Para que são utilizados os cones de cerâmica?

Cones de cerâmica são pequenos dispositivos cerâmicos projectados, utilizados principalmente em dois campos distintos. Um tipo, designado por cones pirométricos, mede o efeito combinado da temperatura do forno e do tempo de aquecimento, para que os oleiros e os técnicos de cerâmica saibam quando os produtos atingiram a maturidade correta. O outro tipo, normalmente referido na indústria como filtros de espuma cerâmica ou cones de filtro cerâmico, é utilizado na fundição de metais para remover inclusões não metálicas e controlar o fluxo de metal, melhorando a qualidade e a fiabilidade das peças fundidas. Ambos dependem de composições cerâmicas cuidadosamente selecionadas e de um fabrico controlado para funcionarem em condições térmicas exigentes.

Cones pirométricos: objetivo, funcionamento e conselhos práticos

O que é um cone pirométrico?

Um cone pirométrico é um pequeno dispositivo cerâmico, cónico, fabricado para se deformar com uma quantidade definida de calor. O trabalho térmico é o efeito cumulativo da temperatura e do tempo durante a cozedura num forno. Quando o cone amolece e se deforma com o trabalho térmico nominal, o utilizador tem uma indicação simples e fiável de que a atmosfera do forno atingiu a maturidade de queima pretendida para a peça ou esmalte. Os cones pirométricos são amplamente utilizados por oleiros, engenheiros cerâmicos e laboratórios.

Como funcionam os cones pirométricos

Os cones são formulados de modo a que, numa determinada combinação de temperatura e taxa de aquecimento, o material cerâmico comece a amolecer e depois a dobrar. Um aquecimento mais rápido requer geralmente uma temperatura de pico ligeiramente mais elevada para obter o mesmo trabalho térmico; um aquecimento mais lento requer um pico mais baixo. É por isso que os cones são uma medida do trabalho térmico e não apenas da temperatura. Os cones são muitas vezes utilizados como dispositivos de controlo no forno ou no mecanismo de fecho automático do forno.

Intervalos de cones comuns e significado

Os cones pirométricos são indexados em sistemas como a escala de cones Orton com números como 04, 06, 6, 10 e assim por diante. Números mais baixos indicam menor trabalho térmico e “equivalentes de temperatura” de queima mais baixos, mas lembre-se de que são indicadores de trabalho térmico. Utilizações práticas típicas:

• esmaltes e massas de fogo baixo: cones 06 a 04

• a meio do fogo: cones 5 a 6

• grés e porcelana de alta temperatura: cones 8 a 12 ou superiores.

Colocação, leitura e boas práticas

• Colocar os cones em cada prateleira ou numa prateleira testemunha em direção ao centro do forno.

• Utilizar um conjunto de três cones sempre que possível: cone guia, cone de disparo e cone de proteção para detetar disparos insuficientes ou excessivos.

• Ler os cones numa posição e condição de iluminação consistentes. A leitura visual continua a ser o método mais comum, embora os termopares e os controladores digitais tenham o seu lugar.

• Conservar os cones na embalagem original até à sua utilização e evitar contaminá-los com salpicos de esmalte.

Limitações e erros comuns

• Os cones informam-nos sobre o trabalho térmico, não sobre a temperatura exacta do ar do forno em qualquer momento.

• Cones mal colocados ou mal blindados dão resultados enganadores.

• Confiar apenas na aparência dos cones sem compreender os horários de disparo pode levar a resultados inconsistentes.

Cones de cerâmica utilizados como filtragem de fundição (filtros de espuma de cerâmica)

O que é um filtro de espuma de cerâmica?

Na prática da fundição, a expressão cone cerâmico ou filtro cerâmico refere-se mais frequentemente a um elemento cerâmico poroso utilizado para remover inclusões do metal fundido à medida que este flui para um molde. Estes filtros são normalmente cerâmicas porosas reticuladas produzidas em tamanhos de poros definidos (muitas vezes expressos como poros por polegada, PPI) e adaptados pela química para suportar a temperatura de fusão e o ambiente químico. São essenciais para fundições de alta qualidade de alumínio, magnésio, cobre e mesmo aço.

Porque é que as fundições utilizam filtros de cerâmica

Os filtros cerâmicos removem inclusões não metálicas, reduzem a turbulência e melhoram o perfil do fluxo de metal. Os benefícios incluem:

• menos defeitos internos e redução do rasgamento a quente

• acabamento superficial e precisão dimensional melhorados

• melhores propriedades mecânicas devido a menos inclusões de óxido

• taxas de refugo mais baixas e retrabalho menos dispendioso.

