A indústria de metais não ferrosos, que inclui a produção de níquel, cobre, alumínio e chumbo, entre outros, é conhecida pelo rigor e cuidado em cada fase de fabricação. Foi a partir da Segunda Guerra Mundial que as pesquisas nesse segmento industrial registraram um avanço significativo. Podemos citar o caso do cobre, que passou a ser amplamente utilizado na fabricação de motores elétricos mais eficientes, dispositivos eletrônicos e ligas metálicas. O alumínio, por sua vez, contribuiu muito para a evolução da construção civil ao compor vários modelos de janelas e portas, por exemplo. O alumínio também propiciou avanços no setor automotivo, ao possibilitar a fabricação de motores mais leves e, consequentemente, aumentar o desempenho dos veículos.

Atualmente, apesar da crise financeira das economias desenvolvidas, as perspectivas para o setor de não ferrosos são favoráveis, com expectativa de aumento da demanda de vários países, em especial os emergentes. No Brasil, por exemplo, a indústria de construção civil (uma das principais consumidoras desse segmento) deverá manter um ritmo acelerado durante os próximos anos devido aos projetos habitacionais do governo e de infraestrutura para a Copa do Mundo de 2014 e as Olimpíadas de 2016.

Soluções Refratárias

As soluções da indústria refratária são muito usadas no processo de produção de não ferrosos. Esse segmento passa por um processo contínuo de modernização a fim de oferecer os melhores produtos para cada processo industrial.

No caso do alumínio, por exemplo, são utilizados concretos projetáveis para as manutenções dos equipamentos que trabalham no processo de calcinação, por meio do qual se obtém a Alumina (Al2O3). Nessa etapa, utilizam-se equipamentos de aplicação (Shotecrete e Gunning) voltados para aumento da produtividade, redução no tempo de manutenção e melhor performance.

Na indústria de cobre, por sua vez, os produtos refratários mais nobres são desenvolvidos para aumentar o desempenho dos equipamentos (garantindo taxas de produção mais elevadas) e assegurar a continuidade do processo. Dessa forma, a pureza do metal atinge valores acima de 99%.

A seguir, outros exemplos de soluções integradas que são utilizadas no mercado:

•Assistência técnica: envolve estudos técnicos em refratários, projetos, análise de falhas (“post morten”) e o atendimento personalizado de cada cliente e agrega valor à metodologia.

•Simulação numérica: contribui de forma significativa para os projetos refratários aplicados atualmente. Uma análise fluidodinâmica pode identificar caminhos preferenciais em um sistema cujo local pode apresentar maior desgaste de refratário. Outro exemplo de uso é na identificação de pontos de maior stress mecânico em um equipamento.

•Shotecrete e Gunning: métodos de aplicação dos materiais refratários (não-moldados) que usam equipamentos (bombas de projeção) durante uma manutenção. Atualmente, essa ferramenta é amplamente utilizada pela indústria de não ferrosos com objetivo de reduzir o tempo de aplicação e aumentar a disponibilidade dos ativos industriais para mantê-los ao máximo em operação.

•Análise “post morten”: método baseado em análises químicas e físicas que auxilia na identificação do mecanismo de desgaste do refratário. O nível de detalhamento pode ser microscópico. Neste caso, os pesquisadores utilizam equipamentos ultramodernos como o MEV (Microscópio Eletrônico de Varredura). Além disso, são realizadas simulações dos processos em laboratório para prever os possíveis mecanismos antes de os materiais refratários serem utilizados.

Para o atendimento a esse importante mercado industrial, o setor refratário está em processo contínuo de modernização a fim de oferecer os melhores produtos e soluções para cada processo industrial. Atualmente, contratos fechados entre cliente e fornecedor já incluem essa ferramenta como um modelo de trabalho, uma vez que os benefícios são significativos para todos os envolvidos.

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Desde então o processo tecnológico passou por vários avanços, saindo de via úmida para o atual processo via seca (sem a utilização de água), forno rotativo, torres de pré-aquecimento e pré-calcinação: considerados os mais avançados. O mais interessante é relatar que, da mesma forma que houve a evolução do processo de fabricação do cimento no decorrer dos séculos, os refratários utilizados nessa indústria também evoluíram, se adequando às exigências operacionais em cada época. O consumo de refratário na indústria cimenteira ocorre dentro de seu principal equipamento: o forno rotativo. Nele as principais reações químicas transformam o material cru, conhecido como farinha (composto por calcário, argilas e aditivos corretivos), em um material sinterizado chamado “clínquer”. A temperatura na região mais quente do forno chega a atingir entre 1.400°C e 1.500°C.

