16- CERÂMICA VERMELHA  -  REFRATÁRIA -  ESPECIAIS

Compreende todos os produtos feitos com matérias-primas, que após queima apresentam coloração avermelhada.

A cerâmica vermelha produz fundamentalmente tijolos e telhas, usa de modo geral matérias-primas impuras, e queima em faixas de temperaturas de 800 a 1150 grausC.

A fabricação de tijolos é a mais antiga arte da humanidade e a menos evoluída em relação às demais indústrias.

Classificação das cerâmicas vermelha.

Cerâmica vermelha de massa porosa.

Sem Glasura:- elementos vazados, tijolos, telhas, vasos, filtros, revestimento para tijolos a vista, agregados leves.

Com Glasura:- elementos vazados, manilhas, telhas, ladrilhos de piso, vasos, objetos de adorrno.

Cerâmica vermelha de massa semi-vitrificada.

Sem Glasura :-  ladrilhos de piso, e lajotas.

Com Glasura:- elementos vazados, manilhas, lajotas, pastilhas de revestimento.

De acordo com suas finalidades usuais, e pelo processo cerâmico empregado, classificam-se em :

Tijolos ( furados e maciços ) e tijolos de lajes:-

Usando-se matérias primas impuras e grosseiras, queima-se em temperaturas de 800 a 900 grausC, obtém-se produtos porosos, de coloração vermelha, empregados na construção civil como agentes estruturais.

Não exige-se uma boa seleção,  contrôle de matérias-primas e de processos, razão da baixa qualidade dos produtos.

Telhas:-

As matérias-primas, devem ser de fácil moldagem, valor médio ou elevado para módulo de ruptura à flexão, antes e após a queima, com o mínimo de empenamento e trincas.

Empregam-se matérias primas impuras, porém as mesmas são selecionadas, beneficiadas e dosadas.

A temperatura de queima varia na faixa de 850 a 1000 grausC , e o produto obtido é poroso, e de boa resistência mecânica á flexão.

A argila deve ter plasticidade adequada para moldagem, e módulo de ruptura à flexão elevado a úmido e a seco, permitindo o manuseio durante a fabricação.

 Após a queima, deve possuir baixa porosidade e baixa absorção de água para não permitir a passagem de água, não possuindo trincas e empenamentos.

É importante, a cor vermelha após a queima, retração uniforme e ampla faixa de vitrificação para maior uniformidade dos produtos finais.

As telhas sofrem a moldagem em equipamentos denominados de prensas-revólver em razão do processo apresentar-se semelhante ao tambor do revólver.

Manilhas:-

Uutiliza matérias-primas impuras,que vitrificam-se em temperaturas de 950 a 1050 grausC, com pouco contrôle sobre as mesmas, apenas com beneficiamento e dosagem .

São produtos de baixa permeabilidade à água, apresentam resistência à compressão e à flexão,  seu uso prioritario se dá como canalização de esgoto sanitário e condução de águas pluviais.

As manilhas, também chamadas de tubos cerâmicos, podem ser vidradas internamente, em situações que a massa cerâmica é muito porosa.

A argila para manilhas, deve ser de fácil extrusão, e elevada resistência mecânica a compressão no estado úmido para que não ocorra deformações sob seu proprio peso.

A composição química deve ter condições de absorver sal (NaCl) ou outro vidrado fundido, formando camada de vidro uniforme e sem trincas.

Devem possuir em sua composição um elevado teor de sílica livre, que permite a a reação do sal, formando o vidrado que é sua impermeabilização.

A Salagem das manilhas, é o resultado de reação química entre o vapor de sal e o material cerâmico.

O sal é introduzido no forno a uma temperatura de 1200/1250 grausC e rapidamente se transforma em vapor ; Este vapor, encontra umidade nos gases de combustão e se transforma parcialmente em óxido de sódio e cloreto de hidrogênio.

     2 NaCl  +  H₂O   -> Na₂O  + 2 HCl    (o HCl sai do forno com os gases de combustão)

O óxido de sódio reage com a sílica livre na superfície das peças, formando o silicato de sódio.

   Na₂O  + xSiO₂  -> Na₂O . xSiO₂

O silicato de sódio reagem com partículas da argila formando o silicato duplo de sódio e alumínio, o esmalte formado na salagem.

