Resistência ao esmagamento a frio da manta de fibra cerâmica

Mantas de fibra cerâmica não possuem “resistência ao esmagamento a frio” (CCS) no sentido tradicional da engenharia. A CCS é uma métrica reservada a materiais refractários rígidos como tijolos refractários ou os painéis de isolamento cerâmico da AdTech. A tentativa de medir o CCS de uma manta flexível resulta em compressão em vez de esmagamento. Para os engenheiros e compradores que avaliam a durabilidade das mantas de fibra cerâmica, as propriedades mecânicas corretas a ter em conta são Resistência à tração (resistência ao rasgamento durante a instalação) e Resiliência (recuperação por compressão). Uma manta de fibra cerâmica de densidade padrão de 128 kg/m³ apresenta normalmente uma resistência à tração entre 0,08 e 0,12 MPa. Se a sua aplicação exigir capacidade de carga ou uma elevada resistência ao esmagamento a frio, deve selecionar um produto rígido como Placa de isolamento cerâmico, e não uma manta. A AdTech especializou-se no fabrico de mantas de alta resistência para embrulho e placas de alto CCS para isolamento estrutural em fundições de alumínio.

O conceito errado de resistência ao esmagamento em refractários flexíveis

Na indústria de refractários, surge frequentemente confusão relativamente à terminologia da resistência física. Por vezes, as ordens de compra ou as folhas de dados técnicos (TDS) solicitam incorretamente “Resistência ao esmagamento a frio” para mantas de fibra. Compreender a física por detrás destes materiais é vital para selecionar o isolamento correto para o equipamento de filtragem e desgaseificação de alumínio.

A resistência ao esmagamento a frio mede a carga por unidade de área que um material refratário pode suportar antes de falhar (esmagar) à temperatura ambiente. Este teste segue normas como a ASTM C133. No entanto, as mantas de fibras cerâmicas são fabricadas utilizando fibras de alumina-silicato fiadas ou sopradas entrelaçadas para formar um tapete flexível. Quando é aplicada uma carga, a manta não “esmaga” ou fratura; comprime-se e densifica-se.

Por isso, ao avaliar as mantas de fibra cerâmica da AdTech para as suas instalações, concentre-se nestas três métricas mecânicas verificadas:

1. Resistência à tração: A tensão máxima que o material pode suportar ao ser esticado ou puxado antes de se partir.

2. Tensão de compressão (na deformação X%): A força necessária para comprimir o material até uma percentagem específica da sua espessura original.

3. Retração linear: A estabilidade dimensional sob calor elevado.

Propriedades mecânicas críticas: Resistência à tração vs. Densidade

Uma vez que o CCS não é aplicável, a resistência à tração torna-se o principal indicador da integridade estrutural de um cobertor. Esta propriedade é diretamente influenciada pela densidade aparente do produto e pelo método de fabrico (fibras fiadas vs. fibras sopradas). As fibras fiadas, que a AdTech utiliza, oferecem geralmente um comprimento e entrelaçamento superiores, resultando numa maior resistência à tração em comparação com as fibras sopradas.

As mantas de densidade mais elevada contêm mais massa de fibra por volume, criando uma matriz mais apertada que resiste ao rasgamento. Isto é particularmente importante durante a instalação de revestimento em panelas ou lavadores, onde o material é frequentemente puxado em torno de cantos ou ancorado com pinos.

Tabela 1: Correlação entre densidade e resistência à tração em mantas de alumina-silicato

Nota: Os dados reflectem as médias típicas da indústria para mantas de fibra fiada. As mantas AdTech são concebidas para cumprir ou exceder os limites superiores destas gamas.

Quando a resistência ao esmagamento a frio é importante: O papel das placas cerâmicas

Se os seus requisitos de engenharia exigirem especificamente a Resistência ao Esmagamento a Frio, a sua aplicação provavelmente envolve isolamento de suporte de carga ou áreas sujeitas a erosão mecânica do fluxo de alumínio fundido. Neste cenário, uma manta flexível é insuficiente.

Deve optar por Placas de isolamento cerâmico. Trata-se de produtos formados em vácuo que utilizam a mesma química de alumina-silicato, mas com ligantes orgânicos e inorgânicos adicionados. Estes aglutinantes rigidificam a estrutura, conferindo-lhe um CCS mensurável.

Capacidades das placas de isolamento cerâmico da AdTech

Para as fundições de alumínio que utilizam as nossas unidades de desgaseificação ou caixas de filtração, recomendamos placas rígidas para o revestimento estrutural. Uma placa de cerâmica de alta qualidade apresenta normalmente uma resistência ao esmagamento a frio na ordem dos 0,3 a 0,5 MPa (consoante a formulação e a cozedura).

