Material de vedação cerâmico

Os materiais de vedação cerâmicos para altas temperaturas proporcionam vedações fiáveis e duradouras no processamento de metal fundido, fornos industriais e equipamento de processamento térmico, combinando a química da alumina-sílica refractária com formas concebidas: cordas entrançadas ou torcidas, fitas, juntas, placas e pastas de vedação. Para as fundições de alumínio, o sistema de vedação cerâmico correto reduz a perda de calor, evita a infiltração de metal, diminui o risco de contaminação e reduz o tempo de inatividade quando combinado com produtos de filtragem e desgaseificação correspondentes, tais como filtros de espuma cerâmica e placas de isolamento. A escolha de materiais classificados para a temperatura contínua e intermitente correta, e a sua instalação com compressão e proteção adequadas, produz um desempenho previsível e poupanças de custos mensuráveis em termos de rendimento e manutenção.

Porque é que a vedação cerâmica a alta temperatura é importante nas fundições de alumínio

Os pontos de vedação são zonas de falha comuns em equipamentos de fusão, transferência e fundição. As más vedações permitem a perda de calor, a entrada de ar e humidade e a migração de metal fundido ou escórias para as aberturas estruturais. Nas operações de alumínio, estas falhas provocam a captação de hidrogénio, a formação de óxidos e inclusões que reduzem a qualidade da fundição. A vedação robusta de cerâmica elimina muitas dessas causas, fornecendo uma barreira compressível e refractária entre as peças móveis ou aparafusadas e o percurso do metal fundido. Quando combinados com filtros de espuma cerâmica, unidades de desgaseificação e placas de isolamento térmico, os materiais de vedação ajudam a proteger a pureza do produto e a reduzir o retrabalho.

Famílias de materiais de base e sua química

Os produtos cerâmicos de vedação para altas temperaturas utilizados em sistemas térmicos industriais derivam em grande parte de fibras refractárias de alumino-silicato e de cargas inorgânicas especiais. As famílias típicas incluem:

• Fibra cerâmica de alumino-silicatoFibra de aço: produzida por fiação ou sopro de matérias-primas de alta pureza em fibras, depois transformadas em corda, trança, papel ou manta. Estas fibras suportam temperaturas contínuas até cerca de 1260°C (2300°F) em muitos tipos comerciais.

• Placas refractárias de alta purezapainéis rígidos fabricados a partir de fibras cerâmicas ligadas ou de agregados refractários processados; estes painéis apresentam uma baixa condutividade térmica com superfícies maquináveis.

• Selantes e pastas inorgânicas com carga cerâmicaSílica, alumina e zircónio: pastas inorgânicas com enchimento de sílica, alumina e zircónio que curam ou sinterizam para produzir vedantes estanques ao gás a temperaturas elevadas.

• Conjuntos de têxteis refractários: cordas entrançadas e fitas tricotadas em que a fibra cerâmica central é combinada com uma trança ou arame de proteção para resistência ao manuseamento e recuperação por compressão.

Cada produto químico apresenta compensações em termos de compressibilidade, resistência à abrasão, libertação de gases e temperatura máxima de funcionamento contínuo. A seleção da família adequada depende da geometria da junta, do movimento mecânico esperado e da exposição a fluxos ou escórias.

Desempenho térmico e mecânico: classificações e limites práticos

É essencial compreender as classificações de temperatura publicadas e o seu significado em condições de serviço.

• Classificação de serviço contínuoMuitos cabos e fitas comerciais de fibra cerâmica estão classificados para exposição contínua até cerca de 1260°C (2300°F). Os dados publicados para produtos do tipo Fiberfrax e cabos comparáveis suportam este nível de desempenho contínuo. As instalações do mundo real utilizam normalmente limites contínuos mais baixos para preservar a vida útil.

