Tcc Puc Minas

INTRODUÇÃO A indústria siderúrgica é um dos setores mais exigentes do ponto de vista térmico envolvendo operações contínuas a altíssimas temperaturas Nesse contexto as coquerias desempenham papel estratégico na produção do coque metalúrgico material essencial para o funcionamento dos altosfornos Esses fornos de coque operam em ciclos intensos de aquecimento refrigeração e pressão mecânica o que impõe aos materiais refratários condições extremas de trabalho Os tijolos de sílica são largamente empregados nas paredes das câmaras de coque devido à sua excelente estabilidade volumétrica em temperaturas elevadas acima de 1200 C resistência a atmosferas oxidantes e custo relativamente acessível No entanto esse material apresenta uma característica crítica sua baixa tenacidade especialmente em temperaturas intermediárias o que o torna vulnerável a fraturas por choque térmico e por tensões internas induzidas por gradientes de temperatura Durante reparos realizados com fornos adjacentes em operação reparo a quente a parede substituída é exposta a uma situação de aquecimento assimétrico com um lado voltado para a radiação térmica intensa e outro em contato com o ar ambiente Essa diferença de temperatura gera gradientes térmicos elevados que induzem tensões internas capazes de provocar trincas longitudinais e transversais nos tijolos Além disso a sílica passa por diversas transformações alotrópicas no intervalo de temperatura entre 573 C e 1470 C Cada transformação está associada a mudanças volumétricas que se não acompanhadas de forma gradual e homogênea resultam em expansãodeslocamento desigual da estrutura cerâmica Em especial a transformação de quartzo β para quartzo α ao redor de 573 C é crítica pois envolve uma redução de volume abrupta Portanto compreender o comportamento térmico da sílica e identificar os fatores operacionais que contribuem para a formação de trincas é essencial para aumentar a eficiência dos reparos reduzir custos de manutenção e ampliar a vida útil das câmaras de coque Este trabalho visa oferecer uma análise aprofundada sobre esses mecanismos de falha e propor práticas de engenharia para mitigação de riscos estruturais JUSTIFICATIVA A manutenção de estruturas refratárias em coquerias representa um dos maiores desafios operacionais nas usinas siderúrgicas A complexidade dos reparos a quente aqueles realizados com as baterias em funcionamento impõe uma série de restrições de segurança logística e desempenho térmico que afetam diretamente a integridade das peças instaladas Entre os diversos materiais utilizados na reconstrução das paredes das câmaras de coque os tijolos de sílica se destacam por sua elevada refratariedade e estabilidade química No entanto são também os que mais requerem cuidados especiais em sua aplicação O alto índice de falhas durante ou logo após os reparos com tijolos de sílica tem sido objeto de preocupação recorrente na indústria Trincas estruturais comprometem a vedação das câmaras aumentam o consumo de energia reduzem a eficiência térmica e em casos extremos podem causar paradas não programadas ou riscos de acidentes industriais Além disso os custos associados a retrabalhos substituições prematuras e perdas de produção são significativos Mesmo com o avanço tecnológico na formulação de argamassas nos sistemas de assentamento e nos modelos de isolamento térmico muitas coquerias ainda enfrentam reincidência de falhas devido à aplicação inadequada dos materiais ou à ausência de controle térmico durante a execução Em especial fatores como o uso indiscriminado de ventiladores ausência de pré aquecimento dos tijolos falta de uniformidade na distribuição térmica e o não uso de mantas isolantes são práticas comuns que intensificam o risco de trincamento A necessidade de aprofundamento técnico sobre esse tema é reforçada pelo número limitado de publicações aplicadas à realidade brasileira bem como pela carência de manuais específicos sobre boas práticas em reparos a quente com sílica Esta lacuna no conhecimento técnico justifica a elaboração deste trabalho que se propõe a reunir fundamentos científicos observações de campo e recomendações práticas para mitigar a ocorrência de trincas em reparos de coquerias Além disso este estudo se alinha com os objetivos de sustentabilidade e competitividade industrial uma vez que a otimização da vida útil dos refratários reduz o consumo de materiais os custos operacionais e os impactos ambientais associados à produção e descarte de resíduos cerâmicos CUNHA D T Análise Térmica Aplicada a Revestimentos Refratários em Altas Temperaturas OBJETIVOS Objetivo Geral Investigar os fatores que contribuem para a formação de trincas em tijolos de sílica durante reparos a quente em coquerias propondo estratégias técnicas de mitigação para aumentar a durabilidade e a eficiência térmica dos revestimentos refratários Objetivos Específicos Identificar os mecanismos físicos e químicos relacionados ao trincamento da sílica sob gradientes térmicos Avaliar os efeitos das transformações alotrópicas da sílica durante o aquecimento e resfriamento Analisar o impacto da geometria dos tijolos da configuração das juntas e da espessura do revestimento Estudar as condições de operação como ventilação radiação térmica e uso de mantas isolantes Propor diretrizes de boas práticas para assentamento e préaquecimento durante reparos a quente METODOLOGIA Este trabalho foi desenvolvido a partir de uma abordagem metodológica mista que compreende levantamento bibliográfico técnicocientífico e análise de estudo de caso com base em observações de campo realizadas em uma coqueria em operação contínua Levantamento bibliográfico Foram consultadas fontes técnicas como normas da ABNT e ASTM artigos publicados em periódicos da área de engenharia de materiais manuais de fabricantes de refratários e publicações especializadas em siderurgia e manutenção industrial Essa etapa permitiu estabelecer os fundamentos físicoquímicos do comportamento da sílica suas transições de fase limitações mecânicas e interações com variáveis térmicas Estudo de caso em campo Foi acompanhada a execução de um reparo refratário a quente em duas paredes laterais de uma câmara de coqueria em ambiente industrial real Durante a intervenção foram aplicadas técnicas de inspeção visual análise por termografia infravermelha e coleta de dados operacionais com registro dos procedimentos falhas observadas e medidas corretivas adotadas Instrumentação utilizada Termopares tipo K para aferição de temperaturas em pontos estratégicos base centro e topo das paredes Câmera térmica FLIR E5XT para mapear variações de temperatura nas superfícies internas e externas dos tijolos Higrômetro digital para aferição pontual da umidade do ambiente próximo ao reparo Registro fotográfico sequencial para análise posterior de assentamento fissuração e resposta térmica das unidades Critérios de análise Os dados coletados foram cruzados com as propriedades térmicas da sílica descritas na literatura correlacionandose as trincas com gradientes térmicos falhas na proteção contra umidade e práticas de assentamento As medições térmicas e o comportamento estrutural dos tijolos foram usados para validar ou refutar hipóteses técnicas levantadas a partir da fundamentação teórica A metodologia adotada garantiu não apenas a observação empírica dos problemas enfrentados em campo mas também permitiu formular recomendações