Construção e reparação de forjas

O revestimento de uma forja é um sistema térmico multicamada

A carcaça de aço, o isolamento secundário, o material da face quente, as juntas, as aberturas dos queimadores, a soleira, a porta ou abertura de acesso e a conduta de exaustão funcionam como um único sistema. As respetivas funções devem ser definidas antes da encomenda dos materiais. Os refratários densos proporcionam resistência mecânica e ao desgaste localizado, mas absorvem e acumulam mais calor. Os tijolos leves, as placas e as mantas reduzem o fluxo térmico e a massa térmica, mas necessitam de proteção em zonas onde ferramentas, combustível, carepa, fundentes ou chamas de alta velocidade possam danificá-los.

Registe o tipo de forja, o combustível, a potência dos queimadores, a geometria da câmara, as temperaturas de funcionamento normal e máxima, o ciclo de trabalho e a espessura de revestimento prevista. Numa forja existente, determine a causa da falha do revestimento anterior antes de proceder à reparação. Fissuras junto a uma abertura de queimador, material da soleira vitrificado ou danificado por fundentes, fibra erodida, juntas de tijolos soltas e uma carcaça sobreaquecida têm causas diferentes e exigem reparações distintas.

Funções dos componentes do revestimento

Materiais densos para a face quente e reparações

Os betões refratários densos e os tijolos refratários suportam temperaturas elevadas, mas não constituem isolamento secundário. A sua massa pode prolongar o aquecimento e o arrefecimento, enquanto a sua resistência os torna adequados para zonas expostas a combustível, carepa, peças e ferramentas. Um revestimento em betão refratário exige uma espessura mínima definida, uma estratégia de reforço ou ancoragem quando aplicável, juntas de dilatação e uma via para a libertação da humidade. Nunca aplique betão sobre uma carcaça corroída ou deformada, um componente de queimador danificado ou um revestimento deteriorado cuja causa de falha não tenha sido identificada.

A argamassa deve formar a junta especificada e não compensar tijolos mal cortados ou folgas dimensionais excessivas. Mantenha as juntas uniformes e não aplique à força uma argamassa de presa ao ar numa junta de dilatação. Um revestimento fino não repõe a espessura refratária em falta nem o suporte estrutural, e a temperatura nominal publicada de 1750 °C não aumenta a temperatura de serviço do revestimento subjacente.

Tijolos refratários isolantes

Os tijolos refratários isolantes aquecem rapidamente e reduzem a energia acumulada devido à sua estrutura porosa. Essa mesma porosidade torna-os mais vulneráveis do que os tijolos densos a impactos, abrasão e penetração de fundentes. Não instale tijolos leves no piso de uma forja, no leito de combustível sólido ou em zonas de contacto com ferramentas apenas porque a respetiva temperatura nominal é suficiente. Utilize uma camada sacrificial ou de face quente, densa e quimicamente compatível, sempre que as condições de serviço o exijam.

Selecione o grau com base na temperatura verificada da face quente e numa margem de projeto adequada, e não apenas no tipo de combustível. Não se deve presumir que a temperatura máxima ou de classificação publicada corresponde à utilização contínua recomendada em todas as atmosferas. Obtenha os dados de condutividade térmica, variação linear permanente e utilização contínua ao calcular a espessura do revestimento ou a temperatura da carcaça.

Mantas e placas de fibra

A manta deve ser fixada mecanicamente ou colada através de um método devidamente projetado e protegida do contacto direto com ferramentas, combustível solto, carepa e velocidades de gás que possam danificá-la. Preste especial atenção às extremidades cortadas, uniões, aberturas dos queimadores e ao piso. Uma superfície rigidificada pode oferecer resistência limitada à erosão, mas não transforma a manta num refratário denso nem torna um piso de fibra exposta adequado ao contacto com peças.

Consulte a ficha de dados de segurança atual antes de cortar ou remover qualquer produto de fibra. Evite ou controle adequadamente a exposição a poeiras, utilize sistemas de extração e métodos de limpeza apropriados e selecione o equipamento de proteção individual com base na avaliação de riscos específica da tarefa. Não descreva a fibra biossolúvel como isenta de riscos nem pressuponha que todos os produtos de fibra cerâmica têm a mesma classificação regulamentar.

Adesivos para fibras e endurecimento superficial

O adesivo complementa a fixação mecânica especificada; não se deve presumir que consegue suportar um revestimento suspenso durante ciclos térmicos repetidos sem um sistema de fixação verificado. Prepare o substrato, aplique o adesivo na superfície correta, respeite o tempo de secagem indicado e introduza o calor gradualmente. O rigidificante é um tratamento superficial pouco profundo, não um ligante estrutural, um substituto da face quente ou uma autorização para exceder 1000 °C na superfície tratada.

