Soluções em refratário para a indústria cimenteira

Soluções em refratário para a indústria cimenteira

O cimento é um material que tem sua história inicial no Egito antigo com a mistura de gesso e argilas queimadas. Naquela época, as rochas eram cortadas para fazer os pilares e paredes das grandes edificações. Também por muitos anos o barro queimado e até mesmo “in natura” foi usado na construção de casas. Entretanto, em 1824, Joseph Aspdin obteve o cimento mediante a queima de pedras calcárias e argila e registrou sua patente como cimento Portland (em homenagem às ilhas de Portland, Inglaterra, onde tinha rochas com cor e dureza semelhante ao cimento).

Desde então o processo tecnológico passou por vários avanços, saindo de via úmida para o atual processo via seca (sem a utilização de água), forno rotativo, torres de pré-aquecimento e pré-calcinação: considerados os mais avançados. O mais interessante é relatar que, da mesma forma que houve a evolução do processo de fabricação do cimento no decorrer dos séculos, os refratários utilizados nessa indústria também evoluíram, se adequando às exigências operacionais em cada época. O consumo de refratário na indústria cimenteira ocorre dentro de seu principal equipamento: o forno rotativo. Nele as principais reações químicas transformam o material cru, conhecido como farinha (composto por calcário, argilas e aditivos corretivos), em um material sinterizado chamado “clínquer”. A temperatura na região mais quente do forno chega a atingir entre 1.400°C e 1.500°C.

Posteriormente, o clínquer é misturado com outros aditivos (gesso, calcário, escoria, pozolana etc.), sendo em seguida moído produzindo um pó fino chamado cimento. Os vários tipos existentes se diferenciam pelo uso e suas composições, seguindo normas escritas por entidades regulamentadoras em cada país. No Brasil, são elas: a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) e a Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP). Esse mercado é puxado, principalmente, pela construção civil e por obras de infraestrutura (como a construção de casas, estradas etc). Como é um processo intenso termicamente, o consumo de combustível é um ponto-chave nos custos do processo. Por essa razão, as indústrias desse segmento buscam constantemente a otimização dos gastos mediante o uso de combustíveis mais baratos e com um conceito voltado para a sustentabilidade, ou seja, o coprocessamento de resíduos que tem um papel fundamental no meio ambiente. Diante deste cenário, a primeira pergunta que surge é: qual é o caminho que as soluções refratárias seguirão? A resposta é simples e a história se repete: “o mesmo que o usuário de refratário seguirá de forma a adequar a tecnologia à sua real necessidade…”.

Para entender como as soluções em refratários são usadas nos fornos rotativos de cimento é importante entender os princípios do mecanismo de desgaste dos refratários. São eles: térmicos, químicos, mecânicos (Quadro 1). Eles podem estar de forma isolada ou atuando conjuntamente dentro do forno rotativo. A escolha da melhor tecnologia a ser seguida é uma abordagem que sempre tem como ponto fundamental a parceria entre usuário e fornecedor. O primeiro deve conhecer a fundo os principais problemas operacionais existentes nos fornos rotativos e seus limites e o segundo entendê-los para projetar a solução refratária mais adequada ao equipamento em operação.

A Fig. 2 mostra um exemplo de um forno rotativo utilizando resíduo líquido próximo ao queimador principal. Seguramente é um processo que afetará a vida do refratário. A combinação dos mecanismos de desgastes está constantemente nos fornos. Daí a necessidade de buscar soluções que possam assimilar essas exigências e condensar propriedades refratárias para atuar de forma ampla nos fornos rotativos. Um material refratário, pela sua natureza, deve ser capaz de suportar elevadas temperaturas, ataques químicos e esforços mecânicos sem apresentar deformações. Cada qual dentro de seu limite de uso. Constantes pesquisas e estudos “Post Morten” (estudos que apoiam o entendimento do mecanismo de desgaste dos refratários após o uso) são amplamente utilizados para o desenvolvimento de materiais mais resistentes e com um custo adequado para serem comercializados. As principais propriedades refratárias são:

– Resistência mecânica: propriedade que mede a capacidade de resistência à compressão na temperatura ambiente;
– Flexão à quente: mede a resistência à flexão em temperaturas elevadas simulando uma condição próxima a de uso do refratário;
– Permeabilidade: propriedade que mede a capacidade de um gás permear dentro da massa do refratário. Quanto maior o seu valor, menor a resistência que o refratário oferece à passagem de um gás;
– Refratariedade sob carga: mede a deformação que um refratário apresenta à elevada temperatura e uma carga constante;
– Resistência ao choque térmico: propriedade que mede a capacidade em resistir às variações de temperatura;
– Resistência ao ataque de fase líquida: mede a resistência que o refratário apresenta após a infiltração forçada de fases líquidas em sua massa;
– Condutividade térmica: mede a capacidade de um refratário conduzir calor por meio de sua massa. Quanto maior o seu valor, menor é a resistência à passagem de calor.

As soluções para a indústria cimenteira associam as diversas propriedades refratárias, dentre outras, com o objetivo de projetar a melhor opção tecnológica viável para os fornos rotativos atualmente em operação. Para as novas fábricas (também chamadas de “Green Fields”), o projeto refratário para os fornos rotativos de cimento é baseado em uma especificação inicial e, após o início de sua operação, são realizadas otimizações baseadas em estudos detalhados do processo.

 

Márcio Geraldo de Oliveira
Márcio Geraldo de Oliveira
Formado em Engenharia Química pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) e pós-graduado em Qualidade e Produtividade na UFPB. Trabalha há quatro anos na Magnesita, onde faz a Gestão da Assistência Técnica para a área industrial de cimento e cal e de não ferroso. Atua no desenvolvimento de novos materiais associados às necessidades dos processos

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