• Capacidade de pico intermitenteOs picos de curto prazo acima da classificação contínua ocorrem frequentemente durante as condições de arranque ou de perturbação. Alguns produtos de cabos e placas de cerâmica toleram temperaturas de pico mais elevadas durante breves intervalos, mas os ciclos frequentes aceleram a oxidação das fibras e a rutura mecânica.

• Conjunto de compressão e recuperaçãoOs cabos entrançados e torcidos são escolhidos para as uniões que requerem compressibilidade. A compressão após ciclos repetidos determina a necessidade de reaperto ou de substituição. As fichas técnicas dos produtos indicam o comportamento da compressão em função da temperatura.

• Exposição químicaA maioria das fibras de aluminossilicato resiste a atmosferas oxidantes e redutoras; no entanto, o ácido fluorídrico e os álcalis fortes atacam-nas. As juntas expostas a fluxos ou a ambientes clorados necessitam de uma atenção especial.

Os testes para validar a seleção devem incluir testes de imersão em temperatura contínua, choque térmico cíclico e testes de compressão mecânica. Os fornecedores geralmente fornecem folhas de dados com esses parâmetros; analise-os em relação aos ciclos de trabalho esperados da fundição.

Formas dos produtos e como são selados - descrições técnicas pormenorizadas

Corda e trança de fibra cerâmica (utilizada para vedações de portas e flanges)

Construção: feixes de filamentos torcidos ou entrançados de várias camadas, por vezes com uma fibra de suporte sacrificial que se queima durante o aquecimento inicial. Desempenho: altamente compressível, excelente em espaços de junta restritos, onde a vedação tem de se adaptar a flanges irregulares. Utilizações típicas: vedações de portas de fornos, fechos de tampas de canais e panelas, vedações de carros de transferência. Temperatura contínua normalmente até 1260°C / 2300°F.

Fita cerâmica e juntas de fita (vedação de perfil fino)

Construção: fita cerâmica tricotada ou tecida, ou anéis de junta formados cortados de papel/cobertor. Desempenho: bom para juntas finas, proporciona um contacto mais uniforme do que o cabo em aplicações de face plana. Casos de utilização: bordos de portas deslizantes, faces de flanges finas e juntas à volta de portas de inspeção.

Papel de fibra cerâmica (folha macia de vedação e junta de vedação)

Construção: papel de fibra de alumino-silicato moldado a húmido com espessura controlada. Desempenho: conformável, fácil de cortar e moldar, e baixa condutividade térmica. As aplicações típicas são o revestimento de flanges antes do aperto por compressão e o preenchimento de fendas finas para reduzir a infiltração de ar.

Placas de isolamento cerâmico (vedação estrutural e embalagem)

Construção: placas de fibra cerâmica ligadas com maquinabilidade fina. Desempenho: suficientemente rígido para embalagens estruturais em que os vedantes têm de resistir à compressão para além do que o cabo pode suportar. As aplicações incluem revestimentos de gargantas de panelas, montagens de topo quente e painéis de barreira térmica que assentam contra placas de metal.

Pastas e revestimentos cerâmicos de vedação (vedação de preenchimento de espaços e de ligação dura)

Construção: aglutinantes inorgânicos misturados com pós cerâmicos de alta temperatura; algumas formulações curam para uma vedação firme a temperaturas elevadas. Utilização: vedação de juntas irregulares ou colagem de interfaces cerâmica-metal, em que uma pasta proporciona humidade e preenche micro lacunas. Se a junta necessitar de ser novamente trabalhada ou removida, selecione pastas que amoleçam com o reaquecimento ou que sejam mecanicamente removíveis.

Como é que a escolha do produto se relaciona com casos de utilização de fundição (recomendações AdTech)

As recomendações de emparelhamento que se seguem correspondem às necessidades comuns da fundição de alumínio e às linhas de produtos AdTech (filtros de espuma cerâmica, placas de isolamento, corda de fibra, papel cerâmico).

