04 - Refratários

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MATERIAIS E
TÉCNICAS DE 
CONSTRUÇÃO
Ronei Stein
REFRATÁRIOS
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INTRODUÇÃO
Neste capítulo, você vai estudar os produtos refratários. Os processos 
industriais como o cimento, cerâmica, siderurgia, petróleo, etc, exigem 
muitas vezes altas temperaturas. Materiais convencionais não conseguem 
suprir a necessidade de segurança e isolamento. Toma-se partido para isso 
dos materiais refratários, que mesmo sujeitos a altíssimas temperaturas não 
alteram suas características e permitem a produção dos insumos necessários 
para a construção.
OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM 
Ao final desta aula unidade, você deverá ser capaz de:
• Explicar o que são materiais refratários.
• Classificar os tipos de materiais refratários.
• Identificar as principais propriedades que
norteiam o comportamento dos materiais refratários
MATERIAIS REFRATÁRIOS
Os materiais foram agrupados convenientemente em três classificações 
básicas: metais, cerâmicas e polímeros. Esses materiais se diferem um do 
outro devido sua composição química e a estrutura atômica, podendo os 
mesmos materiais se enquadrar dentro de um ou outro grupo distinto. Ainda 
existe uma quarta classificação, os compósitos, formados pela combinação 
de duas ou mais classes citadas anteriormente. Por fim, tem-se os materiais 
avançados, possuindo aplicabilidade de alta tecnologia. 
Especificamente falando dos materiais cerâmicos, esses são formados por 
elementos metálicos e não metálicos, na maioria, consistem em óxidos, 
nitretos e carbetos. Podem ser classificados de diversas formas, mas as 
mais comuns são segundo sua classe de compostos químicos ou pelas suas 
propriedades principais. 
Somente a partir dos anos 1950, com o avanço da tecnologia, as cerâmicas 
começaram a ser usadas pelas indústrias em componentes eletrônicos, 
aeroespacial, entre outros. Antes, esses matérias eram denominados 
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“cerâmicas tradicionais”, onde o uso da argila era a matéria-prima primária, 
sendo fabricados louças, porcelanas, tijolos, telhas, etc. Diferentes 
aplicabilidades podem ser atribuídas para a cerâmica, estando divididas 
nos seguintes grupos: vidros, produtos estruturais à base de argila, louças 
brancas, refratários, abrasivos, cimentos e por fim, as cerâmicas avançadas. 
Em se tratando de materiais refratários, esses começaram a ser utilizados 
já pré-história, quando o homem descobriu e dominou o fogo. A queima de 
argilas favoreceu com que formas estáveis fossem obtidas com esta matéria-
prima, sendo caracterizada por apresentar alta resistência mecânica (Fig. 1).
 
Figura 1. Exemplo de artefato refratário pré-histórico.
Atualmente esse material é utilizado na produção e refino do aço, manuseio 
de metais e vidros, em fornos de tratamento térmico e equipamentos que 
operem em altas temperaturas. Para um material ser caracterizado como 
refratário, o mesmo deverá possuir as seguintes características:
• Alta refratariedade (capacidade de suportar altas temperaturas sem 
deformar - acima de 1100ºC);
• Estabilidade mecânica;
• Estabilidade química;
• Estabilidade dimensional;
• Estabilidade ao choque térmico;
• Baixa condutividade térmica;
• Baixa permeabilidade.
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O uso dos refratários é uma praticada bastante dissipada em vários 
segmentos de indústrias, como siderúrgicas, cimento, vidro e petroquímica, 
devido principalmente o fato de:
• Possuírem excelentes propriedades térmicas;
• Resistência à corrosão;
• Abrasão e choque térmico;
• Permanecerem não-reativos e inertes
quando expostos a ambientes severos.
Entender a matéria-prima refratária é uma parte essencial para a fabricação 
dos materiais. Entre os diversos elementos químicos encontrados na Terra, 
somente alguns podem ser utilizados para fabricação de refratários, entre 
eles: silício (Si), alumínio (Al), magnésio (Mg), zircônio (Zr), carbono (C), cálcio 
(Ca) e cromo (Cr). Diferentes propriedades químicas e físicas específicas de uma 
matéria-prima, controlam as propriedades finais do produto refratário. Seis 
óxidos formam a base dos produtos refratários: alumina (Al2O3), magnésia 
(MgO), sílica (SiO2), zircônia (ZrO2), cal (CaO) e óxido crômico (Cr2O3).
