Esse artigo aborda de uma maneira bem sucinta os tipos de refratários utilizados nesses equipamentos, como também sua metodologia de aplicação. Para cada tipo de forno e para cada condição (novo, reforma ou “revamp”), alguns fatores merecem atenção para a tomada de decisão que melhor atenda à demanda da laminação, especialmente: desempenho, custo, eficiência energética e disponibilidade para operação.
A laminação é um processo de conformação mecânica no qual o material é forçado a passar entre dois cilindros, girando em sentidos opostos, com praticamente a mesma velocidade superficial e separados entre si a uma distância menor que o valor da espessura inicial do material a ser deformado.
Fornos de Reaquecimento
Fornos de reaquecimento (ou de laminação) são equipamentos utilizados para elevar a temperatura de produtos semi-acabados (tarugos, blocos, placas ou lingotes) até que esses materiais se tornem suficientemente plásticos para permitir a redução mecânica à secção desejada.
Esses fornos podem estar presentes em uma usina siderúrgica integrada, em uma usina siderúrgica elétrica (Mini-mill) ou até mesmo não estar dentro de uma área industrial em que haja alguma aciaria, mas somente laminação.
Em termos de tipo de produção, existem basicamente dois tipos de fornos:
1. Intermitentes: o material a ser aquecido (normalmente blocos ou lingotes) é carregado no forno e permanece estacionário sobre a soleira refratária até atingir a temperatura de homogeneização desejada para o processo de laminação ou forjamento.
2. Contínuos: aplicação para placas, tarugos ou blocos, em grandes quantidades repetitivas. Esses fornos possuem, em geral, várias zonas e o material é carregado em uma extremidade, sendo transportado através do forno por um sistema de empurrador ou de translação.
Em termos de tipo de transporte da carga sólida existem basicamente 5 tipos:
1. Empurrador (pusher): soleira refratária completa ou mescla de soleira com vigas refrigeradas e revestidas com refratário (skids). Arraste da carga diretamente na soleira e/ou nos skids.
2. Soleira caminhante (walking-hearth): sistema de transporte de carga por translação com soleiras refratárias móveis e fixas.
3. Viga caminhante (walking-beam): sistema de transporte de carga por translação com vigas móveis e fixas refrigeradas e revestidas com refratário (skids).
4. Soleira rotativa (rotary-hearth): soleira refratária completa, sendo a carga transportada da posição de enfornamento até de desenfornamento através de um sistema de rotação da soleira.
5. Mescla de soleira e viga caminhantes: sistema híbrido de transporte de carga por translação com soleiras e skids móveis e fixos.
Refratários em Fornos de Reaquecimento
Por volta de 1.915, com o aparecimento das primeiras massas plásticas refratárias, os fornos de reaquecimento começaram uma era de revestimento refratário com materiais monolíticos, ou seja, materiais sem forma definida e cujo formato é dado após sua aplicação. Até aquele período, os fornos eram revestidos com refratários moldados, basicamente tijolos densos e isolantes.
A partir da década de 30, os fornos passaram a contar com novos refratários monolíticos: os primeiros concretos refratários convencionais, com pega hidráulica via CAC (cimento de aluminato de cálcio). Desse período até os dias de hoje, a participação de refratários monolíticos aumentou consideravelmente, em função principalmente do advento dos concretos refratários baixo cimento, fluência livre, sem cimento, bombeáveis, bombeáveis e projetáveis (shotcrete), e os de elevada resistência mecânica e à corrosão (denominados materiais de elevado desempenho), principalmente no caso de fornos com soleira refratária (empurrador, soleira-caminhante e soleira-rotativa).
Materiais refratários pré-moldados também se fazem presente às vezes como revestimento em teto e paredes dos fornos, com refratários ligados a fosfato ou cimento, como também em soleiras de fornos empurradores e de soleira rotativa, com blocos eletrofundidos ou blocos pré-moldados (materiais de elevado desempenho).
Técnicas de Aplicação de Refratários
Normalmente, fornos de reaquecimento são equipamentos siderúrgicos que apresentam campanhas relativamente longas entre paradas para intervenção no equipamento. Existem fornos que passam por manutenções anuais (não necessariamente devido ao revestimento refratário, mas a algum aspecto operacional do equipamento) até mesmo manutenções a cada 3, 5 e até 7 anos.