Tabela 2: Comparação de propriedades mecânicas - manta vs. placa

Factores que influenciam a durabilidade e o desempenho das fibras

Quer se trate das capacidades de tração de uma manta ou da resistência ao esmagamento de uma placa, a qualidade microscópica da fibra determina o desempenho. Na AdTech, controlamos rigorosamente três parâmetros durante o fabrico dos nossos consumíveis, incluindo cordas e mantas de fibra cerâmica.

1. Conteúdo do disparo

“O ”shot" refere-se às partículas cerâmicas não fibrosas (gotículas não fibrosas) criadas durante a produção. Um elevado teor de shot é prejudicial. Acrescenta peso sem aumentar a resistência e actua como um ponto de concentração de tensões.

• Baixo teor de tiros: Aumenta a resistência à tração e a eficiência térmica.

• AdTech Standard: Utilizamos uma tecnologia avançada de agulhamento duplo e separação de ar para minimizar o conteúdo de granalha, assegurando que a matriz da fibra é consistente e forte.

2. Diâmetro e comprimento da fibra

As fibras mais grossas e mais compridas proporcionam um melhor entrosamento.

• Fibras fiadas: Normalmente mais longos (até 100 mm+), oferecendo uma elevada integridade à tração.

• Fibras sopradas: Mais curtos, resultando frequentemente em cobertores que se rasgam mais facilmente.

3. História térmica

A exposição a temperaturas acima da classificação provoca a cristalização (desvitrificação). Isto transforma a fibra amorfa em mulita cristalina ou cristobalita.

• Efeito: O material perde resistência e torna-se quebradiço. Uma manta que antes era flexível desfaz-se (perde a resistência à tração) e uma placa perde o CCS.

• Solução: Selecione sempre um grau (Standard, Alta Pureza, Zircónio) classificado pelo menos 150°C acima da sua temperatura de funcionamento.

Normas de ensaio para materiais de fibras refractárias

Para garantir a conformidade com os requisitos globais de engenharia, é essencial fazer referência aos protocolos de teste corretos. A confusão resulta muitas vezes da aplicação de normas de tijolo a produtos de fibra.

• ASTM C892: Especificação padrão para isolamento térmico de manta de fibra de alta temperatura. Esta norma define os requisitos para a resistência à tração, não para o CCS.

• ASTM C165: Método de ensaio normalizado para medir as propriedades de compressão de isolamentos térmicos. Este método é utilizado para medir a compressão de uma manta sob carga, que é o indicador mais próximo do CCS para materiais flexíveis.

• ASTM C133: Métodos de ensaio normalizados para a resistência ao esmagamento a frio e o módulo de rutura de refractários. Isto aplica-se às placas de isolamento cerâmico AdTech, não às mantas.

Os engenheiros que criam especificações técnicas para actualizações de fábricas de alumínio devem citar a norma ASTM C892 para mantas, de modo a evitar confusões por parte dos fornecedores.

Aplicações em fundição de alumínio: Onde a força é importante

A AdTech serve a indústria de fundição de alumínio, fornecendo soluções para desgaseificação e filtragem. A resistência mecânica dos produtos de fibra desempenha um papel distinto em áreas específicas da fundição.

1. Revestimentos para lavandaria e tundish

Neste caso, o isolamento é colocado entre o invólucro de aço e o material refratário.

• Requisito: O cobertor deve ter uma elevada Resiliência. Precisa de empurrar para trás o refratário em expansão para evitar espaços onde o alumínio fundido possa penetrar.

• Produto: Manta de fibra cerâmica AdTech (128 kg/m³).

2. Isolamento da caixa de filtragem

Em torno do Filtro de espuma cerâmica (CFF) Para manter a placa filtrante no lugar, é necessário um isolamento rígido.

• Requisito: Elevado Força de esmagamento a frio para suportar o peso do filtro e a pressão do metal fundido.

• Produto: Placa de isolamento cerâmico AdTech ou formas formadas sob vácuo.

3. Juntas e vedações

Selagem das tampas das unidades de desgaseificação ou das portas dos fornos.

• Requisito: Elevado Resistência à tração e resistência à abrasão para suportar a abertura e o fecho repetidos.

• Produto: Corda de fibra cerâmica AdTech (reforçada com fio de aço ou fibra de vidro).

Aumentar a vida útil dos refractários com uma seleção correta dos materiais

A seleção de um material com base na métrica de resistência errada conduz a uma falha prematura. Se um engenheiro especifica uma manta à espera da capacidade de carga (CCS), o isolamento comprime-se com o tempo, provocando fugas de calor e deformação da estrutura de aço. Por outro lado, a utilização de uma placa rígida onde é necessária flexibilidade resulta em fissuras devido ao desajuste da expansão térmica.

