000040D2

UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE - UNESC

CURSO DE TECNOLOGIA EM CERÂMICA

BRUNO DE FREITAS GAI

ESMALTAÇÃO INORGÂNICA EM LÂMINAS DE AÇO

CRICIÚMA, JUNHO DE 2009



Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado para obtenção do grau de Tecnólogo em Cerâmica no curso de Tecnologia em Cerâmica da Universidade do Extremo Sul Catarinense, UNESC.

Orientador: Prof. Esp. Gilson Menegali

CRICIÚMA, JUNHO DE 2009

2



Trabalho de Conclusão de Curso aprovado pela Banca Examinadora para obtenção do Grau de Tecnólogo em Cerâmica, no Curso de Tecnologia em Cerâmica da Universidade do Extremo Sul Catarinense, UNESC.

Criciúma, 01 de junho de 2009

BANCA EXAMINADORA

Prof. Gilson Menegali, Esp. – (UNESC) – Orientador

Prof. Oscar Rubem Klegues Montedo, Dr. Eng. – (UNESC)

Prof. Márcio Roberto Rocha, Dr. Eng. – (UNESC)

3

À minha família que mesmo distante sempre

esteve presente em todos os meus passos.

4

AGRADECIMENTOS

Grande é a minha lista de agradecimentos (o que me torna uma pessoa de

sorte). Primeiramente, obrigado a minha família, imensa e solidária.

Aos meus colegas de trabalho: Célia Fernandes de Brito, Fábio Coral, Bianca

Bianco, Reginaldo Dias, Roberto Gaspar, Luciano Brustolim, Ciro Alves, Denilson

Dias, Luciano Jacinto, Nair Aparecida Ramos e Adriano Carminati sem os quais eu

não teria obtido êxito necessário em minhas pesquisas.

Aos meus colegas de turma, em especial: Luciana Fontana, Cristhian Bez

Fontana, Josilaine Joaquim e Jaqueline Botega sempre amigos, compreensivos,

aplicados e companheiros.

Reitero aqui minhas palavras, sendo este um trabalho individual e muitas

vezes solitário, de que não se pode empreendê-lo sem a ajuda dos que nos cercam

e querem bem, meu muito obrigado a todos.

5

“A combinação físico-química do metal com

o esmalte vítreo foi desenvolvida com tanta

perfeição que o produto obtido é chamado

de material compósito.”

PEMCO

6

RESUMO

A esmaltação inorgânica em lâminas de aço refere-se a um grande avanço tecnológico na proteção e conservação deste metal. Desta maneira, implica na utilização de técnicas e controles refinados ao longo do processo de manufatura de esmaltes e artigos esmaltados. Apesar de ser um processo já aplicado em modelos industriais desde o século XIX em países como Alemanha e Bélgica, a incidência no Brasil ainda é relativamente prematura e carece de aprimoramentos. Por este motivo, o presente trabalho descreve os métodos de aplicação usados pelo setor esmaltador, bem como as especificações e controles das matérias-primas e produtos acabados através de pesquisas bibliográficas e descritivas consultando manuais, livros, publicações e entrevistando produtores e consumidores de esmaltes reunindo conhecimentos técnicos e práticos fundamentais para a construção do conhecimento. Palavras-chave: Esmaltes. Esmaltação. Fritas. Moagem. Vidrados. Aço.

7

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 - A família do ferro e do aço – do ponto de vista do esmaltador .........20

Figura 2 - Formatos favoráveis versus desfavoráveis 1 ......................................21



Figura 5 - Vista microscópica da interface aço/esmalte ......................................24

Figura 6 - Superfície do aço depois de desengraxada.........................................25

Figura 7 - Família dos principais tipos de esmaltes.............................................28

Figura 8 - Secção transversal de um fundente típico (200:1) ..............................30

Figura 9 - Estrutura de bolhas – Esmalte fundente..............................................30

Figura 10 - Forno rotativo .......................................................................................32

Figura 11 - Forno contínuo.....................................................................................32

Figura 12 - Movimento de bolas em diferentes velocidades ...............................42

Figura 13 - Distribuição de tamanhos de partículas.............................................42

Figura 14 - Design típico de equipamentos para moagem ..................................43

Figura 15 - Partículas do esmaltes em suspensão...............................................49

Figura 16 - Teste BAYER de tamanho de partícula ..............................................52

Figura 17 - Teste de densidade - picnômetro .......................................................53

Figura 18 - Teste de peso de aplicação.................................................................54

Figura 19 - Teste de viscosidade ...........................................................................55

Figura 20 - Teste de fluidez ....................................................................................56

Figura 21 - Teste de impacto ..................................................................................57

Figura 22 - Teste de resistência da superfície ......................................................57

Figura 23 - Pistola para aplicação em spray .........................................................59

Figura 24 - Cabine para aplicação manual............................................................61

Figura 25 - Aplicação automática de spray...........................................................61

Figura 26 - Trajetória da aplicação eletrostática ..................................................63

Figura 27 - Densidade em relação ao clima e a trajetória de esmaltes

eletrostáticos .....................................................................................................64

Figura 28 - Equipamento automático para esmaltação de panelas ....................66

Figura 29 - Vista esquemática de aplicação eletroforética..................................67

Figura 30 - Aplicação de pó eletrostático..............................................................70

8

Figura 31 - Interação entre o fundente e a cobertura em diferentes técnicas de

aplicação............................................................................................................71

Figura 32 - Boa/má formação de estrutura de bolhas em 2C/1Q ........................73

Figura 33 - Circulação de ar em secadores tipo "U" com 2 linhas .....................75

Figura 34 - Forno a rolo para panelas de alumínio...............................................81

Figura 35 - Consumo de energia em diferentes tipos de fornos.........................82

Figura 36 - Forno contínuo tipo "U" a gás ............................................................82

Figura 37 - Curva de queima em fornos contínuos ..............................................83

Figura 38 - Mediação de escorrimento (antes e depois da queima) ...................84

Figura 39 - Fusão da partícula do esmalte ............................................................85

Figura 40 - Relação da elongação do metal durante a queima do esmalte........85

Figura 41 - Curva de tensão medida com o método Pöshmann .........................86

Figura 42 - Teste de resistência ao choque térmico ............................................87

Figura 43 - Medida de camada - espessura...........................................................88

Figura 44 - Teste de aderência ...............................................................................89

Figura 45 - Pistola de impacto especificada pela ISO 4532 .................................89

Figura 46 - Módulo de elasticidade dinâmica em função da temperatura..........90

Figura 47 - Teste de abrasão segundo ISO 6370-1...............................................91

Figura 48 - Teste de porosidade com alta voltagem ............................................92

Figura 49 - Classificação da resistência ácida de acordo com a EN 14483-1 ....93

Figura 50 - Teste para caracterização de propriedades pirolíticas.....................94

Figura 51 - a-c: defeitos causados pelo metal base; d-e: defeitos no fundente; f-

g: defeitos em brancos diretos; h: defeito em coberturas ............................98

Figura 52 - a-c: defeitos em coberturas; d-e: defeitos em aplicação 2C/1Q; f-h:

defeitos em aplicação de pó eletrostático úmido...........................................99

9

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Propriedades de acabamentos de superfície......................................18

Tabela 2 - Pré-Tratamento Típico para o Processo de Esmaltação ....................26

Tabela 3 - Concentração máxima de elementos em efluentes ............................27

Tabela 4 - Reações durante a fusão de esmaltes sobre o aço ............................29

Tabela 5 - Quartzos tipicamente usados em esmaltes vítreos............................37

Tabela 6 - Cátions corantes....................................................................................39

Tabela 7 - Compatibilidade de pigmentos e tipos de esmaltes...........................39

Tabela 8 - Especificação americana de água para esmaltação...........................40

Tabela 9 - Escala de distintos tipos de balanças .................................................44

Tabela 10 - Formulação de fundentes ...................................................................44

Tabela 11 - Formulação de fundentes coloridos ..................................................45

Tabela 12 - Formulação de fundentes para 2C/1Q................................................45

Tabela 13 - Formulação de diretos com resistência química..............................46

Tabela 14 - Formulação de brancos de titânios super opacos ...........................46

Tabela 15 - Formulação de coberturas coloridas .................................................47

Tabela 16 - Efeito de diferentes tipos de argilas ..................................................51

Tabela 17 - Grau de Moagem..................................................................................52

Tabela 18 - Densidade aproximada por tipo de esmalte......................................53

Tabela 19 - Parâmetros em diferentes pistolas de pó eletrostáticos..................59

Tabela 20 - Características de diferentes tipos de sistemas de spray ...............62

Tabela 21 - Formulação para aplicação eletrostática úmida (ESTA) ..................63

Tabela 22 - Parâmetros de aplicação com disco de alta rotação........................64

Tabela 23 - Formulação de esmaltes para aplicação eletroforética (EPE) .........68

Tabela 24 - Características do pó eletrostático (POESTA) ..................................69

Tabela 25 - Características da aplicação 2C/1Q ...................................................72

Tabela 26 - Variações em processos de aplicação 2C/1Q ...................................73

Tabela 27 - Reações durante a queima de fundentes ..........................................77

Tabela 28 - Temperatura de queima para diferentes aplicações.........................78

Tabela 29 - Defeitos resultantes de espessuras de esmalte irregulares............97

10

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas

ASTM – American Society for Testing and Materials

BAYER – Conglomerado farmacêutico alemão

CIE – Commission International de l’Eclairage

DIN – Instituto de Normatização Alemão

DWE – Esmaltes brancos diretos

EPE – Aplicação eletroforética de esmaltes

EN – European Standardization Organisations

ESTA – Aplicação eletrostática a úmido

ISO – International Organization of Standardization

NF – French Standard

POESTA – Aplicação eletrostática a seco

2C/1Q – Aplicação de esmaltes em duas camadas e uma queima

2C/2Q – Aplicação de esmaltes em duas camadas e duas queimas

11

SUMARIO

1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................14

1.1 Objetivos ............................................................................................................15

1.1.1 Objetivo Geral.................................................................................................15

1.1.2 Objetivos Específicos ....................................................................................15

1.2 Justificativa e importância do estudo .............................................................15

1.4 Apresentação da empresa................................................................................16

1.5 Metodologia da pesquisa..................................................................................16

2 Terminologias.......................................................................................................18

2.1 Vantagens do esmalte vítreo............................................................................19

2.2 Produtos acabados ...........................................................................................19

2.3 Lâminas de aço..................................................................................................19

3 Pré-tratamento de lâminas de aço ......................................................................23

4 Principais tipos de esmaltes ...............................................................................27

4.1 Aderência ...........................................................................................................28

4.2 Esmaltes de cobertura e brancos diretos .......................................................31

5 Manufatura de esmaltes.......................................................................................31

6 Adições de moagem.............................................................................................33

6.1 Argilas e substâncias similares .......................................................................34

6.2 Agentes de “setting”.........................................................................................35

6.3 Adições refratárias............................................................................................36

6.4 Opacificantes.....................................................................................................38

6.5 Óxidos corantes (pigmentos)...........................................................................38

6.6 Água ...................................................................................................................40

7 Moagem de esmaltes ...........................................................................................40

7.1 Propriedades e testes de comportamento reológico.....................................48

7.2 Grau de moagem ...............................................................................................51

7.3 Densidade ..........................................................................................................52

7.4 Comportamento reológico................................................................................53

7.5 Teste de imersão ...............................................................................................54

7.6 Teste de imersão de placa calibrada ...............................................................54

7.7 Viscosímetro rotativo........................................................................................54

12

8 Propriedades e testes de pó eletrostático .........................................................55

8.1 Grau de moagem ...............................................................................................55

8.2 Fluidez................................................................................................................56

8.3 Adesão ...............................................................................................................56

8.4 Resistência elétrica superficial ........................................................................57

9 Aplicação de esmaltes.........................................................................................58

9.1 Spray ..................................................................................................................58

9.2 Pó eletrostático úmido (ESTA).........................................................................61

9.3 Disco de alta rotação eletrostático ..................................................................64

9.4 Imersão...............................................................................................................65

9.5 Flow coating ......................................................................................................66

9.6 Eletroforética (EPE)...........................................................................................67

9.7 Pó eletrostático seco (POESTA) ......................................................................68

10 Processo de aplicação 2C/1Q ...........................................................................71

11 Secagem..............................................................................................................73

12 Queima ................................................................................................................76

13 Propriedades e testes de esmaltes aplicados .................................................83

13.1 Propriedades térmicas....................................................................................84

13.1.1 Fluidez ...........................................................................................................84

13.1.2 Expansão térmica e transição vítrea ..........................................................85

13.1.3 Resistência ao calor.....................................................................................86

13.1.4 Resistência ao choque térmico...................................................................87

13.2 Características mecânicas .............................................................................87

13.2.1 Espessura de camada..................................................................................88

13.2.2 Aderência ......................................................................................................88

13.2.3 Impacto..........................................................................................................89

13.2.4 Elasticidade ..................................................................................................90

13.2.5 Abrasão.........................................................................................................90

13.2.6 Porosidade....................................................................................................91

13.3 Propriedades ópticas......................................................................................92

13.4 Propriedades químicas ...................................................................................92

13.4.1 Resistência a ácidos frios ...........................................................................92

13.4.2 Resistência a solução de soda cáustica quente........................................93

13.4.3 Resistência a solução de detergente quente.............................................93

13

13.4.4 Resistência a água fervente e água em vapor ...........................................94

13.5 Outros testes padronizados ...........................................................................94

14 Defeitos ...............................................................................................................94

15 Esmaltação de esmaltes vítreos na indústria brasileira ...............................100

REFERÊNCIAS.......................................................................................................102

ANEXO – Especificações de matérias-primas para moagem............................105

14

1 INTRODUÇÃO

A história dos esmaltes vítreos para metais inicia em períodos anteriores a

Cristo onde muitas vezes eram aplicados em metais nobres tais como ouro e prata.

Hoje, são usados em muitos tipos de produtos como panelas, fogões, aquecedores,

refrigeradores, lavadoras de roupas e banheiras. Também, são usados para fins

especializados como trocadores de calor e equipamentos de produção de alimentos.

A principal mudança instrumental entre a produção artística e a comercial foi no

século XIX com a aplicação de esmaltes vítreos em lâminas de aço para a

fabricação de utensílios de cozinha. Rapidamente foram efetuados progressos

durante o século XX para estender a aplicação de esmaltes em uma variedade maior

de produtos, utilizando um metal ferroso base mais econômico (PEI 101, 1995).

Esmaltes vítreos para lâminas de aço são acabamentos inorgânicos que

interagem com o metal durante a fusão em temperaturas entre 550 a 950ºC e

fornecem ao metal resistência térmica e inibição a oxidação (PEI 101, 1995).

Os esmaltes vítreos devem ser aplicados em metais como aço de baixo

carbono, ferro fundido, alumínio, cobre e aço inoxidável. Como a vasta maioria das

indústrias utiliza lâminas de aço de baixo carbono como metal base, o presente

trabalho tratará somente de esmaltes vítreos para este fim (PEMCO, 2008).

As principais questões que norteiam esta pesquisa foram delinear os

aspectos físicos e químicos das matérias-primas e as características requeridas por

cada modelo de aplicação utilizado pelas indústrias, a fim de definir uma

metodologia para a esmaltação inorgânica em lâminas de aço e para os processos

afins.

15

1.1 Objetivos

De maneira a alcançar os resultados esperados, esta pesquisa será orientada

pelos objetivos descritos nos próximos subitens.

1.1.1 Objetivo Geral

Esta pesquisa teve como objetivo geral descrever os métodos de aplicação

para a esmaltação inorgânica de lâminas de aço.

1.1.2 Objetivos Específicos

- Compreender as características requeridas pelos processos utilizados na

indústria de esmaltação de lâminas de aço para a aplicação de esmaltes vítreos.

- Definir as especificações de matérias-primas necessárias para a formulação

de esmaltes vítreos para lâminas de aço e compreender melhor os vários aspectos

afins.

- Descrever os processos de fabricação de esmaltes vítreos para lâminas de

aço e os procedimentos de controle e aprovação.

1.2 Justificativa e importância do estudo

Dentre as mais diversas técnicas utilizadas para recobrimento de lâminas de

aço visando estética e durabilidade, a esmaltação feita com vidrados é a mais nobre

e a que traz consigo maior valor agregado.

O setor esmaltador brasileiro conta com várias empresas de grande porte

como MABE (Dako), Esmaltec, Atlas, BSH Continental, Electrolux e Whirlpool,

fabricando juntas mais de 5 mil unidades por dia de fogões e outros

eletrodomésticos esmaltados, o que é traduzido em cerca de 550 toneladas de

esmaltes por mês. Este mercado chega a movimentar anualmente R$ 36.000.000,00

(PEMCO, 2008).