    Na₂O . xSiO₂  + yAl₂O₃  -> Na₂O.yAl₂O₃.xSiO₂

Deve haver sílica  livre suficiente na pasta das peças cerâmicas ( 20 a 30% ) para poder reagir com o sal, e as paredes do forno devem de refratários sem sílica livre, que ao contrário irá vitrificar as paredes do forno e não as peças de manilhas.

Pisos e revestimentos :-.

Usa-se matérias-primas impuras, com granulação fina, em composição com matérias não plásticas e fundentes.

As matérias-primas e produtos passam por contrôle rigorosos.

Apresentam coloração variada dependendo das impurezas contidas na matéria-prima, são de porosidade variada, utiliza-se a técnica da glasura para contornar estes inconvenientes.

Queimados em temperaturas na faixa de 950 a 1150 grausC, apresentam elevada resistência flexão.

É importante que a faixa de vitrificação da massa seja a mais ampla  possível   ( > 50 grausC ) o que garante uniformidade de cor na queima e padronização nas dimensões do ladrilho.

Os ladrilhos de piso devem possuir baixos valores de absorção de água e baixa porosidade ( > 5%  ) e elevada resistência á abrasão.

 As argilas devem ser plásticas com folhelhos argilosos, com elevados teôres de ferro e de metais alcalinos que produzem vidro em temperaturas relativamente baixas, sem empenamento.

Agregados leves :-

Produtos cerâmicos com propriedades especificas e vasta aplicação na indústria de construção civil, quer em sua aplicação direta como substituição da brita nos concretos,  como agente de carga resistencia  e massa , ou  na produção de paineis e divisórias, agindo como elemento de enchimento.

Utilizam-se argilas que por suas características de expansão com a temperatura, resultam no aumento  de volume após queima, produzem corpos com massa especifica aparente, abaixo de 1 g/cm3.

As argilas devem  possuir textura densa, ser impermeáveis e resistentes a trincas durante a queima, o que evita a liberação de gases.

Durante a queima, em temperaturas elevadas,  a formação de uma película plástica, permite o inchamento sem a liberação dos gases que são, nescessários a formação da estruturas celular.

As argilas devem conter, teores de elementos alcalinos e alcalinos terrosos, que irão atuar como fundentes formadores de vidro, com viscosidade adequada durante a queima rápida.

É importante a existência de elementos argilo-minerais que, possuindo em sua estrutura elevados teores de ferro na forma de óxidos ou hidróxidos, e quando aquecidos em temperaturas e condições, liberam ooxigenio.

Colaboram como agentes de expansão, os carbonatos, sulfatos, carbono e matéria orgânica na composicão da argila.

São propriedades dos agregados leves, 1) baixa massa especifica  2) resistência mecânica elevada,  3) ausência de pontas ou arestas agudas  4) baixa absorção em água 

5)  boa distribuição granulometrica  6) inércia química.  7) baixo preço.

Processo de produção de cerâmicas vermelha.

Moagem da matéria-prima.

Inicialmente, procede-se a preparação da matéria-prima, e esta operação, consiste na redução física dos materiais, onde desenvolve-se uma maior superfície de contacto entre os grãos facilitando a reação química.

A redução física é proporcionada por uso de : Moinhos, Britadores, e Laminadores.

A ação física acontece,  por forças de esmagamento ou compressão, golpes ou impactos, abrasão ou fricção, podendo ou não estarem combinadas em um mesmo equipamento.

Equipamentos de moagem:- Moinho de martelos, Moinho de galgas, Laminadores.

Peneiramento:- Com finalidade de separar as várias frações da diâmetro de grãos, esta operação pode ser realizada por uma única peneira,  ou por várias peneiras acopladas em linha de série ou cascata.

As peneiras classificam-se em:

 a) vibratórias de superfície tamizadora vibrante, b) peneiras oscilantes de superfície tamizadora oscilante  c) peneiras rotativas com superfície tamizadora rotativa.

Formulação da massa:-  É feita, a partir do conhecimento das propriedades das várias matérias-primas, e após ensaios físicos de cor de queima, contração linear, resistência à flexão, e dilatação térmica linear.

Os vários tipos de argilas e componentes são adicionados entre si, em proporções determinadas, em função do produto desejado.

A dosagem é realizada por peso ou volume, considerando-se  obviamente o teor de umidade e a granulação dos componentes.

A mistura dos vários componentes pode ser  realizada com utilização de misturadores horizontais, moinhos galga, de bolas, amassadores ou  ainda, misturador cônico.