Recomendação de engenharia da AdTech:

1. Definir a tensão mecânica: Trata-se de tensão (tração) ou compressão (esmagamento)?

2. Para tensão/embalagem: Utilizar a manta de fibra cerâmica AdTech.

3. Para compressão/estrutura: Utilizar a placa de isolamento cerâmico AdTech.

4. Para vedação/abrasão: Utilizar o cabo de fibra cerâmica AdTech.

O nosso processo de fabrico garante que a química da alumina-silicato é optimizada para as exigências mecânicas específicas de cada formato, assegurando a longevidade em ambientes de processamento de alumínio exigentes.

Perguntas mais frequentes (FAQs)

1. A manta de fibra cerâmica tem um valor de resistência ao esmagamento a frio (CCS)?

Não. As mantas de fibra cerâmica são materiais flexíveis. Não se esmagam; comprimem-se. A CCS é uma métrica utilizada para refractários rígidos, como tijolos ou placas de cerâmica. A métrica de resistência relevante para mantas é a resistência à tração.

2. Qual é a resistência à tração típica de uma manta de fibra cerâmica normal?

Uma manta de densidade padrão de 128 kg/m³ tem normalmente uma resistência à tração entre 0,08 e 0,12 MPa. Esta varia consoante o método de fabrico (fiado ou soprado) e a qualidade do entrelaçamento das fibras.

3. Como é que a densidade afecta a resistência do cobertor?

Existe uma correlação positiva direta. As mantas de densidade mais elevada (por exemplo, 160 kg/m³) contêm mais fibras por unidade de volume, criando uma matriz mais apertada que oferece maior resistência à tração e melhor resistência à compressão em comparação com as opções de densidade mais baixa (por exemplo, 64 kg/m³).

4. Posso utilizar a manta de fibra cerâmica para suportar cargas pesadas?

Em geral, não. As mantas são concebidas para isolamento, não para suporte estrutural. Se for colocada sob uma carga pesada, a manta comprime-se significativamente, reduzindo a espessura do isolamento e a eficiência térmica. Para aplicações de suporte de carga, utilize placas de isolamento cerâmico AdTech.

5. Qual é a diferença entre a resistência da fibra fiada e da fibra soprada?

As fibras fiadas são produzidas através da queda de um fluxo fundido sobre rodas de fiação, criando fibras mais longas. As fibras sopradas utilizam jactos de ar. As fibras fiadas são geralmente mais compridas e mais resistentes, resultando em mantas com maior resistência à tração do que as mantas de fibra soprada.

6. Porque é que o “conteúdo de injeção” é importante para a força?

A granalha refere-se a esferas cerâmicas não fibrosas. Um elevado teor de shot perturba a matriz da fibra, tornando a manta mais fraca e mais propensa a rasgar. A AdTech minimiza o teor de shot para garantir a máxima integridade à tração.

7. O que é que acontece à resistência do cobertor depois de ser aquecido?

Após a primeira queima, os ligantes orgânicos (se existirem) queimam-se, o que pode reduzir ligeiramente a resistência. No entanto, se a temperatura exceder a classificação do material, ocorre a cristalização, reduzindo drasticamente a resistência e fazendo com que o material se torne quebradiço e se desfaça.

8. Que produto AdTech devo utilizar se necessitar de uma elevada resistência ao esmagamento a frio?

Deve selecionar o painel de isolamento cerâmico AdTech. Estas placas formadas em vácuo são rígidas e concebidas especificamente para possuírem um elevado CCS, o que as torna adequadas para revestimentos de reserva e áreas que requerem rigidez estrutural.

9. Existe um teste normalizado para medir a resistência dos cobertores de fibras?

Sim, a ASTM C892 é a especificação padrão para mantas de fibra, que inclui protocolos para testar a resistência à tração. A norma ASTM C165 é utilizada para medir a resistência à compressão (resiliência) e não a resistência ao esmagamento.

10. O cabo de fibra cerâmica pode ser utilizado quando é necessária uma elevada resistência à tração?

Sim. Os cabos de fibra cerâmica da AdTech são frequentemente reforçados com fibra de vidro ou fio de aço inoxidável. Este reforço confere-lhes uma resistência à tração significativamente superior à das mantas, tornando-as ideais para aplicações de vedação e embalagem em que o material está sob tensão.

Referência do produto:
A AdTech é um fabricante dedicado que serve a indústria de fundição de alumínio. O nosso portefólio inclui:

• Manta de fibra cerâmica: Elevada resistência à tração para um isolamento eficaz.

• Placa de isolamento cerâmico: Elevada resistência ao esmagamento a frio para aplicações estruturais.

• Corda de fibra cerâmica: Reforçado para uma vedação e durabilidade superiores.

• Filtros de espuma de cerâmica: Filtragem de precisão para alumínio fundido.

Para obter especificações técnicas detalhadas ou para solicitar um orçamento, contacte a equipa de engenharia da AdTech.