Revestimentos refratários para fornos

O desempenho do forno depende do revestimento completo

O revestimento de um forno é um conjunto coordenado composto pela face quente, isolamento de suporte, juntas, ancoragens ou apoios, aberturas, sistemas de vedação e carcaça. Cada camada desempenha uma função diferente. O refratário denso resiste à carga, à abrasão e ao ataque químico localizado, mas aumenta o calor acumulado. Os tijolos leves, os betões refratários e as fibras reduzem as perdas térmicas e a massa térmica, embora necessitem de proteção onde as peças a cozer, o mobiliário do forno, os gases de combustão ou o manuseamento mecânico os possam danificar.

Comece pelo processo de cozedura, e não pela temperatura nominal de um produto. Registe a fonte de calor, as temperaturas máxima e contínua, as velocidades de aquecimento e arrefecimento, a atmosfera oxidante, redutora ou de outro tipo, os vapores libertados pelas peças, a disposição dos queimadores ou elementos, a velocidade dos gases, o regime de pressão e o acesso para manutenção. Um forno de um atelier de cerâmica, um forno vaivém industrial e um forno túnel de funcionamento contínuo não podem ser especificados com base nos mesmos pressupostos.

Funções de um revestimento de forno

Faces quentes em tijolo denso e materiais monolíticos

Os refratários densos são úteis nas soleiras, plataformas dos carros de forno, blocos de queimador, bordos de carga e outras áreas onde seja necessária resistência mecânica ou ao desgaste. O facto de suportarem temperaturas elevadas não significa que sejam materiais isolantes. A sua massa térmica pode ser vantajosa num processo contínuo estável, mas pode aumentar o consumo de combustível ou eletricidade em cozeduras frequentes por lotes.

Adapte o teor de alumina dos tijolos e a composição química do betão refratário à atmosfera de cozedura, aos vapores condensáveis, aos álcalis, aos componentes dos vidrados e ao mobiliário do forno. A resistência à temperatura, por si só, não demonstra resistência a um contaminante específico. Preveja um aparelho de alvenaria validado, um sistema de suporte, folgas de dilatação e uma estratégia de reparação; não se deve esperar que a argamassa corrija uma geometria instável ou estruturas metálicas danificadas.

Tijolos refratários isolantes e betão refratário leve

Os tijolos isolantes porosos reduzem a massa térmica e permitem normalmente um aquecimento e arrefecimento mais rápidos do que os tijolos densos. São também mais suscetíveis ao impacto, à abrasão e à penetração de líquidos ou vapores condensados. Utilize material denso ou sacrificial nas superfícies de carga vulneráveis e proteja os bordos em torno de portas, visores, queimadores e carros de forno.

O betão refratário isolante apresenta uma condutividade térmica de 0,4 W/mK, mas a página pública não indica a temperatura de ensaio. Um único valor de condutividade é insuficiente para calcular integralmente as perdas térmicas. Obtenha a densidade instalada, a condutividade em toda a gama de funcionamento, a variação linear permanente e os dados mecânicos; em seguida, calcule a parede multicamada e valide a temperatura da carcaça durante a colocação em serviço.

Módulos, mantas e placas de fibra

Um módulo de fibra não é especificado apenas pela temperatura. As páginas públicas dos módulos não indicam dimensões, densidade, orientação da fibra dobrada, compressão instalada, material e temperatura das ancoragens, espaçamento das fixações, retração ou dados de condutividade térmica. Obtenha um plano de instalação projetado antes de utilizar módulos numa cobertura, num forno túnel ou numa zona de combustão com gases a alta velocidade.

As mantas e placas necessitam de suporte seguro e proteção contra as peças a cozer, o mobiliário do forno, as ferramentas de limpeza e fluxos de gás prejudiciais. Desencontre as juntas e controle as folgas nas passagens, portas e transições. Considere a retração permanente à temperatura de funcionamento; uma junta aberta pode criar um percurso térmico direto até à carcaça, mesmo quando a espessura nominal do isolamento é adequada.