Materiais típicos e respectivos envelopes de candidatura

• Alumina (Al2O3): comum para ligas de alumínio; boa resistência química até cerca de 1200°C, dependendo da formulação.

• Carboneto de silício (SiC): maior resistência ao choque térmico; utilizado quando é necessária uma maior resistência térmica e à erosão.

• Zircónio (ZrO2)para fundições a muito alta temperatura ou reactivas, como alguns aços e ligas de níquel; custo mais elevado, desempenho mais elevado.

Tamanhos dos poros e caraterísticas do fluxo

Os filtros são produzidos com valores de PPI que variam normalmente entre 10 PPI e 40 PPI para aplicações de fundição. Um PPI mais baixo (poros mais grossos) permite um maior caudal mas uma menor captura de partículas. Um PPI mais elevado (poros mais finos) capta inclusões mais pequenas, mas aumenta a resistência ao fluxo. A seleção do PPI correto é um equilíbrio entre o desempenho da filtração e a queda de pressão aceitável.

Como os filtros são utilizados na prática

• Inserido em caixas de filtro ou mangas de filtro no sistema de gating.

• Frequentemente selados com juntas ou argamassas refractárias para evitar a passagem de metais.

• Pode ser utilizado individualmente ou em bancos de filtração faseados para necessidades de elevada pureza.

Materiais, fabrico e especificações

Cones pirométricos - materiais e notas de fabrico

Os cones são fabricados a partir de corpos de argila especificamente misturados e tratados termicamente para produzir um comportamento de fusão consistente. O controlo rigoroso da qualidade na formulação e na cozedura garante pontos de amolecimento reproduzíveis. Os cones podem ser fabricados para utilização geral em estúdio ou com tolerâncias mais apertadas para controlo laboratorial. As práticas recomendadas de manuseamento e armazenamento são simples: manter seco, não lascar as pontas e armazenar por número de cone, de modo a utilizar o cone correto para a queima pretendida.

Filtros cerâmicos de fundição - marcadores de produção e de qualidade

Os filtros de espuma cerâmica são normalmente produzidos através do revestimento de uma espuma de polímero sacrificial com uma pasta cerâmica, secagem e cozedura. Após a cozedura, o polímero é queimado, deixando um esqueleto cerâmico de célula aberta. Principais parâmetros de qualidade:

• composição química e pureza das fases

• uniformidade e conetividade do tamanho dos poros

• resistência mecânica e resistência ao choque térmico

• tolerância dimensional consistente para as caixas de filtros.

Matriz de seleção: qual o cone ou filtro a utilizar

Tabela de decisão rápida

Ao selecionar um filtro de fundição, faça corresponder a química do material e a temperatura máxima de funcionamento. Para os cones pirométricos, selecione um cone que corresponda à maturidade do corpo e do esmalte e confirme com o seu programa de cozedura e manutenção de registos.

Instalação, manuseamento e melhores práticas

Para cones pirométricos

• Posicione os cones de modo a que vejam a mesma atmosfera e o mesmo trabalho térmico que os seus produtos.

• Em caso de utilização de uma incubadora de forno, confirmar o grau de cone recomendado pelo fabricante do forno.

• Utilize cones de testemunho em cada prateleira para um registo de dados consistente.

Para filtros de fundição

• Vedar corretamente os filtros para evitar a passagem de metal.

• Utilizar uma caixa de filtro de conceção adequada para evitar uma rutura prematura.

• Evitar a turbulência excessiva a montante, que pode reduzir a eficiência da filtragem.

• O pré-aquecimento dos filtros ou a utilização de um sistema de aquecimento pré-aquecido pode reduzir o choque térmico.

Métricas de desempenho e monitorização

Cones pirométricos

O desempenho é qualitativo e visual. Acompanhe o comportamento do cone juntamente com os registos do termopar para criar um histórico preciso do processo. Para ambientes de laboratório, utilize cones com tolerâncias mais apertadas ou combine as leituras do cone com a validação do termopar.

Filtros de fundição

Principais métricas:

• taxa de captura de inclusão (medida através de metalografia)

• queda de pressão e caudal em condições de escoamento

• integridade do filtro após exposição a metal fundido

• redução das taxas de refugo e de retrabalho.
  Recomenda-se uma amostragem de rotina e auditorias de qualidade para confirmar o desempenho do filtro na produção.