com embasamento técnico e potencial aplicação em futuras intervenções industriais LIMA H J COSTA F M Geometria de Juntas em Revestimentos de Sílica FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Propriedades FísicoQuímicas da Sílica A sílica SiO₂ é um dos materiais refratários mais utilizados em ambientes de alta temperatura devido à sua elevada refratariedade 1700 C estabilidade química e boa performance em atmosferas oxidantes Seu uso predominante em coquerias se deve à sua baixa taxa de expansão térmica em temperaturas elevadas e à formação de fases estáveis como a cristobalita No entanto a sílica apresenta baixa resistência a choques térmicos e fragilidade significativa em faixas intermediárias de temperatura o que impõe desafios específicos para sua aplicação Transformações Alotrópicas e Dilatação Volumétrica A sílica apresenta diversas formas alotrópicas com transformações que ocorrem em diferentes faixas de temperatura A transição de quartzo α para quartzo β ocorre a 573 C com aumento de volume de aproximadamente 08 o que pode gerar tensões internas nos tijolos Em temperaturas mais elevadas ocorre a formação de tridimita 870 C e cristobalita 1470 C que possuem coeficientes de expansão distintos Essas transformações devem ocorrer de forma controlada para evitar trincas estruturais A literatura Nogueira 2017 destaca a necessidade de curvas térmicas lentas especialmente em reparos a quente para evitar choques térmicos e expansão desigual Fragilidade em Temperaturas Intermediárias Entre 400 C e 800 C a sílica se encontra em uma condição de transição em que a estrutura cristalina ainda não está estabilizada Essa faixa é considerada crítica pois o material apresenta sua menor resistência à tração e maior suscetibilidade a trincas especialmente quando submetido a gradientes térmicos Gomes et al 2021 observaram que variações superiores a 80 C entre a face quente e fria de um tijolo de sílica resultam em microfissuras internas que podem evoluir para falhas estruturais com o tempo Efeito da Geometria dos Tijolos e das Juntas A geometria das peças refratárias influencia diretamente a distribuição das tensões térmicas Tijolos com cantos vivos ausência de chanfros ou sem juntas escalonadas favorecem a concentração de tensões O uso de juntas escalonadas e espaçamentos regulares entre 3 e 5 mm permite melhor distribuição térmica e mecânica Lima Costa 2022 demonstraram que paredes construídas com juntas escalonadas apresentaram redução de até 30 na incidência de trincas em comparação com configurações retas Influência das Condições Operacionais Durante os reparos a quente a parede reparada está exposta de um lado à radiação intensa e de outro ao ar ambiente criando um ambiente termicamente assimétrico A aplicação de ventilação direta comum para resfriamento do ambiente de trabalho pode induzir resfriamento abrupto da face externa dos tijolos acentuando os gradientes térmicos e contribuindo para trincas O uso de mantas cerâmicas é uma prática recomendada para minimizar esse efeito No caso analisado as mantas foram aplicadas inicialmente porém não foram substituídas periodicamente durante o reparo Com o tempo essas mantas passaram a acumular resíduos de carvão pulverizado e umidade oriunda das frentes de reparo comprometendo sua função isolante Além disso as frentes dos blocos em reconstrução não estavam protegidas com cortinas térmicas permitindo a entrada direta de umidade e variações térmicas não controladas Essa configuração do ambiente longe de promover um gradiente térmico suave favoreceu a indução de tensões internas abruptas comprometendo a integridade estrutural dos tijolos de sílica Em ambientes onde a uniformidade térmica não é preservada a probabilidade de formação de trincas se eleva significativamente como apontado por Cunha 2020 devido à rápida resposta volumétrica da sílica às mudanças de temperatura não uniformes MEDEIROS J C Propriedades de Refratários de Sílica Teoria e Prática ESTUDO DE CASO Caracterização da Coqueria e Condições Operacionais O estudo de caso foi realizado em uma planta siderúrgica localizada no sudeste do Brasil que conta com uma bateria de coqueria composta por 75 A estrutura da câmara de combustão é composta predominantemente por tijolos de sílica de alta pureza com teor de SiO₂ 93 assentados em padrão escalonado e com argamassa silicosa compatível O reparo analisado foi executado em duas paredes laterais distintas nas quais se identificou desgaste acentuado atingindo mais de 60 da espessura original Durante a execução foi possível observar a manifestação de trincas visíveis nos tijolos recémassentados especialmente em regiões submetidas a variações térmicas intensas e à ausência de proteção eficiente contra a entrada de ar e umidade As patologias observadas incluíram descolamento de unidades refratárias fissuração longitudinal e perda parcial da coesão estrutural entre as fiadas evidenciando o comprometimento da integridade do revestimento logo após a instalação inicial A intervenção foi programada como um reparo a quente ou seja sem interrupção da operação da bateria o que implicava exposição térmica significativa durante toda a execução Procedimentos Executados O reparo foi realizado com unidades refratárias de sílica armazenadas em área coberta de forma improvisada desprovida de fechamento lateral o que resultou na exposição direta das peças à umidade atmosférica e à deposição de partículas finas oriundas do processo de coqueificação Tal condição comprometeu as propriedades físicomecânicas dos tijolos ainda na fase pré assentamento em função da absorção de umidade e da contaminação superficial Apesar de inicialmente conduzidas por mão de obra operária com experiência prática em manutenção refratária as atividades de assentamento passaram a ser precedidas por treinamentos de conscientização específicos Esses treinamentos abordaram as propriedades térmicas e estruturais da sílica bem como os cuidados exigidos para minimizar tensões internas durante a execução promovendo maior uniformidade nos procedimentos e contribuindo para o desempenho térmico adequado do conjunto refratário A ausência desse conhecimento contribuiu para a adoção de práticas inadequadas que comprometeram o desempenho térmico esperado Durante a preparação da área instalaramse painéis metálicos com função de escudo térmico nas paredes remanescentes com o intuito de preservar sua integridade estrutural e minimizar a radiação indireta Sobre esses painéis aplicaramse mantas cerâmicas de isolamento térmico contudo a instalação foi readequada reduzindo os vãos anteriormente existentes de aproximadamente 100 mm para cerca de 30 mm entre as interfaces resultando em falhas de vedação que possibilitaram a entrada de correntes de ar e materiais particulados para a zona de intervenção A operação de reparo foi realizada com os fornos adjacentes em operação contínua caracterizando um ambiente de trabalho com forte influência térmica assimétrica As mantas cerâmicas utilizadas apesar de inicialmente posicionadas não eram substituídas com a frequência adequada e perdiam rapidamente sua eficácia devido ao acúmulo de impurezas As entradas do bloco em reparo permaneceram desprotegidas ao longo do processo sem aplicação de barreiras ou cortinas térmicas o que possibilitou a entrada de ar frio umidade e detritos intensificando os gradientes térmicos e promovendo condições propícias ao