Considerações para forjas a gás, carvão e coque

• Forja a gás: determine o percurso da chama e evite a incidência direta do queimador sobre uma extremidade vulnerável ou uma manta desprotegida. As aberturas dos queimadores devem permanecer estáveis, corretamente conformadas e sem fibras soltas.
• Forja a combustível sólido: utilize uma soleira e um leito de combustível robustos, capazes de resistir ao movimento do coque ou carvão, ao clínquer, à carepa, às ferramentas de atiçar e aos gradientes térmicos localizados.
• Câmara de tratamento térmico: dê prioridade à uniformidade da temperatura, à circulação controlada, à baixa massa térmica quando forem necessários ciclos rápidos e à proteção da carga contra detritos soltos do revestimento.
• Exposição a fundentes: identifique a composição química do fundente e da carepa metálica. Os fundentes de borato e os contaminantes fundidos podem penetrar ou atacar determinados refratários de aluminossilicato; utilize uma solução de soleira compatível e substituível.
• Aberturas: dimensione a abertura de trabalho e a conduta de exaustão em função do sistema de combustão. Restringir uma abertura para reter calor pode alterar a pressão do queimador, a qualidade da combustão e a produção de monóxido de carbono.

Construção, secagem e colocação em serviço

Inspecione a carcaça para detetar corrosão, deformações, soldaduras deterioradas e suporte insuficiente antes de instalar o revestimento. Defina as aberturas dos queimadores, as portas, as saídas de exaustão, as posições dos termopares, o aparelho dos tijolos, as juntas de dilatação e as transições entre camadas. Mantenha os elementos de construção combustíveis, mangueiras, reguladores, garrafas, cabos elétricos e materiais armazenados fora das distâncias de segurança exigidas e da exposição ao calor radiante.

Meça a água para o betão refratário por massa ou por volume calibrado e nunca adicione água apenas para melhorar a trabalhabilidade. Misture somente a quantidade que possa ser aplicada durante o tempo de trabalho, compacte-a sem segregação e siga o processo de cura específico do produto. O betão refratário, a argamassa e as reparações com massas moldáveis retêm humidade mesmo quando a superfície parece seca. Aplique um aquecimento controlado, com patamares adequados, antes da queima à temperatura máxima; um aquecimento rápido pode gerar pressão interna de vapor, fissuração e lascamento explosivo.

Uma forja a gás ou GPL exige um sistema de combustão e alimentação de combustível projetado, instalado e mantido por uma pessoa competente para a aplicação em causa. Assegure uma entrada adequada de ar de combustão e a extração dos produtos da combustão. Defina procedimentos seguros de purga, acendimento, falha de chama e paragem. O monóxido de carbono é incolor e inodoro, pelo que o aspeto visual da chama, por si só, não constitui um método de controlo da exposição; avalie a ventilação e utilize monitorização adequada.

Durante a colocação em serviço, registe as temperaturas da câmara, da face quente e da carcaça em posições representativas. Verifique se existem fugas de chama, pontos quentes anormais, revestimento solto, fissuração, erosão da fibra e movimentos em redor das aberturas dos queimadores. Pare o equipamento e investigue qualquer temperatura da carcaça que continue a aumentar para além do previsto no projeto. Após o arrefecimento, inspecione o revestimento depois do primeiro ciclo térmico e repare os defeitos antes da utilização normal.

Perguntas frequentes

Qual é a diferença entre um refratário denso e o isolamento de uma forja?

Os tijolos densos e os betões refratários proporcionam resistência mecânica, resistência ao desgaste e uma face quente duradoura, mas acumulam mais calor. Os tijolos isolantes, as placas e as mantas reduzem o fluxo térmico e a energia necessária para o aquecimento, mas são geralmente menos resistentes a ferramentas, combustível, carepa e fundentes. Muitas forjas exigem ambas as funções em camadas separadas.

Como deve ser selecionada a temperatura nominal do revestimento de uma forja?

Utilize a temperatura máxima plausível do material, não apenas a leitura média da câmara, e aplique depois as recomendações do fabricante para utilização contínua e uma margem de projeto adequada. Considere a incidência da chama, a atmosfera, a retração, os fundentes e o adesivo, rigidificante ou revestimento com a temperatura nominal mais baixa do conjunto.

Que materiais de revestimento são adequados para uma forja a gás?

O projeto pode combinar fibra fixada de forma segura ou tijolo isolante com uma face quente compatível e protegida, além de refratário denso no piso e na abertura do queimador. A disposição correta depende da velocidade do queimador, do percurso da chama, da temperatura da câmara, do manuseamento das peças e da temperatura exigida para a carcaça.

Que refratário é adequado para uma forja a carvão ou coque?

A soleira e o leito de combustível exigem normalmente um material denso selecionado pela sua resistência à abrasão, clínquer, carepa, exposição química e calor localizado. Os tijolos leves ou as mantas podem ser utilizados como isolamento secundário protegido, mas não devem ficar expostos em zonas onde o combustível e as ferramentas possam danificá-los.

A manta de fibra cerâmica pode permanecer exposta no interior de uma forja?

Não pressuponha que uma manta exposta é aceitável. A chama direta, a elevada velocidade dos gases, as ferramentas e as peças podem provocar a sua erosão. Utilize um sistema projetado de fixação e proteção superficial, mantenha as fibras soltas afastadas da zona de trabalho e siga a ficha de dados de segurança atual.