No entanto, as instituições de ensino ou mesmo as literaturas de apoio à área

técnica brasileira de esmaltação são carentes, enquanto a Europa conta com um

instituto de estudo do Porcelain Enamel o PEI (Porcelain Enamel Institute).

16

Assim, o presente trabalho visa trazer à língua portuguesa e à realidade

brasileira maiores detalhes sobre a tecnologia de esmaltação inorgânica em lâminas

de aço se utilizando da descrição dos métodos de aplicação de esmaltes e

processos relacionados.

1.4 Apresentação da empresa

A PEMCO Emelier do Brasil Ltda. é uma empresa produtora de esmaltes

vítreos para lâminas de aço e vidros, situada em Criciúma, Santa Catarina. Faz parte

do Grupo PEMCO, que está presente em 5 países, sendo que sua matriz foi fundada

na Bélgica há quase 100 anos.

Estruturada há 12 anos, conta com grande participação na indústria produtora

de eletrodomésticos e decoração de vidros.

1.5 Metodologia da pesquisa

Para alcançar os objetivos deste trabalho, foram realizadas pesquisas de

natureza quantitativa, visando à obtenção e coleta de dados de caráter objetivos. A

principal finalidade de tais pesquisas foi investigar as relações causais existentes

entre as matérias-primas utilizadas na formulação de esmaltes vítreos para

esmaltação inorgânica em lâminas de aço de baixo conteúdo de carbono, para

posterior descrição dos distintos métodos de aplicação de esmaltes.

Os procedimentos técnicos descritos neste trabalho são pautados em

pesquisas bibliográficas e documentais, através de literatura direcionada à indústria

e ao emprego, livros, artigos e consulta de sites sobre esmaltes vítreos, bem como

através de visitas realizadas aos clientes da empresa em questão.

Pesquisas bibliográficas abrangem a leitura, análise e interpretação de livros,

periódicos, textos legais, documentos mimeografados ou xerocopiados, mapas,

fotos, manuscritos etc. Todo material recolhido e submetido a uma triagem, a partir

da qual é possível estabelecer um plano de leitura atenta e sistemática, que se faz

acompanhar de anotações e fichamentos que, eventualmente, servem de

fundamentação teórica do estudo (SEVERINO, 2007).

O tipo de pesquisa que se classifica como descritiva, tem por premissa buscar

a resolução de problemas, melhorando as práticas por meio da observação, análise

17

e descrições objetivas, através de entrevistas com peritos para a padronização de

técnicas e validação de conteúdo (THOMAS; NELSON; SILVERMAN, 2007).

18

2 Terminologias

A terminologia dos esmaltes vítreos manufaturados e o seu processamento

industrial atualmente é um pouco confusa. O termo esmaltação é ambíguo e pode

ser usado para o processo de esmaltação, a cobertura já queimada de esmalte ou o

produto acabado, incluindo vernizes e outros produtos/processos similares (ver

tabela 1). A correta definição deve distinguir claramente o metal base do material

fundido ou frita vítrea solidificada e o material fundido sobre a superfície do metal

base:

Esmalte é um composto vítreo solidificado inteiramente inorgânico formado

principalmente de óxidos. De acordo com a EN 1900, esmalte é uma substância

resultante da fusão ou sinterização de constituintes inorgânicos e desenvolvidos

para formar uma camada superficial fundida ou capaz de ser fundida, em uma ou

mais camadas e sua temperatura de queima é superior a 500°C (este definição

também compreende os vidrados cerâmicos). A esmaltação é o processo de

manufatura do artigo esmaltado.

Acabamento esmaltado é o composto que compreende o esmalte vítreo e o

metal base desenvolvido, quando o esmalte é fundido sobre e através do metal em

uma ou mais camadas.

A norma citada acima define o esmalte, diferindo da pintura ou plástico, como

uma superfície de proteção dos metais. Certamente, não há dúvida de que a

esmaltação é somente um dos vários métodos de proteção de superfície; no entanto,

sua produção é especial pela resistência à abrasão, resistência química e tempo de

processamento como o descrito na tabela abaixo (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

Tabela 1 - Propriedades de acabamentos de superfície

Verniz Industrial

Resina de Silicone

Esmalte para

Alumínio

Esmalte para Aço

Esmalte Cerâmico

Temperatura de Processamento 160°C 220°C 550°C 820°C 1050°C

Tempo de Processamento 60 min. 30 min. 7 min. 5 min. 20-30 min.

Dependência de Formato AA A A-B C A

Resistência ao Calor 140°C 200°C 350-400°C 450-550°C 600ºC

Resistência à Abrasão D B A AA AA

Resistência ao impacto AA A B BC C

Resistência Química A-B A-B A AA AA Legenda: A = Ótima; B = Boa; C = Regular e D = Ruim. Fonte: adaptado de PEMCO Brugge BVBA, 2008

19

2.1 Vantagens do esmalte vítreo

A aplicação de esmaltes vítreos como cobertura de artigos de metal feita em

aço, ferro fundido e alumínio oferecem uma indispensável proteção contra a

corrosão de ácidos e álcalis. É somente afetado lentamente por ácidos fortes,

soluções alcalinas quentes e fluoreto de hidrogênio. Entretanto, artigos esmaltados

oferecem um grande valor funcional como: superfície sem poros, dureza, higiene,

limpabilidade, não toxidade, inibição de bactérias, aparência, durabilidade, coloração

estável e versatilidade (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

2.2 Produtos acabados

A aplicação geralmente solicita condições extremas à proteção superficial

dada pelos esmaltes. São exemplos de artigos de uso diário expostos a severas

condições, utensílios para cozinha, trocadores de calor, máquinas de lavar e secar,

lavadoras de louça, mobília, banheiras, pias, etc (Porcelain Enamel, 1961).

2.3 Lâminas de aço

O ferro é o segundo metal mais abundante na terra e com certeza o mais

barato. Mesmo que o ferro puro tenha pouca utilização, suas diversas ligas somam

90% da produção mundial. A maior utilização deste metal são as ligas entre carbono

e ferro chamadas de aço (PEI 201, 1995).

O aço tem extrema importância por sua resistência e ductibilidade. Pode ser

moldado, dobrado, estampado e tratado termicamente para melhorar suas

características mecânicas (PEI 201, 1995).

No entanto, um dos maiores problemas do aço é a corrosão atmosférica.

Oportunamente, aos esmaltes vítreos podem ser aplicados sobre o aço promovendo

uma excelente barreira contra a oxidação nas mais adversas condições.

A esmaltação inorgânica requer lâminas de aço com baixo teor de carbono

uma vez que a sua liberação durante a queima causa defeitos desastrosos na

superfície. Os processos de descarburetação a quente obtém aço com cerca de

20

0,03% de carbono, enquanto os de redução a frio podem reduzir o carbono a valores

menores que 0,008%, o que é ideal para a esmaltação (PEI 201, 1995).

O aço de baixo deve conter quantidades de carbono inferiores a 1,7% como

podemos ver na figura 1. Para a produção de lâminas de aço, o conteúdo de

carbono não pode ser maior a 0,17% (em laminação a quente) e 0,08% (em

laminação a frio) (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

Figura 1 - A família do ferro e do aço – do ponto de vista do esmaltador, Fonte: adaptação de PEMCO

Brugge BVBA, 2008

As lâminas de aço para esmaltação inorgânica diferem em muitos pontos das

utilizadas em outras aplicações: requisitos especiais concernem propriedades

mecânicas, composição química e, principalmente, a capacidade de desenvolver

aderência com a camada de imediata interação (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

A forma do artigo esmaltado deve estar associado ao método de esmaltação

e de maneira a evitar defeitos ou não uniformidade de camada de esmalte. Pode-se

observar nas figuras 2, 3 e 4 como redesenhar alguns artigos para melhor

processamento.

21

Figura 2 - Formatos favoráveis versus desfavoráveis 1, Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA,

2008

22


2008

23


2008

3 Pré-tratamento de lâminas de aço

A genuína esmaltação inorgânica em lâminas de aço tem similaridades com

sistemas de pintura ou coberturas de pó orgânico. No entanto, não podem ser

removidas mecanicamente do seu substrato metálico. A ligação esmalte-metal é

durável e não pode ser removida (ver figura 5). Esse é o resultado das reações

químicas ocorridas durante a queima que envolvem os ingredientes do esmalte e da

superfície do aço (MOORE, 1954).

24

Figura 5 - Vista microscópica da interface aço/esmalte, Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA,

2008

Para obter as reações esperadas nas devidas intensidades, é necessário

remover qualquer material indesejado da superfície do aço. Tais materiais

geralmente protegem a superfície da lâmina prevenindo a oxidação, contaminação

durante a fabricação e armazenamento ou lubrificante necessários para a

conformação de determinados produtos como banheiras e pias.

Estes materiais devem ser removidos completamente antes da esmaltação. O

pré-tratamento envolve basicamente desengraxe (ver figura 6), enxágüe e

passivado, sendo que o último é desnecessário se a lâmina for esmaltada

diretamente e não estocada (MOORE, 1954).

Partes oxidadas não podem ser removidas somente com as soluções

alcalinas utilizadas na operação de desengraxe. Sua remoção envolve um ciclo

adicional de tratamento ácido e novamente outro ciclo alcalino para a remoção de

óleos e lubrificantes que possam ter ficado na estrutura abaixo da oxidação.

A solução alcalina para o desengraxe é basicamente composta por: 50% de

silicato de sódio, 30% de soda cáustica, 10% de carbonato de sódio, 5% de fosfato

de sódio e 5% de surfactantes (MOORE, 1954).

25

Figura 6 - Superfície do aço depois de desengraxada, Fonte: PEMCO Brugge BVBA, 2008

A solução ácida usada para a remoção de oxidação sobre a lâmina de aço é

geralmente ácido sulfúrico (a 5-7%) e ácido hidroclorídrico (a 15-20%). Em alguns

casos específicos são usados ainda ácido fosfórico (a 15-20%) e ácido nítrico (a

5%).

A solução usada para enxágüe deve ter pH controlado entre 6,5 e 7,3. Os

cloretos e sulfatos não podem ser superiores a 50 mg por litro (PEMCO Brugge

BVBA, 2008).

Existem casos nos quais se deve acelerar a formação de uma forte adesão

entre o esmalte e a lâmina de aço. Assim, um processo de deposição de níquel (Ni)

é necessário, utilizando uma solução contendo cerca de 10 a 12 g por litro de sulfato

de níquel. Devido às complicações ambientais, o processo de deposição de níquel é

restrito às lâminas de aço utilizadas para a esmaltação de brancos diretos (esmaltes

brancos aplicados sem a necessidade de uma camada intermediária de fundentes)

(PEMCO Brugge BVBA, 2008).

Seqüências de pré-tratamento geralmente usadas para a esmaltação vítrea

são demonstradas na tabela 2.

26

Tabela 2 - Pré-Tratamento Típico para o Processo de Esmaltação

Processo Esmaltação

Convencional POESTA (Diretos)

EPE (Diretos)

DWE 2C/1F

Método Imersão Spray Imersão Imersão Spray Desengraxe 70-80°C, 4% - - 70-80°C, 4% -

Desengraxe 70-80°C, 4% 60-70°C, 2% 50-70°C, * 70-80°C, 4% 60-70°C, 2%

Desengraxe 70-80°C, 3% 60-70°C, 1% 50-70°C, 5% 70-80°C, 3% 60-70°C, 1%

Enxágüe TA TA TA TA TA

Enxágüe TA TA TA TA TA

Remoção de Óxidos

(H2SO4)

50-70°C, 5-7%

- - 50-70°C, 5-

7% -

Enxágüe TA - pH 2-3 - - TA - pH 2-3 -

Enxágüe TA - pH 3-4 - - TA - pH 3-4 -

Desengraxe 60-70°C, 3-

4% - -

60-70°C, 3-4%

-

Enxágüe TA - - TA -

Enxágüe TA - - TA -

Remoção de Óxidos

(H2SO4) se necessário - -

60-80°C, 6-12%

-

Enxágüe se necessário - - TA, pH 2-3 -

Deposição de Níquel

se necessário - - 30/70°C ** -

Ativação (CuCl2

H3PO4) - - RT, pH 2 - -

Enxágüe se necessário - TA TA -

Enxágüe se necessário - TA TA -

Neutralização 60-80°C, 0,5% - - 60-80°C,

0,5% ***

Secagem <100°C 80-120°C 80°C depois

de EPE <100°C 80-120°C

TA: Temperatura Ambiente * Desengraxe eletrolítico e/ou ultra-sônico pode ser usado para a redução do tempo do processo ** Baixa/alta temperatura para redução / alternando com deposições de Níquel

*** Neutralização é usada somente em partes que são imediatamente armazenadas Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

Na tabela 3 podem verificar as concentrações máximas de metais nos

efluentes:

27

Tabela 3 - Concentração máxima de elementos em efluentes

Componente Alemanha 1990 Holanda 1979 USA

Alumínio 2,0 mg/l - -

Cádmio 0,2 mg/l 0,1 mg/l 1,0 mg/l

Cloro - Total 0,5 mg/l 2,0 mg/l 5,0 mg/l

Cromo VI 0,1 mg/l - -

Chumbo 0,5 mg/l 0,1 mg/l -

Cobalto 1,0 mg/l - -

Flúor 50,0 mg/l - -

Ferro 3,0 mg/l - -

Cobre 0,5 mg/l 3,0 mg/l 5,0 mg/l

Níquel 0,5 mg/l 3,0 mg/l -

Nitrogênio* 5,0 mg/l - -

Enxofre 1,0 mg/l 1,0 mg/l -

Zinco 2,0 mg/l 3,0 mg/l -

DQO** 100,0 mg/l - -

* de nitrato

** demanda química de oxigênio Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

4 Principais tipos de esmaltes

Levando em consideração a grande variedade de requisitos solicitados pelo

processo de esmaltação, muitos esmaltes “especiais” foram desenvolvidos através

da manufatura de fritas (ver figura 7). A primeira divisão é feita entre esmaltes

fundentes e cobertas. Cada um destes grupos é subdividido de acordo com os

requerimentos de cada esmalte (Email Quality, 2007).

Os esmaltes mais freqüentemente usados são os fundentes e diretos, que

são usados para firmar a última camada aplicada sobre o aço e protegê-la do

contato com o metal. Além do que, distinguem-se dos demais pela utilização de

óxido de cobalto e óxido de cobre, pois promovem adesão em adições no esmalte

entre 0,3 e 3% (Email Quality, 2007).

28

Figura 7 - Família dos principais tipos de esmaltes, Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

4.1 Aderência

A interface formada entre o esmalte e o metal base é resultado de complexas

reações químicas e físicas.

Na primeira fase do processo de queima, a superfície do metal oxida.

Somente essa fina camada será “molhada” pelo esmalte à temperatura de fusão

(aproximadamente 600°C). O óxido de ferro penetra através do esmalte; ao mesmo

tempo, os íons de cobalto e níquel são reduzidos formando cristais “dêntricos” (em

forma de ganchos) de cobalto metálico, níquel e metais associados ao ferro, o que

acelera a oxidação do ferro presente no aço. Assim, a superfície do aço se torna

mais rugosa criando muitos pontos em forma de âncora (pontos de acoplamento)

(MOORE, 1954).

29

Tabela 4 - Reações durante a fusão de esmaltes sobre o aço

Aço Esmalte

Oxidação do ferro Desgaseificação do biscoito

Desgaseificação e decomposição de resíduos oleosos

Decomposição de silicones e aditivos de moagem

"Molhamento" pelo esmalte Fusão do esmalte

Aceleração da Oxidação do Ferro Difusão dos íons de Co, Ni, F e Fe

Mudança da estrutura metalúrgica Saturação do oxido de ferro na interface do

esmalte e penetração do oxigênio

Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

A partir das reações citadas anteriormente (ver também tabela 8), pode-se

dizer que a adesão do esmalte ao aço depende diretamente da concentração de

cobalto e níquel no esmalte, das condições de redução da interface e os parâmetros

de queima. Devido também a diferentes composições e especialmente ao conteúdo

de carbono, a qualidade do aço tem uma significante importância (MOORE, 1954).

Além das reações citadas anteriormente, uma série de processos importantes

acontecem durante a queima de fundentes e diretos:

- O óxido de ferro formado é dissolvido no esmalte em estado líquido. Devido

ao gradiente de concentração ele é difundido até a camada de esmalte. Quando a

camada está saturada, o esmalte começa a devitrivicar parcialmente.