Processos naturais de tratamento.

A massa cerâmica, sofre após a formulação, o tratamento natural que irá permitir sua utilização e melhora na qualidade dos produtos.

São os seguintes os processo naturais :- a) Invernagem, b) Amadurecimento, c)Apodrecimento,  d) Levigação.

Conformação:- Com a utilização de equipamentos denominados “marombas”, que na realidade  são um conjunto de equipamentos ou sejam: um sistema propulsor, um conjunto de bocal ou boquilhas e dispositivos de corte,  nestes equipamentos, são conformados os tijolos maciços, tijolos furados, manilhas, tijolos de lajes, lajotas de piso etc.

O sistema propulsor, pode ser via pistão injetor ou transportador helicoidal, que conduz o material, ao encontro do sistema de bocal.

O sistema de boquilha determina a conformação da peça em razão do formato desejado, uma vez que o material passando pelo interior da mesma adquire o seu formato.

O sistema de corte, consiste em um ou vários fios de aço esticados sobre um aro móvel, que em seu movimento, secciona a barra de massa que sai da extrusora.

Um  equipamento denominado torno ou prensa-revólver é utilizado para a conformação de telhas.

Consiste em sistema semelhante a um cilindro disposto segundo seu maior eixo  no sentido  horizontal e em cuja superfície encontra-se entalhado parte do  molde, com várias unidades, onde inicialmente é colocada a massa a moldar.

Com o  abaixamento sobre este molde,  de um  embolo prensa que possui em sua parte inferior, a outra parte do molde, a peça sofre a conformação. 

Em seguida acontece a abertura do conjunto, e a rotação do cilindro apresentando novo molde com massa a ser prensada, enquanto que no molde anterior é retirada  a peça (telha ) devidamente conformada.  

Secagem:- 

Para evitar o rompimento de uma peça cerâmica no momento da queima em razão de uma evaporação rapida de água, se faz nescessária a remoção prévia da mesma.

O teor de água que varia, de 5% na pasta seca, até 50% na pasta líquida, deve ser removido de modo lento e progressivo.

A secagem é o movimento da água, do interior para o exterior da peça, com diminuição de volume.

Uma secagem muito rapida ocasiona que a parte externa seca sofrendo retração com fechamento dos poros e canais capilares, isto, impede a saída do vapor de água que continua ainda formando-se em seu interior.

 Este vapor de água para sua saída,  força novos caminhos que resulta em rachaduras e inclusive o rompimento da peça.

A secagem por evaporação natural depende da temperatura ambiente, do grau de renovação do ar e fundamentalmente de seu estado higrometrico.

Portanto a secagem natural é tanto mais rápida quanto mais afastada estiver a atmosfera do seu ponto de saturação, tornando-se nula quando estiver saturada de água.

Usa-se a secagem em uma atmosfera inicialmente úmida por permitir uma ativação da secagem diminuindo o risco de fendas e fraturas.

Tipos de secadores.

Secador natural,  de ambiente aberto, aproveita a capacidade  de secagem que possui o ar ambiente, utiliza a direção dominante dos ventos e depende da região e das condições atmosféricas.

Secador de câmara, utiliza prateleiras fixas, móveis ou ainda vagonetes no interior de ambientes fechados, onde se realiza contrôle de temperatura e de umidade.

Secador túnel:- Em comprimento de 30 a 60 metros, utiliza sistema de vagonetes que movimentam-se  sobre trilhos , permitem o trabalho em sistema contínuo e possibilitam um controle de secagem em função da sensibilidade do material ( variação da velocidade) .

Queima da Cerâmica.

Ao entrar no forno de queima, uma peça cerâmica apresenta-se com teores de água em cerca de 2 a 3%.

O primeiro efeito de calor no forno, é a eliminação deste pequeno teor de água, verifica-se em temperatura até 100 grausC e ocorre em períodos de acréscimo suave de temperatura.

Em vários passos com variação das temperaturas, ocorre: a) eliminação de água coloidal, b) desidratação química, c) queima de matéria orgânica, d) transformações físicas da sílica, e) decomposição dos carbonatos, f) reações químicas da argila e alumina, g) amolecimento e fusão dos sílico-aluminatos atingindo e eliminando a porosidade.

Fornos.

Utilizando o gás, o carvão, o óleo, a eletricidade, e em alguns sistemas rudimentares, ainda lenha ( madeira ) os fornos operam em sistemas contínuos ou de bateladas.