A produção de diferentes materiais demanda diferentes 
quantidades de refratários, seguem alguns exemplos:
• 1 Tonelada de cimento demanda ±0,6 kg de refratário;
• 1 Tonelada de vidro demanda ±4 kg de refratário;
• 1 Tonelada de alumínio demanda ±6 kg de refratário;
• 1 Tonelada de cobre demanda ±3 kg de refratário.
NOTA
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TIPOS DE MATERIAIS REFRATÁRIOS
Basicamente os refratários podem ser divididos de acordo com sua 
composição químico em: argila refratária, de sílica, básica e refratários 
espaciais. A composição dos mesmos e a porosidade aparente se encontra 
na Tab. 1.
Tabela 1. Composição dos principais materiais refratários mais comuns.
Fonte: Callister e William (2007).
GRANDEZAS IMPORTANTES
A densidade é uma das principais grandezas que precisam ser analisadas 
em materiais refratários, pois a mesma está diretamente ligada a outras 
características, como a condutividade térmica e resistência mecânica. 
Em muitos casos, não é possível medir o volume de uma peça refratária, 
pois as geometrias normalmente são complexas e esses apresentam 
descontinuidades e imperfeições, como trincas e poros, podendo ser abertos 
ou fechados. Logo, pode-se medir a densidade por meio da densidade real e 
da densidade aparente. 
TIPOS DE
REFRATÁRIOS Al2O3 SiO2 MgO Cr2O3 Fe2O3 CaO TiO2
POROSIDADE 
APARENTE (%)
ARGILA 
REFRATÁRIA 25-45 70-50 0-1 - 0-1 0-1 1-2 10-25
ARGILA 
REFRATÁRIA 
COM ALTO 
TEOR DE 
ALUMINA
90-50 10-45 0-1 - 0-1 0-1 1-4 18-25
SÍLICA 0,2 96,3 0,6 - - 2,2 - 25
PERICLÁSIO 1,0 3,0 90,0 0,3 3,0 2,5 - 22
MINÉRIO DE 
PERICLÁSIO - 
CROMO
9,0 5,0 73,0 8,2 2,0 2,2 - 21
COMPOSIÇÃO (%)
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A densidade real pode ser definida como o real volume que um determinado 
sólido ocupa, não levando em conta a porosidade. Já o cálculo da densidade 
aparente é definido como sendo o volume ocupado por uma determinada 
massa de sólido, incluindo os poros.
Sendo assim, a porosidade pode ser obtida através do cálculo da densidade 
aparente, que consiste entre o volume vazio de uma amostra para o seu volume 
total. Materiais refratários contêm poros abertos e fechados, e porosidade 
aparente se refere aos poros abertos, enquanto que a porosidade, total ou 
verdadeira, inclui poros abertos e fechados. De maneira geral, refratários com 
baixa porosidade possuem melhor: 
• Resistência ao ataque químico;
• Eficiência à corrosão;
• Penetração de gases;
• Escórias e metal líquido;
• Erosão.
PROCESSO DE FABRICAÇÃO DOS REFRATÁRIOS
Em relação a forma de produção, os refratários podem ser agrupados em dois 
grupos: 
• Materiais refratários conformados ou moldados: são os refratários 
submetidos a processos de queima e definições de forma e dimensões 
controladas, como tijolos, válvulas, placas e peças em geral;
• Materiais refratários não-moldados ou monolíticos: são produzidos por 
blendagem e mistura de agregados secos sem a necessidade de processos 
de moldagem, prensagem e queima. Os materiais monolíticos apresentam 
normalmente custos menores devido à ausência de tais etapas em seu 
processo de produção. Os não formados são os que não apresentam forma 
física definida e são constituídos pelos concretos, massas de socar, plásticos 
e argamassas.