Consulte a ficha de dados de segurança mais recente da classe de fibra específica antes do corte, instalação ou remoção. Planeie o trabalho de modo a minimizar as partículas em suspensão, assegure uma extração eficaz e utilize métodos de limpeza controlados. A composição química e a classificação específicas do produto são importantes: a designação comercial «biossolúvel» não significa que possam ser dispensados o controlo de poeiras ou a proteção individual.

Argamassas e adesivo para fibra cerâmica

Selecione a argamassa em função da composição química do tijolo, espessura da junta, temperatura de serviço, atmosfera e movimento, e não apenas pela classificação máxima. A Vitset 80 destina-se principalmente a aplicações metalúrgicas com elevada alumina e contacto com escórias; não é automaticamente a argamassa preferencial para todos os fornos cerâmicos. A Silcas M é adequada para tijolos isolantes leves e brancos, enquanto a Silcas A se destina a tijolos densos e construções pré-fabricadas compatíveis.

A argamassa de presa ao ar deve secar antes da aplicação de calor e não deve preencher uma junta de dilatação concebida para o efeito. O adesivo para fibra é um material de colagem localizada, não um substituto universal da ancoragem mecânica. O catálogo CFA apresenta atualmente uma discrepância entre os 1260 °C indicados nos atributos e os 1400 °C indicados na descrição; utilize o valor publicado mais baixo até que documentação técnica controlada esclareça a diferença.

Rigidificantes e revestimentos à base de zircão

O rigidificante endurece apenas a superfície da fibra; não transforma a manta num refratário estrutural nem permite que a face tratada ultrapasse os 1000 °C. Os revestimentos à base de zircão exigem um suporte sólido e compatível. A sua classificação superior não aumenta a temperatura de serviço dos tijolos, betões refratários, fibras, adesivos ou ancoragens subjacentes.

O revestimento seco requer 300 ml de água por quilograma e aplicação sobre uma superfície refratária quente, enquanto a versão pronta a usar é fornecida para aplicação direta. Confirme a temperatura da superfície, diluição, espessura, secagem, primeira cozedura e limites de contaminação. Um revestimento utilizado no interior de um forno cerâmico também deve ser compatível com as peças, os vapores dos vidrados, a atmosfera e os elementos de aquecimento; a resistência genérica ao alumínio, vidro ou escória não demonstra a adequação a todos os processos de cozedura.

Fornos descontínuos e contínuos

• Fornos descontínuos, por lotes e vaivém: uma massa térmica reduzida pode encurtar o aquecimento e o arrefecimento, mas os ciclos repetidos tornam importantes a retração, o movimento das juntas e o comportamento ao choque térmico.
• Fornos túnel e contínuos: as perdas térmicas constantes, a estabilidade dimensional a longo prazo, o suporte, a atmosfera e o acesso para manutenção são frequentemente mais importantes do que o arrefecimento rápido.
• Fornos elétricos: mantenha os elementos e terminais afastados de contaminação condutora e revestimentos incompatíveis. Preserve as ranhuras dos elementos, as distâncias de segurança elétrica e a ventilação especificada pelo fabricante.
• Fornos a combustível: proteja os revestimentos vulneráveis da chama direta e dos gases a alta velocidade. Os blocos dos queimadores, os controlos de ar e combustível, a exaustão e o equilíbrio de pressão devem ser projetados como parte do sistema de combustão.
• Carros de forno e soleiras: calcule a carga, as pontes térmicas, a exposição das rodas e da estrutura metálica, a geometria da vedação e a abrasão causada pelo carregamento, em vez de aplicar os pressupostos usados para o isolamento das paredes.

Instalação, secagem controlada e inspeção

Antes de substituir o revestimento, isole as fontes de energia elétrica, de gás, hidráulica e mecânica; arrefeça, ventile e teste o equipamento conforme exigido pelo procedimento da instalação. Inspecione a carcaça, a estrutura, o suporte da cobertura, as ancoragens, os queimadores, os elementos, os terminais, as condutas, os carros de forno e as vedações. Determine se um forno de grandes dimensões corresponde à definição de espaço confinado e, quando aplicável, estabeleça um plano seguro de entrada e salvamento.