Comparação: cones pirométricos versus filtros cerâmicos de fundição

Tabela de especificações típicas para filtros de fundição

Note que estas são diretrizes gerais. Os limites exactos de temperatura dependem da formulação e das condições locais. Consulte sempre as fichas de dados do fabricante para obter os valores de projeto.

Considerações ambientais, de segurança e de custos

• Os filtros cerâmicos reduzem a sucata e os resíduos a jusante, mas aumentam o custo dos consumíveis por dose. O custo total de propriedade é normalmente favorável quando a utilização de filtros reduz o retrabalho e aumenta o rendimento.

• O manuseamento dos filtros usados e dos resíduos do forno deve respeitar os regulamentos ambientais locais.

• No caso dos cones pirométricos, a eliminação é de baixo risco; no caso dos filtros de fundição, pode haver escórias aderentes e restos de óxidos que necessitam de uma eliminação industrial adequada.

Resumo dos quadros (referência rápida)

Quadro A. Quando utilizar cada cone cerâmico

Quadro B. Mapeamento comum de PPI para aplicações

FAQs (perguntas frequentes)

1. Qual é a diferença entre um cone pirométrico e um termopar de forno?
   Um termopar mede a temperatura instantânea num ponto. Um cone pirométrico regista o trabalho térmico, que é o efeito combinado do tempo e da temperatura. Utilize ambos em conjunto para obter o melhor controlo.

2. Posso reutilizar um filtro de fundição de cerâmica?
   Não. Os filtros são sacrificiais. Após a exposição ao metal fundido, ficam saturados de óxidos e perdem a integridade estrutural. Substituir os filtros após cada vazamento.

3. Que cone devo utilizar para o grés?
   O grés queima normalmente entre o cone 5 e o cone 11, dependendo do corpo e do vidrado. Verifique a sua receita e o programa de cozedura e utilize cones testemunha em cada prateleira.

4. Como é que escolho o filtro PPI para a fundição de alumínio?
   Equilibrar a limpeza necessária e o caudal aceitável. Para trabalhos gerais em alumínio, os filtros de 20PPI são comuns; as peças fundidas de precisão podem utilizar 30PPI ou mais. Confirmar através de ensaios de vazamento e metalografia.

5. Os filtros de espuma cerâmica são compatíveis com todas as ligas?
   A maioria é formulada para famílias de ligas específicas. A alumina funciona bem para o alumínio; a zircónia e o SiC são escolhidos para temperaturas mais elevadas ou para fusões mais reactivas. Verificar as tabelas de compatibilidade do fabricante.

6. Os cones pirométricos necessitam de calibração?
   Os cones são fabricados de acordo com uma norma, mas guarde-os cuidadosamente e utilize cones de marcas fiáveis. Para laboratórios críticos, verifique os resultados dos cones com termopares calibrados.

7. Quais são os sinais de que um filtro de fundição falhou durante um vazamento?
   Fluxo irregular, metal a contornar os vedantes do filtro, fratura do filtro ou inclusões persistentes na peça fundida são sinais. Inspecionar as comportas e o assento do filtro após qualquer anomalia.

8. Posso colocar cones diretamente na loiça vidrada?
   Não contaminar o trabalho com materiais dos cones. Colocar os cones em suportes de forno separados ou utilizar azulejos de controlo para evitar que os cones ou as peças sejam danificados por deslizamentos ou escorrimentos do vidrado.

9. Como é que elimino os filtros de cerâmica usados de forma segura?
   Cumprir os regulamentos locais relativos a resíduos industriais. Os filtros com resíduos de metais pesados podem ser perigosos; consulte o seu responsável ambiental ou fornecedor para obter recomendações de eliminação.

10. Que registos deve uma fundição manter sobre a utilização de filtros?
    Monitorizar o tipo de filtro, PPI, número de lote, condições de vazamento, taxas de inclusão da amostragem de QA e taxas de refugo. Isto permite a melhoria contínua e a justificação dos custos.

Fontes e referências selecionadas

Principais fontes autorizadas referidas neste artigo:

• Visão geral e história do cone pirométrico.

• Utilização prática do cone pirométrico e gráficos.

• Filtros de espuma cerâmica para fundição de metais, materiais e orientação PPI.

• Páginas de produtos de fundição e notas de aplicação, incluindo orientações do fabricante.