O processo de fabricação dos refratários consiste em minerais com ponto 
de fusão superior a 1.800ºC. São três as principais matérias-primas dos 
refratários: magnesita, dolomita e alumina. Ainda, em menores escalas são 
utilizados: grafita, cromita, zircônia, ligantes.
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A Magnesita é a principal fonte do magnésio, sendo representada pela 
fórmula MgCO3, um carbonato de magnésio composto com 47,8% de MgO e 
52,2% de CO2. Possui formato hexagonal e ocorre tanto na forma de cristais 
perfeitos de faces romboédricas, como agregados de grãos grosseiros, com 
dureza variando de 3,0 a 3,2, densidade 3,5 a 5, brilho vítreo, apresentando 
tonalidade branca comreflexos amarelados, acinzentados, vermelhos ou 
castanho. Ocorre comumente em veios e massas irregulares, derivadas da 
alteração da serpentina pela ação de águas carbônicas.
A dolomita é um mineral de carbonato de cálcio e magnésio - CaMg(CO3)2, de 
cor cinza com raias brancas e brilho vítreo. Muito abundante na natureza na 
forma de rochas dolomíticas, sendo amplamente utilizada para extração de 
magnésio. Na dolomita existe uma solução sólida entre o magnésio e o ferro. 
Sendo o extremo em Ferro denominado siderite e o extremo em magnésio 
denominado magnesite. Possui dureza entre 3,5 e 4,0 na escala de Mohs, e 
sua densidade varia entre 2,86 e 3,10. 
Por fim, a alumina é produzida a partir do hidróxido de alumínio, por de 
hidroxilização, resultando em um material feito quase que totalmente de 
óxido de alumínio (alumina; Al2O3). É um material altamente poroso, tendo 
uma alta taxa de superfície por peso. Este material pode ter uma área de 
superfície significativamente acima de 200 metros quadrados/grama, o que 
significa ter uma quantidade grande de poros muito pequenos, quase como 
túneis, que o atravessam. O uso da alumina em materiais refratários reduz 
a plasticidades, aumenta a viscosidade, dureza e resistência às tensões e 
diminui a resistência mecânica. Em se tratando dos usos da alumina, essa 
é adotada em revestimentos de fornos de altas temperaturas (cerca de 
2000°C), mantendo praticamente todas as suas características isolantes.
Apesar de todos estes minerais possuírem propriedades resistentes à altas 
temperaturas, eles não são substituíveis entre si. A escolha das matérias-
primas e a formulação são definidas por conta de suas propriedades 
alcançadas. 
Inicialmente, em se tratando do processo de fabricação dos refratários, 
tem-se a preparação das matérias-primas que serão utilizadas, através da 
britagem, moagem e classificação. Após esta etapa, podem ser estocadas, 
para uma posterior pesagem e dosagem nas quantidades especificadas 
para cada produto. Em sequência as matérias-primas são misturadas, 
em um programa específico para o refratário desejado. A etapa seguinte 
dependerá da classe de refratário a ser produzida: aqueles que necessitam 
de conformação (moldados) são então prensados, curados ou queimados, 
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para serem embalados; já os outros (monolíticos) são apenas misturados e 
embalados (Fig. 2). 
Figura 2. Fluxograma indicando as etapas de produção dos materiais refratários.
Fonte: SILVA adaptada, 2011, p.263.
APLICABILIDADE DOS REFRATÁRIOS
Conforme comentado anteriormente, os materiais refratários são utilizados 
em praticamente todos os segmentos da indústria. A indústria siderúrgica 
é a que mais consome esse material, conforme fig. 3 a qual apresenta a 
porcentagem dos maiores consumidores de refratários.
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Figura 3. Maiores consumidores globais.
Fonte: Magnesita (2014).
Os concretos refratários são definidos como a combinação de agregados 
refratários e ligantes, que após a adição de água é vertido em moldes 
formando uma estrutura que adquire resistência devido a ação química. Os 
principais produtos utilizados na produção do cimento refratários são alumina 
hidratada, fosfato de monoalumínio, ácido fosfórico e silicatos alcalinos. As 
principais vantagens do uso concreto refratário são:
• Alta durabilidade quando submetido a altas temperaturas;
• Possibilidade de utilização 24 horas após o lançamento;
• Resistência mecânica elevada;
• Maior resistência às variações bruscas de temperatura;
• Mínimas dilatações e retrações.