surgimento de trincas Ventiladores axiais foram posicionados lateralmente para reduzir a temperatura do ambiente de trabalho mas sem controle adequado sobre o impacto térmico direto nas peças instaladas A ausência de barreiras físicas entre o fluxo de ar e os tijolos foi posteriormente identificada como fator crítico A manta isolante cerâmica foi inicialmente aplicada mas sem substituições periódicas Com o avanço da obra as mantas se contaminaram com carvão pulverizado e umidade reduzindo sua eficiência Além disso as frentes dos blocos em reparo não estavam protegidas com cortinas térmicas favorecendo a entrada de ar úmido e variações térmicas abruptas Observação de Trincas e Comportamento Térmico Nas primeiras horas após o assentamento das camadas inferiores foram identificadas trincas verticais e horizontais predominantemente localizadas nas regiões periféricas do bloco em reparo próximas às extremidades das paredes reconstruídas Essas zonas estavam mais suscetíveis a variações térmicas assimétricas e à ação de correntes de ar o que favoreceu a concentração de tensões térmicas internas A termografia por imagem infravermelha indicou gradientes de temperatura superiores a 180 C entre as faces interna e externa dos tijolos nessas regiões As trincas propagaramse em direção às juntas evidenciando falhas por expansão diferencial e esforços de tração não absorvidos típicos de ambientes com desuniformidade térmica acentuada A análise térmica evidenciou que a transição de quartzo β para α foi ultrapassada sem controle da taxa de resfriamento gerando microfissuras internas que evoluíram para trincas visíveis após a estabilização térmica Amostras recolhidas das áreas danificadas apresentaram lascamento superficial e fratura intergranular sob microscopia óptica Nas primeiras 8 horas após o assentamento das camadas inferiores começaram a surgir trincas verticais e horizontais nas peças mais próximas à zona de ventilação direta A câmera térmica indicava gradientes de temperatura superiores a 160 C entre as faces interna e externa dos tijolos As trincas se propagaram em direção às juntas evidenciando falhas por expansão diferencial e tensões localizadas A análise térmica evidenciou que a transição de quartzo β para α foi ultrapassada sem controle da taxa de resfriamento gerando microfissuras internas que evoluíram para trincas visíveis após a estabilização térmica Amostras recolhidas das áreas danificadas apresentaram lascamento superficial e fratura intergranular sob microscopia óptica Diagnóstico das Causas Com base nos dados coletados foi possível atribuir as falhas à combinação dos seguintes fatores Exposição a gradientes térmicos acima do limite tolerado para a sílica 120 C Resfriamento rápido e localizado provocado pela ventilação forçada Ausência de substituição e contaminação da manta térmica Entrada de umidade e ausência de cortinas nas frentes de reparo Préaquecimento insuficiente dos tijolos Configuração de juntas não contínua em algumas fiadas reduzindo a flexibilidade da estrutura Medidas Corretivas Aplicadas Após a análise técnica a equipe realizou as seguintes correções Instalação de manta cerâmica de 25 mm em toda a superfície externa da parede reparada Redirecionamento dos ventiladores para o topo da câmara com barreiras laterais de contenção Monitoramento com termopares adicionais em 3 pontos da parede base meio e topo Adoção de curva de aquecimento gradual pósassentamento limitada a incrementos de 75 C por hora Com a implementação dessas medidas os reparos subsequentes não apresentaram trincas visíveis ou falhas estruturais mesmo após 48 horas de exposição ao regime térmico operacional da coqueria O aprendizado obtido com este caso contribuiu diretamente para a revisão do protocolo interno de manutenção refratária da planta NOGUEIRA A R Transformações Alotrópicas da Sílica DISCUSSÃO DOS RESULTADOS A análise dos dados obtidos no estudo de caso revelou uma forte correlação entre os gradientes térmicos descontrolados a presença de umidade nas frentes dos blocos e a ocorrência de trincas em tijolos de sílica durante o processo de reparo a quente Os resultados confirmam as previsões teóricas quanto à vulnerabilidade da sílica em faixas intermediárias de temperatura sobretudo durante as transições alotrópicas como a de quartzo β para α em torno de 573 C As trincas observadas foram majoritariamente do tipo intergranular iniciandose em regiões onde houve perda da uniformidade térmica devido à ventilação direta e à contaminação das mantas com carvão pulverizado Essa contaminação comprometeu a função isolante do material resultando em zonas frias nas extremidades das peças conforme descrito por Medeiros 2018 e Gomes et al 2021 Ainda que medidas corretivas tenham sido implementadas como a melhoria da vedação das mantas e a orientação da equipe quanto à proteção das frentes a entrada de umidade manteve se como um fator agravante Isso porque o ambiente seguia com limitação estrutural para isolamento completo dificultando a criação de um gradiente térmico estável e controlado Além disso observouse que as trincas se propagaram em direção às juntas o que evidencia falhas tanto no controle térmico quanto na geometria de assentamento Isso está alinhado com a literatura técnica que aponta a importância do uso de juntas escalonadas para absorção de tensões Lima Costa 2022 As medidas corretivas aplicadas mostraramse eficazes na mitigação dos problemas observados O redirecionamento dos ventiladores a instalação de mantas novas e limpas o monitoramento térmico com termopares e a adoção de uma curva de aquecimento gradual resultaram na estabilização térmica da parede e na eliminação das falhas estruturais em reparos subsequentes A discussão reforça que o sucesso dos reparos com sílica em ambientes de alta temperatura está diretamente relacionado ao planejamento térmico adequado controle rigoroso das condições ambientais e correta execução das técnicas construtivas A combinação entre teoria e prática demonstrou ser fundamental para o aumento da vida útil dos revestimentos e para a redução dos custos operacionais CONCLUSÃO Este trabalho apresentou uma análise técnica aprofundada sobre os fatores que contribuem para a formação de trincas em tijolos de sílica durante reparos a quente em coquerias Com base na revisão da literatura especializada e na observação prática de um caso real em ambiente industrial foi possível constatar que a integridade da sílica está diretamente relacionada ao controle rigoroso das condições térmicas e ambientais durante o processo de instalação As trincas observadas nas extremidades do bloco em reparo estão associadas a um conjunto de variáveis dentre as quais se destacam o armazenamento inadequado das peças refratárias a ausência de fechamento frontal do bloco os gradientes térmicos elevados e a atuação direta de ventilação e umidade sobre o material Mesmo com treinamentos prévios e a instalação de proteções parciais a ocorrência de falhas reforça a necessidade de padronização e melhoria contínua dos protocolos de manutenção As ações corretivas aplicadas como o redirecionamento da ventilação a vedação complementar com mantas o monitoramento térmico e a adequação da curva de aquecimento demonstraram ser eficazes na prevenção de novas trincas e contribuíram para o estabelecimento de boas práticas de engenharia de campo Concluise que para garantir o desempenho dos tijolos de