- Nestes locais ocorre uma super saturação de óxido de ferro trivalente e a

formação de cristais vermelhos (cabeças de cobre). Entretanto, o coeficiente térmico

de expansão não é afetado significantemente pela devitrificação.

- O esmalte tem pouca resistência mecânica e é sensível a defeitos causados

pela liberação de hidrogênio (escamas de peixe) (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

As adições na moagem, como argilas, sílica, feldspato e sais presentes no

esmalte aplicado são dissolvidos pelo menos parcialmente, tornando os esmaltes

fundentes mais refratários durante o processo de queima e ao mesmo tempo, mais

resistentes á futuras queimas (2C/2Q). Por este motivo, a formulação de fundentes é

feita com sílica, óxido de zircônio e feldspato com grânulos grosseiros, pois os

mesmos são decompostos mais vagarosamente que materiais mais finos (PEMCO

Brugge BVBA, 2008).

30

Figura 8 - Secção transversal de um fundente típico (200:1), Fonte: PEMCO Brugge BVBA, 2008

Os esmaltes diretos que não necessitam de queimas subseqüentes utilizam

geralmente pequenas quantidades de aditivos finamente moídos. A completa

decomposição das adições feitas na moagem (quartzo e alumina) não é favorável,

sendo que pode causar problemas superficiais e redução da aderência (PEMCO

Brugge BVBA, 2008).

A decomposição da argila, que ocorre por volta de 500°C, sempre é

acompanhada pela formação de vapor de água que permanece parcialmente no

esmalte formando bolhas. A “estrutura de bolhas” é uma característica dos esmaltes

fundentes e diretos e depende diretamente das condições de queima (ver figura 9).

O desenvolvimento adequado da estrutura auxilia na resistência mecânica do

vidrado. Fundentes isentos de argila tem pouca elasticidade e são mais sensíveis a

impactos (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

Figura 9 - Estrutura de bolhas – Esmalte fundente, Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

31

4.2 Esmaltes de cobertura e brancos diretos

Os esmaltes de cobertura e brancos diretos são responsáveis pelos efeitos

estéticos, pela estabilidade química e mecânica do esmaltado. Tais esmaltes

geralmente são classificados de acordo com a sua opacidade.

- Esmaltes transparentes não têm opacidade natural. Tal opacidade é

promovida por aditivos de moagem que são selecionados de acordo com a

colorimetria desejada, a resistência mecânica e expansão térmica.

- Esmaltes majólica são transparentes com a presença fraca de marrom e

cinza. São usados como esmaltes intermediários para a aplicação de esmaltes

brancos. São utilizados também como esmaltes para ferro fundido.

- Esmaltes semi-opacos são brancos e inadequados para esmaltação sem

adições de moagem ou óxidos corantes.

- Esmaltes de zircônio obtêm a opacidade através da recristalização. São

extremamente resistentes a detergentes, mas débeis aos ácidos.

Todos os esmaltes que têm suficiente opacidade para serem processados em

uma simples camada são chamados de esmaltes super opacos como os

borotitanatos (Vitreous Emails, 1984).

5 Manufatura de esmaltes

Para a manufatura de esmaltes vítreos usados para esmaltação inorgânica,

as matérias-primas devem passar por um processo de controle intensivo antes da

formulação, homogeneização e introdução nos formos de fusão. Lotes típicos são

compostos por cerca de 20 matérias-primas como quartzo, bórax, óxido de alumínio,

dióxido de titânio e complexos fluoretos. Os fornos de esmaltação requerem

temperaturas entre 1200 a 1400°C. São geralmente utilizados dois tipos de fornos:

- Fornos giratórios (ver figura 10) são cilindros revestidos de material refratário

com queimadores na parte frontal e a exaustão dos gases no lado oposto

juntamente com a absorção de flúor e de partículas sólidas. As matérias-prima

homogeneizadas são inseridas em um orifício na lateral do cilindro, onde também é

retirado o vidrado e depositado em um recipiente com água formando a frita. Este

tipo de forno ainda é usado para a produção em pequenas quantidades. Para

diminuir a emissão de gases, utilizam oxigênio puro e não mais ar para a combustão.

32

Figura 10 - Forno rotativo, Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

- Fornos contínuos (ver figura 11) têm forma de caixa. A matéria-prima é

inserida na parte traseira e o vidrado é retirado continuamente do lado oposto. A

camada de material em estado de fusão é relativamente pequena (1 a 2 cm) assim

como o tempo de permanência do vidrado (20 a 30 minutos). Em contraste com os

fornos rotativos, os vidrados têm um tratamento térmico uniforme.

Figura 11 - Forno contínuo, Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

Geralmente, fornos de fusão de vidrados utilizam gás ou energia elétrica. De

acordo com o tipo de forno a produção pode variar entre 8 a 20 toneladas diárias.

Amostras devem ser retiradas periodicamente com a finalidade de testar a qualidade

33

do material respeitando regulamentação das normas ISO 9000 e EN 29000 (PEMCO

Brugge BVBA, 2008).

6 Adições de moagem

Aditivo de moagem é o nome dado aos materiais auxiliares usados na

moagem de esmaltes vítreos. São classificadas da seguinte forma:

- argilas e substâncias similares;

- agentes de “setting” (geralmente sais solúveis);

- adições refratárias;

- opacificantes;

- óxidos corantes (pigmentos);

- água.

Todas as propriedades das fritas utilizadas na formulação de esmaltes estão

sujeitas à modificações através de adições feitas em sua formulação. Essas adições

provêem características acessórias aos esmaltes como viscosidade e densidade

ótimas para a aplicação, temperatura de queima e retardadores de oxidação do

metal base (PEI 402, 1995).

O número de adições de moagem depende grandemente da coloração

individual e do processo de esmaltação. Para aplicações úmidas (imersão, spray ou

flow coating) são utilizados até 15 materiais diferentes. Já em aplicações

eletrostáticas é necessário somente um aditivo refratário, um opacificante e

encapsulantes para aumentar as propriedades eletrostáticas (BRUCE;

SHARON,1949).

As adições utilizadas dependem da tipologia do esmalte que se deseja obter.

Os esmaltes mais utilizados são: os fundentes: esmaltes pretos com alto grau de

aderência, que podem ser utilizados diretamente sobre o metal base e geralmente

são negros ou azulados com superfície opaca; easy-clean ou diretos: esmaltes com

superfície brilhante que também podem ser aplicados diretamente sobre o metal

base por conterem óxidos reagentes como metal; apresentam colorações diversas,

mas geralmente tentem ao negro e ao azul, têm grande resistência aos ácidos;

coberturas: esmaltes essencialmente vítreos que necessitam da aplicação de um

esmalte fundente, pois não reagem com o metal de maneira a obter aderência,

apresentam diversas colorações principalmente brancas; auto-limpantes: esmaltes

34

porosos que permitem a deposição de resíduos, de coloração diversa e, também

como as cobertas, necessitam de uma interface com o metal através de um fundente

(PEI 402, 1995).

As principais adições são: alumina (Al2O3), trióxido de antimônio (Sb2O3),

bentonita, bórax, argilas, carbonato de magnésio (MgCO3), carbonato de potássio

(K2CO3), goma arábica, quartzo (SiO2), aluminato de sódio (NaAlO2), nitrito de sódio

(NaNO2), dióxido de titânio (TiO2) e uréia (CO(NH3)2).

6.1 Argilas e substâncias similares

Argilas são uma mistura de minerais naturais resultante do intemperismo de

alumíno silicatos alcalinos. Para a esmaltação, são utilizadas unicamente argilas

caoliníticas (Al2O3.2SiO2.2H2O). Em pequenas quantidades, podem ser usadas

argilas montmoriloníticas (Al2O3.4SiO2.nH2O).

Além da composição química, a qualidade comercial das argilas depende

vitalmente do tamanho das partículas (geralmente < 2 µm) e a quantidade de

impurezas. Em presença de água, apresentam suspensões estáveis. Algumas

pequenas adições de eletrólitos (sais solúveis) podem aumentar ou diminuir a

hidratação das partículas de argila alterando a viscosidade da suspensão. Estas

características são utilizadas para manter as partículas de fritas suspensas.

As principais impurezas das argilas são quartzo, feldspato e mica, que em

quantidades superiores a 30% de adição são geralmente nocivas para o esmalte. No

entanto, sabemos que quanto menos argila é adicionada, menor é o poder

suspensivo do esmalte.

Muitos tipos de argilas contém mais de 3% de óxido de ferro, o que não causa

defeitos em esmaltes fundentes, diretos e auto-limpantes, mas quantidades

superiores podem gerar alterações em coberturas e esmaltes brancos diretos.

Substâncias orgânicas com uma forma molecular alongada podem gerar

suspensões estáveis. Pequenas quantidades destas substâncias coloidais são

usadas em substituição às argilas (< 1%). As mais comuns são a goma arábica e o

CMC (carboxi metil celulose). Ambos podem causar defeitos pela liberação de gases

na sua decomposição (BRUCE; SHARON,1949).

35

6.2 Agentes de “setting”

O uso de sais de set-up está aliado ao uso de argilas, servem para ativá-las e

não substituí-las. Estes sais se dissociam eletricamente em fragmentos na solução

como derivados de constituintes metálicos chamados cátions e constituintes ácidos

chamados ânions.

Os cátions são derivados de metais alcalinos monovalentes como o sódio e o

potássio. Devido à diferença de tamanhos de cátions, os sais de potássio são mais

efetivos para a manutenção reológica da suspensão, comparados aos de sódio. Sais

derivados de elementos bivalentes como o magnésio, cálcio e bário não têm uma

ação tão rápida como os citados anteriormente. No entanto, dado o tempo

necessário para a estabilização, podem promover uma suspensão mais duradouras

(BRUCE; SHARON,1949).

Um efeito adicional pode ser esperado uma vez que os hidróxidos são

precipitados na suspensão com adições de sais de magnésio e potássio: os sais

alcalinos liquefazem na suspensão de argilas e formam substâncias complexas

como ácido cítrico e pirofosfato de sódio que reduzem a viscosidade (BRUCE,

SHARON; 1949).

Grandes quantidades de sais na formulação não alteraram a viscosidade da

suspensão de argilas e podem causar dificuldades na aplicação e defeitos como

migração de sais durante a secagem (BRUCE; SHARON, 1949).

Os principais sais usados são:

- Bórax – Na2B4O7.1OH2O: Retarda a oxidação do metal base desde a aplicação até

a secagem do esmalte. É utilizado em fundentes e diretos em quantidades inferiores

a 0,5%.

- Nitrito de Sódio – NaNO2: Reduz o tempo de drenagem, aumenta a viscosidade da

solução, a resistência mecânica do biscoito e a resistência a abrasão. Deve ser

usado em quantidades inferiores a 0,25% em esmaltes fundentes e diretos. Pode

causar linhas de sal se a secagem não for feita corretamente. Em coberturas causa

uma coloração creme e reduz a viscosidade de fritas de baixa temperatura à base de

titânio.

- Carbonato de Potássio – K2CO3: Utilizado para obter a reologia correta de

aplicação, pois mantém a solução estável em relação à densidade e à consistência.

Aumenta a resistência mecânica do biscoito e reduz a resistência á abrasão. Usado

36

em quantidades inferiores a 0,4% principalmente em esmaltes de cobertura

coloridos, nos quais também auxilia a drenagem e melhora a superfície do esmalte

queimado.

- Aluminato de Sódio – NaAlO2: Aumenta consideravelmente a consistência da

solução e reduz o tempo de drenagem em esmaltes fundentes e diretos, tendo seu

efeito moderado em cobertas onde aumenta a resistência mecânica do biscoito e a

resistência à abrasão. Usado em quantidades inferiores a 0,2%.

- Carbonato de Magnésio – MgCO3: Mantém constantes as características

reológicas dos esmaltes umectados e melhora a atomização de esmaltes aplicados

por spray. Deve ser usado em quantidades inferiores a 0,5% em esmaltes fundentes

e diretos. Pode ser usado em esmaltes cobertura em quantidades similares, mas

causa redução da resistência mecânica do biscoito.

- Tris Nitro (tris(hidroximetil)nitrometano): Usado para prevenir o crescimento de

bactérias que deterioram a suspensão em esmaltes que usam como floculantes

substâncias orgânicas como a Goma Arábica. Usado em pequenas quantidades

como 0,01% em todos os esmaltes.

- Uréia – CO(NH3)2: Diminui o efeito de “fio de cabelo” comum em coberturas. No

entanto age negativamente em todas as resistências do esmalte como a mecânica

do biscoito e a resistência à abrasão. Torna o esmalte menos consistente. Usado em

quantidades próximas a 1% (BRUCE; SHARON,1949).

6.3 Adições refratárias

Este grupo compreende adições utilizadas em esmaltes fundentes e diretos.

Ele inclui matérias-primas que são dissolvidas no esmalte durante a queima e

modificam as características químicas da composição para torná-las menos fusíveis.

Os materiais mais comumente usados são quartzo e feldspato, e com menor

freqüência, alumina e areia de zircônio (BRUCE; SHARON, 1949).

O tamanho das partículas de quartzo usadas para indústria de esmaltação

está entre 0,02 e 0,08 mm. A distribuição comercial de partículas feita por difração a

laser é definida na tabela 5. O quartzo finamente moído é usado para melhorar a

maticidade da superfície de alguns esmaltes de cobertura. Devem-se tomar

precauções durante o manuseio do quartzo uma vez que a sua inalação pode

causar silicose (doença pulmonar) (BRUCE; SHARON, 1949)

37

Tabela 5 - Quartzos tipicamente usados em esmaltes vítreos Tipo M2 M4 *M6 M8 M10 M300 M500

Tamanho Médio 71 µm 53 µm 35 µm 27 µm 22 µm 14 µm 4 µm

> 100 µm 40% 28% 8% 4% 1% 0,50% -

> 63 µm 55% 43% 24% 15% 8% 2% -

Superfície específica

1400 cm²/g

1900 cm²/g

2550 cm²/g

3000 cm²/g

3600 cm²/g

4800 cm²/g

14800 cm²/g

* Geralmente usados em fundentes e diretos Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

O quartzo puro deve conter no mínimo 99,4% de SiO2, o restante geralmente

é dividido entre Fe2O3, Al2O3, TiO2 e K2O.

O feldspato está disponível em diferentes distribuições granulométricas. O

potássico é utilizado para a formulação de esmaltes vítreos com a seguinte

composição: 19% de Al2O3, 67% de SiO2 e 13% de Na2O + K2O. Outros tipos de

feldspato como o sódico e o cálcico são raramente usados. A existência de

partículas incorretamente moídas pode causar rugosidade na superfície do esmalte.

O feldspato não é perigoso e pode, em alguns casos, substituir o quartzo.

A areia de zircônio é um produto natural comercializado com um grande grau

de pureza. A sua utilização em esmaltes fundentes e diretos está limitada a

esmaltação de tanques para água quente e trocadores de calor. Além da excelente

resistência térmica, a areia de zircônio pode ser usada como opacificante entre 2 e

4%.

A alumina é usada em esmaltes fundentes para aumentar a resistência

durante a queima e ainda para obter maticidade e rugosidade em esmaltes de

cobertura bem como a resistência à abrasão.

Os materiais inertes acima citados são adicionados em esmaltes fundentes e

diretos em quantidade entre 5 e 35%, dependendo das condições de queima e da

reatividade dos esmaltes (BRUCE; SHARON, 1949).

Em temperaturas superiores a 820°C são adicionados tipicamente de 5 a 10%

para esmaltes de cobertura lisos ou esmaltes fundentes que não têm uma camada

superior aplicada. Adições acima de 20% são recomendas para temperaturas

superiores a 830°C. Como regra geral, cerca de 30 a 50% do quartzo é dissolvido no

esmalte durante a queima (BRUCE; SHARON,1949).

38

6.4 Opacificantes

Além da utilização de fritas para recristalização na formulação de esmaltes,

coberturas podem ser parcialmente opacificadas para inserção de formadores de

bolhas (carbonatos, compostos orgânicos) ou mais efetivamente pelos seguintes

materiais:

- Dióxido de Titânio – TiO2: Opacificante que aumenta a resistência ácida e a

refratariedade. Reduz a aderência. Usado em quantidades inferiores a 5% em

esmaltes fundentes e diretos. Em coberturas auxilia na estabilidade da coloração e é

usado em quantidades de até 4%.

- Dióxido de Zircônio – ZrO2: Não somente clareia os óxidos, mas também estabiliza

a coloração. A despeito da sua alta refratariedade, ele pode ser largamente

dissolvido em alguns esmaltes e assim reduzir a estabilidade da coloração. Este

opacificante é geralmente usado em coberturas que contenham pigmentos a base

de cádmio. Usado em quantidades inferiores a 3%.