Para cada tipo de material refratário, existem normas específicas, as quais 
garantem a preparação, resistência, densidades, sendo estas: 
• NBR 6113: Materiais refratários densos conformados - Determinação da 
resistência à flexão à temperatura ambiente (1997);
• NBR 6114 : Materiais refratários conformados - Método para inspeção por 
atributos (1997);
• NBR 6115: Materiais refratários isolantes - Determinação da densidade de 
massa aparente (1996);
AÇO
~60%
~15%
~15%
~10%
NÃO METÁLICOS
(cimento, vidro, cal)
NÃO FERROSOS
(alumínio, cobre, níquel, prata, zinco)
OUTROS
(papel e celulose, petroquímica, cerâmica, etc)
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• NBR 6220: Materiais refratários densos conformados - Determinação da 
densidade de massa aparente, porosidade aparente, absorção e densidade 
aparente da parte sólida (1997);
• NBR 8382: Materiais refratários não-conformados - Preparação de 
corpos-de-prova de concretos para projeção, concretos isolantes, densos e 
de fluência livre (2001).
EXERCÍCIOS
1. Os refratários não são fabricados por:
a) Trefilação.
b) Prensagem.
c) Moldagem.
d) Autoescoamento.
e) Projeção.
2. Qual o efeito da alumina nos produtos refratários?
a) Menor resistência mecânica.
b) Menor resistência à abrasão.
c) Menor resistência química.
d) Diminui a temperatura máxima.
e) Aumenta o teor de silicatos.
3. A porosidade em produtos refratários não serve como:
a) Indicador do controle de qualidade.
b) Indicador condutividade térmica.
c) Minorador do módulo de elasticidade.
d) Majorador da resistência à erosão.
e) Diminuidor da resistência mecânica.
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4. Os produtos refratários não conformados tem como vantagem:
a) Necessidade de juntas.
b) Transporte mais controlado.
c) Instalação rápida.
d) Reparos frequentes.
e) Cura mais fácil.
5. Qual dos produtos abaixo não é utilizado como cimento refratário?
a) Alumina hidratada.
b) Sulfato de cálcio.
c) Fosfato de monoalumínio.
d) Ácido fosfórico.
e) Silicatos alcalinos.
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REFERÊNCIAS
ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 6115. Materiais 
refratários isolantes - Determinação da densidade de massa aparente. Rio 
de Janeiro: ABNT, 1996.
____. NBR 6113. Materiais refratários densos conformados - Determinação 
da resistência à flexão à temperatura ambiente. Rio de Janeiro: ABNT, 1997.
____. NBR 6114. Materiais refratários conformados - Método para 
inspeção por atributos. Rio de Janeiro: ABNT, 1997.
____. NBR 6220. Materiais refratários densos conformados - Determinação 
da densidade de massa aparente, porosidade aparente, absorção e 
densidade aparente da parte sólida. Rio de Janeiro: ABNT, 1997.
____. NBR 8382. Materiais refratários não-conformados - Preparação de 
corpos-de-prova de concretos para projeção, concretos isolantes, densos e 
de fluência livre. Rio de Janeiro: ABNT, 2001.
CALLISTER, Jr.; WILLIAM, D. Ciência e engenharia de materiais: uma 
introdução. 7. ed. Rio de Janeiro, LTC, 2008.
MAGNESITA. Magnesita Refratários, 2014. Disponível em: http://ri.magnesita.
com/ListaBusca.aspx?busca=magnesita%20refrat%C3%A1rios. Acesso em 19 
dez. 2016.
SILVA, G. Refratários para siderurgia. In: MOURÃO, M.; et al. Introdução 
à siderurgia. São Paulo: Associação Brasileira de Metalurgia, Materiais e 
Mineração (ABM), 2011. 
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LEITURAS RECOMENDADAS
ASKELAND, D. R.; PHULÉ, P. P. Ciência e Engenharia dos Materiais. 2. ed. São 
Paulo: Cengage Learning, 2008. 
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