Quanto ao revestimento a ser utilizado no forno, cada vez mais os itens de segurança operacional, qualidade, produtividade, eficiência energética, meio-ambiente, custo e disponibilidade estão sendo levados em consideração para definição dos itens indicados abaixo (quer em projeto de um novo equipamento, quer em uma reforma ou “revamp” de equipamento existente):
1. Tipo de material de revestimento,
2. Método de aplicação do material,
3. Tempo de aplicação do material,
4. Tempo de retomada em operação após aplicação e
5. Desempenho do material, em termos de isolamento, resistência mecânica, a abrasão, a choque térmico, a corrosão por carepa (óxido de ferro gerado no processo de aquecimento) etc.
Para todos os itens mencionados acima, deve-se considerar que para cada um existe um custo relacionado. Podem existir materiais de menor custo, que atendam à solicitação do equipamento, porém carecem de um tempo e recursos para aplicação que acabam onerando mais o projeto. Da mesma maneira, podem existir materiais que são aplicados através de equipamentos de última geração e que reduzem substancialmente o tempo de aplicação e retomada de operação, porém apresentam custos finais que podem não se justificar.
Os volumes de refratários em cada reforma ou durante a construção de um novo equipamento são bem distintos, mas como ordem de grandeza é razoável considerar valores médios de 150t (reforma) e de 800t até mais de 2.000t, em caso de novos equipamentos.
Dessa forma, dois pontos muito importantes são necessários e fundamentais a ponto de disponibilizar o forno de reaquecimento o tempo necessário para a produção, sem incorrer em paradas de emergência ou urgência, que afetariam diretamente o fluxo produtivo da usina, incorrendo em perdas financeiras não-previstas:
1. Medir, registrar, documentar todas as reformas de manutenção de refratários dos fornos, através de relatórios específicos, a fim de se conhecer os mecanismos de desgaste, os pontos de melhoria, o escopo e o tempo necessário para cada intervenção, as empresas parceiras, os produtos utilizados, as metodologias empregadas etc
2. Conhecer o custo-benefício de cada reforma e/ou “revamp”, a fim de que possíveis alterações de produtos ou metodologias de aplicação ou empresas parceiras sejam baseadas no histórico e em possibilidades de novos desenvolvimentos e ganhos reais. Isso é um diferencial quando se conhece o desempenho e o potencial dos refratários utilizados.
Vale lembrar que o forno de reaquecimento se trata de um dos últimos equipamentos da linha de produção de uma siderúrgica (principalmente de produtos longos) revestido com materiais refratários e, com isso, o desafio para disponibilizar o equipamento para produção o maior tempo possível é condição importante.
Via de regra, as aplicações de refratários nas regiões denominadas periféricos de um forno, ou seja, em chaminés, recuperadores e dutos de fumos (antes e depois de recuperador) são por meio de projeção convencional (mais comum) ou até mesmo por vertimento. Como revestimento de trabalho (aquele em contato com a atmosfera do equipamento ou “face quente”), são utilizados normalmente concretos refratários semi-isolantes ou isolantes e é usual também existir um revestimento isolante tipo placas (fibra cerâmica, silicato de cálcio, sílica diatomácea etc), por exemplo, junto à carcaça metálica. Para contribuir na fixação do concreto refratário e também do revestimento em placas, faz-se necessário o uso de um sistema de ancoragem metálico (normalmente da classe AISI 304 ou similar), cujo projeto pode variar desde barras redondas a chatas, com diferentes formatos.
Dependendo do projeto do forno, o teto pode ser subdividido em região sem queimadores e região com queimadores e normalmente ao longo do teto existem também regiões planas e inclinadas. Nessa área do forno, o revestimento de trabalho mais usualmente empregado até pouco tempo atrás era com peças pré-moldadas, sendo alternativo o uso de monolíticos (massas plásticas e concretos). Módulos de fibra cerâmica são uma opção normalmente mais empregada em fornos de tratamento térmico.
Uma prática que vem sendo adotada ultimamente em revestimentos de teto (trabalho e isolamento), tanto em novos equipamentos quanto em reformas e/ou “revamps”, é a aplicação de concretos refratários baixo cimento e isolantes, através de bombeamento e vertimento. Isso concilia as boas características do material (resistência mecânica, ao choque térmico e isolamento, obtendo também um menor número de juntas quando comparado com o revestimento de peças pré-moldadas) com a facilidade e agilidade na aplicação do material.