sílica em ambientes críticos como coquerias é fundamental que os aspectos relacionados à logística de armazenamento preparação da área execução da obra e acompanhamento técnico sejam tratados de forma integrada A adoção de procedimentos operacionais padrão a capacitação da equipe e o uso de instrumentação adequada são elementos indispensáveis para aumentar a durabilidade do revestimento refratário e a segurança operacional do processo A durabilidade do revestimento refratário em coquerias é um fator decisivo para o desempenho contínuo da planta siderúrgica Falhas prematuras como trincas ou colapsos estruturais localizados comprometem a eficiência térmica elevam o consumo energético e aumentam significativamente os custos de manutenção As trincas em especial favorecem a penetração de gases e condensados agressivos acelerando o processo de degradação dos materiais Apesar da reconhecida capacidade da sílica em suportar elevadas temperaturas sua baixa resistência ao choque térmico e a presença de múltiplas transformações alotrópicas tornam o material sensível a variações térmicas abruptas Estas variações são comuns em reparos a quente especialmente quando não há controle preciso sobre as condições ambientais ventilação umidade e isolamento térmico O problema tornase ainda mais relevante ao se considerar que grande parte dos reparos em campo é conduzida por mão de obra não especializada sem formação técnica específica sobre os cuidados com materiais refratários de sílica Além disso observase uma lacuna de publicações voltadas especificamente à realidade operacional de coquerias no Brasil o que limita a disseminação de boas práticas na área Assim justificase este trabalho não apenas pela necessidade técnica de compreender os mecanismos de falha da sílica em campo mas também pela urgência em propor diretrizes aplicáveis que aumentem a confiabilidade dos reparos otimizem o desempenho térmico das câmaras de coque e contribuam com a segurança e eficiência operacional da indústria siderúrgica SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS Diante das observações e conclusões obtidas neste trabalho diversas linhas de pesquisa podem ser exploradas com o objetivo de ampliar o conhecimento técnico e aprimorar as práticas de manutenção em coquerias que utilizam tijolos de sílica Entre as sugestões destacamse Modelagem termomecânica computacional Desenvolvimento de simulações numéricas por elementos finitos para mapear os pontos de maior concentração de tensão térmica em blocos de sílica durante o aquecimento e resfriamento auxiliando no planejamento de reparos Estudo comparativo entre diferentes tipos de sílica Análise de desempenho de tijolos de sílica de distintas procedências e composições sílica fundida sílica coloidal sílica aditivada quanto à resistência a gradientes térmicos e à estabilidade dimensional Otimização de mantas e barreiras térmicas Avaliação do desempenho de diferentes tipos de mantas cerâmicas painéis metálicos e cortinas térmicas na contenção de perdas de calor e redução de assimetrias térmicas em reparos a quente Monitoramento em tempo real com sensores embarcados Aplicação de sensores inteligentes temperatura umidade tensão inseridos durante o assentamento para acompanhar em tempo real as condições operacionais dos blocos recéminstalados Protocolo de qualificação técnica para pedreiros refrataristas Criação de módulos de treinamento padronizados e obrigatórios para qualificação da mão de obra envolvida em reparos refratários com sílica Avaliação do ciclo de vida e sustentabilidade dos tijolos silicosos Estudos sobre a reciclagem reuso e descarte sustentável de tijolos de sílica removidos de coquerias com análises ambientais e econômicas PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS Instituto de Educação Continuada Clevissom Silva Barbosa COMPORTAMENTO TERMOMECÂNICO DA SÍLICA EM REVESTIMENTOS REFRATÁRIOS Estudo de caso em reparos a quente Belo Horizonte 2025 Clevissom Silva Barbosa COMPORTAMENTO TERMOMECÂNICO DA SÍLICA EM REVESTIMENTOS REFRATÁRIOS Estudo de caso em reparos a quente Trabalho de Conclusão apresentado na modalidade Monografia ao Instituto de Educação Continuada da PUC Minas como requisito parcial para obtenção do título de Especialista em Engenharia de Refratários e Soluções Orientador Prof Manoel Roberio Belo Horizonte 2025 Dedicatória Não é obrigatório A meus pais pelo incentivo e carinho AGRADECIMENTOS Não é obrigatório A minha orientadora Profa xxxxxxx que tornou possível a realização deste trabalho A todos que de alguma forma contribuíram para esta construção Epígrafe Não é obrigatório Ninguém nasce odiando outra pessoa pela cor de sua pele ou por sua origem ou sua religião Para odiar as pessoas precisam aprender e se elas aprendem a odiar podem ser ensinadas a amar pois o amor chega mais naturalmente ao coração humano do que seu oposto Nelson Mandela RESUMO Este trabalho apresenta uma análise técnicocientífica sobre os mecanismos de fissuração em tijolos de sílica utilizados em reparos a quente de câmaras de coque em coquerias siderúrgicas A pesquisa tem como objetivo principal investigar os fatores operacionais e termomecânicos que contribuem para o surgimento de trincas em ambientes de elevada complexidade térmica propondo diretrizes práticas para mitigar tais falhas Para isso foi adotada uma abordagem metodológica mista que envolveu o levantamento bibliográfico especializado e o acompanhamento de um estudo de caso real em ambiente industrial Os resultados demonstraram que gradientes térmicos elevados transformações alotrópicas não controladas ausência de préaquecimento das peças ventilação inadequada e falhas no isolamento térmico são os principais fatores responsáveis pela ocorrência de fissuras A aplicação de medidas corretivas como redirecionamento de ventilação monitoramento com termopares e uso adequado de mantas cerâmicas resultou em significativa melhoria na integridade do revestimento O estudo contribui para o aprimoramento dos protocolos de manutenção refratária em coquerias com impactos positivos na eficiência térmica durabilidade dos materiais e segurança operacional Palavraschaves Sílica refratária Reparo a quente Coqueria Gradiente térmico Fissuração ABSTRACT This study presents a technicalscientific analysis of the cracking mechanisms in silica bricks used in hot repairs of coke oven chambers in steel industry coke plants The main objective is to investigate the operational and thermomechanical factors contributing to crack formation under high thermal stress conditions and to propose practical guidelines for mitigating such failures A mixed methodological approach was adopted combining an extensive literature review with a realworld case study in an industrial setting The results indicated that high thermal gradients uncontrolled allotropic transformations lack of preheating improper ventilation and deficient thermal insulation are the primary causes of cracking Implementing corrective measures such as redirection of ventilation thermal monitoring using thermocouples and proper application of ceramic blankets significantly improved the structural integrity of the refractory lining This research contributes to optimizing refractory maintenance protocols in coke plants enhancing thermal efficiency material durability and operational safety Keywords Refractory silica Hot repair Coke plant Thermal gradient Cracking LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ASTM American Society for Testing and Materials ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas ºC Graus Célsius SiO2 Dióxido de Silício Sílica mm Milímetro FLIR Foward Looking Infrared K Kelvin Porcentagem NBR Norma Brasileira Regulamentadora βquartzoαquartzo Fases alotrópicas da sílica SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO9 11 Problemática e justificativa10 12 Objetivos geral e específicos10 13 Organização do estudo11 2 REFERENCIAL TEÓRICO13 21 Propriedades físicoquímicas da sílica13 22 Transformações alotrópicas e dilatação volumétrica13 23 Fragilidade em temperaturas intermediárias13 24 Efeito da geometria dos tijolos e das juntas14 25 Influência das condições operacionais14 3 METODOLOGIA15 31 Levantamento bibliográfico15 32 Estudo de caso em campo15 33 Critérios de análise16 4 ESTUDO DE CASO17 41 Caracterização da Coqueria e Condições Operacionais17 42 Procedimentos17 43 Observação de trincas e comportamento térmico18 44 Diagnóstico das causas19 45 Medidas corretivas aplicadas20 5 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS20 6 CONSIDERAÇÕES FINAIS22 7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS23 REFERÊNCIAS25 9 1 INTRODUÇÃO A indústria siderúrgica configurase como um dos segmentos mais críticos em termos de exigência térmica operando continuamente sob condições extremas de temperatura e pressão Nesse contexto as coquerias desempenham papel fundamental na cadeia produtiva sendo responsáveis pela geração do coque metalúrgico insumo indispensável ao funcionamento dos altosfornos O ambiente operacional dessas unidades impõe demandas severas aos materiais refratários especialmente nas fases de aquecimento resfriamento e cargas mecânicas cíclicas Dentre os materiais refratários empregados os tijolos de sílica destacamse pelo seu bom desempenho em altas temperaturas estabilidade volumétrica resistência a atmosferas oxidantes e viabilidade econômica Contudo sua baixa tenacidade e elevada suscetibilidade a choques térmicos tornamnos vulneráveis a fissuração particularmente quando expostos a gradientes térmicos intensos em temperaturas intermediárias Situações de reparo a quente realizadas com os fornos adjacentes em plena operação caracterizamse por um regime de aquecimento assimétrico em que uma das faces dos tijolos está submetida à radiação intensa enquanto a oposta permanece exposta ao ar ambiente Essa condição promove variações térmicas significativas induzindo tensões internas capazes de gerar trincas longitudinais e transversais Adicionalmente a sílica sofre transformações alotrópicas no intervalo de 573 C a 1470 C cada uma acompanhada de variações volumétricas substanciais A transição de quartzo β para α que ocorre em torno de 573 C é particularmente crítica pois envolve uma contração volumétrica abrupta potencializando a ocorrência de fissuras quando não há controle térmico adequado Diante disso compreender os fenômenos termo estruturais envolvidos e os fatores operacionais que agravam o trincamento é essencial para aprimorar as práticas de manutenção reduzir falhas recorrentes e ampliar a durabilidade dos revestimentos refratários O presente trabalho propõe uma análise técnicocientífica dos mecanismos de falha observados em tijolos de sílica durante reparos a quente em coquerias com foco na proposição de estratégias de mitigação e boas práticas de engenharia 10 11 Problemática e justificativa A integridade estrutural dos revestimentos refratários representa um dos principais desafios operacionais em unidades de coqueificação Em especial os reparos a quente realizados sem interrupção da operação das baterias impõem um ambiente de execução adverso marcado por restrições térmicas logísticas e de segurança Nesse cenário os tijolos de sílica embora amplamente utilizados por sua elevada refratariedade e compatibilidade com atmosferas oxidantes exigem cuidados rigorosos em sua aplicação O elevado índice de falhas associadas a esses reparos notadamente fissuração precoce perda de coesão entre fiadas e falhas de vedação compromete o desempenho térmico das câmaras eleva o consumo energético e pode provocar interrupções não programadas na operação além de representar riscos à segurança Os custos relacionados a retrabalhos substituições prematuras e perda de produtividade são igualmente relevantes Apesar dos avanços em materiais de junta argamassas e sistemas de isolamento térmico observase recorrência de falhas operacionais associadas a práticas inadequadas em campo como o uso descontrolado de ventilação ausência de préaquecimento das peças aplicação irregular de mantas isolantes e deficiência no monitoramento térmico Tais fatores conjugados à falta de treinamento técnico específico da mão de obra agravam o risco de trincamento nos reparos com sílica A escassez de publicações técnicas aplicadas à realidade brasileira bem como a ausência de protocolos consolidados para manutenção refratária com tijolos de sílica evidencia uma lacuna de conhecimento que este trabalho se propõe a suprir Ao integrar fundamentos teóricos com observações empíricas e recomendações práticas a pesquisa contribui não apenas para a confiabilidade dos reparos mas também para a sustentabilidade industrial ao reduzir desperdícios consumo de insumos e geração de resíduos cerâmicos 12 Objetivos geral e específicos O objetivo geral desta monografia é investigar os fatores que contribuem para a formação de trincas em tijolos de sílica durante reparos a quente em coquerias propondo estratégias técnicas de mitigação para aumentar a durabilidade e a eficiência térmica dos revestimentos refratários 11 Para realização deste objetivo pretendese a Identificar os mecanismos físicos e químicos relacionados ao trincamento da sílica sob gradientes térmicos b Avaliar os efeitos das transformações alotrópicas da sílica durante o aquecimento e resfriamento c Analisar o impacto da geometria dos tijolos da configuração das juntas e da espessura do revestimento d Estudar as condições de operação como ventilação radiação térmica e uso de mantas isolantes e Propor diretrizes de boas práticas para assentamento e préaquecimento durante reparos a quente 13 Organização do estudo Este trabalho está estruturado em sete capítulos organizados de forma a apresentar o contexto técnico da pesquisa a metodologia adotada a análise prática dos dados coletados e as contribuições finais A seguir descrevese a estrutura dos capítulos que compõem este estudo Capítulo 1 Introdução Apresenta o contexto da indústria siderúrgica e o papel estratégico das coquerias destacando a importância dos tijolos de sílica nos revestimentos refratários e os problemas recorrentes de fissuração em reparos a quente Define os objetivos do trabalho e sua justificativa técnicoindustrial Capítulo 2 Fundamentação Teórica Reúne os conceitos técnicos essenciais para o entendimento do comportamento da sílica sob condições térmicas extremas Aborda as propriedades físicoquímicas do material suas transformações alotrópicas limitações estruturais além de discutir os efeitos da geometria das peças e das condições operacionais sobre a integridade do revestimento Capítulo 3 Metodologia Descreve a abordagem metodológica empregada no estudo composta por revisão bibliográfica e análise de um estudo de caso real em ambiente industrial Apresenta os instrumentos utilizados na coleta de dados os