O rigidificante transforma a manta de fibra num revestimento refratário rígido?

Não. Apenas endurece a superfície tratada e tem um limite publicado de 1000 °C. Não confere à manta a resistência mecânica ou ao desgaste de um refratário denso e não substitui a fixação mecânica nem uma camada de face quente compatível.

O revestimento refratário à base de zircão pode aumentar a temperatura nominal de um revestimento?

Não. Os tijolos, o betão refratário, a fibra, o adesivo e a carcaça subjacentes continuam limitados pelas respetivas propriedades. Utilize o revestimento apenas sobre um substrato compatível e para uma função verificada de proteção química ou superficial.

Que grau de tijolo refratário isolante devo utilizar?

Os graus 23, 26, 28 e 30 têm temperaturas nominais publicadas de 1260 °C, 1430 °C, 1530 °C e 1650 °C, respetivamente. Escolha com base na exposição calculada, nos dados de utilização contínua, na condutividade térmica, na atmosfera e nas exigências mecânicas, em vez de selecionar automaticamente o grau mais elevado.

Deve utilizar-se Vitset 45 ou Silcas M com tijolos isolantes?

A Silcas M destina-se a tijolos isolantes leves, sobretudo do Grau 23, e está classificada para 1430 °C. A Vitset 45 está classificada para 1700 °C e é indicada para produtos refratários densos e isolantes compatíveis. Confirme a compatibilidade com os tijolos, a espessura das juntas e a temperatura máxima de serviço antes da instalação.

Quando deve utilizar-se betão refratário em vez de tijolo refratário?

O betão refratário é adequado para formas monolíticas, blocos de queimador e reparações em que a geometria dos tijolos não seja prática. Os tijolos refratários permitem utilizar unidades substituíveis e juntas previsíveis. A decisão também depende das ancoragens, da geometria da carcaça, da espessura de instalação, da cura, da secagem controlada e do acesso para manutenção futura.

Para que serve uma massa refratária plástica moldável?

A VITPLAST 45AB é compactada por apiloamento manual ou com martelo pneumático em reparações localizadas compatíveis. Não é um betão refratário vertível e não deve ser aplicada sem compactação nem utilizada para ocultar uma carcaça deteriorada, um sistema de ancoragem danificado ou um revestimento amplamente destacado.

Porque é necessário secar gradualmente um refratário novo numa forja?

Os betões refratários, as argamassas e as massas moldáveis retêm a água utilizada na instalação. Se o calor for aplicado demasiado depressa, a pressão do vapor pode exceder a resistência inicial ou a permeabilidade do revestimento e provocar fissuração ou lascamento. Siga o programa de cura e aquecimento específico do material.

O betão refratário é um material isolante?

Não neste contexto. Os betões refratários Grau 1600 e Grau 1700 indicados são materiais densos para a face quente. Se for necessário atingir uma temperatura-alvo da carcaça, calcule uma camada separada de isolamento secundário e tenha em conta todas as pontes térmicas e aberturas.

Porque é que os fundentes danificam o piso de uma forja?

Alguns fundentes para soldadura em forja fundem e penetram nos refratários porosos, reagindo depois com o revestimento durante ciclos de queima repetidos. Identifique a composição química do fundente e utilize uma soleira compatível e de fácil manutenção ou uma camada sacrificial, em vez de depender apenas da resistência à temperatura.

Como se pode controlar a temperatura exterior de uma forja?

Calcule o revestimento com base na temperatura da face quente, na condutividade térmica à temperatura média relevante, na espessura das camadas, na resistência térmica de contacto, na carcaça de aço e nas condições ambientes. Valide o resultado através de medições de temperatura durante a colocação em serviço; a temperatura nominal do material, por si só, não permite prever a temperatura da carcaça.

Qual é a diferença entre o isolamento de fibra biossolúvel e o de fibra cerâmica?

Diferem na composição química das fibras, biopersistência, capacidade térmica e classificação regulamentar. Consulte a ficha de dados de segurança e a ficha técnica atuais para o grau exato. Aplique medidas de controlo de poeiras durante o corte, a instalação e a remoção, independentemente da terminologia comercial utilizada.

Os adesivos CFA em cartucho e em embalagem são intercambiáveis?

Não pressuponha que são. A página do cartucho não apresenta uma temperatura nos atributos do produto, enquanto a página da embalagem maior indica 1260 °C nos atributos e 1400 °C no texto. Confirme a embalagem, o método de aplicação, o rendimento e o limite de serviço documentado antes da especificação.

Que informações são necessárias para especificar o revestimento de uma forja?

Indique o tipo de forja, combustível, características dos queimadores, dimensões da câmara, abertura de trabalho e exaustão, temperaturas normal e máxima, ciclo de trabalho, peça e fundente, material da carcaça, temperatura exterior exigida, espessura de revestimento disponível, exposição mecânica, danos existentes, controlos de potência ou combustível e método de instalação.