Posteriormente, o clínquer é misturado com outros aditivos (gesso, calcário, escoria, pozolana etc.), sendo em seguida moído produzindo um pó fino chamado cimento. Os vários tipos existentes se diferenciam pelo uso e suas composições, seguindo normas escritas por entidades regulamentadoras em cada país. No Brasil, são elas: a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) e a Associação Brasileira de Cimento Portland (ABCP). Esse mercado é puxado, principalmente, pela construção civil e por obras de infraestrutura (como a construção de casas, estradas etc). Como é um processo intenso termicamente, o consumo de combustível é um ponto-chave nos custos do processo. Por essa razão, as indústrias desse segmento buscam constantemente a otimização dos gastos mediante o uso de combustíveis mais baratos e com um conceito voltado para a sustentabilidade, ou seja, o coprocessamento de resíduos que tem um papel fundamental no meio ambiente. Diante deste cenário, a primeira pergunta que surge é: qual é o caminho que as soluções refratárias seguirão? A resposta é simples e a história se repete: “o mesmo que o usuário de refratário seguirá de forma a adequar a tecnologia à sua real necessidade…”.

Para entender como as soluções em refratários são usadas nos fornos rotativos de cimento é importante entender os princípios do mecanismo de desgaste dos refratários. São eles: térmicos, químicos, mecânicos (Quadro 1). Eles podem estar de forma isolada ou atuando conjuntamente dentro do forno rotativo. A escolha da melhor tecnologia a ser seguida é uma abordagem que sempre tem como ponto fundamental a parceria entre usuário e fornecedor. O primeiro deve conhecer a fundo os principais problemas operacionais existentes nos fornos rotativos e seus limites e o segundo entendê-los para projetar a solução refratária mais adequada ao equipamento em operação.

A Fig. 2 mostra um exemplo de um forno rotativo utilizando resíduo líquido próximo ao queimador principal. Seguramente é um processo que afetará a vida do refratário. A combinação dos mecanismos de desgastes está constantemente nos fornos. Daí a necessidade de buscar soluções que possam assimilar essas exigências e condensar propriedades refratárias para atuar de forma ampla nos fornos rotativos. Um material refratário, pela sua natureza, deve ser capaz de suportar elevadas temperaturas, ataques químicos e esforços mecânicos sem apresentar deformações. Cada qual dentro de seu limite de uso. Constantes pesquisas e estudos “Post Morten” (estudos que apoiam o entendimento do mecanismo de desgaste dos refratários após o uso) são amplamente utilizados para o desenvolvimento de materiais mais resistentes e com um custo adequado para serem comercializados. As principais propriedades refratárias são:

– Resistência mecânica: propriedade que mede a capacidade de resistência à compressão na temperatura ambiente;
– Flexão à quente: mede a resistência à flexão em temperaturas elevadas simulando uma condição próxima a de uso do refratário;
– Permeabilidade: propriedade que mede a capacidade de um gás permear dentro da massa do refratário. Quanto maior o seu valor, menor a resistência que o refratário oferece à passagem de um gás;
– Refratariedade sob carga: mede a deformação que um refratário apresenta à elevada temperatura e uma carga constante;
– Resistência ao choque térmico: propriedade que mede a capacidade em resistir às variações de temperatura;
– Resistência ao ataque de fase líquida: mede a resistência que o refratário apresenta após a infiltração forçada de fases líquidas em sua massa;
– Condutividade térmica: mede a capacidade de um refratário conduzir calor por meio de sua massa. Quanto maior o seu valor, menor é a resistência à passagem de calor.

As soluções para a indústria cimenteira associam as diversas propriedades refratárias, dentre outras, com o objetivo de projetar a melhor opção tecnológica viável para os fornos rotativos atualmente em operação. Para as novas fábricas (também chamadas de “Green Fields”), o projeto refratário para os fornos rotativos de cimento é baseado em uma especificação inicial e, após o início de sua operação, são realizadas otimizações baseadas em estudos detalhados do processo.

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