- Óxido de Estanho – SnO2: É um clássico opacificante para esmaltes transparentes.

Pode ser usado para clarear alguns esmaltes de cobertura coloridos em quantidades

entre 1 a 5%.

- Óxido de Zinco – ZnO: Tem efeito similar ao SnO2 (BRUCE; SHARON,1949).

6.5 Óxidos corantes (pigmentos)

A coloração sempre teve um papel importante nos esmaltes vítreos. Existem

duas possibilidades para alcançar a cor e a estética desejadas: colorir o vidrado

durante a fusão ou adicionar óxidos corantes (pigmentos) durante a moagem do

esmalte.

No primeiro caso, óxidos de cobalto, cobre, manganês, cromo ou ferro são

adicionados na formulação do vidrado durante a fusão. O número de cores obtidas é

naturalmente restrito sendo que o vermelho rubi somente é obtido com a fusão de

ouro coloidal. O efeito de coloração geralmente depende do estado de valência, da

coordenação e da quantidade de cátions do metal que futuramente será influenciado

pelas condições de queima e a composição do esmalte.

39

Tabela 6 - Cátions corantes

Cátion Co 2+ Cr 3+ Cr 6+ Cu 2+ Cu + Fe 2+ Fe 3+ Mn 3+ Mn 4+

Cor Azul Verde Amarelo Azul/Cinza Vermelho Azul/Cinza Amarelo Violeta Marrom


O segundo caso consiste em adicionar pigmentos na moagem de esmaltes.

Estes óxidos são pigmentos inorgânicos calcinados apresentando uma cor intensa e

uma excelente cobertura. No entanto, podem ser decompostos e perder suas

características se expostos à altas temperaturas ou por reações químicas durante a

fusão do esmalte. Assim, a solução química produzida pelo esmalte em estado de

fusão deve ser considerada para que se mantenham as características da coloração

desejada mesmo depois de repetidas queimas (BRUCE; SHARON,1949).

A composição da maioria dos pigmentos são óxidos ou compostos óxidos de

metais pesados, alguns sulfuretos, metais coloidais dissolvidos ou compostos os

quais a cor deriva da forma específica da estrutura cristalina (BRUCE;

SHARON,1949).

Os pigmentos mais usados pela indústria cerâmica podem ser atribuídos aos

seguintes grupos: óxido de ferro (Fe2O3), óxido de cromo (Cr2O3), pigmentos de

espinélio (XY2O4), pigmentos de rutílo (TiO2), óxido de zircônio, e pigmentos de

cádmo (BRUCE; SHARON,1949).

Geralmente pigmentos reagem de maneira muito específica em diferentes

tipos de esmaltes. Assim, uma seleção compatível com as condições de queima e

adições de moagem deve ser feita de acordo com a tabela abaixo:

Tabela 7 - Compatibilidade de pigmentos e tipos de esmaltes

Fundentes e

Diretos Transparentes Semi-Opacos

Brancos de Titânio

Esmaltes para Alumínio

Espinélio ++ +++ ++ - +

Rutilo - + ++ +++ +

Pigmentos de Zircônio

- - - + -

Óxido de Ferro

- - - - +++

Pigmentos de Cadmo

- +++ + - +++

Óxido de Cromo

- +++ + - -

Ouro Rubi - + ++ ++ -


40

6.6 Água

Considerando o seu consumo, a água é a mais importante matéria-prima

utilizada para esmaltação. Mesmo que evaporada durante a secagem, deve-se

assegurar que nenhum sal dissolvido pela companhia fornecedora permaneça no

biscoito, o que pode ocasionar vários defeitos no esmalte. Além do que, podem

interferir no comportamento reológico da suspensão (BRUCE; SHARON, 1949).

Os limites sugeridos na tabela a seguir devem ser obedecidos para a

obtenção de bons resultados durante a esmaltação:

Tabela 8 - Especificação americana de água para esmaltação CaO MgO SO4 Cl

Precisa de Ajuste 31 7,5 25 13

Ideal 43 10 102 18

Precisa de Tratamento

53 18 105 18

Valores em mg/l Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

7 Moagem de esmaltes

A redução do tamanho de partículas é uma parte importante do processo de

produção de esmaltes para aplicação sobre lâminas de aço de baixo carbono. Nesta

etapa são usados moinhos cilíndricos intermitentes com revestimento de alta

densidade (alta alumina) ou porcelana e corpos moedores feitos de material com

dureza similar ao revestimento (PEI 401, 1995).

A operação de moagem requer um rigoroso controle, uma vez que afeta as

propriedades de aplicação, tanto em seco quanto a úmido, permitindo a correta

distribuição dos tamanhos de partículas. Deve ser conduzida de modo a evitar

contaminação entre diferentes tipos de esmaltes (PEI 401, 1995).

O comprimento e o diâmetro do moinho são importantes não tão somente

pela capacidade produtiva, mas também nas etapas de carga e descarga. Um

moinho com comprimento muito maior que o diâmetro, torna-se difícil de carregar

uma vez que o material tende a formar pilhas logo abaixo do orifício de entrada que

se localiza na lateral do cilindro. O contrário também não é benéfico sendo que o

torque necessário para o início da moagem pode causar dano ao conjunto motor

(polias, correias, motor, etc.).

41

A relação entre comprimento e diâmetro deve estar em torno respectivamente

de 3:2 e 3:4, dimensões que são consideradas de grande eficiência (FELLOWS;

MCLAUGHLIN, 1939).

A velocidade do moinho geralmente é expressa em revoluções por minuto

(RPM). No entanto, a velocidade a ser considerada é a periférica, que varia de

acordo com o diâmetro interno.

As operações de moagem levam em consideração um método chamado de

“porcentagem da velocidade critica” que define a velocidade que trará mais eficiência

á operação (ver figura 12) (PEI 401, 1995).

A seguinte equação calcula a velocidade de operação para ter toda a carga

de bolas operando da forma mais efetiva:

N = revoluções por minuto

R = raio do moinho em pés

(K) é a razão do raio interior da carga de bolas com respeito ao raio do

moinho quando este está operando com o melhor ângulo de ruptura, e (P) é a fração

do volume do moinho ocupada pela carga. Por tanto, sabendo somente o raio do

moinho e a porcentagem do volume de esferas no moinho, podemos calcular a

velocidade teórica do moinho apropriada (PEI 401, 1995).

Esferas de alumina de alta densidade são recomendadas como corpos

moedores. No caso de utilização de outros materiais com densidades inferiores a 3,6

g/cm3, deve-se tomar cuidado com a contaminação que o resíduo gerado durante a

moagem possa causar.

O tamanho dos corpos moedores é importante por estar relacionado á

velocidade de maior eficiência da operação e pela distribuição de tamanho de

partículas desejada.

42

Figura 12 - Movimento de bolas em diferentes velocidades, Fonte: adaptação de PEMCO Brugge

BVBA, 2008

Figura 13 - Distribuição de tamanhos de partículas (A – 5,0% em malha ASTM 200, B – 8,0% em

malha ASTM 325 e C – 1% em malha ASTM 325), Fonte: PEMCO Brugge BVBA, 2008

Esferas de 5 cm de diâmetro atuam na redução de partículas relativamente

grandes como as de fritas durante a primeira etapa onde prevalece à moagem por

impacto entre os corpos moedores, o material a ser moído e as paredes internas do

moinho. Já as de 3 cm ou menores atuam logo em seguida friccionando as

partículas menores.

Em relação à eficiência que a distribuição de tamanhos dos corpos moedores

pode trazer à moagem de esmaltes vítreos para metais, recomenda-se a seguinte:

20 – 25% - Bolas Grandes – 4 a 5 cm

50 – 60% - Bolas Médias – 3 cm

20 – 25% - Bolas Pequenas – 2 a 2,5 cm

43

É importante lembrar que devido à redução constante dos corpos moedores,

torna-se necessária a adição de bolas grandes e a seleção em forma periódica (PEI

401, 1995)

Os corpos moedores devem ocupar cerca de 50-55% do volume interno do

moinho. Uma carga acima destes valores poderia causar excessivo tempo de

moagem.

O volume de carga deve ser medido pela cobertura dos corpos moedores

pelo material a ser moído lembrando que se deve girar o moinho algumas vezes

para acomodar os espaços vazios gerados pela forma esferoidal dos corpos

moedores (PEI 401, 1995).

Após a operação de moagem, aplica-se a seleção de partículas através de

peneiras objetivando retirar resíduos de materiais que não foram devidamente

reduzidos que podem afetar a superfície do esmalte aplicado (PEMCO, 2008).

Figura 14 - Design típico de equipamentos para moagem, Fonte: adaptação de PEMCO Brugge

BVBA, 2008

A produção de esmalte líquido deve ser considerada como um processo de

manufatura industrial de matéria-prima. A especificação de carregamento de

moinhos é chamada de “fórmula de moagem” que descreve a natureza e quantidade

de materiais a serem moídos ou misturados, assim como a quantidade de água e em

alguns casos o tempo de adição de esmaltes e/ou aditivos.

É muito importante ter certos níveis de precisão nos processos de pesagem e

controle. Balanças analíticas ou mesmo mais precisas podem ser usadas para a

pesagem da formulação dos esmaltes, mas não são necessárias. Na tabela a seguir

podemos perceber que 10 g é uma medida inútil para a manufatura de matérias-

primas:

44

Tabela 9 - Escala de distintos tipos de balanças

Balança Escala Exatidão

Escala Analítica 1 mg - 210 g ± 0,1 mg

Escala de Laboratório 0,02 g - 2000 g ± 0,01 g

Escala Pequena 0,2 g - 10 kg ± 0,1 g

Escala de MP 1 kg - 150 kg ± 0,01 g Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

As fórmulas de moagem descritas na tabela 10 são exemplos de esmaltes

fundentes para várias faixas de temperatura:

Tabela 10 - Formulação de fundentes

Fórmula Sem Quartzo Baixa Temp. Média Temp. Alta Temp. Grades

Frita Muito Dura 20 - - - -

Frita Dura 20 20 40 40 20

Frita Normal 40 30 40 40 50

Frita Mole 20 50 20 20 30

Argila 5 a 7 5 a 7 5 a 7 5 a 7 5 a 7

Quartzo - 6 a 15 10 a 20 15 a 30 15 a 20

Bórax 0,1 a 0,2 0,1 a 0,2 0,1 a 0,2 0,1 a 0,2 0,1 a 0,2

Nitrito de Sódio 0,05 a 0,01 0,05 a 0,01 0,05 a 0,01 0,05 a 0,01 0,05 a 0,01

Água 50 a 55 50 a 55 50 a 55 50 a 55 50 a 55

Tamanho de Partícula 3 a 8 (3600) 2 a 6 (3600) 2 a 6 (3600) 3 a 8 (3600) 2 a 6 (3600)

Densidade (g/cm³) 1,62 a 1,75 1,68 a 1,75 1,68 a 1,75 1,68 a 1,75 1,68 a 1,75 Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

Todas as argilas com bom poder de suspensão e homogeneidade podem ser

empregadas. O quartzo deve ser suficientemente fino, não contendo partículas

acima de 100 µm de diâmetro, o que causaria defeitos na superfície de esmaltes

como pontos brancos de quartzo não dissolvido.

Em casos em que se deseje uma cobertura lisa e brilhante, as quantidades de

quartzo e argila devem ser diminuídas ao mínimo (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

Fundentes com adição de óxidos corantes não resistentes à ácidos são

geralmente extremamente lisos obtendo cores escuras como preto, azul e marrom.

Nos últimos anos são utilizados esmaltes a base de cério para obter cores mais

claras, sempre lembrando que a adição de opacificantes reduz severamente a

aderência. Fundentes opacificados não têm estabilidade a repetidas queimas assim,

somente esmaltes com uma excepcional aderência e brilhos são usados para este

fim (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

A seguir, podemos acompanhar na tabela 11 a formulação básica de

fundentes coloridos:

45

Tabela 11 - Formulação de fundentes coloridos

Fórmula Preto e Azul

Satinado Preto e Azul

Brilhante Marrom

Fritas 100 100 100

Óxidos Corantes 2 a 3 2 a 3 3 a 6

Argila 6 5 1

Bentonita - - 1

Quartzo 10 - -

Ácido Bórico 0,2 0,2 0,3

Nitrito de Sódio 0,1 0,1 0,1

Água 50 50 45

Tamanho de Partícula 2 a 4 (3600) 2 a 4 (3600) 3 a 5 (3600) Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

Assim como veremos posteriormente, esmaltes fundentes para processos de

aplicação de duas camadas e uma queima estão constantemente substituídos os

convencionais. Devido aos altos requerimentos de qualidade são diferentes e não

devem ser confundidos nem misturados. A formulação de fundentes 2C/1Q é

descrita na tabela a seguir:

Tabela 12 - Formulação de fundentes para 2C/1Q

Fórmula Úmido/Úmido Úmido/Seco Independente

Fritas 100 100 100

Argila 0 a 3 0 a 2 1 a 3

Aerosil (Quartzo Ultrafino) 1 a 2 1 a 2 1 a 2

Carbonato de Magnésio 0,1 a 0,2 - 0,05

Quartzo 15 a 30 0 a 10 0 a 10

Carbonato de Potássio 0,1 a 0,2 0,2 a 0,3 -

Nitrito de Sódio 0,1 0,1 a 0,2 0,1 a 0,2

Agente Orgânico 0,1 a 0,2 0,1 a 0,2 0,1 a 0,2

Bentonita 0 a 0,2 0 a 0,2 0 a 0,2

Água 48 a 50 52 a 58 48 a 52

Tamanho de Partícula 0,5 a 2 (16900) 0,5 a 2 (16900) 1 a 3 (16900)

Densidade (g/cm³) 1,60 a 1,75 1,50 a 1,65 1,65 a 1,72 Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

Para a aplicação de resistência ácida e ao detergente em esmaltes diretos,

que por sua vez estão substituindo os fundentes usados para acabamento, uma

variedade de fórmulas é usada dependendo do tipo de esmalte e sua aplicação (ver

tabela 13).

Em esmaltes fundentes são usados vários aditivos buscando melhorar as

características do esmalte original como: características reológicas (silicato de sódio

hidratado, magnésio, cloreto de magnésio, nitrato de bário), estabilização da

estrutura de bolhas (carbonato de magnésio básico), aderência (trióxido de

46

antimônio) e opacificação (dióxido de titânio). Para obter pontos brancos são

adicionados 20% ou mais de esmaltes bancos de titânio pré-moídos, o que

influenciará negativamente na aderência (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

Tabela 13 - Formulação de diretos com resistência química

Fórmula Resist. Ácida

para Coloridos Altamente Resist.

ao Ácido* Resist. a

Detergentes Resist. a Água

Quente**

Fritas 100 100 100 100

Óxidos Corantes 0,5 a 4 - - -

Argila 4 a 6 5 a 7 5 a 7,5 6 a 9

Bentonita - 0,3 a 0,4 0,2 a 0,3 -

Carbonato de Magnésio 0,1 a 0,2 - 1 0,05

Quartzo 5 a 10 10 a 20 15 25 a 40

Ácido Bórico 0,2 0,2 a 0,3 0,1 a 0,2 0,25

Nitrito de Sódio 0,1 a 0,2 0 0,1 a 0,2 0,1 a 0,2

Água 48-50 54 a 56 50 54 a 58

Tamanho de Partícula 0,5 a 3 (3600) 10 a 12 (16900) 4 a 5 (3600) 8 a 20 (3600)

Densidade (g/cm³) 1,70 a 1,72 1,56 a 1,70 1,72 a 1,76 1,78 a 1,88

Temp. de Queima [°C] 820-840 830-860 830-840 840-870

* aplicação de pó eletrostático úmido

** aplicação de flow coating Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

Para esmaltes de cobertura incluindo esmaltes brancos diretos (DWE) as

fórmulas comumente utilizadas são descritas na tabela 14.

