aumentado de 5 para 30. As amostras que tiveram o menor incremento na compactabilidade com o aumento do número de golpes foram as amostras1,2 e 5. Isto pode significar que para estas composições a variação das condições de compactação tem menos influência sobre a densidade final do refratário conformado.

Figura 36 - Comportamento de compactabilidade de massas refratárias Al2O3 - C - SiC em função da intensidade de compactação.

Fonte: Produção do próprio autor.

A densidade aparente após compactação foi avaliada nas massas refratárias. Para isto foi considerado o cálculo da relação entre a massa de cada corpo de prova e seu volume. Os resultados apresentados na figura 37 mostram que a densidade aparente tem valores crescentes de acordo com o aumento do número de golpes na compactação. Este resultado e o esperado visto que para todas as amostras a compactabilidade aumentou com o aumento do número de golpes sendo que cada golpe contribui para a acomodação das partículas, onde as partículas médias tendem a preencher os

25 30 35 40 45 50 55 5 10 20 30 C o m p a ct a b il id a d e ( % ) N º Golpes no Martelete

Comportamento de compactabilidade das massas refratárias Al2O3 - C - SiC em função da intensidade de compactação.

Amostra 1 Amostra 2 Amostra 4

Amostra 5 Amostra 6 Amostra 10

interstícios entre as partículas maiores, que por sua vez tem os interstícios preenchidos pelas partículas menores (OLIVEIRA et al., 2000).

Entretanto, pode-se observar que não existe uma relação direta entre eficiência de compactação e densidade aparente do material. Este efeito pode ser explicado pelo fato da densidade depender não apenas da compactabilidade do material, mas também da densidade dos componentes presentes em cada material.

Para analisar os resultados de densidade sem ter a densidade dos componentes como variável, considerando-se apenas a densidade de empacotamento deve-se levar em consideração os valores de densidade dos componentes sólidos envolvidos e que e representado pela densidade relativa.

Figura 37– Comportamento de densidade aparente das massas refratárias Al2O3 - C - SiC em função da intensidade de compactação.

Fonte: Produção do próprio autor

4.3.2 – Densidade relativa, densidade real e porosidade

Como já foi dito, a densidade aparente está associada a relação entre a massa do solido que constitui o corpo e o volume deste, sendo que este volume considera o volume ocupado pelo solido e o volume da porosidade presente. Por sua vez a densidade real, obtida através de picnometria, fornece

1,90 2,10 2,30 2,50 2,70 2,90 5 10 20 30 D e n si d a d e A p a re n te ( g /c m ³) N º Golpes no Martelete

Comportamento de densidade aparente das massas refratárias Al2O3 - C - SiC em função da intensidade de compactação.

Amostra 1 Amostra 2 Amostra 4 Amostra 5

o valor da densidade real do solido através da relação entre a massa do solido e o volume ocupado por este solido.

A relação entre densidade aparente e densidade real fornece o valor da densidade relativa (Eq.04) que e uma medida do grau de densificação do material e a partir dela e possível determinar o percentual de porosidade presente do corpo (Eq.05). Esta densidade relativa e a melhor forma de avaliar o efeito do processo de compactação em sólidos.

# $= Dap/Dreal (Eq.04)

sendo a densidade real determinado por picnometria segundo a norma ABNT-NBR 6221 e o percentual de porosidade foi estimado por cálculo através da equação:

P (%) = 100 x (1 - # _$). (Eq.05)

Os resultados da densidade relativa e porosidade calculadas em função dos valores de densidade aparente e densidade real, estão apresentados na tabela 08.

Tabela 08 – Resultados de densidade e porosidade calculada para as amostras de massa refratária. Amostras Densidade aparente

(g/cm³) após compactação

Densidade real (g/cm³)

picnometria á gás. Densidade relativa calculada Porosidade aparente calculada (%)

1 2,38 3,01 0,79 20,93 2 2,35 3,04 0,77 22,70 4 2,42 3,21 0,75 24,61 5 2,65 3,32 0,79 20,18 6 2,85 3,52 0,80 19,03 9 2,76 3,47 0,79 20,46 10 2,99 3,65 0,82 18,08 11 2,73 3,41 0,80 19,94

Fonte: Produção do próprio autor.

