Evolução dos Refratários de Fornos de Fusão de Vidro

Os antigos fabricantes de vidro precisavam, alem das matérias-primas e combustíveis, um forno para fundir seus produtos. Eles tinham que construir uma estrutura mecanicamente estável para manter o calor, mas também precisavam de cadinhos para conter o vidro fundido. As temperaturas operacionais que eles eram capazes de gerar queimando o combustível disponível na época, madeira, não excediam 1100 °C, mas os cadinhos eram expostos aos mesmos fundentes usados para fundir a areia, o principal do ingrediente de vidro, e esses fundentes podiam também atacar as estruturas do forno através da sua volatilização ou como poeira arrastada pelo fluxo de gases. As cinzas do combustível eram outra fonte de reagentes.

Esses primeiros fabricantes de vidro na Síria e no Egito trabalhavam ao lado de metalurgistas fundindo cobre, estanho, latão e bronze e que também precisavam de cadinhos e fornos. Havia uma indústria cerâmica coexistente produzindo vários recipientes inclusive alguns com formas complexas. As argilas empregadas na produção destes materiais refratários apresentavam uma proporção relativamente alta de água e, portanto, após a primeira conformação, deviam ser cuidadosamente secas. Grande parte da água é quimicamente ligada e não é perdida até que a argila seja cozida acima de 800 °C, quando então se decompõe com uma redução significativa de volume. Esse encolhimento leva facilmente a rachaduras durante a fabricação, de modo que a queima dos cadinhos sempre foi um processo lento, exigindo tempos prolongados a alta temperatura para o equilíbrio. Além disso, desde os primeiros tempos uma parte de material pré-queimado e cuidadosamente selecionado, chamado de “chamote” era adicionado à argila para estabilizá-la. Até mesmo pedaços limpos de potes quebrados eram usados, enquanto nos séculos mais recentes a areia de sílica tem desempenhado um papel semelhante.

Assim, os primeiros fabricantes de vidro tinham a habilidade de fazer pequenos potes de alguns centímetros de altura nos quais podiam fundir suas composições. No século VII, a tecnologia havia se desenvolvido a tal ponto que esses potes de barro podiam ser grandes o suficiente para conter meia tonelada de vidro. Potes maiores eram feitos enrolando uma tira pré-preparada de argila em torno de uma base circular e lentamente construindo a lateral do cadinho. Depois de atingir a altura necessária, as paredes eram cuidadosamente amassadas em sua forma final. Mais recentemente, potes fechados com capacidade de uma tonelada de vidro foram produzidos onde a cana do soprador de vidro era introduzida através de uma pequena abertura para colher o material a ser conformado.

Vários potes eram colocados dentro de um mesmo forno simultaneamente. Se esses potes permanecessem quentes, poderiam ser reutilizados, mas o processo inicial de fabricação era um trabalho habilidoso e lento. Para potes maiores, se amassava a argila por dias com os pés para remover quaisquer bolhas presas, o que poderia causar a explosão do pote durante a primeira queima com consequências perigosas se ele já contivesse vidro fundido. Foi até sugerido que os fabricantes de potes ocasionalmente produziam deliberadamente um defeituoso para lembrar aos proprietários das vidrarias de sua importância.

Placas de argila também podiam ser usadas para revestir as paredes dos fornos. Arenitos que ocorrem naturalmente eram uma alternativa. No Reino Unido, eles são encontrados nos Pennines ingleses e eram materiais de construção populares usados nas habitações, mas também foram empregados pelos primeiros fabricantes de vidro na construção de fornos.

A indústria de refratários começou a desenvolver suas tecnologias de processamento e melhorar suas fontes de matéria-prima para criar materiais de melhor qualidade nos séculos 18 e 19. Temperaturas de queima mais altas permitiram a fabricação de tijolos com menor porosidade e, portanto, com maior resistência à corrosão. O desenvolvimento da Siemens em 1870 dos fornos de vidro a cuba, sem uso de cadinhos, com o banho de vidro contido em um tanque no seu interior e regenerativos, combinando ambos os papéis de conter calor e o vidro fundido, também levou a mudanças. Seguiu uma tendência iniciada 100 anos antes, tendo sido registradas no Reino Unido cerca de 20 patentes para fornos de cuba durante esse período. Os materiais refratários escolhidos continuavam a ser argila refratária ou arenito até a década de 1930 e, consequentemente, os fornos tinham vida relativamente curta, de apenas alguns meses. Afinal a finalidade dos fornos era dissolver a sílica.

Os refratários iniciais de argila refratária pertenciam ao sistema SiO2-Al2O3. Em uma extremidade, a sílica tem um ponto de fusão de 1723 °C e, na outra, a alumina tem um ponto de fusão mais alto, de 2040 °C. É importante ressaltar que entre esses extremos existe um composto chamado mulita com uma composição aproximada de 2SiO2.3Al2O3 e um ponto de fusão de 1810 °C, mais alto que o da sílica, mas inferior que o da alumina. As composições entre sílica e mulita começam a fundir a 1595 °C (ou menos na presença de impurezas) com altas composições de sílica, dando uma proporção muito maior de líquido a esta temperatura. As composições mais refratárias são, portanto, próximas à sílica pura ou possuem um teor de alumina muito maior. Em 1950, a maioria das argilas em uso no Reino Unido caía na faixa de 27 a 41% de Al2O3. Os blocos de arenito que ocorrem naturalmente e que também foram usados geralmente tinham cerca de 10% de Al2O3.

Curiosamente, existem evidências arqueológicas da construção de grandes tanques para a fusão do vidro nos tempos antigos, com o material produzido sendo enviado na forma de caco para diversas regiões do mundo civilizado a fim de ser retrabalhado e conformado em artigos de vidro. Esses tanques tinham uma campanha de um mês para produzir uma carga e depois eram simplesmente demolidos para recuperar o vidro na forma de caco.

Autor: Prof. John Parker – Publicado na Glass International em junho 2018
Versão ao português – Mauro Akerman