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.