Tabela 14 - Formulação de brancos de titânios super opacos

Fórmula Brancos Diretos

Cobertura Brancos para

2C/1Q

Esmalte Branco de Titânio 100 100 100

Argila 4 a 6 3 a 4 3 a 4

Bentonita 0,5 - -

Quartzo 0 a 4 0 a 10 0 a 4

Aerosil (Quartzo Ultrafino) - 0 a 1,5 0 a 1,5

Aluminato de Sódio 0,6 0,2 a 0,4 0,2

Carbonato de Potássio 0,1 0,2 a 0,4 0,2

Nitrito de Sódio 0,05 - -

Água 58 a 64 45 a 52 45 a 50

Uréia - 0,2 a 0,5 0,2 a 0,5

Tamanho de Partícula 4 a 5 (16900) 0,5 (3600) 0,5 (3600)


Somente argilas que causem o mínimo de efeito sobre a coloração são

usadas em esmaltes super opacos. Freqüentemente a adição de 5% de quartzo

finamente moído pode aumentar a resistência ao choque térmico destes esmaltes o

que aumenta a temperatura de amolecimento. A resistência ácida de acordo com a

47

norma EN 14483-1-9 pode ser melhorada com a substituição de 0,8 partes de argila

por cerca de 1,5% em peso sílica altamente dispersa (aerosil/ultrasil) (PEMCO

Brugge BVBA, 2008).

Quando óxidos corantes são adicionados á coberturas, a densidade do líquido

(suspensão) não deve ser inferior a especificada, pois pode ocorrer segregação de

partículas (no caso do uso de pigmentos de cádmo, a precipitação pode ser ainda

maior).

A quantidade de óxidos corantes depende da natureza e da cor requerida. A

utilização usual está em torno de 3-5% em cobertas transparentes e 1-1,5% em

cobertas opacas (em casos especiais como “vermelho-sangue” são usados até

10%). Para esmaltes pretos são usados óxidos com o mínimo de componentes de

cromo possível.

Esmaltes mate são importantes para aplicações em arquitetura, banheiras e

sanitários. Eles produzem superfícies mate e geralmente preparados segundo

descrito na tabela 15. Além disso, efeitos mate podem ser obtidos através da

adição/combinação de alumínio hidratado (3-5%), quartzo finamente moído (ou

cristobalita) (10-20%) e nitrato de boro (0,2-1%).

Tabela 15 - Formulação de coberturas coloridas

Fórmula Coloridos Mates

Esmalte Transparente 100 50 a 90

Esmalte Mate - 10 a 50

Argila 4 4 a 5

Quartzo 0 a 5 3 a 15

Aluminato de Sódio 0,2 0,2

Carbonato de Potássio 0,2 0,2

Óxidos Corantes 3 a 5 2 a 4

Água 44 a 48 44 a 48

Uréia 0,2 a 0,5 0,3 a 0,5

Tamanho de Partícula 0,5 a 5 (3600) 0,5 a 5 (3600)

Densidade (g/cm³) 1,70 a 1,72 1,72 Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

Condições incorretas das suspensões dos esmaltes geralmente ocorrem por:

uso de argilas incorretas, uso de muitos sais de “setting”, adição não exata de

pigmentos e controle inadequado de grau de moagem, densidade e comportamento

reológico (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

Ainda, adicionar sais de “setting” (set-up, ajuste) depois da moagem ou

reduzir a viscosidade adicionando pirofosfato ou ácido cítrico á suspensão é um mau

48

hábito e pode causar equívocos. Se não houver outro modo de corrigir o dano, como

adicionar o material fora de especificação em quantidades não superiores a 10% em

outro esmalte em condições normais, deve-se adicionar sais de “set-up” dissolvidos

em água quente em pequenas quantidades (sempre esperando que a solução seja

estabilizada antes de outra adição). Lembrando que em fundentes e diretos deve ser

usado nitrito de sódio e em coberturas cloreto ou carbonato de potássio.

7.1 Propriedades e testes de comportamento reológico

Reologia é o ramo da física que estuda a viscosidade, plasticidade,

elasticidade e o escoamento da matéria, ou seja, um estudo das mudanças na forma

e no fluxo de um material, englobando todas estas variantes (PEI 502, 1995).

Cada método de aplicação requer um determinado conjunto reológico para

alcançar a camada necessária de esmalte de maneira a desenvolver todas as

características esperadas.

Esmaltes fundentes e diretos, aplicados por imersão, apresentarão camadas

entre 230 e 250 µm com uma densidade de aproximadamente 1,7 g/cm³ e

viscosidade de 3 a 4 Pa.s, salvo em aplicações em metais para aquecedores que ao

necessitarem de maiores camadas, necessitam maiores valores de densidade e

viscosidade e esmaltes fundentes usados como base de auto-limpantes em duas

camadas e uma queima, que necessitam de valores menores obtendo camadas

mais finas.

Esmaltes auto-limpantes, aplicados por flow coating, geralmente em duas

camadas e uma queima, apresentarão camadas entre 300 e 320 µm com uma

densidade de 1,5 g/cm³ e viscosidade de 1,5 a 3 Pa.s. Já em duas camadas e duas

queimas, apresentam valores similares aos fundentes e diretos.

Esmaltes cobertura, aplicados por spray, geralmente em duas camadas e

duas queimas, apresentarão camadas entre 230 e 250 µm com uma densidade de

1,78 g/cm³ e viscosidade de 5 a 6 Pa.s.

É importante salientar que os diferentes tipos de esmaltes requerem

diferentes tamanhos de partículas principalmente pelo tipo de aplicação geralmente

utilizado. Esmaltes fundentes e diretos, peneirados em malha 40 ASTM, devem

apresentar 5% de resíduo em malha 200 ASTM; desta forma serão melhor aplicados

por imersão uma vez que partículas mais finas poderiam gerar defeitos como “linha

49

de cabelo” e camadas não homogêneas com bordas mais grossas. Já esmaltes

cobertura, peneirados em malha 60 ASTM, devem apresentar 15% de resíduo em

malha 325 ASTM para que se obtenha uma camada homogênea utilizando o método

de spray. No caso de auto-limpantes, o tamanho de partículas é uma função

secundária no que tange a aplicação por flow coating. São peneirados em malha 40

ASTM e apresentam 10% de resíduo em malha 200 ASTM. Aplicações eletrostáticas

requerem esmaltes com tamanhos de partículas completamente passantes em

malhas 325 ASTM (PEI 502, 1995).

As propriedades da suspensão do esmalte devem ser acompanhadas

rigorosamente. Principalmente em aplicações de imersão e spray. Muitos métodos

foram desenvolvidos para reduzir os defeitos causados por diferenças no

comportamento reológico da linha de produção. Estes testes devem ser feitos por

pessoas capacitadas e preferencialmente por quem prepara as formulações de

moagem.

Para melhor entendimento dos testes, algumas características básicas devem

ser explicadas brevemente.

A suspensão de esmalte é um sistema coloidal onde uma fase é finamente

distribuída em outra (as partículas sólidas em água). Devido ao pequeno tamanho

das partículas, a superfície interna das partículas dispersas é muito maior que a

externa da suspensão. (ver figura 15).

Figura 15 - Partículas do esmaltes em suspensão, Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

A suspensão líquida pode se tornar gel se a distância entre as partículas

sólidas for menor que a média de diâmetro das partículas.

Esta solução não está em equilíbrio termodinâmico, mas em estado

intermediário entre líquido e gel que é diretamente influenciado pela dissolução,

50

precipitação e reação de troca de íons. Estas propriedades podem mudar como

tempo e dependem da concentração de água da suspensão.

O comportamento de um sistema líquido é melhor caracterizado pelas

propriedades reológicas como viscosidade e tixotropia. A taxa de fluxo depende da

força aplicada contra a resistência interna do líquido. A água pura é um líquido

newtoniano no qual o fluxo é igual à força que atua nele. Líquidos não newtonianos

como o esmalte, começam a fluir depois que uma força mínima é aplicada (chamada

viscosidade estrutural). Figurativamente falando, essa força é necessária para

superar a força estrutural do sistema. O início do movimento é chamado de “ponto

de rendimento” (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

A tixotropia pode ser definida como: transição da suspensão de gel para

líquido e vice-versa ou, a capacidade do esmalte de deixar uma camada específica

sobre uma superfície imediatamente quando a sua força estrutural não é superada

(em aplicações por imersão).

Uma suspensão de esmalte é um líquido viscoso intrínseco com um ponto de

rendimento e com comportamento tixotrópico.

Na prática, a taxa de fluxo de esmaltes para aplicação por imersão, flow

coating, spray, etc. são muito diferentes podendo variar entre 10 s-1 até 100.000 s-1.

Os valores mais baixos são encontrados em aplicações por imersão onde as peças

são banhadas e suspensas. A pasta será drenada até que a força da gravidade

sobreponha á resistência estrutural (o ponto de rendimento). Assim, o ponto de

rendimento regula a camada a ser obtida.

Quando aplicado em panelas por discos de alta rotação, a força da gravidade

e suplementada pela força centrífuga. Assim, o ponto de rendimento deve ser mais

alto para superar a somatória de forças e manter a camada desejada.

Em aplicação por spray, a suspensão é atomizada com ar comprimido e

jateada em direção a peça. A taxa de fluxo deve ser em torno de 100.000 s-1.

Conseqüentemente a solução deve apresentar alta viscosidade estrutural.

Em aplicações eletroforéticas (EPE), o movimento das partículas de esmalte

em direção a peça é guiado unicamente pelo efeito eletroforético (efeito não

mecânico). Assim, a taxa de fluxo é inferior aos esmaltes que são influenciados por

parâmetros eletroquímicos. No entanto, os parâmetros da solução (viscosidade,

condutividade, densidade, ph) devem ser mais criticamente controlados.

51

Obviamente, através das explicações anteriores, as características da

suspensão são influenciadas pelos agentes de suspensão e as argilas e pode variar

de acordo com o tipo de material usado como pode ser observado na tabela 16.

Bentonita é altamente tixotrópica assim como substâncias orgânicas coloidais. Este

fato explica o sucesso da substituição da argila por este material (PEMCO Brugge

BVBA, 2008).

Tabela 16 - Efeito de diferentes tipos de argilas

Argilas Habilidade Relativa

de "Setting" Tixotropia

Resistência do Biscoito

Bentonita 25 Alta Baixa

Argila Azul 5 Média Média

Argila Branca 3 Média Média

Caulim 0,5 Baixa Alta Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

Sabendo que as argilas e os sais de ajuste são substâncias intrusas no

esmalte, elas devem ser economicamente usadas. O mínimo de adição de argilas

deve ser usado para manter a suspensão e a relativa alta densidade evitando o uso

de agentes de ajuste.

Excessos de sais aumentam a quantidade de água necessária e podem

causar defeitos superficiais. A água é rapidamente saturada pelos sais de ajuste o

que a torna incapaz que compensar as variações durante a aplicação. Outro ponto

negativo é que depois da secagem, um esmalte com muita água gera um biscoito

muito sensível, danos mecânicos e deposição de finas partículas (pigmentos e

argilas) na superfície causando linhas visíveis no esmalte queimado além do que,

muita água reduz a eficiência do processo de secagem (PEMCO Brugge BVBA,

2008).

7.2 Grau de moagem

O grau de moagem é testado como o material ainda no moinho o que permite

continuar a moagem caso necessário. Se o esmalte estiver excessivamente fino,

deve ser adicionado em quantidades não maiores que 10% em esmaltes

corretamente moídos.

Para testar o grau de moagem, analises de tamanhos de partículas são feitas

com curvas granulométricas (com informações estatísticas) e um teste de retenção

52

em malhas. O primeiro é utilizado para controlar lotes de matérias-primas. O

segundo para controles de rotina de produção em esmaltes úmidos e secos.

Dispositivos simples de fácil manuseio são disponibilizados pela BAYER (ver

figura 16).

A abertura da malha depende da aplicação do esmalte proposto. Para

aplicações em spray e imersão, malhas com 100 µm (abertura de 3.600 fios/cm²)

são usadas. Para aplicações eletrostáticas em úmido e eletroforéticas onde os

esmaltes são mais finamente moídos, são usadas malhas com 300 µm (abertura de

16.900 fios/cm²) são essenciais. O teste de retenção sobre malha é estandardizado

de acordo com a ISO 3310/1 (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

A tabela 17 descreve os valores comumente obtidos nas diferentes técnicas

de aplicação.

Tabela 17 - Grau de Moagem

Tipo de Esmalte Grau de Moagem

Fios/cm²

Esmaltes Diretos e Lisos 0,5 a 0,3 3600

Coberturas com Aplicação Manual 0,5 a 0,3 3600

Esmaltes Fundentes 1,0 a 6,0 3600

Esmaltes Diretos para Termo-Tanque 8,0 a 16,0 3600

Esmaltes com Pontos Brancos 1,0 a 10,0 3600

Esmalte de Cobertura para Pó Eletr. Úmido 4,0 a 10,0 16900

Esmaltes Fundentes para 2C/1Q 0,5 a 0,3 16900 Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

Figura 16 - Teste BAYER de tamanho de partícula

7.3 Densidade

A densidade é o peso de 1 cm³ de esmalte em gramas. É resultado da

densidade individual dos componentes, incluindo a água, sendo assim um teste

53

importante para o ajuste da suspensão. Os esmaltes vítreos, o quartzo e as argilas

têm uma densidade média de 2,6 g/cm³. A água tem 1 g/cm³ enquanto a densidade

dos óxidos corantes pode variar entre 2,6 a 4,0 g/cm³. O grau de moagem não tem

influência na densidade (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

A tabela 18 descreve as densidades praticadas para cada tipo de esmalte.

Figura 17 - Teste de densidade - picnômetro, Fonte: PEMCO Brugge BVBA, 2008

Tabela 18 - Densidade aproximada por tipo de esmalte

Tipo de Esmalte Densidade (g/cm³)

Esmaltes Fundentes para 2C/1Q 1,50 a 1,65

Esmaltes Fundentes 1,65 a 1,78

Esmaltes Diretos 1,68 a 1,76 - (ESTA: 1,56 a 1,65)

Esmaltes Brancos de Titânio 1,65 a 1,75 - (ESTA: 1,56 a 1,65)

Esmaltes Coloridos 1,70 a 1,75

Esmaltes Diretos para Termo-Tanques 1,78 a 1,90

* ESTA: aplicação eletrostática a úmido Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

7.4 Comportamento reológico

Dada a fórmula de moagem, o correto grau de moagem e os corretos ajustes

de densidade, as variações nas propriedades de aplicação sob condições normais

não são tão constantes. A lixiviação dos componentes dos esmaltes tem fortes

efeitos nas características reológicas. Assim, vários métodos são usados para a

caracterização destas propriedades (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

54

7.5 Teste de imersão

O fluxo de uma suspensão pode ser simulado em um plano o qual é imerso

em drenado obliquamente durante o tempo de aplicação normal. Deve-se considerar

que a velocidade de drenagem afeta o resultado. Depois de drenado, o esmalte

retido no plano é pesado. Conhecendo a área aplicada, calcula-se a quantidade de

esmalte necessária para cada cm² de substrato. Este teste é conhecido como “peso

de aplicação” (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

7.6 Teste de imersão de placa calibrada

O teste de imersão de placa calibrada foi desenvolvido para determinar a

consistência do esmalte sem a necessidade de pesá-lo. É efetuado com uma placa

perfurada com diversos diâmetros que pode definir relações entre esmaltes similares

(ver figura 18). Quanto mais perfurações abertas depois da imersão, maior a fluidez

do esmalte (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

Figura 18 - Teste de peso de aplicação, Fonte: PEMCO Brugge BVBA, 2008

7.7 Viscosímetro rotativo

Grande variedade de viscosímetros são usados para a medição da

viscosidade ou de todos os dados reológicos (ver figura19).

55

Para testes de maior precisão é aconselhado o sistema de cilindro co-axial

com controle de velocidade automático no qual é calculada a diferença de torque

entre o cilindro interno e o externo (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

Figura 19 - Teste de viscosidade, Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

Caso os aparelhos descritos acima não sejam suficientes para o controle dos

aspectos reológicos sugeridos palas formulações, devem-se aplicar testes de

condutividade, de pH ou mesmo de análise química da água utilizada no processo

(PEMCO Brugge BVBA, 2008).

8 Propriedades e testes de pó eletrostático

Testes específicos criados para a análise das propriedades do pó eletrostático

são descritos a seguir.

8.1 Grau de moagem

A distribuição de partículas do pó eletrostático pode ser determinada pelo

método BAYER, descrito anteriormente (abertura 0,06 mm = 60 µm = 10.000

fios/cm²).

Com equipamentos de deflecção a laser (XRF), pode-se obter o desvio

padrão (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

56

8.2 Fluidez

A fluidez do pó é a capacidade que ele tem de criar uma suspensão com o ar.