Os fornos de túnel em sistema contínuos apresentam como vantagens o menor custo de mão de obra, a maior eficiencia térmica, ciclos de processamento mais curtos, e melhor controle operacional.

Forno túnel contínuo, com uso acentuado em queima de tijolos, ladrilhos, porcelana, louça e refratários. Estes fornos utilizam vagonetes que deslocam-se pelo interior do forno, em contracorrente aos gases de combustão gerados em zonas de altas temperaturas (queima).

Os fornos túnel, utilizam a queima direta, quando os gases de combustão queimam-se diretamente sobre a cerâmica, ou a queima muflada onde as peças cerâmicas são queimadas no interior de  caixas refratárias, que entram em contacto com os gases de combustão.  

Os fornos de câmara em processo contínuo, utilizam um sistema de câmaras,onde o calor passa de uma para outra em contracorrente com a movimentação das peças cerâmicas dispostas em vagonetes.

Os fornos de sistema intermitentes, dividindo-se em de chama direta ou de chama indireta

sofrem o aquecimento gradual, desde a temperatura ambiente ( da operação de carga do forno ) até a de queima propriamente dita e após, a extinção da queima e resfriamento até ponto que possibilite o manuseio das peças queimadas.

Os fornos artesanais de olarias, são variações de fornos intermitentes de chama direta e construídos sem alguma tecnologia utilizando-se tijolos crus, e paredes externas calafetas com argila, tendo como material de combustão o uso de lenha.

Cerâmica refratária.

Refratários, são todos os materiais, naturais ou manufaturados, não metálicos, que podem suportar, sem se deformar ou fundir, temperaturas elevadas em condições específicas ou emprego ;  A refratariedade mínima ou de cone pirométrico mínimo para que o material seja considerado refratário corresponde a 1435 grausC.

Os refratários são classificados de acordo com a  A.B.N.T. e em função de seu material de origem, em :-

Silicosos, Aluminosos, Semi-sílicosos, Produtos de magnésio, Produtos de cromita, Produtos de Magnésia-cromita.

Classificação de acordo com as características Química Mineralógicas :-

Refratários ácidos, fabricados com matérias primas que apresentam elevado teor de sílica.

Refratários básicos, fabricados com matérias primas que apresentam elevados teores de óxidos básicos, como os de cálcio e magnésio.

Refratários neutros, apenas fabricados com matérias primas ricas em alumina , grafita, cromita e carbetos.

De acordo com a transmissão de calor .

Densos, são os que apresentam coeficiente de condutividade térmica elevado. São os refratários aluminosos ou sílico aluminosos.

Isolantes ( leves ) são os que apresentam coeficiente de condutividade térmica baixos, como o refratário isolante sílico aluminoso e o refratário isolante de sílica.

Propriedades dos refratários:-

Porosidade:-  Relacionada com outras propriedades dos tijolos, inclusive à resistência ao ataque químico. Quanto mais poroso o tijolo, mais fácil a penetração pelos materiais fundidos e pelos gases.

A baixa porosidade fornece ao tijolo, maior condutividade térmica e maior capacidade calorífica.

Ponto de fusão:-  Propriedade determinada com a utilização de cones pirométricos, relaciona-se à temperatura de amolecimento dos refratários

Termofratura:- É a fratura de um tijolo ou bloco refratário devido a tensões térmicas irregulares ou a compressões provocadas pelo calor .

 Resistência:- Considera-se a resistência do tijolo ou do bloco refratário, quando cru ou  frios e que possibilitem o seu manuseio.

Resistência às alterações de temperaturas:-  Está relacionado com os fatores de geração de tensões internas mediante aquecimento ou resfriamento do refratário.

Condutividade Térmica:-  Os tijolos mais densos e menos porosos tem a condutividade térmica mais elevada em virtude da ausência de bolhas de ar.

 Capacidade calorífica:- A capacidade calorífica depende da condutividade térmica, do calor específico e da densidade do refratário.

Matérias-primas.

As matérias-primas utilizadas na produção de refratários, originam-se de  elementos químicos cujos componentes possuem elevados pontos de fusão, tais como, silício, alumínio, magnésio, cálcio, cromo, zircônio, e carbono.

Os compostos destes elementos, especialmente os óxidos, constituem basicamente os materiais refratários.

Fabricação de Refratários

 Chamotas.