critérios de análise e os procedimentos de inspeção térmica e estrutural 12 Capítulo 4 Estudo de Caso Detalha as condições operacionais da coqueria analisada os procedimentos adotados durante o reparo a quente e as falhas observadas Inclui a descrição das trincas identificadas os dados obtidos por termografia e as medidas corretivas implementadas Capítulo 5 Discussão dos Resultados Apresenta a análise crítica dos resultados obtidos relacionandoos com a literatura técnica Avalia a eficácia das ações corretivas adotadas e discute a importância do controle térmico e do planejamento técnicooperacional na prevenção de falhas refratárias Capítulo 6 Conclusão Resume as principais constatações do trabalho reforça a relevância da adoção de boas práticas em reparos com sílica e propõe recomendações para futuras intervenções em coquerias Capítulo 7 Sugestões para Trabalhos Futuros Indica possíveis desdobramentos da pesquisa como modelagem computacional estudos comparativos de materiais e desenvolvimento de protocolos de qualificação técnica para intervenções refratárias 13 2 REFERENCIAL TEÓRICO 21 Propriedades físicoquímicas da sílica A sílica SiO é um dos materiais refratários mais utilizados em ambientes de alta ₂ temperatura devido à sua elevada refratariedade 1700 C estabilidade química e boa performance em atmosferas oxidantes Seu uso predominante em coquerias se deve à sua baixa taxa de expansão térmica em temperaturas elevadas e à formação de fases estáveis como a cristobalita No entanto a sílica apresenta baixa resistência a choques térmicos e fragilidade significativa em faixas intermediárias de temperatura o que impõe desafios específicos para sua aplicação 22 Transformações alotrópicas e dilatação volumétrica A sílica apresenta diversas formas alotrópicas com transformações que ocorrem em diferentes faixas de temperatura A transição de quartzo α para quartzo β ocorre a 573 C com aumento de volume de aproximadamente 08 o que pode gerar tensões internas nos tijolos Em temperaturas mais elevadas ocorre a formação de tridimita 870 C e cristobalita 1470 C que possuem coeficientes de expansão distintos Essas transformações devem ocorrer de forma controlada para evitar trincas estruturais NOGUEIRA 2017 destaca a necessidade de curvas térmicas lentas especialmente em reparos a quente para evitar choques térmicos e expansão desigual 23 Fragilidade em temperaturas intermediárias Entre 400 C e 800 C a sílica se encontra em uma condição de transição em que a estrutura cristalina ainda não está estabilizada Essa faixa é considerada crítica pois o material apresenta sua menor resistência à tração e maior suscetibilidade a trincas especialmente quando submetido a gradientes térmicos GOMES et al 2021 observaram que variações superiores a 80 C entre a face quente e fria de um tijolo de sílica resultam em microfissuras internas que podem evoluir para falhas estruturais com o tempo 14 24 Efeito da geometria dos tijolos e das juntas A geometria das peças refratárias influencia diretamente a distribuição das tensões térmicas Tijolos com cantos vivos ausência de chanfros ou sem juntas escalonadas favorecem a concentração de tensões O uso de juntas escalonadas e espaçamentos regulares entre 3 e 5 mm permite melhor distribuição térmica e mecânica LIMA e COSTA 2022 demonstraram que paredes construídas com juntas escalonadas apresentaram redução de até 30 na incidência de trincas em comparação com configurações retas 25 Influência das condições operacionais Durante os reparos a quente a parede reparada está exposta de um lado à radiação intensa e de outro ao ar ambiente criando um ambiente termicamente assimétrico A aplicação de ventilação direta comum para resfriamento do ambiente de trabalho pode induzir resfriamento abrupto da face externa dos tijolos acentuando os gradientes térmicos e contribuindo para trincas O uso de mantas cerâmicas é uma prática recomendada para minimizar esse efeito No caso analisado as mantas foram aplicadas inicialmente porém não foram substituídas periodicamente durante o reparo Com o tempo essas mantas passaram a acumular resíduos de carvão pulverizado e umidade oriunda das frentes de reparo comprometendo sua função isolante Além disso as frentes dos blocos em reconstrução não estavam protegidas com cortinas térmicas permitindo a entrada direta de umidade e variações térmicas não controladas Essa configuração do ambiente longe de promover um gradiente térmico suave favoreceu a indução de tensões internas abruptas comprometendo a integridade estrutural dos tijolos de sílica Em ambientes onde a uniformidade térmica não é preservada a probabilidade de formação de trincas se eleva significativamente como apontado por CUNHA 2020 devido à rápida resposta volumétrica da sílica às mudanças de temperatura não uniformes 15 3 METODOLOGIA Este trabalho adotou uma abordagem metodológica mista que compreende levantamento bibliográfico técnicocientífico e análise de estudo de caso a partir de observações de campo realizadas em uma coqueria em operação contínua 31 Levantamento bibliográfico Foram consultadas fontes técnicas como normas da ABNT e ASTM artigos publicados em periódicos da área de engenharia de materiais manuais de fabricantes de refratários e publicações especializadas em siderurgia e manutenção industrial Essa etapa permitiu estabelecer os fundamentos físicoquímicos do comportamento da sílica suas transições de fase limitações mecânicas e interações com variáveis térmicas 32 Estudo de caso em campo Foi acompanhada a execução de um reparo refratário a quente em duas paredes laterais de uma câmara de coqueria em contexto industrial em operação Durante a intervenção foram aplicadas técnicas de inspeção visual análise por termografia infravermelha e coleta de dados operacionais com documentação dos procedimentos identificação das falhas e respectivas medidas corretivas implementadas Instrumentação utilizada Termopares tipo K para aferição de temperaturas em pontos estratégicos base centro e topo das paredes Câmera térmica FLIR E5XT para mapear variações de temperatura nas superfícies internas e externas dos tijolos Higrômetro digital para aferição pontual da umidade do ambiente próximo ao reparo Registro fotográfico sequencial para análise posterior de assentamento fissuração e resposta térmica das unidades 16 33 Critérios de análise Os dados coletados foram cruzados com as propriedades térmicas da sílica descritas na literatura correlacionandose as trincas com gradientes térmicos falhas na proteção contra umidade e práticas de assentamento As medições térmicas e o comportamento estrutural dos tijolos foram usados para validar ou refutar hipóteses técnicas levantadas a partir da fundamentação teórica A metodologia adotada garantiu não apenas a observação empírica dos problemas enfrentados em campo mas também permitiu formular recomendações com embasamento técnico e potencial aplicação em futuras intervenções industriais 17 4 ESTUDO DE CASO 41 Caracterização da Coqueria e Condições Operacionais O estudo de caso foi realizado em uma planta siderúrgica localizada no sudeste do Brasil que conta com uma bateria de coqueria composta por 75 fornos A estrutura da câmara de combustão é composta predominantemente por tijolos de sílica de alta pureza com teor de SiO 93 assentados em padrão escalonado e com argamassa silicosa compatível ₂ O reparo analisado foi executado em duas paredes