Aplicação de tijolos de coríndon fundido em forno de fusão de vidro float

Tijolos de coríndon fundidoAlumina é fundida em um forno de arco elétrico e moldada em um modelo específico com formato definido, recozida e mantida aquecida, sendo então processada para obtenção do produto desejado. O processo geral de produção consiste em utilizar alumina calcinada de alta pureza (acima de 95%) e uma pequena quantidade de aditivos. Os ingredientes são colocados no forno de arco elétrico e fundidos em moldes pré-fabricados após a fusão a uma alta temperatura acima de 2300 °C. Em seguida, são mantidos aquecidos após o recozimento, e o material retirado torna-se um produto acabado que atende aos requisitos após um trabalho a frio preciso, pré-montagem e inspeção.

Os tijolos de coríndon fundido são divididos em três tipos de acordo com as diferentes formas cristalinas e quantidades de alumina: o primeiro tipo apresenta α-Al₂O₃ como fase cristalina principal, sendo denominado tijolo de α-coríndon; o segundo tipo apresenta as fases cristalinas α-Al₂O₃ e β-Al₂O₃ em proporções semelhantes, sendo denominado tijolo de αβ-coríndon; o terceiro tipo apresenta principalmente a fase cristalina β-Al₂O₃, sendo denominado tijolo de β-coríndon. Os tijolos de coríndon fundido mais comumente utilizados em fornos de fusão de vidro float são os do segundo e terceiro tipos, ou seja, os tijolos de αβ-coríndon e os tijolos de β-coríndon. Este artigo abordará as propriedades físico-químicas dos tijolos de αβ-coríndon e dos tijolos de β-coríndon, bem como sua aplicação em fornos de fusão de vidro float.

1. Análise de desempenho de tijolos de coríndon fundido

1. Tijolo de coríndon αβ fundido

Os tijolos de coríndon αβ fundido são compostos por cerca de 50% de α-Al₂O₃ e β-Al₂O₃, e os dois cristais se entrelaçam formando uma estrutura muito densa, que possui excelente resistência à corrosão por álcalis fortes. A resistência à corrosão em altas temperaturas (acima de 1350 °C) é ligeiramente inferior à dos tijolos de AZS fundido, mas em temperaturas abaixo de 1350 °C, sua resistência à corrosão por vidro fundido é equivalente à dos tijolos de AZS fundido. Como não contém Fe₂O₃, TiO₂ e outras impurezas, a fase vítrea da matriz é muito pequena, e a presença de materiais estranhos, como bolhas, é menos provável quando em contato com o vidro fundido, evitando assim a contaminação da matriz vítrea.

Os tijolos de coríndon αβ fundido são densos em cristalização e possuem excelente resistência à corrosão do vidro fundido abaixo de 1350°C, sendo amplamente utilizados na piscina de trabalho e em áreas adjacentes de fornos de fusão de vidro, geralmente em calhas, tijolos de borda, tijolos de entrada, etc. Os melhores tijolos de coríndon fundido do mundo são fabricados pela Toshiba, do Japão.

1.2 Tijolo de coríndon β fundido

Os tijolos de β-coríndon fundido são compostos por quase 100% de β-Al₂O₃ e possuem uma estrutura cristalina de β-Al₂O₃ em forma de placas grandes. São maiores e menos resistentes. Por outro lado, apresentam boa resistência ao lascamento, especialmente à corrosão por vapores alcalinos fortes, sendo utilizados na estrutura superior de fornos de fusão de vidro. No entanto, quando aquecidos em atmosferas com baixo teor de álcalis, reagem com o SiO₂, e o β-Al₂O₃ se decompõe facilmente, sofrendo contração volumétrica e causando fissuras e rachaduras. Por isso, seu uso é restrito a locais com baixa dispersão de matéria-prima para a fabricação de vidro.

1.3 Propriedades físicas e químicas de tijolos de coríndon fundido αβ e β

A composição química dos tijolos de coríndon fundido α-β e β é principalmente Al₂O₃, a diferença reside principalmente na composição da fase cristalina, e a diferença na microestrutura leva à diferença nas propriedades físico-químicas, como densidade aparente, coeficiente de expansão térmica e resistência à compressão.