Os valores de densidade real indicam o quão denso são os constituintes presentes na composição das massas. Os resultados mostraram que de um modo geral as massas refratárias com valores maiores na densidade real também apresentaram resultados superiores na densidade aparente. Conforme Brenneman, a composição das massas refratárias para fornos cubilôs normalmente é de 70 a 75% de Al2O3, de 10 a 15% de SiC e de 3 a 5% de C. A composição, tipo de ligante e a qualidade dos grãos nos três principais componentes é que vai determinar a densidade real deste tipo de refratário entre outros comportamentos de interesse na sua aplicação e desempenho prático (BRENNEMAN, 1999). A mesma referência, cita valores típicos de porosidade aparente entre 16 a 26% para massas refratárias Al2O3-C – SiC, conforme a tabela 06 os valores de porosidade calculados obtidos neste

estudo apresentaram-se entre 18 e 24%. De uma forma geral podemos destacar que para o tipo de material estudado, a determinação da densidade relativa foi fundamental, pois ela permitiu estimar o nível de porosidade presente no material, o que pode ser diretamente associado ao efeito de interação do refratário com o metal e a escória durante o processo de fusão.

Dos materiais analisados, o que apresentou o maior nível de porosidade após compactação foi a amostra 4, que a princípio apresentou valores de compactabilidade intermediários e densidade aparente menor. As amostras que apresentaram o menor teor de porosidade foram as amostras 6, 10 e 11, sendo que a amostra 6 foi a que apresentou a maior compactabilidade.

4.3.3 – Resistência a compressão á frio

Os resultados de resistência a compressão á frio das amostras de massas refratárias estão apresentados na tabela 09, em cada condição de secagem e temperatura de sinterização. As amostras 9,10 e 11 apresentaram valores superiores de resistência após secagem á 110ºC. Este fato pode ser explicado pela presença de ligantes a base de resinas presentes nestas amostras o que conferem propriedades iniciais mais elevadas que as massas que não possuem esta característica. Segundo Brenneman, estas massas podem usar ligantes a base de argila, piche ou resinas, sendo que as ligadas com resina apresentam maiores propriedades mecânicas que as massas tradicionais com argila (BRENNEMAN, 1999).

Tabela 09 – Resultados de resistência a compressão á frio das massas refratárias.

Resistência a compressão em temperatura ambiente (MPa). Cp,s de massa com 30 golpes em martelete após secagem e sinterização.

Amostras 110 °C 815 °C 1200 °C 1 5,1 4,5 10,3 2 10,7 3,4 6,8 4 3,2 2,4 4,4 5 6,7 11,2 22,5 6 6,6 9 24,8 9 20,1 * 17 10 18,5 7,4 20,3 11 21,6 20,3 30,1

Fonte: Produção do próprio autor.

Na temperatura de sinterização de 815º C podemos observar grande variação nos valores de resistência a compressão. Sabemos que nesta faixa de temperatura poderemos ter muita oxidação de grafite e queima de ligantes orgânicos, antes da formação de uma camada sinterizada, pois a maioria dos componentes sinterizam em temperatura superior. A influência de aditivos e granulometria de cada massa também influencia neste resultado. A temperatura de 815ºC foi escolhida justamente para

evidenciar a importância de uma adequada sinterização para não comprometer o desempenho do material no momento do início de operação do forno.

Os valores obtidos com sinterização á 1200ºC estão refletindo valores de resistência a compressão á frio encontrados por Wood et al., na faixa de 5 á 25 MPa em várias composições de massas refratárias de fornos cubilôs avaliadas em seu trabalho. Vale ressaltar que neste trabalho os maiores valores de resistência compressão á frio foram obtidos por massas que utilizaram aditivos que incrementam o potencial de sinterização ou aumentam a retenção de carbono na amostra após sinterização (WOOD et al., 2004).