Essa propriedade é essencial para o transporte do pó através de tubulações da

cabine de aplicação e para o funcionamento das pistolas. A fluidez é geralmente

medida com um fluidímetro da marca SAMES, tipo AS100 (ver figura 20) ou

compatível. De maneira a tornar os resultados reproduzíveis, os seguintes

parâmetros são importantes: homogeneidade do pó, temperatura e umidade do

sistema de ar, velocidade do sistema de ar e a geometria do leito de escoamento do

pó. A medida é expressa em g/30s (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

Figura 20 - Teste de fluidez, Fonte: PEMCO Brugge BVBA, 2008

8.3 Adesão

Para a medição de adesão, um aparato especial foi desenvolvido (ver figura

21). Uma lâmina de aço aplicada (200 x 200 mm com 20g de pó) (não queimada) é

golpeada por uma força conhecida. O quociente do pó permanecido na lâmina antes

e depois do golpe é multiplicado por 100 é resulta no valor da adesão em

percentagem. Como a adesão diminui com o tempo, o teste é repedido em intervalos

de 15 minutos. O requerimento mínimo é de 60% de adesão (PEMCO Brugge BVBA,

2008).

57

Figura 21 - Teste de impacto, Fonte: PEMCO Brugge BVBA, 2008

8.4 Resistência elétrica superficial

A resistência elétrica do pó pode ser determinada por um simples princípio:

80g de pó são dispostos entre dois eletrodos (ver figura 22) em forma de copo.

Aplicando uma corrente elétrica, um dispositivo mede a resistência (graduado em

1016 Ω).

A corrente sempre escolhe o percurso de menor resistência e o faz

geralmente ao longo da superfície. A medida em Ω é idêntica a resistência

superficial. Uma multiplicação com o cociente da superfície em cm² e a camada de

pó resulta na resistência superficial em Ω.cm.

Esta medida pode ser influenciada pela umidade do pó tendo uma ligação

direta na umidade de armazenagem e indireta na adesão (PEMCO Brugge BVBA,

2008).

Figura 22 - Teste de resistência da superfície, Fonte: PEMCO Brugge BVBA, 2008

58

9 Aplicação de esmaltes

Muitos métodos de aplicação foram desenvolvidos ou adaptados buscando

maior qualidade e menores custos. Desde a aplicação por spray, imersão e flow

coating até as mais tecnológicas como aplicação eletrostática e eletroforética com

possibilidades ilimitadas. Para reduzir ainda mais o custo das aplicações, tem-se

aplicado cada vez mais processos de duas aplicações e uma queima (2C/1F).

A seleção do método “correto” de aplicação depende de diversos fatores e

não pode ser generalizada. Alguns cálculos e considerações são necessários para

encontrar o equipamento ótimo que pode diferir de empresa para empresa e de linha

para linha. Isso também vale para o pré-tratamento, uma vez que linhas modernas

de esmaltação não devem ser somente econômicas, mas também ambientalmente

corretas (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

Podem-se alcançar os parâmetros citados acima seguindo os seguintes

aspectos:

- o processo deve ser desenhado para que a produção seja a mais efetiva

possível;

- custos de manutenção e investimentos devem ser considerados em

paralelo.

- custos de educação de colaboradores podem variar de país para país, mas

está conectado ao tipo de técnica empregada. Sendo assim, em países com

mão-de-obra barata, aplicações manuais são mais econômicas que linhas industriais

automáticas.

- a linha deve ser completa evitando estoques intermediários sendo que o

processo de transporte deve ser único e inequívoco.

- aspectos qualitativos devem ser considerados desde a entrada das

matérias-primas até a saída dos produtos acabados.

Maiores detalhes são adicionados na descrição dos vários métodos de

aplicação (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

9.1 Spray

Em todas as aplicações por spray a suspensão de esmalte é atomizada por ar

comprimido e jateada em direção a peça. A atomização feita pelas pistolas (ver

59

figura 23) é resultado alta velocidade entre o fluido e o ar pressurizado que é

influenciada pela compressão do ar e pelo diâmetro de saída da pistola.

As válvulas da saída são feitas de aço inoxidável excepcionalmente duro ou

tungstênio e a pistola de alumínio ou ligas leves (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

Figura 23 - Pistola para aplicação em spray, Fonte: PEMCO Brugge BVBA, 2008

O tamanho das gotas depende do fluxo de ar comprimido. Sabemos que a

tubulação de ar comprimido causa perda de pressão dependendo da distância e do

consumo. Assim, uma pressão superior deve ser disponibilizada e regulada através

de válvulas. A pressão de atomização varia entre 2,8 e 3,5 bar. Com sistemas mais

modernos que utilizam HVLP (high volume low pressure) a pressão de atomização

está entre 0,8 e 1,8 bar (ver tabela 19).

Tabela 19 - Parâmetros em diferentes pistolas de pó eletrostáticos

Parâmetro Unidade Pistola de

Mão Pistola HVLP

Pistola Automática

Abertura Nozzle [mm] 1,8 a 2,6 - 1,4 a 2,2

Pressão de Spray [bar] 2,8 a 3,5 0,8 a 1,8 4,0 a 4,5

Consumo de Esmalte [litros/min] 0,6 a 0,8 - 1,5 a 2,0

Consumo de Ar [litros/min] 240 100 -

Distância da Peço [cm] 20 a 40 15 a 20 -

Eficiência de Transferência [%] 40 a 50 50 a 65 - Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

Baixas pressões são vantajosas pelo menor consumo de ar e alta

transferência de esmalte. No entanto, menor pressão que no necessário pode

60

causar a formação de camadas não uniformes e acúmulo de esmalte no bico da

pistola (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

Sob condições de produção, geralmente pistolas manuais ou fixas não

aderem à camada requerida. Além disso, a aplicação manual é economicamente

inviável do ponto de vista da produção massiva. Como conseqüência, pistolas

automáticas e robôs têm sido introduzidos e são ferramentas indispensáveis.

Combinadas a sistemas de transporte moderno, a capacidade das linhas de

produção pode ser melhorada cada vez mais.

Com pistolas automáticas, uma variedade de problemas são resolvidos

automaticamente, ou com o mínimo trabalho manual utilizando pistolas de pequeno

porte para partes de difícil acesso ou um pequeno grupo de pistolas. Desta maneira,

esmaltes podem ser aplicados em cavidades e espaços oblíquos. Pistolas em

braços robotizados, mesmo que representem um alto investimento, são capazes de

repetir todos os movimentos manuais com alta precisão. Robôs são particularmente

apropriados para a manufatura de banheiras assim como peças e médio e grande

porte (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

A efetividade do esmalte durante a aplicação obviamente depende do tempo

e do diâmetro de abertura da pistola (nozzle). O que significa que 100 litros de

solução por hora, correspondendo ao peso de 170 kg de esmalte com densidade de

1,70 g/cm³ com um total de 70% de sólidos (119 kg de esmalte + adições de

moagem).

Assumindo uma eficiência de transferência de 50% e uma camada aplicada

(queimada) de 140 µm (350 g/m²) um máximo de 170 m² de superfície pode ser

esmaltado por hora (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

Um sistema simples de esmaltação por spray com somente uma pistola é

relativamente barato (ver figura 24). Trata-se de um procedimento fácil de aprender

e não requer grande experiência. Garante uma operação flexível, formas complexas

podem ser esmaltadas, tem manutenção barata e se simples automação. Em casos

onde é necessário esmaltar ambos os lados da peça, podem se usadas cabines com

aberturas nos dois lados da linha de transporte. Ainda, para peças como panelas,

são usados pratos rotativos como na figura 25 (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

61

Figura 24 - Cabine para aplicação manual, Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

Pistolas podem ser ajustadas para produzir efeitos de recobrimento

específicos como spray em vórtex para cavidades e prolongamentos de jato para

partes côncavas (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

Figura 25 - Aplicação automática de spray, Fonte: PEMCO Brugge BVBA, 2008

9.2 Pó eletrostático úmido (ESTA)

Com a introdução da aplicação de pó eletrostático úmido no final dos anos 60

uma nova era começou para a indústria de esmaltação.

O princípio básico é o carregamento eletronegativo das partículas de esmalte

aplicando uma voltagem acima de 120.000 Volts (120 kV). As partículas carregadas

62

se movimentam através do campo elétrico gerado até o metal carregado

positivamente (aterrado) onde são depositados com alta eficiência. No processo de

ESTA, valores de eficiência entre 60 e 80% são alcançados enquanto o processo de

spray normal alcança entre 40 e 60%.

As características do processo ESTA são a combinação da atomização

mecânica da suspensão com o carregamento elétrico feito pelas pistolas. O

transporte das partículas desde as pistolas até as peças é predominantemente

mecânico. Por efeito adicional eletrostático, baixas pressões de ar são necessárias

nas pistolas (ver tabela 20). Como resultado, a energia cinética das pistolas é

reduzida e a deposição segue o fluxo do campo elétrico (WAMKEH, 2001).

Tabela 20 - Características de diferentes tipos de sistemas de spray

Parâmetro Pistola de

Mão Pistola

Automática Pistola Robô

Aplicação Eletrostática

Úmida

Velocidade da Cadeia [m/min] 1,5 a 3 2 a 4 - 2 a 6

Voltagem [kV] - - - 50 a 120

Pressão de Atomização 2,8 a 3,5 0,8 a 4 - 0,8 a 3

Consumo de Esmalte por Pistola [L/min] 0,6 a 0,8 1 a 2 1,2 0,35 a 0,65

Número de Pistolas 1 2 a 10 1 a 2 4 a 12

Distância da Peça [cm] 20 a 40 - - 30 a 50

Eficiência de Transferência [%] 40 a 50 50 a 60 - 60 a 80

Climatização Não Não Não Sim

Capacidade Baixa Alta Média Alta Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

Em todas as aplicações eletrostáticas, a suspensão é preferencialmente

depositada nas bordas (ver figura 26), enquanto as demais áreas recebem menor

quantidade de esmalte. Devido a isto, algumas áreas precisam ser pré-jateadas.

Uma malha de metal isolada é mantida suspensa atrás do sistema de

transporte para melhorar a condutividade elétrica das peças até o aterramento o que

cria uma espécie de repelimento que mantém a orientação do jato em direção a

peça aplicada.

Para promover uma fina deposição de partículas, as características da

suspensão devem seguir as disposições da tabela 21 (PEMCO Brugge BVBA,

2008).

63

Tabela 21 - Formulação para aplicação eletrostática úmida (ESTA)

Fórmula Coberturas Diretos Fundentes para

2C/1Q

Frita 100 100* 100*

Argila 4 a 6 6 a 7 1 a 2

Bentonita 0,3 a 0,6 0,3 a 0,5 0 a 0,2

Agente de "Setting" 0,4 a 0,8 0,2 a 0,4 1 a 2

Água 58 a 64 54 a 56 55 a 65

Uréia 0,2 a 0,5 - -

Tamanho de Partícula 2 a 6 (16900) 10 a 12 (16900) 0,5 a 2 (16900)


Figura 26 - Trajetória da aplicação eletrostática, Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

Devido à alta concentração de água e a fina atomização da suspensão, parte

da água evapora durante o transporte até a peça. Conseqüentemente o esmalte

depositado tem uma densidade maior. Para evitar irregularidades, esmaltes com

pouca quantidade de água devem ser evitados. Também devido a isso, a

temperatura deve ser controlada para não aumentar a evaporação de água (ver

figura 27).

Por outro lado, esmaltes com alto conteúdo de água podem causar depósitos

no bico da pistola o que ocasiona a perda de voltagem reduzindo a carga das

partículas. O que também acontece quando o teor de umidade da atmosfera da

cabine de aplicação exceder 65%. Valores entre 50 e 60% devem ser mantidos

(WAMKEH, 2001).

64

Figura 27 - Densidade em relação ao clima e a trajetória de esmaltes eletrostáticos, Fonte: adaptação

de PEMCO Brugge BVBA, 2008

A manutenção do sistema deve incluir a limpeza periódica dos bicos das

pistolas uma vez que sua obstrução pode causar menor fluxo e defeitos em peças

aplicadas (WAMKEH, 2001).

9.3 Disco de alta rotação eletrostático

Com a experiência da aplicação eletrostática a úmido, no final dos anos 80

um novo método de aplicação foi desenvolvido no reino unido. Em substituição a

pistola, discos de alta rotação são usados para a aplicação. Pela força centrífuga, o

suporte é eletricamente carregado e o esmalte é projetado na peça. Para obter uma

maior eficiência de transferência, o sistema de transporte de peças circunda o disco.

A aplicação com disco de alta rotação requer parâmetros específicos do esmalte os

quais são dispostos na tabela 22 (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

Tabela 22 - Parâmetros de aplicação com disco de alta rotação

Velocidade da Cadeia (m/min) 2 a 3

Voltagem (kV) 85

Diâmetro do Disco (mm) 20

Rotação (rpm) 13.000 a 17.000

Fluxo (ml/min) 300

Distância da Peça (cm) 55,0

Eficiência de Transferência (%) Ca. 70

Tamanho de Partícula 6 a 12 (16900)

Densidade (g/cm³) 1,60 a 1,65

Peso do Prato (gr./dm²) 10 a 14 Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

65

9.4 Imersão

Quando o objeto a ser esmaltado é imerso no esmalte em suspensão e

suspenso, certa quantidade de esmalte permanece em virtude da capacidade

tixotrópica (viscosidade estrutural) do esmalte. O excesso é drenado por influência

da gravidade ou mesmo por movimentos giratórios.

Este foi o primeiro método de aplicação utilizado e de longe o mais barato

uma vez que são necessários poucos equipamentos produzindo pouco desperdício

e unicamente uma etapa. Entretanto, é necessário muito trabalho manual e

constância do comportamento reológico (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

Mesmo que a aplicação por imersão pareça simples, é um processo no qual

foram investidas diversas automações. Quando peças retas e sem muitas

irregularidades são esmaltadas o processo não tem maiores preocupações. No

entanto, quando formas complexas são esmaltadas, são necessários equipamentos

que impeçam a deposição inadequada de esmaltes como paletas que circundam a

borda de panelas e drenam o excesso de esmaltes (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

Os métodos de aplicação variam com as formas e tamanhos de peças

esmaltadas e sua eficiência é dificilmente comparável.

Assim, como exemplo, pode-se comparar um mecanismo de aplicação de

fundentes em panelas:

- Aplicação manual por pessoas preparadas com um assistente para a

transferência até a linha de secagem – 200 unidades/h.

- Aplicação em dispositivos rotativos semi-automáticos no qual uma pessoa

não necessariamente capacitada mergulha as panelas no esmalte e a deposita em

um disco rotativo para que drenem e sejam transferidas diretamente ao sistema de

secagem – 400 unidades/h.

- Aplicação automática onde uma pessoa não necessariamente capacitada

somente carrega e descarrega a máquina – 600 unidades/h.

- Máquina completamente automática (ver figura 28) integrada ao secador –

1.000 unidades/h.

66

Figura 28 - Equipamento automático para esmaltação de panelas, Fonte: adaptação de PEMCO

Brugge BVBA, 2008

A aplicação de peças grandes e pesadas sempre traz problemas de linhas de

drenagem que podem ser minimizados com movimentos rotacionais, ou pequenas

batidas que podem ser feitas com braços robôs depois de verificada a efetividade de

ajustes no esmalte.

Os tanques de imersão devem contar com dispositivos de recirculação e

separadores magnéticos para evitar a contaminação com resíduos de estampagem

e corte do metal base (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

9.5 Flow coating

Durante a aplicação por flow coating a solução de esmalte é precipitada sobre

a peça que é drenada pela força da gravidade. Este método é usado para a

aplicação de cobertura em um só lado de panelas e potes e tem uma amplitude

limitada. Isto se dá, pois muito material tem de retornar ao tanque de abastecimento

e é facilmente contaminado.

Por outro lado, oferece bom rendimento em aplicação de esmaltes auto-

limpantes com processos de duas camadas e uma queima (PEMCO Brugge BVBA,

2008).

67

9.6 Eletroforética (EPE)

Como a aplicação eletrostática, a eletroforética é muito usada atualmente. As

partículas do esmalte e grande parte das adições de moagem são suspensas em um

material com alta constante dielétrica (água a 18°C tem valor-ε de 81) e são

negativamente carregadas. Sob a influência de um campo magnético é aplicada

uma voltagem em corrente contínua transportando as partículas até a peça (ânodo)

(ver figura 29). O veículo suspensivo (geralmente água) é transportado em sentido

oposto em direção ao cátodo. Devido a este efeito eletro-osmótico a camada de

esmalte é desidratada e forma uma camada densa mantida até a queima do material

(WAMKEH, 2001).

