Refratários para Regeneradores
Os tijolos aplicados no sistema de combustão, principalmente nos regeneradores usados para a recuperação de calor dos gases quentes de exaustão, são submetidos em sua maioria a temperaturas mais baixas do que na câmara de fusão. Nos primeiros anos de utilização de sistemas de regeneração do calor em meados do século XIX, a única opção oferecida eram os mesmos aluminossilicatos usados em outras partes do forno. Enquanto esses tijolos eram moderadamente resistentes ao ataque das partículas de areia arrastadas da composição, os gases residuais que os circulavam eram ricos em agentes voláteis, sais de sódio fortemente básicos como o NaOH que reagiam fortemente com os tijolos, reduzindo sua expectativa de vida. Ao longo das décadas, o aumento das temperaturas nos fornos para intensificar as taxas de fusão aumentou as taxas de volatilização e exacerbou o problema. O diagrama da fase aluminasilica-soda destaca a questão, mostrando como mesmo poucos porcentos de soda podem produzir uma alta proporção de fase líquida, embora com alta viscosidade. A consequência é uma perda da integridade mecânica do tijolo.
Na câmara principal do forno, a resposta foi blocos eletro fundidos contendo zircônia de alto ponto de fusão para reduzir o ataque. Uma solução semelhante foi desenvolvida em 1973 para os regeneradores na forma de tijolos fundidos por fusão AZS com um perfil cruciforme. A forma do tijolo promoveu um empilhamento estável com canais de tamanho adequado para o fluxo de gás.
Outra solução imaginativa foi identificada em um momento semelhante. Era o uso de tijolos cujo principal componente era o MgO, magnesita, material usado pela indústria siderúrgica para resistir ao ataque de escórias básicas. O MgO, como a própria soda, é classificado como material básico em oposição aos óxidos mais ácidos, sílica e alumina. Geralmente, compostos básicos como magnesita e soda não reagem entre si para formar compostos estáveis enquanto reagem com mais óxidos ácidos, como sílica e alumina. Isso significava que os tijolos básicos de magnesita também eram notavelmente estáveis nas câmaras do regenerador. O alto ponto de fusão (2852˚C) contribuiu para a resistência química do tijolo e sua fabricação não exige eletro-fusão intensiva em energia.
O MgO, entretanto, reage com os óxidos de enxofre presentes nos gases residuais da decomposição do agente de refino composto de sulfato. Forma-se sulfato de magnésio, levando rapidamente à destruição do tijolo. Felizmente, o sulfato de magnésio se decompõe em seus componentes de óxido acima de 1100 ° C em uma atmosfera inerte. Portanto, os materiais de magnesita não são atacados por óxidos de enxofre nas regiões mais quentes do regenerador – apenas uma zona mais fria no meio das câmaras estava em risco.
Portanto, duas soluções estavam disponíveis para o mesmo problema: eletrofundidos e materiais básicos. Um argumento usado para promover os tijolos AZS foi sua maior condutividade térmica. Sendo originários de materiais fundidos, apresentam baixa porosidade e uma condutividade térmica significativamente mais alta que os materiais básicos de maior porosidade. Como as temperaturas nos regeneradores se alteram a cada ciclo de inversão com os tijolos armazenando e liberando energia alternadamente, a condutividade é um fator mais significativo do que em outras partes da estrutura. As mudanças de temperatura se propagam mais lentamente no material mais isolante e se os tijolos forem muito grossos, seus núcleos não participam da transferência de calor.
O AZS que além de ser melhor condutor de calor é facilmente moldado em formas cruciformes, onde os braços apresentam apenas 30 mm de espessura. Os materiais de magnesita tiveram que competir e as formas foram criadas com base em chaminés quadradas que podiam ser facilmente empilhadas como os materiais cruciformes e ainda eram finas o suficiente para serem eficazes na transferência de calor, dadas as suas condutividades térmicas um pouco mais baixas.
Os modeladores matemáticos foram a campo e a compreensão dos fatores envolvidos nas transferências térmicas levou a outras mudanças inovadoras, como a corrugação das superfícies dos materiais fundidos AZS para melhorar a transferência de calor por convecção. A convecção é o mecanismo dominante de transferência de calor no ciclo do ar, devido à ausência de moléculas radiantes como CO2 e água – os chamados gases de efeito estufa.
Posteriormente, as composições continuaram a se desenvolver à medida que os mecanismos de corrosão foram melhor compreendidos e agora os tijolos podem ser adaptados às diferentes zonas nas câmaras e às diferentes condições de fusão. As formas de tijolo também evoluíram e diferentes espessuras e várias dimensões puderam ser criadas. Isso também permitiu que os empacotamentos das empilhagens dos regeneradores fossem projetados para caber no espaço disponível, otimizando as mudanças nas condições em todas as câmaras.
Então, basicamente, os vidreiros fazem suas escolhas de acordo com suas disponibilidades financeiras sendo que diferentes produtos podem ser combinados para otimizar os resultados.
Autor: Prof. John Parker – Publicado na Glass International em agosto 2019
Versão ao português – Mauro Akerman