Fibra de aço para concretos refratários: extração por fusão, classes e choque térmico

Artigo

15 de junho de 2016

Fibra refratária e fibra estrutural são produtos diferentes, desde o material de base até o formato. Usar fibra estrutural em forma de gancho em um concreto é o erro mais comum e mais caro nesta categoria.

Fibra refratária e fibra estrutural são produtos diferentes

Deixar cair fibra estrutural em forma de gancho em um concreto refratário é o erro mais comum e mais caro nesta categoria. A fibra estrutural atinge o máximo em torno de 300 a 400 C; acima disso, a resistência diminui e os revestimentos falham. Os concretos refratários funcionam entre 800 e 1400°C e o revestimento também sofre aquecimento e resfriamento rápidos. A fibra refratária difere no material, na formação e na forma: a base é de aço inoxidável, o processo é a extração por fusão e a forma é um aglomerado tridimensional irregular. O objetivo não é a resistência à tração, mas resistir à oxidação e ao pó à temperatura enquanto intertrava com o concreto.

Extração por fusão: por que formas 3D irregulares ancoram melhor

A extração por fusão lança o aço inoxidável fundido com ar em alta velocidade ou uma roda giratória e o resfria em fibra durante o vôo. Não há desenho, portanto a forma é irregular: curva, às vezes ramificada, variando em espessura. Essa irregularidade é o que cria um intertravamento tridimensional genuíno no concreto, em vez do puro atrito de um fio reto. Em testes comparativos, a fibra extraída por fusão aumenta o módulo de ruptura visivelmente mais do que a fibra reta em dosagem igual, e a razão é a geometria de ancoragem. A dispersão é o segundo benefício: a fibra extraída por fusão separa-se na mistura seca ou úmida e adere ao concreto sem deixar vazios, e um vazio em um revestimento é onde começa o lascamento.

304, 310S e 446: A temperatura decide o grau

Três classes cobrem três faixas de temperatura e esta é a primeira decisão. 304 é o grau padrão para serviço contínuo até 650 C; 310S, também vendido como 2520, cobre temperaturas intermediárias e altas até 1200 C; 446 é o grau resistente à oxidação em altas temperaturas até 1400 C. Escolha muito baixo e a fibra oxida, perde seção e o revestimento falha precocemente; escolha muito alto e o custo será desperdiçado. A questão não é o máximo do forno, mas a temperatura a longo prazo da camada em que a fibra fica. Um revestimento tem um gradiente, com 1.400°C na face quente e talvez 800°C no suporte, de modo que as duas camadas podem usar graus diferentes.

Choque Térmico: Vinte Extintores de Água a partir de 1000 C

Oitenta por cento das falhas em refratários não são queimadas, mas destruídas pelo rápido aquecimento e resfriamento. O valor da fibra de aço no choque térmico é impedir o crescimento de fissuras: depois que a matriz se rompe, a fibra preenche a fissura, mantém sua largura pequena e evita lascas. A medida são ciclos, temperados a partir de 1000 C em água, vinte vezes sem rachar ou lascar. Esse teste diz mais sobre a vida útil do que sobre o módulo de ruptura, porque um desligamento esfria mais rápido do que um aquecimento.

A dosagem segue o sistema de revestimento, não um kg/m3 genérico

O concreto estrutural tem faixa de trabalho de 30 a 80 kg/m3; concretos refratários não. A dosagem depende da classificação do agregado, da demanda de água, do método de colocação (fundição, compactação, projeção) e da espessura do revestimento, e normalmente fica entre 0,5% e 2% por volume. Demais e a trabalhabilidade entra em colapso, a equipe adiciona água, e a adição de água destrói a refratariedade. Essa é a falha de campo mais comum neste produto. O processo correto é o fornecedor do refratário emitir o desenho da mistura e o fabricante da fibra fornecer contra ele, ambos trabalhando a partir de um acordo técnico.

Lascamento explosivo: por que a fibra o reduz

No primeiro aquecimento, a água dentro do concreto transforma-se em vapor e, se não conseguir escapar, a pressão rompe o revestimento. A fibra de aço ajuda fornecendo caminhos conectados para o vapor e unindo fissuras para que elas se abram gradualmente, transformando uma explosão em uma fissura. Para revestimentos espessos e concretos úmidos com baixo teor de cimento, isso é mais importante do que o ganho de resistência. Algumas misturas também adicionam fibra orgânica com ponto de fusão próximo a 165 C, que queima precocemente e deixa canais de ventilação, complementando a fibra de aço. É por isso que frequentemente aparecem dois tipos de fibra em uma receita refratária.

A janela estreita de 0,5 a 2 por cento em concretos

A fibra de aço entra no concreto refratário para resistir à fragmentação por choque térmico, e não para aumentar a resistência ao frio, razão pela qual a janela de dosagem é estreita: 0,5 a 2 por cento em volume, com a maioria das aplicações perto de 1 por cento. Abaixo de 0,5 por cento, há poucas fibras no plano da fissura para colmatá-la. Acima de 2%, as fibras interferem durante a mistura, a trabalhabilidade entra em colapso e a vibração produz camadas de orientação que deixam planos fracos entre as camadas. O comprimento da fibra está vinculado ao tamanho máximo do agregado, normalmente pelo menos três vezes esse tamanho; caso contrário, o agregado bloqueia a fibra e nenhuma rede contínua se forma; mas além de 40 mm a fibra assenta durante a vibração. A ordem de mistura causa mais falhas do que a dosagem. Misture a seco o pó e a fibra por dois a três minutos para que a fibra se disperse no pó e depois adicione água; nunca coloque água primeiro e polvilhe fibra depois, isso sempre faz bolinhas. A curva de secagem decide o resultado: manter a 150 graus Celsius para eliminar a água livre, manter a 350 para eliminar a água quimicamente ligada e só então subir acima de 600 para a temperatura de serviço, com o tempo em cada etapa dimensionado para a espessura. O aquecimento é muito rápido e a pressão interna do vapor não tem para onde ir, a superfície se rompe e esse é o único modo de falha que a fibra não consegue resgatar. O grau segue o forno: 304 abaixo de 650 graus Celsius, 310S acima de 1000 e 446 apenas para zonas de forno em torno de 1400.

Três perguntas a fazer a um fornecedor

Três perguntas filtram a maioria dos fornecedores de fibras refratárias. Primeiro, é o grau básico 304, 310S ou 446, e há um certificado de material disponível. Em segundo lugar, quais são as faixas reais de diâmetro e comprimento, normalmente de 0,3 a 0,5 mm de diâmetro e 15 a 20 mm de comprimento, e podem ser cortadas na espessura do revestimento. Terceiro, existem dados do ciclo de choque térmico. Para classificações de grau e temperatura, a seção refratária da página do produto de fibra de aço lista 304, 310S, 446 e 430 com dados de temperatura e choque térmico, que podem ser anexados diretamente à consulta como um anexo técnico.