Nas paredes, que podem ser tanto laterais quanto frontais com ou sem queimadores, a forma mais utilizada para revestimento de trabalho é com monolíticos (concretos convencionais, baixo cimento e massas plásticas), sendo alternativo o uso de peças (pré-moldadas ou até mesmo tijolos). A massa plástica, apesar de ser de uma tecnologia mais antiga, atende à solicitação nessa região do forno e tem um custo bastante competitivo, principalmente quando se trata de novos equipamentos (de 150t a 250t de massa plástica em paredes), porém caso ocorram muitas variações operacionais, a possibilidade de aparecimento de fissuras ou trincas no revestimento é maior. Além disso, a aplicação da massa plástica é mais morosa e desconfortável (socagem e ruído).
Uma metodologia que vem sendo empregada em larga escala para revestimento de trabalho em paredes (laterais e frontais) é a de shotcrete, que consiste basicamente em uma projeção pneumática de uma mistura já úmida de concreto refratário baixo cimento bombeável e que faz uso também de um aditivo no bico de projeção para reduzir o índice de rebote (material que não fica na posição que necessita ser revestida) e acelerar o processo de consolidação do material.
Essa projeção a úmido desperta elevado interesse tecnológico, sobretudo para o recobrimento de grandes áreas e/ou reparos de superfícies danificadas, reduzindo substancialmente o tempo de aplicação, sem a necessidade de moldes.
Para uso dessa metodologia, faz-se necessário basicamente o uso de uma plataforma para posicionamento dos misturadores de concreto, um sistema de içamento de carga (ponte rolante, talha, guindaste etc), uma máquina de bombeamento de concreto e um bico de projeção especial, que permite a entrada de ar comprimido e de aditivo refratário.
Em fornos walking-beam e pusher com skids, os materiais normalmente utilizados são peças pré-moldadas ou concretos refratários baixo cimento de fluência livre, sendo que as peças têm uma participação ligeiramente maior que os concretos.
Finalmente, na região de soleira é que se encontra uma maior diversidade de tipos de materiais utilizados. Entretanto, vale considerar que as soleiras de fornos walking-beam tem função basicamente de isolamento e de contenção da carepa gerada no processo, sendo usual o seu revestimento com tijolos ou concretos (convencionais ou baixo cimento). Já as soleiras de fornos walking-hearth, pusher e soleira-rotativa tem função também estrutural e de definição de campanha do equipamento, uma vez que a carga sólida tem contato direto com a soleira refratária. Além do peso da carga no refratário (no caso de WH, pusher e SR), em fornos pusher o mecanismo de abrasão da mesma no refratário é determinante para a definição da campanha, uma vez que, conforme o nível de desgaste da soleira, não é possível se operar a linha de laminação em um ritmo de produção normal, com possibilidades de engaiolamentos e dificuldade de retirada da carga de dentro do forno.
Via de regra, soleira é a região que apresenta a menor campanha (de 1 a 4 anos em média) quando comparada com a das outras regiões (paredes, teto etc – de 7 a 15 anos em média), fundamentalmente devido ao contato da carga metálica.
Os principais materiais utilizados em soleiras de fornos walking-hearth, pusher e soleira rotativa são blocos eletrofundidos (elevada resistência à abrasão, baixa porosidade e elevado módulo de ruptura a quente, porém com baixa resistência ao choque térmico, custo elevado e possibilidade de aderência de carepa), concretos refratários baixo cimento ou ultra-baixo cimento de elevado desempenho (boa resistência à abrasão, à corrosão por carepa e ao choque térmico, porém com maior tempo de secagem e maiores cuidados na aplicação – mistura, vibração etc) ou até mesmo blocos pré-moldados já secos fabricados a partir dos concretos de elevado desempenho.
Quando a área para construção (novo equipamento) ou reparação (reforma ou “revamp”) são relativamente grandes, justifica-se a aplicação dos concretos refratários por meio de bombeamento e vertimento. Os recursos necessários para essa aplicação são os mesmos da tecnologia de shotcrete, com exceção de que no bombeamento da soleira não se faz necessário o uso do bico de projeção especial.
Por fim, o maior desafio a que um forno de reaquecimento deve ser submetido é de nunca forçar a parada de um laminador de maneira inesperada, mas sim acompanhar as necessidades do mesmo tendo flexibilidade e condições para passar por intervenções (principalmente de refratários) somente em grandes paradas do laminador.
Para mais informações: Contate Alexander Rabello Ollmann pelo tel. (31) 3368-1435 ou email: alexander@magnesita.com.