2. Aplicação de tijolos de coríndon fundido em fornos de fusão de vidro

Tanto o fundo quanto a parede da piscina estão em contato direto com o líquido de vidro. Para todas as partes em contato direto com o líquido de vidro, a propriedade mais importante do material refratário é a resistência à corrosão, ou seja, nenhuma reação química deve ocorrer entre o material refratário e o líquido de vidro.

Nos últimos anos, ao avaliar os indicadores de qualidade de materiais refratários fundidos em contato direto com vidro fundido, além da composição química, dos indicadores físico-químicos e da composição mineral, os três indicadores a seguir também devem ser avaliados: índice de resistência à erosão do vidro, índice de bolhas precipitadas e índice de cristalização precipitada.

Com as exigências cada vez maiores em relação à qualidade do vidro e à capacidade de produção dos fornos, o uso de tijolos fundidos elétricos se expandirá. Os tijolos fundidos mais comuns em fornos de fusão de vidro são os da série AZS (Al₂O₃-ZrO₂-SiO₂). Quando a temperatura do tijolo AZS ultrapassa 1350 °C, sua resistência à corrosão é de 2 a 5 vezes maior que a do tijolo αβ-Al₂O₃. Os tijolos de coríndon αβ fundido são compostos por partículas finas de α-alumina (53%) e β-alumina (45%) dispostas em camadas estreitas, contendo uma pequena quantidade de fase vítrea (cerca de 2%) que preenche os poros entre os cristais. Apresentam alta pureza e podem ser utilizados como tijolos de parede da piscina de resfriamento, tijolos de revestimento do fundo da piscina de resfriamento e tijolos de junta, entre outros.

A composição mineral dos tijolos de coríndon αβ fundido contém apenas uma pequena quantidade de fase vítrea, que não se desprende nem contamina o vidro líquido durante o uso, apresentando boa resistência à corrosão e excelente resistência ao desgaste em altas temperaturas, abaixo de 1350 °C. É utilizado na parte de resfriamento do forno de fusão de vidro. Trata-se de um material refratário ideal para paredes, fundos e canais de tanques de fornos de fusão de vidro float. Em projetos de engenharia de fornos de fusão de vidro float, o tijolo de coríndon αβ fundido é utilizado como tijolo de parede da área de resfriamento do forno. Além disso, os tijolos de coríndon αβ fundido também são utilizados como tijolos de pavimentação e de junta de cobertura na seção de resfriamento.

O tijolo de coríndon β fundido é um produto branco composto por cristais grosseiros de β-Al₂O₃, contendo de 92% a 95% de Al₂O₃, com menos de 1% de fase vítrea. Sua resistência estrutural é relativamente baixa devido à rede cristalina frouxa, e a porosidade aparente é inferior a 15%. Como o próprio Al₂O₃ é saturado com sódio acima de 2000 °C, ele é muito estável ao vapor alcalino em altas temperaturas, apresentando também excelente estabilidade térmica. No entanto, quando em contato com SiO₂, o Na₂O contido no β-Al₂O₃ se decompõe e reage com o SiO₂, e o β-Al₂O₃ se transforma facilmente em α-Al₂O₃, resultando em uma grande contração volumétrica, causando fissuras e danos. Portanto, é adequado apenas para superestruturas afastadas da dispersão de poeira de SiO2, como a superestrutura da piscina de trabalho de um forno de fusão de vidro, o bocal na parte traseira da zona de fusão e seu parapeito próximo, nivelamento de fornos pequenos e outras partes.

Como não reage com óxidos voláteis de metais alcalinos, não haverá vazamento de material fundido da superfície do tijolo para contaminar o vidro. No forno de fusão de vidro float, devido ao estreitamento repentino da entrada do canal de fluxo da parte de resfriamento, é fácil ocorrer a condensação de vapor alcalino nesse ponto; portanto, o canal de fluxo é feito de tijolos β fundidos, que são resistentes à corrosão por vapor alcalino.

3. Conclusão

Graças às excelentes propriedades dos tijolos de coríndon fundido em termos de resistência à erosão do vidro, resistência à formação de espuma e resistência à formação de pedras, e especialmente à sua estrutura cristalina única, eles praticamente não contaminam o vidro fundido. Possuem aplicações importantes em correias de clarificação, seções de resfriamento, canais de distribuição, fornos de pequeno porte e outras partes.