Figura 29 - Vista esquemática de aplicação eletroforética, Fonte: adaptação de PEMCO Brugge

BVBA, 2008

A velocidade de deposição de partículas carregadas segue a seguinte

equação: v = 2ε.2ε0.Ud.E/3η, onde v = velocidade, ε e ε0 = constante dialética do

material e do vácuo, Ud = potencial eletroquímico da partícula hidratada e η =

viscosidade da suspensão. Influenciada pela viscosidade da suspensão e pelo

campo eletromagnético aplicado, são utilizadas voltagens entre 60 e 120 Volt

(~10V/cm) o qual gera uma densidade de 5 A/dm². Devido a alta quantidade de

sólidos (entre 60 a 70%) e uma condutividade elétrica em torno de 2 a 3 mS/cm,

camadas de 90 a 150 µm são obtidas entre 10 e 30 segundos (WAMKEH, 2001).

Para permitir alta qualidade, somente esmaltes com baixa condutividade são

usados. Os parâmetros a serem controlados são dispostos na tabela 23.

68

Tabela 23 - Formulação de esmaltes para aplicação eletroforética (EPE) Fórmula %/Medida

Frita EPE 100

Argila 4

Bentonita 0,5

carboxi Metil Celulose (CMC) 0

Cloreto de Sódio ou Brometo de Sódio 0,01 a 0,02

Conservante 0,02

Água (Deionizada) 60,0

Tamanho de Partícula 4 a 10 (16900)

Densidade (g/cm³) 1,68

Condutividade (µS) < 3000

pH 11 a 12

Temperatura (°C) 18 a 22

Urdidura ao Redor (%) 30 a 40

Viscosidade (mPa S) 70 a 120 Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

As vantagens da aplicação eletroforética são: superfícies lisas,

homogeneidade de camada, excelente cobertura de bordas, baixo consumo de

esmalte, alto nível de automação, processo seguro e com baixos níveis de

reprovação. As desvantagens concernem á dificuldade de mudança de cores e alto

investimento (WAMKEH, 2001).

9.7 Pó eletrostático seco (POESTA)

Em uma aplicação de pó eletrostático a seco (POESTA), uma corrente

contínua negativa com voltagem entre 60 a 100 kV é aplicada na ponta de um

eletrodo tipo corona. Sob estas condições, os elétrons são emitidos e acelerados até

a peça aterrada. Por impacto, os constituintes do ar envolvente, principalmente íons

de oxigênio nitrogênio negativamente carregados, são formados. Enquanto os íons

de nitrogênio são atraídos pelo eletrodo perdendo a sua carga, os íons de oxigênio

preenchem o espaço entre a peça e a pistola.

O esmalte é transportado do seu reservatório através de um leito fluído até o

eletrodo onde acumula carga negativa até o máximo. Deixando a pistola, as

partículas movem-se até o ânodo pela combinação de forças aerodinâmicas e

elétricas com a velocidade de cerca de 6 a 10 m/min (WAMKEH, 2001).

A deposição das partículas de esmalte geralmente segue um fluxo não

uniforme através do campo eletromagnético imposto pelo ar turbulento.

As partículas eletricamente negativas aderem firmemente ao metal.

69

Para evitar a rápida dissipação de elétrons através do metal base, o esmalte

deve ter uma alta resistência superficial. Por este motivo as partículas são revestidas

com silicone hidrofóbico que também atribuem adesão por interação química.

Na prática, existe um balanço definido entre a adesão do pó e a sua fluidez,

dependendo do equipamento, da voltagem aplicada, do clima e da geometria das

peças (WAMKEH, 2001).

A caracterização dos esmaltes para aplicação eletrostática a seco (POESTA)

é definida na tabela 24.

Tabela 24 - Características do pó eletrostático (POESTA)

Fluidez 70 a 150 g/30 s

Adesão > 60% depois de 15 min

Deposição 30 a 40%

Penetração depende da parte

Resistência Superficial > 1E+14 Ω cm

Distrib. de Tamanho de Partícula 10 a 80 µm (ø 15 a 20 µm)

Efeito de Separação limitada ao mínimo Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

Como o aumento da deposição de pó a atração da superfície do metal diminui

(de acordo com a lei de Coulomb) e forças repulsivas começam a repelir as

partículas e o spray é cessado (WAMKEH, 2001).

Se continuarmos a deposição de pó na mesma superfície, ocorra um

fenômeno chamado “ionização reversa” que causa um defeito chamado “casca de

laranja”.

Assim como a aplicação ESTA, o esmalte se concentra nas bordas e

cavidades não são perfeitamente cobertas. Isto pode ser minimizado com a

utilização de pistolas especificas para estes locais com parâmetros elétricos

devidamente ajustados ou, se possível, redesenhar a peça de maneira a tornar a

esmaltação mais eficaz.

Na prática, somente 30 a 40% do esmalte original é depositado sobre a peça.

O pó que não adere à peça deve retornar ao reservatório da cabine da aplicação.

Tal operação deve ser feita cuidadosamente para não danificar a camada de silicone

das partículas e não expor a tubulação á abrasão o que é possível usando uma

velocidade de alimentação em torno de 10 a 15 m/s. Qualquer contaminação deve

ser removida por peneiras ou separadores magnéticos (WAMKEH, 2001).

70

O processo de recirculação muda a distribuição de partículas do esmalte

(aglomeração de partículas finas) o que também pode ser influenciado pela

umidade. Este fenômeno pode causar diferenças de tonalidades e diferenças de

adesão devido a carregamento desuniforme das partículas. Por este motivo, pó

virgem deve ser constantemente misturado ao sistema de recirculação.

A atmosfera da cabine de aplicação deve ser controlada para manter uma

temperatura entre 20 a 25°C e uma umidade relativa não superior a 50%. Baixos

valores de vapor d’água (< 1 g/Nm³) e conteúdo de óleo (< 0,1 ppm) devem ser

observados (WAMKEH, 2001).

Genericamente, a tecnologia de aplicação de pó eletrostático a seco tem as

seguintes vantagens:

- não há necessidade de preparação de esmalte em suspensão;

- mínimo desperdício;

- alta produtividade, completa automação;

- eliminação de secador;

- possível integração com o sistema de pré-tratamento;

- sem desperdício de água;

- alta qualidade.

As desvantagens são o alto investimento, a necessidade de ar pressurizado e

um número limitado de cores disponíveis.

Figura 30 - Aplicação de pó eletrostático, Fonte: PEMCO Brugge BVBA, 2008

71

10 Processo de aplicação 2C/1Q

Uma única camada queimada – como o termo implica – produz somente uma

camada de esmalte que deve conter todas as funções antes divididas entre o

fundente e a cobertura. Esta única camada deve:

- cobrir a superfície do aço;

- ter aderência;

- proteger o aço de ataques químicos e físicos;

- ter a aparência visual desejada.

Se todas estas funções podem ser atribuídas a uma simples camada

queimada, aplicada em somente uma operação, o processo necessariamente se

torna complexo. Isto é especialmente verdade para a aplicação de brancos diretos

(DWE) a qual, uma qualidade consistente somente pode ser alcançada com aço

descarburizado combinado com um exaustivo pré-tratamento de 20 etapas. Assim,

os parâmetros de preparação do esmalte vítreo úmido e seco tornem-se criticamente

importantes (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

Além do mais, atualmente temos regulamentações ambientais estritas e

constante aumento do custo energético, água e materiais químicos.

Estas considerações nos levam a introdução de aplicação em duas camadas

e uma queima (2C/1Q) que caracteriza a aplicação sobreposta de fundente e

cobertura (esmaltes brancos, coloridos e auto-limpantes) antes da queima.

Figura 31 - Interação entre o fundente e a cobertura em diferentes técnicas de aplicação, Fonte:

adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

72

A maior diferença ocorre pela forte interação entre fundente e cobertura,

durante todo o processo de queima (ver figura 31) (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

A mistura entre os dois esmaltes ocasiona defeitos e deve ser evitada.

Cuidados com a coordenação de todos os parâmetros do processo são

essenciais e não estão relacionados ao método especifico de aplicação.

Tabela 25 - Características da aplicação 2C/1Q Parâmetro Positivo Negativo

Lâmina de Aço Descarburizado ou especial para esmaltação;

Conteúdo de carbono inferior a 30/1000% Espessura da lâmina superior a 0,8 mm

Aço convencional Alta concentração de carbono fina camada de óxido de fero

Construção Chapas retas esmaltadas de um só lado Formatos complexos

Pré-Tratamento Superfície limpa Resíduos de desengraxe

Esmalte Vítreo Fundente com alta tensão superficial

Cobertura com baixa tensão superficial Fundente com baixa camada e

pouca resistência ao vapor d'água

Adições de Moagem Pequenas quantidades de argila Pouco conteúdo de quartzo

Grau de Moagem Partículas finamente moídas Partículas grosseiras e muito finas

Aplicação Inferior a 60 µm em um lado, aplicação úmida Superior a 100 µm úmido/seco ou

seco/seco nos dois lado

Queima Curva sistemática de queima Alta concentração de vapor

d'água na atmosfera do forno


Para uma genuína aplicação em 2C/1Q, é essencial o uso de aço

descarburizado. Sob estas circunstancias, é possível obter resultados similares a

aplicação DWE. No entanto, são mais sensíveis a variações nos processos.

A maior vantagem da utilização do processo de 2C/1Q é a eliminação da

deposição de níquel sobre o aço desengraxado. Porém, é necessária grande

atenção durante o desengraxe, o enxágüe e possível neutralização (PEMCO Brugge

BVBA, 2008).

A seleção de fundente pode ser considerada a chave do sucesso da

aplicação. Muitos defeitos são causados pela camada pobre (inferior a 30 µm) ou má

formulação. Isso não se aplica somente ao fundente que deve ter alta tensão

superficial (>290 Nm/m) e excelente aderência, mas também as adições de moagem

que devem estabelecer a correta influência durante a queima.

A seleção da cobertura primeiramente depende da cor e da estrutura da

superfície desejada. Á princípio, todos os esmaltes de cobertura podem ser usados

desde que a tesão superficial, a expansão térmica e as propriedades da suspensão

sejam completamente harmônicas com as do fundente. Esmaltes com baixa

viscosidade são particularmente favorecidos, pois permitem a rápida liberação de

73

bolhas de gás durante a queima (ver figura 32). A espessura da cobertura varia

muito para cada artigo esmaltado, mas é geralmente entre 100 e 150 µm (PEMCO

Brugge BVBA, 2008).

Os processos químicos e físicos durante a queima devem ser controlados

assim como não se deve permitir a alta concentração de vapor d’água na atmosfera

do forno uma vez que poder gerar defeitos associados ao hidrogênio, especialmente

em aplicações em ambos os lados do aço.

Figura 32 - Boa/má formação de estrutura de bolhas em 2C/1Q, Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

As características da esmaltação 2C/1Q diferem muito de acordo com o nicho

industrial e a região. A tabela 26 traz uma visão geral das variações de processos

encontrados na prática (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

Tabela 26 - Variações em processos de aplicação 2C/1Q

Processo Técnica Aplicações

Úmido/Úmido

Pó Eletrostático Úmido (ESTA)/Pó Eletrostático Úmido (ESTA) Spray/Spray

Imersão/Spray Aplicação Eletroforética (EPE)/Aplicação Eletroforética (EPE)

Fogões e Painéis de Arquitetura Fogões, Sanitários, Panelas e Placas de Sinalização

Tanques de Água Quente e Fogões Fogões, Máquinas de Lavar e Secar

Úmido/Seco Pó Eletrostático Úmido (ESTA)/Pó Eletrostático Seco (POESTA)

Spray/Pó Eletrostático Seco (POESTA) Fogões

Tanques de Água Quente e Portas de Microondas

Seco/Seco Pó Eletrostático Seco (POESTA)/Pó Eletrostático Seco (POESTA) Fogões, Sanitários e Painéis de Arquitetura


11 Secagem

Depois de aplicado com uma das técnicas descritas anteriormente, a peça

esmaltada deve ser seca (drenada) antes de tratamentos posteriores. A solução

drenada é chamada de “biscoito”, termo emprestado do processamento cerâmico.

74

Quando o biscoito é completamente seco, ele é forte o suficiente para ser

tocado em processos manuais. Esta força pode ser afetada por variações nos sais

de “setting”. (PEI 601, 1995).

O esmalte completamente seco é chamado de biscoito. Quando o biscoito

está completamente seco, este se torna forte o suficiente para o manuseio. O tempo

de drenagem da água durante o processo de secagem depende em parte da

formulação do esmalte e também do método de aplicação. A aplicação por spray faz

parte da água seja evaporada antes da formação da camada pela atomização, onde

a água é sujeita a maior superfície específica. Por outro lado, a aplicação por

imersão e por flow-coating quase não apresenta evaporação e temperaturas

ambientes que possam gerar maior evaporação causariam defeitos como o de

migração de sais e a não homogeneidade da camada ao longo da peça (PEI 601,

1995).

A temperatura típica da operação é de 120 a 230ºC. A velocidade do ciclo

está relacionada à drenagem específica, à formulação do esmaltes e deve evitar o

surgimento de bolhas na superfície (PEI 601, 1995).

A quantidade de água removida depende diretamente da formulação usada e

indiretamente do processo de aplicação. Obviamente, soluções com grandes

quantidades de água envolverão custos extras relativos à evaporação. Em contraste

a imersão, um pouco de água evapora durante a aplicação por spray e é removida

na exaustão de ar (DEITZEL, 1981).

Em instalações simples, as peças permanecem em prateleiras até que sejam

secas, o que pode levar de 4 a 6 horas. Durante este tempo as peças são expostas

a poeira e sujeira. Devido á sensibilidade da peça úmida a danos mecânicos e

deposição inalienável de pó, defeitos podem ser facilmente provocados por este

método. Assim, os gastos com retrabalho de peças danificadas é ainda maior do que

os custos com um secador.

O procedimento de esmaltação requer a secagem imediata após a aplicação.

Por este motivo o secador deve ficar o mais próximo possível da saída da

esmaltação.

Na prática, secadores a ar quente (tipo convecção) e infravermelho (tipo

radiante) são mais utilizados dependendo do volume e do tempo disponível para

secagem (DEITZEL, 1981).

75

Em um secador de ar quente, as peças passam através de uma corrente de

ar quente que evapora e transporta a umidade. O ar quente é gerado indiretamente

por trocadores de calor ou gases dos fornos a gás ou óleo (que podem ser usados

diretamente). Este tipo de secador trabalha com uma temperatura entre 80 a 120°C

e a velocidade é suficiente para não balançar as peças na linha de transporte. Para

reduzir o consumo de energia, as peças são processadas contra a corrente em

secadores do tipo “U”.

A qualquer temperatura, o ar tem um limite de absorção de vapor d’água

(saturação). Em alguns secadores, nem todo o ar é retornado ao trocador de calor,

sendo eliminado para a atmosfera.

O tempo de secagem é de aproximadamente 10 a 25 minutos sendo que as

peças são transportadas suspensas em cintos (ver figura 33). A saída e a entrada do

secador são protegidas com cortinas de ar para evitar a perda de calor (PEMCO

Brugge BVBA, 2008).

Figura 33 - Circulação de ar em secadores tipo "U" com 2 linhas, Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

Em secadores de infravermelho a transferência de calor é feita por radiação.

Afortunadamente a água absorve bem a radiação infravermelha em processos de

exposição direta. O tempo de secagem é relativamente pequeno (4 a 8 minutos).

Devido à emissão linear do calor, torna-se difícil a secagem de partes

côncavas e ocultas.

Assim como os secadores de ar quente, a água evaporada deve ser removida

por um sistema de exaustão bem como são necessários sistemas de convecção e

ventilação (DEITZEL, 1981).

76

Geralmente dois tipos de irradiadores de infravermelho são utilizados: claros e

escuros.

No primeiro caso, os irradiadores são aquecidos por gás ou eletricamente e

chegam a 600°C. Devido ao alto consumo de energia, estes são exclusivamente

usados em sistemas automáticos. A secagem de panelas nos quais a parte interna é

irradiada diretamente, a secagem levas cerca de 2 minutos.

No segundo caso, onde não há significante luz visível, o irradiador pode ser

aquecido por: tubos irradiados eletricamente, painéis aquecidos por gás ou

irradiadores diretos (necessita de ventilação para evitar o contato dos produtos da

combustão com as peças) (DEITZEL, 1981).

A temperatura da superfície das peças esta em torno de 100 a 200°C.

Ainda, existem dois tipos de transferência de calor no princípio da secagem:

No sacador de ar quente, a água evapora desde a superfície do biscoito. A água é

difundida de dentro para fora de maneira a equalizar o seu conteúdo dentro do

biscoito. Sais dissolvidos migram juntamente com a água até a superfície onde se

concentram. A taxa de secagem é determinada pela difusão da água e é reduzida

quando a quantidade de água presente diminui e é inibida pela camada de sais.