• Vedantes da porta e do porto do forno de fusãoUtilizar um cabo de fibra cerâmica torcido envolvido por um entrançado de aço inoxidável ou de fibra de vidro em caso de abrasão. Para uma vida útil melhorada, emparelhar com um entrançado de arame inoxidável protetor exterior se o contacto com ferramentas for frequente. O cabo de fibra cerâmica AdTech, especificado para serviço contínuo a 1100°C, proporciona uma vida longa e um baixo risco de infiltração.

• Embalagens para a garganta e o bico da conchaUtilizar uma combinação de placa cerâmica para o revestimento estrutural e corda cerâmica na interface da flange para manter uma vedação compressível e resistir aos salpicos de metal. A placa de isolamento cerâmico AdTech com uma inserção de garganta maquinada estabilizará o fluxo e ajudará o filtro de espuma cerâmica a ter um desempenho ótimo.

• Vedação da tampa para recipientes de desgaseificaçãoQuando existem tampas rotativas ou amovíveis, uma junta ou fita de fibra cerâmica proporciona uma vedação eficaz e compressível. O papel de fibra cerâmica AdTech pré-cortado para os diâmetros da tampa simplifica a substituição.

• Tampas de máquinas de fundição e vedantes de bicos: selecionar uma pasta cerâmica com elevada aderência ao metal e compatibilidade com a expansão térmica, combinada com um apoio localizado de corda cerâmica para absorver o movimento. As pastas de vedação AdTech formuladas com cargas de alumina proporcionam ligações densas e de baixa porosidade em locais de elevado desgaste.

Factores de fabrico e de controlo de qualidade que determinam a vida útil da vedação

1. Controlo da pureza e da composição das fibrasO teor de alumina mais elevado melhora normalmente a refractariedade, mas o custo aumenta. Selecionar materiais cuja composição e processos de fiação estejam documentados pelo fornecedor.

2. Seleção da densidade e do aglutinanteA química do ligante afecta as caraterísticas de desgaseificação e maquinagem. Os aglutinantes com baixo teor de gases são adequados para ambientes metálicos fechados.

3. Uniformidade de construção: a torção do cabo, o aperto da trança e os parâmetros de tricotagem da fita alteram a compressibilidade; solicitar documentação do processo do fabricante e planos de amostragem do controlo de qualidade.

4. Acabamento pós-fabrico: tranças de proteção, coberturas de arame ou dimensionamento reduzem a abrasão e a perda de fibras durante o manuseamento, aumentando a vida útil efectiva.

A AdTech recomenda a rastreabilidade do lote de fábrica e o ciclo térmico da amostra antes do envio para encomendas de selagem críticas.

Melhores práticas de instalação

• Limpe as superfícies de contacto para remover resíduos de vedantes antigos, incrustações e óleo.

• Utilizar uma camada fina de papel ou pasta de cerâmica nas faces planas para igualar as micro-fendas antes de inserir o cabo.

• Comprimir as vedações do cabo uniformemente até à percentagem de compressão especificada pelo fornecedor, normalmente 20 a 40 por cento para muitos cabos torcidos. A compressão excessiva aumenta o jogo e reduz a vida útil.

• Proteger o cabo exposto com aço inoxidável entrançado ou arame nos locais onde as ferramentas ou as aparas de metal possam desgastar a superfície exterior.

• Após o aquecimento inicial, voltar a apertar os fixadores acessíveis, uma vez que as fibras de suporte ou os aglutinantes podem queimar e provocar um ligeiro encolhimento.

• Documentar a localização, o número da peça e a data de instalação para a inspeção programada.

Compatibilidade, risco de contaminação e resistência química

Principais regras de compatibilidade:

• Evitar a exposição das fibras de alumino-silicato ao ácido fluorídrico.

• Os álcalis fortes provocam erosão; nas aplicações em que os agentes fundentes entram em contacto com as juntas, utilizar cargas quimicamente resistentes ou revestimentos protectores.