laterais distintas nas quais se identificou desgaste acentuado atingindo mais de 60 da espessura original Durante a execução identificouse a manifestação de trincas visíveis nos tijolos recémassentados especialmente em regiões submetidas a variações térmicas intensas e à ausência de proteção eficiente contra a entrada de ar e umidade As patologias observadas incluíram descolamento de unidades refratárias fissuração longitudinal e perda parcial da coesão estrutural entre as fiadas evidenciando o comprometimento da integridade do revestimento logo após a instalação inicial A intervenção foi programada como um reparo a quente ou seja sem interrupção da operação da bateria o que implicava exposição térmica significativa durante toda a execução 42 Procedimentos O reparo foi realizado com unidades refratárias de sílica armazenadas em estrutura de cobertura provisória desprovida de fechamento lateral o que resultou na exposição direta das peças à umidade atmosférica e à deposição de partículas finas oriundas do processo de coqueificação Tal condição comprometeu as propriedades físicomecânicas dos tijolos ainda na fase préassentamento em função da absorção de umidade e da contaminação superficial Apesar de inicialmente conduzidas por mão de obra operária com experiência prática em manutenção refratária as atividades de assentamento passaram a ser precedidas por treinamentos de conscientização específicos Esses treinamentos abordaram as propriedades térmicas e estruturais da sílica bem como os cuidados exigidos para minimizar tensões internas ao longo da execução promovendo maior uniformidade nos procedimentos e contribuindo para o desempenho térmico adequado do conjunto refratário A ausência desse 18 conhecimento contribuiu para a adoção de práticas inadequadas que comprometeram o desempenho térmico esperado Durante a preparação da área instalaramse painéis metálicos com função de escudo térmico nas paredes remanescentes com o intuito de preservar sua integridade estrutural e minimizar a radiação indireta Sobre esses painéis aplicaramse mantas cerâmicas de isolamento térmico contudo a instalação foi readequada reduzindo os vãos anteriormente existentes de aproximadamente 100 mm para cerca de 30 mm entre as interfaces resultando em falhas de vedação que possibilitaram a entrada de correntes de ar e materiais particulados para a zona de intervenção A operação de reparo foi realizada com os fornos adjacentes em operação contínua caracterizando um ambiente de trabalho com forte influência térmica assimétrica As mantas cerâmicas utilizadas apesar de inicialmente posicionadas não eram substituídas com a frequência adequada e perdiam rapidamente sua eficácia devido ao acúmulo de impurezas As entradas do bloco em reparo permaneceram desprotegidas ao longo do processo sem aplicação de barreiras ou cortinas térmicas o que possibilitou a entrada de ar frio umidade e detritos intensificando os gradientes térmicos e promovendo condições propícias ao surgimento de trincas Ventiladores axiais foram posicionados lateralmente para reduzir a temperatura do ambiente de trabalho mas sem controle adequado sobre o impacto térmico direto nas peças instaladas A ausência de barreiras físicas entre o fluxo de ar e os tijolos foi posteriormente identificada como fator crítico A manta isolante cerâmica foi inicialmente aplicada mas sem substituições periódicas Com o avanço da obra as mantas se contaminaram com carvão pulverizado e umidade reduzindo sua eficiência Além disso as frentes dos blocos em reparo não estavam protegidas com cortinas térmicas favorecendo a entrada de ar úmido e variações térmicas abruptas 43 Observação de trincas e comportamento térmico Nas primeiras horas após o assentamento das camadas inferiores foram identificadas trincas verticais e horizontais predominantemente localizadas nas regiões periféricas do bloco em reparo próximas às extremidades das paredes reconstruídas Essas zonas estavam mais 19 suscetíveis a variações térmicas assimétricas e à ação de correntes de ar o que favoreceu a concentração de tensões térmicas internas A termografia por imagem infravermelha indicou gradientes de temperatura superiores a 180 C entre as faces interna e externa dos tijolos nessas regiões As trincas propagaramse em direção às juntas evidenciando falhas por expansão diferencial e esforços de tração não absorvidos típicos de ambientes com desuniformidade térmica acentuada A análise térmica evidenciou que a transição de quartzo β para α foi ultrapassada sem controle da taxa de resfriamento gerando microfissuras internas que evoluíram para trincas visíveis após a estabilização térmica Amostras recolhidas das áreas danificadas apresentaram lascamento superficial e fratura intergranular sob microscopia óptica Nas primeiras 8 horas após o assentamento das camadas inferiores começaram a surgir trincas verticais e horizontais nas peças mais próximas à zona de ventilação direta A câmera térmica indicava gradientes de temperatura superiores a 160 C entre as faces interna e externa dos tijolos As trincas se propagaram em direção às juntas evidenciando falhas por expansão diferencial e tensões localizadas A análise térmica evidenciou que a transição de quartzo β para α foi ultrapassada sem controle da taxa de resfriamento gerando microfissuras internas que evoluíram para trincas visíveis após a estabilização térmica Amostras recolhidas das áreas danificadas apresentaram lascamento superficial e fratura intergranular sob microscopia óptica 44 Diagnóstico das causas Com base nos dados coletados foi possível atribuir as falhas à combinação dos seguintes fatores Exposição a gradientes térmicos acima do limite tolerado para a sílica 120 C Resfriamento rápido e localizado provocado pela ventilação forçada Ausência de substituição e contaminação da manta térmica Entrada de umidade e ausência de cortinas nas frentes de reparo Préaquecimento insuficiente dos tijolos 20 Configuração de juntas não contínua em algumas fiadas reduzindo a flexibilidade da estrutura 45 Medidas corretivas aplicadas Após a análise técnica a equipe realizou as seguintes correções Instalação de manta cerâmica de 25 mm em toda a superfície externa da parede reparada Redirecionamento dos ventiladores para o topo da câmara com barreiras laterais de contenção Monitoramento com termopares adicionais em 3 pontos da parede base meio e topo Adoção de curva de aquecimento gradual pósassentamento limitada a incrementos de 75 C por hora Com a implementação dessas medidas os reparos subsequentes não apresentaram trincas visíveis ou falhas estruturais após 48 horas consecutivas de exposição ao regime térmico operacional da coqueria O aprendizado obtido com este caso contribuiu diretamente para a revisão do protocolo interno de manutenção refratária da planta 5 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS A análise dos dados obtidos no estudo de caso revelou uma forte correlação entre os gradientes térmicos descontrolados a presença de umidade nas frentes dos blocos e a ocorrência de trincas em tijolos de sílica durante o processo de reparo a quente Os resultados confirmam as previsões teóricas quanto à vulnerabilidade da sílica em faixas intermediárias de temperatura sobretudo durante as transições alotrópicas como a de quartzo β para α em torno de 573 C As trincas observadas foram majoritariamente do tipo intergranular iniciandose em regiões onde houve