É uma argila ou mistura de argilas,que sofreram transformações a altas temperaturas.

O objetivo de se fazer uma chamota é reduzir a porosidade e aumentar a densidade, estabilizando as argilas.

A utilização principal das chamotas é junto com argilas cruas na fabricação de produtos refratários.

Efeitos da adição de Chamota nas argilas.-

a) requer menos quantidade de água na mistura. b) diminui a contração das misturas. c) diminui a resistência a cru. d) aumenta a resistência mecânica após a queima. e) aumenta a refratariedade da mistura. f) aumenta a densidade do produto final.

Na fabricação de refratários, a chamota é um componente essencial.  É ela que confere ao material refratário, a capacidade de resistir à bruscas mudanças de temperaturas.

Um das vantagens da chamota sobre a sílica ( areia ) é a de não se dilatar quando aquecida.

Em composições de refratários, a chamota participa com teores de 30 a 85%.

O limite de adição de chamotas é determinado pelo poder de ligação da argila, que porém pode ser aumentado pela adição de ligantes tais como o carbonato de bário.

Obtenção da chamota:-

a)  por meio de argila ou mistura de argilas calcinadas.

b)   por meio de moagem de produtos refratários usados.

c)  por meio de briquetes, ou blocos marombados, secos, queimados, triturados e utilizados como chamotas.

Mistura de materiais para produção de refratários.

Á semelhança de outros materiais cerâmicos, os elementos que entram na composição devem ser homogeneizados , e estes componentes, são as argilas plásticas e os não plásticos, que são as chamotas, e quando necessário a adição de agentes ligantes.

O teor de umidade utilizado é função do processo de moldagem, sendo :

para moldagem a seco, de 5 a 7%, moldagem pneumática de 7 a 10%, moldagem manual de 10 a 12%, e para extrusão em torno de 20%.

Métodos de conformação:-

Prensagem.

Em processo tradicional, usa-se pressões em média de 800 Kgf/cm2.  Na prensagem, pode-se fazer uso de plastificantes, que são compostos orgânicos que quando adicionados à mistura, conferem à massa maior plasticidade, reduzindo assim o atrito nas paredes do molde.

 São usados como plastificantes, o amido, produtos derivados de milho, ceras, as argilas e os talcos.

Extrusão.

Após adição de agentes plastificantes, pode-se obter peças pelo processo de extrusão, sendo o mais comum o processo de extrusão conjugado com o de prensagem, quando é essecial a utilização de misturas bastante plásticas, granulometria fina e umidade elevada.

Colagem ou fundição ( barbotina ).

Processo tradicional usado em cerâmica branca, no caso de cerâmicas refratárias utiliza chamotas de granulação muito finas.

Este processo é empregado para fabricar cadinhos para fundição e peças especiais

Fornos.

A aplicação dos refratários se dá na maioria das vezes na propria indústria de  cerâmicas, em alguns fornos, os materiais de revestimento precisão  resistir a altas pressões, altas temperaturas, ataque de escórias dos vapores, depósitos de enxôfre no teto e nas paredes, corrosão do óleo e de cinzas.

A escolha dos refratários a serem utilizados depende da temperatura máxima de trabalho , variando entre 800 a 1100 grausC.

Para a queima de refratários especiais, a indústria cerâmica usa temperaturas na ordem de 2000 grausC

Cerâmica Avançada - Cerâmicas Especiais.

Cerâmicas obtidas a partir dos óxidos de zinco, cobalto, bismuto, antimônio, cromo, manganês, tungstênio, molibdênio, vanádio, buscando aplicações especiais das cerâmicas, no campo da eletro-eletrônica, supercondutores, varistores, fibras cerâmicas, cerâmicas ferroelétricas e ferromagnéticas, pyroceram ( hibrido de  vidro e cerâmica), cerâmica nuclear.  etc.

Usando-se materiais com pureza superior a 99%, procede-se a mistura dos óxidos e moagem dos mesmos em moinho de bolas em processo semelhante ao das demais cerâmicas, sendo apenas a exceção de utilização de alcool etílico ou outros alcoois, como fase líquida durante a moagem, em substituição a água.

Sistemas especiais de moldagem, nos quais sucessivas sinterizações  (queimas )  e sucessivas moagens acontecem, estas cerâmicas são moldadas também por meio de preensagem, barbotina, ou ainda em processos tradicionais de extrusão.