Meça rigorosamente a água do betão refratário, misture dentro do tempo de utilização do produto e compacte sem provocar segregação. Efetue a cura dos materiais monolíticos e deixe as argamassas e os adesivos secarem de acordo com as instruções. Um revestimento que pareça seco pode reter água abaixo da superfície. Aplique um programa controlado para a primeira cozedura com base no material, espessura, geometria e volume total instalado; um aquecimento excessivamente rápido pode pressurizar a humidade retida e provocar fissuração ou projeção violenta de material refratário.

Coloque o forno em serviço com medição representativa da temperatura na face quente, nas interfaces e na carcaça. Verifique se existe incidência direta da chama, contacto com os elementos, pontos quentes anormais, juntas abertas, fibras soltas, perda de revestimento ou movimento em torno das portas, aberturas dos queimadores e visores. Num forno de produção, registe o consumo de combustível ou energia elétrica, a curva de cozedura, a pressão, a qualidade do produto e a temperatura da carcaça, de modo a estabelecer uma referência para a manutenção.

Inspecione após o primeiro ciclo e em intervalos planeados. Alterações no tempo de cozedura, uniformidade térmica, consumo de energia, temperatura da carcaça, contaminação do produto ou atmosfera podem indicar deterioração do revestimento antes de a falha se tornar visível. Repare a causa da erosão, fissuração ou movimento, em vez de a cobrir com um revestimento ou uma argamassa incompatíveis.

Perguntas frequentes

Que camadas são normalmente utilizadas num revestimento de forno?

Um revestimento pode incluir uma face quente densa ou de baixa massa térmica, uma ou mais camadas de isolamento de suporte, juntas compatíveis, ancoragens ou apoios e uma carcaça exterior. A configuração necessária depende da temperatura do processo, atmosfera, carga, ciclo e temperatura pretendida da carcaça.

Qual é a diferença entre tijolo refratário denso e tijolo refratário isolante?

O tijolo refratário denso oferece maior resistência mecânica e ao desgaste, mas acumula mais calor. O tijolo refratário isolante é poroso e reduz a massa térmica e o fluxo de calor, embora seja mais vulnerável ao impacto, à abrasão e à penetração química.

Um forno túnel necessita do mesmo revestimento que um forno descontínuo?

Não necessariamente. Um forno túnel funciona continuamente e exige maior atenção às perdas térmicas constantes, à estabilidade a longo prazo e ao suporte. Um forno descontínuo aquece e arrefece repetidamente, pelo que a baixa massa térmica, o movimento e o comportamento durante os ciclos têm maior influência.

Como deve ser selecionada a classe de temperatura de um revestimento de forno?

Identifique a temperatura máxima do material, a exposição localizada à chama ou aos elementos, a atmosfera e o ciclo; em seguida, verifique a temperatura recomendada para utilização contínua, a retração e uma margem de projeto adequada. Não equipare uma classificação ou valor máximo a um serviço contínuo sem restrições.

Que grau de tijolo refratário isolante é adequado?

O catálogo apresenta o grau 23 para 1260 °C, o grau 26 para 1430 °C, o grau 28 para 1530 °C e o grau 30 para 1650 °C. Escolha em função da exposição real, condutividade, retração, carga, atmosfera e vida útil necessária, em vez de especificar por defeito o número mais elevado.

O betão refratário isolante 1300 pode ser utilizado como face quente?

Apenas quando a sua resistência mecânica, resistência à abrasão, composição química e dados de aplicação publicados forem adequados ao serviço. A sua função principal é o isolamento leve ou de suporte. Utilize uma face quente densa compatível onde as peças, o mobiliário do forno, o fluxo de gases ou as cargas mecânicas o possam danificar.

Quando devem ser utilizados módulos de fibra cerâmica em vez de mantas?

Os módulos podem proporcionar um revestimento pré-comprimido de baixa massa térmica com um sistema de fixação integrado. A manta é flexível e útil em isolamentos multicamada, juntas e reparações. É necessário especificar a densidade, compressão, orientação, ancoragens e disposição dos módulos; a classificação de temperatura, por si só, é insuficiente.