perda da uniformidade térmica devido à ventilação direta e à contaminação das mantas com carvão pulverizado Essa contaminação comprometeu a função isolante do material resultando em zonas frias nas extremidades das peças conforme descrito por MEDEIROS 2018 e GOMES et al 2021 21 Ainda que medidas corretivas tenham sido implementadas como a melhoria da vedação das mantas e a orientação da equipe quanto à proteção das frentes a entrada de umidade mantevese como um fator agravante Isso porque o ambiente seguia com limitação estrutural para isolamento completo comprometendo a formação de um gradiente térmico estável e controlado Além disso observouse que as trincas se propagaram em direção às juntas o que evidencia falhas tanto no controle térmico quanto na geometria de assentamento Isso está alinhado com a literatura técnica que aponta a importância do uso de juntas escalonadas para absorção de tensões Lima Costa 2022 As medidas corretivas aplicadas mostraramse eficazes na mitigação dos problemas observados O redirecionamento dos ventiladores a instalação de mantas novas e limpas o monitoramento térmico com termopares e a adoção de uma curva de aquecimento gradual resultaram na estabilização térmica da parede e na eliminação das falhas estruturais em reparos subsequentes A discussão reforça que o sucesso dos reparos com sílica em ambientes de alta temperatura está diretamente relacionado ao planejamento térmico adequado controle rigoroso das condições ambientais e correta execução das técnicas construtivas A combinação entre teoria e prática demonstrou ser fundamental para o aumento da vida útil dos revestimentos e para a redução dos custos operacionais 22 6 CONSIDERAÇÕES FINAIS Este trabalho apresentou uma análise técnica aprofundada sobre os fatores que contribuem para a formação de trincas em tijolos de sílica durante reparos a quente em coquerias Com base na revisão da literatura especializada e na observação prática de um caso real em ambiente industrial foi possível constatar que a integridade da sílica está diretamente relacionada ao controle rigoroso das condições térmicas e ambientais durante o processo de instalação As trincas observadas nas extremidades do bloco em reparo estão associadas a um conjunto de variáveis destacandose entre elas o armazenamento inadequado das peças refratárias a ausência de fechamento frontal do bloco os gradientes térmicos elevados e a atuação direta de ventilação e umidade sobre o material Mesmo com treinamentos prévios e a instalação de proteções parciais a ocorrência de falhas reforça a necessidade de padronização e melhoria contínua dos protocolos de manutenção As ações corretivas aplicadas como o redirecionamento da ventilação a vedação complementar com mantas o monitoramento térmico e a adequação da curva de aquecimento demonstraram ser eficazes na prevenção de novas trincas e contribuíram para o estabelecimento de boas práticas de engenharia de campo Concluise que para garantir o desempenho dos tijolos de sílica em ambientes críticos como coquerias é fundamental que os aspectos relacionados à logística de armazenamento preparação da área execução da obra e acompanhamento técnico sejam tratados de forma integrada A adoção de procedimentos operacionais padrão a capacitação da equipe e o uso de instrumentação adequada são elementos indispensáveis para aumentar a durabilidade do revestimento refratário e a segurança operacional do processo A durabilidade do revestimento refratário em coquerias é um fator decisivo para o desempenho contínuo da planta siderúrgica Falhas prematuras como trincas ou colapsos estruturais localizados comprometem a eficiência térmica elevam o consumo energético e aumentam significativamente os custos de manutenção As trincas em especial favorecem a penetração de gases e condensados agressivos acelerando o processo de degradação dos materiais 23 Apesar da reconhecida capacidade da sílica em suportar elevadas temperaturas sua baixa resistência ao choque térmico e a presença de múltiplas transformações alotrópicas tornam o material sensível a variações térmicas abruptas Estas variações são comuns em reparos a quente especialmente quando não há controle preciso sobre as condições ambientais ventilação umidade e isolamento térmico O problema tornase ainda mais relevante ao se considerar que grande parte dos reparos em campo é conduzida por mão de obra não especializada sem formação técnica específica sobre os cuidados com materiais refratários de sílica Além disso observase uma lacuna de publicações voltadas especificamente à realidade operacional de coquerias no Brasil o que limita a disseminação de boas práticas na área Assim justificase este trabalho não apenas pela necessidade técnica de compreender os mecanismos de falha da sílica em campo mas também pela urgência em propor diretrizes aplicáveis que aumentem a confiabilidade dos reparos otimizem o desempenho térmico das câmaras de coque e contribuam com a segurança e eficiência operacional da indústria siderúrgica 7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS Diante das observações e conclusões obtidas neste trabalho diversas linhas de pesquisa podem ser exploradas com o objetivo de ampliar o conhecimento técnico e aprimorar as práticas de manutenção em coquerias que utilizam tijolos de sílica Entre as sugestões destacamse Modelagem termomecânica computacional Desenvolvimento de simulações numéricas por elementos finitos para mapear os pontos de maior concentração de tensão térmica em blocos de sílica durante o aquecimento e resfriamento auxiliando no planejamento de reparos Estudo comparativo entre diferentes tipos de sílica Análise de desempenho de tijolos de sílica de distintas procedências e composições sílica fundida sílica coloidal sílica aditivada quanto à resistência a gradientes térmicos e à estabilidade dimensional 24 Otimização de mantas e barreiras térmicas Avaliação do desempenho de diferentes tipos de mantas cerâmicas painéis metálicos e cortinas térmicas na contenção de perdas de calor e redução de assimetrias térmicas em reparos a quente Monitoramento em tempo real com sensores embarcados Aplicação de sensores inteligentes temperatura umidade tensão inseridos durante o assentamento para acompanhar em tempo real as condições operacionais dos blocos recéminstalados Protocolo de qualificação técnica para pedreiros refrataristas Criação de módulos de treinamento padronizados e obrigatórios para qualificação da mão de obra envolvida em reparos refratários com sílica Avaliação do ciclo de vida e sustentabilidade dos tijolos silicosos Estudos sobre a reciclagem reuso e descarte sustentável de tijolos de sílica removidos de coquerias com análises ambientais e econômicas 25 REFERÊNCIAS CUNHA Álvaro da Rosa Caracterização de refratários aluminosos frente ao desgaste erosivo Porto Alegre UFRGS 2011 Disponível em httpslumeufrgsbrhandle1018346979 Acesso em 8 maio 2025 GOMES A P SILVA R M FERREIRA L T Avaliação de falhas em revestimentos refratários de sílica em coquerias Revista Brasileira de Engenharia de Materiais v 26 n 3 p 4552 2021 LIMA H J COSTA F M Geometria de juntas em revestimentos de sílica Revista Cerâmica Industrial v 34 n 2 p 7884 2022 MEDEIROS J C Propriedades de refratários de sílica teoria e prática São Paulo Editora Técnica 2018 NOGUEIRA A R Transformações alotrópicas da sílica Revista de Ciência dos Materiais v 15 n 1 p 2330 2017