• Para operações com atmosferas enriquecidas com oxigénio ou ciclos intensos, selecionar qualidades com um teor de alumina mais elevado e menos portadores orgânicos.

Os materiais de vedação com baixa emissão de gases e baixa libertação de partículas ajudam a manter a limpeza do metal. Quando for crítico, efetuar um teste de lixiviação e de libertação de partículas em pequena escala antes da instalação completa.

Notas de segurança, manuseamento e regulamentação

• Tratar os materiais de fibra cerâmica como outras fibras refractárias: minimizar a poeira durante o corte, utilizar extração local e EPI (respiradores, luvas, proteção ocular). Muitas fibras modernas são concebidas para reduzir a libertação de fibras respiráveis, mas as boas práticas continuam a aplicar-se.

• Ao maquinar tábuas ou aparar cordas, os métodos húmidos ou os aspiradores HEPA limitam as partículas em suspensão no ar.

• Armazenar os produtos embalados em condições secas para evitar a hidrólise do ligante e para preservar a resistência ao manuseamento.

Tabela de comparação: materiais de vedação comuns e utilizações recomendadas

Cinco problemas comuns dos utilizadores e soluções AdTech

Esta tabela é prática e construída com base na experiência de campo padrão e nas capacidades dos produtos AdTech.

Lista de verificação da manutenção e otimização da vida útil

Seguir esta lista de verificação ajuda a maximizar a vida económica dos selos e apoia a rastreabilidade dos eventos de qualidade.

Perguntas mais frequentes

1. A que temperatura pode o cabo de fibra cerâmica suportar continuamente?
   Os tipos comerciais típicos suportam até cerca de 1260°C (2300°F) contínuos, embora a vida útil dependa do ciclo e da atmosfera.

2. Qual é a melhor forma de vedação de flanges em panelas?
   Uma combinação de placa cerâmica para suporte estrutural e corda torcida para a interface da flange oferece o melhor equilíbrio.

3. Os materiais de vedação cerâmicos contaminam o alumínio?
   Os produtos de alumino-silicato de elevada pureza com baixo teor de aglutinantes apresentam um risco mínimo de contaminação. A instalação e a proteção corretas reduzem a libertação de partículas.

4. Posso pintar ou revestir a corda de cerâmica para aumentar a vida útil?
   As tranças de proteção ou os revestimentos inorgânicos são preferíveis às tintas orgânicas; resistem à abrasão e limitam a perda de fibras.

5. Como devem ser armazenados os selos?
   Manter seco, evitar a compressão durante o armazenamento e proteger de óleos e solventes que possam comprometer os aglutinantes.

6. O papel cerâmico é reutilizável?
   O papel é normalmente de utilização única para selagem crítica; algumas utilizações com carga ligeira permitem uma reutilização limitada, mas recomenda-se a substituição para fundição de elevada pureza.

7. Como é que escolho entre corda e fita?
   Utilize corda quando for necessário um enchimento profundo e compressível e fita adesiva para áreas de contacto finas e uniformes.

8. Que métodos de inspeção detectam a degradação dos vedantes?
   A inspeção visual, a deteção de fugas durante os períodos de inatividade a quente e as verificações programadas do binário dos parafusos são métodos práticos no terreno. Para linhas críticas, a termografia por infravermelhos localiza fugas de calor.

9. Existem normas para os materiais de vedação cerâmicos?
   Os fabricantes fornecem dados técnicos e resultados de testes; quando regulamentado, siga os requisitos locais de segurança ocupacional e de materiais REACH/ROHS. Solicitar FDS e relatórios de testes de desempenho térmico.

10. A AdTech pode fornecer kits de vedação completos?
    Sim. A AdTech monta kits combinados, incluindo corda, papel, pasta e instruções de instalação para equipamentos críticos, simplificando a aquisição e garantindo a compatibilidade.