A manta de fibra cerâmica pode permanecer exposta num forno?

Apenas como parte de um revestimento projetado no qual tenham sido avaliados a velocidade dos gases, a retração, a fixação e os riscos de contaminação. Proteja-a contra danos mecânicos e utilize a ficha de dados de segurança atual e os controlos de exposição profissional durante a instalação e remoção.

Que argamassa deve ser utilizada nos tijolos do forno?

Adapte a argamassa ao tijolo denso ou isolante, à espessura da junta, à temperatura, à composição química e à atmosfera. A Silcas A destina-se a tijolos densos compatíveis, a Silcas M a tijolos leves e os produtos Vitset a sistemas refratários para temperaturas mais elevadas, dentro dos respetivos âmbitos documentados.

A Vitset 80 é a melhor argamassa por ter a classificação mais elevada?

Não. A Vitset 80 é uma argamassa especializada com elevado teor de alumina para aplicações metalúrgicas. Uma argamassa com classificação inferior pode ser a escolha correta para determinado tijolo e temperatura de funcionamento do forno. A compatibilidade e o comportamento da junta são mais importantes do que a seleção do valor mais elevado.

Um revestimento à base de zircão pode reparar um revestimento de forno fissurado?

Pode tratar uma superfície sólida e compatível, mas não repõe a espessura em falta nem repara ancoragens danificadas, alvenaria instável ou fissuras estruturais. Identifique e repare o defeito subjacente antes de aplicar um revestimento fino.

Qual é a diferença entre o revestimento à base de zircão seco e o pronto a usar?

A versão seca é misturada com 300 ml de água por quilograma e destina-se à aplicação sobre uma superfície refratária quente. A versão pronta a usar é fornecida como revestimento líquido. Verifique o rendimento, diluição, espessura da camada, secagem e instruções para a primeira cozedura da versão selecionada.

O rigidificante para fibra cerâmica substitui um revestimento refratário?

Não. O rigidificante forma uma camada superficial endurecida de pouca profundidade e está limitado a 1000 °C na informação atual. Não proporciona a espessura, resistência mecânica ou composição química para temperaturas mais elevadas de uma face quente refratária selecionada para o efeito.

Porque é essencial efetuar a secagem controlada do betão refratário do forno?

A água de instalação permanece no betão refratário após a cura. Um aquecimento rápido pode gerar vapor mais depressa do que este consegue escapar, provocando fissuras ou lascamento. O programa deve ter em conta o produto, a espessura, a geometria, o volume e o método de aquecimento.

O que provoca a abertura de folgas num revestimento de forno em fibra?

As possíveis causas incluem compressão insuficiente durante a instalação, retração permanente da fibra, disposição inadequada das juntas, falha das ancoragens, movimento térmico ou perturbação mecânica. Repare o sistema de fixação e a conceção das juntas, em vez de preencher todas as folgas com uma argamassa rígida sem relação com o sistema.

É possível utilizar o mesmo revestimento em fornos elétricos e a gás?

Não automaticamente. Os fornos elétricos exigem compatibilidade com os elementos, ranhuras, terminais e distâncias de segurança elétrica. Os fornos a gás introduzem a velocidade da chama, a atmosfera de combustão, os blocos dos queimadores e a pressão de exaustão. O projeto térmico e mecânico deve ter em conta a fonte de calor.

Como deve ser controlada a poeira durante a substituição do revestimento do forno?

Utilize as fichas de dados de segurança atuais e uma avaliação COSHH específica para a tarefa. Dê prioridade a métodos de remoção e corte com emissões reduzidas, extração adequada e limpeza controlada; selecione proteção respiratória e cutânea para a exposição residual.

Que informações são necessárias para especificar um revestimento de forno?

Forneça o tipo de forno, setor e processo, fonte de calor, dimensões da câmara, funcionamento contínuo ou cíclico, curva de cozedura, temperaturas máxima e normal, atmosfera, peças e vapores, carga, velocidade dos gases, construção existente, padrão de falha, temperatura pretendida da carcaça, espessura disponível e limitações de manutenção.