Ciclos térmicos: o verdadeiro teste de resistência dos revestimentos refratários

O problema da fadiga térmica

Os materiais refratários são concebidos para altas temperaturas. Resistem a 1 200, 1 400 ou mesmo 1 800 °C sem perderem a sua integridade estrutural. O que muitos operadores subestimam: o maior inimigo de um revestimento refratário não é a temperatura máxima absoluta, mas a alternância repetida entre quente e frio. Cada ciclo térmico gera tensões mecânicas no material. A face quente dilata, enquanto a face fria mantém ainda as suas dimensões originais. Esta dilatação diferencial gera tensões de corte que, a cada ciclo, avançam um pouco mais para o interior do material.

Mecanismos de dano térmico

O dano térmico desenvolve-se em várias fases. Primeiro, formam-se na superfície microfissuras finas, dificilmente visíveis a olho nu. Estas microfissuras propagam-se em profundidade a cada novo ciclo térmico e ligam-se numa rede de fissuras que divide a superfície em segmentos individuais. Numa fase avançada, estes segmentos soltam-se da superfície sob a forma de destacamentos e a perda de material acelera exponencialmente. Na linguagem técnica, este processo designa-se por fadiga térmica ou choque térmico.

• Fase de aquecimento: subidas rápidas de temperatura geram tensões de compressão na superfície e tensões de tração no interior do material
• Fase de arrefecimento: as tensões invertem-se. A superfície fica sob tração e o interior sob compressão
• Repetição: cada ciclo alarga as fissuras existentes e cria novas. O dano é cumulativo e irreversível
• Aceleração: a partir de uma densidade crítica de fissuras, soltam-se segmentos sob a forma de destacamentos, a espessura residual da parede diminui e o material fundido ou os gases quentes penetram mais profundamente pelas fissuras: o dano acelera-se a si próprio

Seleção de materiais para zonas sujeitas a choque térmico

A resistência ao choque térmico de um material refratário é determinada por várias propriedades: baixa dilatação térmica, elevada condutibilidade térmica, elevada tenacidade à fratura e resistência mecânica moderada. Os materiais com elevado teor de carboneto de silício ou determinados sistemas de ligação fosfática apresentam um excelente comportamento ao choque térmico. A escolha do material certo tem de ser sempre feita no contexto das condições de funcionamento específicas: com que frequência ocorrem os ciclos térmicos? Qual é a diferença de temperatura? A que velocidade decorrem o aquecimento e o arrefecimento?

Medidas operacionais para reduzir a solicitação por choque térmico

Além da seleção de materiais, as medidas operacionais podem reduzir consideravelmente a solicitação por choque térmico. As taxas controladas de aquecimento e de arrefecimento são a medida isolada mais eficaz. Sempre que possível, um forno não deve ser aquecido nem arrefecido a mais de 50 °C por hora. Evitar paragens desnecessárias e otimizar o planeamento das cargas também contribui para preservar o revestimento. Um forno operado da forma mais uniforme possível, a temperatura constante, atinge a maior vida útil.