Quando a secagem é incompleta, a superfície fica rígida e retém umidade no interior

do biscoito. Desta maneira, o biscoito pode quebrar durante o transporte. O que

piora nestas condições é que ao quebrar, o biscoito libera esmalte que pode

precipitar sobre outras peças.

No sacador infravermelho, a água evapora no ponto onde há absorção de

calor. Neste caso a difusão funciona em segundo plano. Como conseqüência, os

sais não migram e não são geradas as irregularidades citadas acima (DEITZEL,

1981).

12 Queima

A queima representa a ultima etapa do processo de esmaltação. A

temperatura e o tempo de queima são característicos para cada formulação de

esmalte. Porém, são necessárias algumas adaptações segundo o tipo de forno, a

taxa de aquecimento, a espessura da lâmina de aço e o formato da peça.

77

Como a queima está associada a muitos processos químicos e físicos,

desvios das condições ótimas de queima podem representar a deteriorização das

características do esmalte (DEITZEL, 1981).

Quando são queimados fundentes e diretos acontecem reações segundo

descrito na tabela 27.

Tabela 27 - Reações durante a queima de fundentes

Temperatura Superfície da Lâmina de Aço Camada do Esmalte Vítreo

22°C - 550°C Oxidação do Ferro Desgaseificação do Biscoito e

Decomposição de Matéria Orgânica

550°C - 720°C Molhamento da Camada Oxidada

e Degaseificação Sinterização do Esmalte e Difusão

do Na, Fe, Co e Ni

720°C - 860°C Fase de Transição da Oxidação

Galvânica e Formação de Dentritos

Solução do FeO e Fe3O4 Dissolução da Argila

Formação da estrutura de Bolhas


Para obter uma boa aderência entre o aço e o esmalte, primeiramente a

superfície do aço deve ser oxidada pelo vapor d’água e/ou pelo oxigênio enquanto o

hidrogênio é parcialmente absorvido pelo aço. Em temperaturas acima do ponto de

amolecimento, o esmalte começa fluir e ”molha” a superfície do aço. Sob estas

condições a aderência promove a oxidação do cobre o do níquel com o ferro

metálico e a liberação de monóxido de carbono (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

As partículas metálicas de cobalto e níquel são precipitadas formando

dentrítos (pequenas estruturas em forma de ganchos) o que acelera a oxidação

(corrosão) do aço pelo processo eletroquímico.

A oxidação da superfície do aço é um forte indicador da formação de

aderência, sendo altamente influenciado por:

- comportamento oxidante do aço;

- reatividade do esmalte;

- condições de queima (temperatura, tempo, atmosfera).

Em esmaltes de cobertura, o processo é mais simples, mesmo que a camada

de fundente continue a reagir durante a queima da cobertura (2C/2Q), devendo

seguir os seguintes parâmetros:

- ser queimado sobre uma fina camada de esmalte fundente;

- reduzir ao mínimo a penetração de oxigênio na cobertura;

- permitir a formação de uma zona intermediária entre o fundente e a

cobertura;

78

- permitir a dissolução dos sais e das argilas através da emissão de gases

(dióxido de carbono);

- promover a recristalização do dióxido de titânio (aproximadamente 50%), em

esmaltes brancos (DEITZEL, 1981).

Na tabela 28 podemos observar como a temperatura de queima varia

somente em virtude do tipo de peça a ser esmaltada.

Tabela 28 - Temperatura de queima para diferentes aplicações

Diretos Fundentes Coberturas

Utensílios Leves 800 a 840°C 800 a 830°C 800 a 820°C

Utensílios Pesados 820 a 860°C 830 a 880°C 830 a 850°C

"Ranges" 810 a 860°C 780 a 830°C 780 a 820°C

Lâminas com Aplic. Majólica - 780 a 830°C 750 a 820°C

Arquitetura e Placas de Sinalização - 820 a 870°C 800 a 850°C

Banheiras - 820 a 850°C 820 a 840°C

Utensílios Leves DWE* 790 a 830°C - -

* diretos brancos Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

Os requisitos para a queima de esmaltes vítreos para lâminas de aço são

comparativamente simples:

- apropriadas temperatura e ciclo de queima;

- aquecimento uniforme e retirada de gases;

- atmosfera do forno livre de contaminantes e baixo teor de sulfatos, vapor

d’água e produtos da combustão.

Durante o processo de queima são desenvolvidas as seguintes reações

simultaneamente:

- oxidação do metal base;

- derretimento do esmalte e amolecimento do metal base;

- corrosão eletromecânica da superfície do metal base com forte formação de

rugosidades;

- dissolução da sílica nas argilas;

- a água presente nos esmaltes oxida com o metal base formando hidrogênio;

- oxidação do carbono presente no metal base devido à presença dos óxidos

metálicos do esmalte;

- adsorção do hidrogênio pelo metal base;

- desenvolvimento da aderência do esmalte no metal base.

79

No caso de coberturas, são realizadas além das anteriores, as seguintes

reações:

- derretimento do esmalte cobertura sobre o esmalte fundente;

- selamento da superfície da cobertura após a desgaseificação completa do

metal base;

- dissolução dos sais presentes nas argilas;

- recristalização do zircônio e titânio.

Existem diversos tipos de fornos utilizados para a queima de lâminas de aço

esmaltadas como os de tipo ‘‘U’’, do tipo ‘‘L’’, horizontais, verticais e intermitentes. As

temperaturas de queima variam entre 550 a 950ºC, sendo que a permanência das

peças na zona de queima pode chegar até 5 minutos (PEI 601, 1995).

Dado que a taxa de dilatação do metal base (cerca de 170x10-7/ ºC) em

desacordo com a do esmalte (varia entre 200 e 350x10-7/ ºC) não gera problemas ao

produto final, a curva de queima é relativamente acentuada, o suficiente para não

gerar demasiado choque térmico ao esmalte, evitando trincas. Como regra geral, os

esmaltes sempre ficam sobre compressão imprimida pelo metal (PEI 601, 1995).

O principal método de transferência de calor entre o esmalte e o forno é

através de radiação emitida pela superfície do gás queimado ou da resistência

elétrica. Outra forma de transmissão é a por convecção de calor entre as regiões

mais quentes e as mais frias por diferença de densidade. A transferência de calor

por convecção afeta minimamente a queima do esmaltes (PEI 601, 1995).

A temperatura deve ser mantida o mais constante possível. Reduções na

temperatura de queima não significam grandes economias sendo que não

representariam nem 15% de redução de custos. Além disso, seriam necessários

esmaltes mais reativos, e conseqüentemente mais caros, para obter a aderência

desejada (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

Por outro lado, quando os custos da redução de energia e da substituição de

esmaltes são equivalentes, a redução de temperatura pode ser viável já que reduz a

deformação do aço durante a transição γ/β a 721°C.

Esmaltes são queimados em fornos especialmente desenhados. Vários tipos

são usados como intermitentes ou tipos “U” com mais de 10 metros de comprimento.

Eles podem ser distinguidos por:

- tamanho de chama;

- fonte de energia (gás, eletricidade ou óleo);

80

- transferência de energia (direta ou indireta);

- isolação das paredes;

- método de operação (intermitente ou contínuo).

A seleção do tipo “correto” de forno é crucial para a obtenção de resultados

perfeitos e reproduzíveis. Para tanto, alguns requerimentos devem ser analisados:

- distribuição uniforme de temperatura de maneira que a temperatura não

varie mais de 10°C em nenhum ponto;

- regulagem precisa e eficiente de temperatura;

- independência entre a regulagem e o carregamento;

- regulagem de tempo de queima;

- combustão completamente selada em fornos a gás ou óleo de queima

direta;

- baixa incidência de manutenção e, quando necessário, sejam rápidas;

- a máxima capacidade do forno não deve ser utilizada possibilitando

acomodação de picos de produção;

- as peças não podem estar a menos de 20 cm de distância durante a

queima.

A escolha do melhor método de aquecimento deve ser orientada por:

- combustíveis sólidos, como coque, não são utilizados, bem como geradores

de calor a gás;

- eletricidade é limpa, fácil de regular, não libera gases, permite fornos

pequenos e é de fácil manutenção. Por outro lado a eletricidade é relativamente cara

e somente utilizada quando gás ou óleo não estão disponíveis (conteúdo energético

= 3.600 kJ/Nm³);

- gás natural também é limpo, pobre em enxofre, precisa de uma recuperação

de gás ou trocador de calor. Geralmente tem um preço fixado ao óleo e pode ser

usado em queimas de chama direta com baixo consumo específico de energia

(conteúdo energético = 33.000 kJ/Nm³);

- combustíveis fósseis leves como óleo diesel precisam de reservatórios e

podem ser usados como o gás natural. O conteúdo de enxofre pode variar de cada

fornecedor. É interessante notar que alguns combustíveis contém traços de vanádio

o que pode causar severos danos ao forno (conteúdo energético = 42.000 kJ/Nm³).

- fornos tipo caixa são pequenos, aquecidos eletricamente, e usados para

peças pequenas com processo de queima controlado. Com a integração com

81

computadores, curvas de queima e efeitos de alta concentração de umidade podem

ser reproduzidos;

- fornos intermitentes são fornos parecidos com o anterior, usados para

utensílios que permitem a queima intermitente. Quando aquecidos eletricamente, as

resistências estão localizadas nas paredes internas. No caso de aquecimento por

gás ou óleo, a combustão é feita em câmaras separadas construídas de tijolos com

baixo valor de transmissão de calor.

A peça geralmente é deposita em pontos metálicos feitos de ligas resistentes

ao calor ou pendurada em ganchos e carregadas para dentro do forno com ajuda de

prolongadores de metal ou carros.

Cada forno deve ser equipado com pelo menos 36 zonas de controladas por

dispositivos automáticos para a eventual correção de temperatura.

Dependendo do tipo de peça e do volume carregado, o tempo de queima

pode variar entre 5 e 20 minutos.

- fornos a túnel têm aberturas em ambos os lados permitindo a carga por um

lado e a descarga por outro simultaneamente. Dependendo do tipo de esmalte, são

necessários módulos de pré-aquecimento e resfriamento (ver figura 34). São

preferíveis para queimas de baixa temperatura, pois a perda de temperatura pode

ser mantida a limites aceitáveis.

- fornos contínuos se distinguem pelo seu modesto gradiente de temperatura

e a completa integração com os módulos de pré-aquecimento e resfriamento (ver

figura 35). Outra característica é o baixo consumo de energia possibilitado por

cortinas de retenção tanto na entrada quanto na saída do forno (PEMCO Brugge

BVBA, 2008).

Figura 34 - Forno a rolo para panelas de alumínio, Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

82

Figura 35 - Consumo de energia em diferentes tipos de fornos, Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

Existem dois tipos de fornos contínuos: os longitudinais e os tipos “U” (que

podem ser em formato de “U” ou “L”) (ver figura 36). O último é predominantemente

usado pela indústria esmaltadora.

Figura 36 - Forno contínuo tipo "U" a gás, Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

A curva de temperatura em um forno deve ser controlada em intervalos

regulares ou integralmente, quando necessário com o auxílio de termopares que são

fixados em diferentes alturas ao longo do forno (figura 37) (PEMCO Brugge BVBA,

2008).

83

Figura 37 - Curva de queima em fornos contínuos, Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

Conhecimentos importantes podem ser obtidos sobre a operação de queima

ou mesmo sobre a eficiência do processo através da análise da curva de queima. A

verdadeira temperatura de queima é aquela que permanece pelos menos por dois

minutos na peça com uma variação de no máximo 20°C. Se a temperatura máxima

somente é atingida depois do ponto de reversão (centro da zona de queima) e

continua aumentando, é uma indicação de que o forno está com a capacidade de

carga excedida.

A atmosfera do forno também tem uma influência decisiva na qualidade da

esmaltação. O vapor de água penetra na câmara de queima como resultado da

secagem incompleta das peças. Se a troca de ar ou resfriamento do ar do forno não

for suficiente para manter um nível aceitável de umidade, podem ocorrer defeitos

como cabeças de cobre em esmaltes fundentes, entretanto, tende a aumentar a

aderência.

Os gases como dióxido de enxofre, dióxido de carbono, NOx e flúor devem

ser retirados da atmosfera do forno pois podem danificar os esmaltes. Sua emissão

deve seguir os estritos parâmetros estabelecidos para cada país (a liberação de flúor

dos esmaltes geralmente não excede os limites permitidos) (PEMCO Brugge BVBA,

2008).

13 Propriedades e testes de esmaltes aplicados

Uma grande variedade de métodos foram desenvolvidos para avaliar e

controlar a qualidade dos artigos de aço esmaltados com esmaltes inorgânicos.

Muitos destes testes são padronizados pelo Porcelain Enamel Institute Technical

84

Committee C-22, ISO, EN, ASTM e ABNT válidas em muitos países (PEI 1101,

1995).

13.1 Propriedades térmicas

Excelentes propriedades térmicas são necessárias para uma boa esmaltação

de lâminas de aço uma vez que grande parte dos artigos esmaltados é exposta a

condições severas de temperatura (Email Quality, 2007).

13.1.1 Fluidez

A indústria usa um método simples para analisar a fluidez de esmaltes que

também é chamado de “fluxo de fusão”. Além dos testes estandardizados pela ISO

4534, são usados outros dois métodos: o teste na produção e por microscópio

acompanhando o aquecimento.

Em produção, pequenas quantidades de esmaltes são prensadas, com o

mínimo de umidade possível, para formar um disco compacto. Então, são dispostos

alinhadamente sobre uma lâmina de aço já esmaltada (ver figura 38) e submetidos à

temperatura de queima até que estejam no formato de esfera (o qual o tempo

também pode ser medido como indicador de fluidez). Logo em seguida são postos

verticalmente até que o escorrimento cesse. O desvio do padrão é calculado com a

seguinte fórmula: ΔFF = FF (amostra) – FF (padrão).

Figura 38 - Mediação de escorrimento (antes e depois da queima), Fonte: adaptação de Email Quality, 2007

Por microscópio acompanhando o aquecimento (HSM), são analisadas as

formas adquiridas por cada esmalte em diferentes temperaturas de queima (ver

figura 39) (Email Quality, 2007).

85

Figura 39 - Fusão da partícula do esmalte, Fonte: adaptação de Email Quality, 2007

13.1.2 Expansão térmica e transição vítrea

Esmaltes e lâminas de aço, como todos os materiais, expandem com o

aquecimento. Substâncias com uma composição homogenia têm a expansão

térmica como uma característica física. É medido tanto linearmente quanto em

volume. Dependendo da estrutura molecular, a taxa de expansão pode variar em

faixas diferentes de temperatura.

A expansão térmica do compósito esmalte/aço é particularmente importante.

Mesmo que o esmalte (vidro) tenha alta resistência à compressão, a tensão obtém

baixos valores. O que significa que o esmalte durante a aplicação e uso deve estar

sempre sobre uma compressão que não sobreponha à sua resistência (ver figura 40)

(Email Quality, 2007).

Figura 40 - Relação da elongação do metal durante a queima do esmalte, Fonte: adaptação de Email Quality, 2007

86

Devido a sua composição uniforme, o aço tem uma expansão uniforme

também. Desta maneira, o esmalte deve ser adequado aos valores propostos por ele

(que variam de acordo com a forma da peça esmaltada). Cantos, bordas, saliências

necessitam de esmaltes com expansão térmica ainda mais alta que os aplicados em

superfícies lisas. Da mesma forma, esmaltes aplicados nas partes internas de

panelas, por exemplo, devem ter uma expansão térmica inferior para não sofrer

tensão durante o resfriamento. As tesão residuais são facilmente verificadas durante

o teste de choque térmico onde peças esmaltadas ainda quentes são submergidas

em água à temperatura ambiente (ISO 2747).

A expansão térmica é medida por um equipamento chamado dilatômetro

descrito na DIN 51045-1.

Na figura 41 podemos verificar a tesão, medida com o método Pöshmann (ver

DIN 51175), o qual pode aderir uma medição rápida e precisa das propriedades

físicas correspondentes para o desenvolvimento de esmaltes (Email Quality, 2007).

Figura 41 - Curva de tensão medida com o método Pöshmann, Fonte: adaptação de Email Quality, 2007

13.1.3 Resistência ao calor

Para testar a resistência ao calor, artigos representativos são usados sem

nenhuma modificação sendo aquecido em um forno de controle a uma temperatura

50°C acima da usualmente utilizada normalmente. A taxa de aquecimento deve ser

87

constante e a temperatura superficial deve ser controlada em contato com um

termômetro. Assim que o artigo atingir a temperatura desejada, deve manter-se

durante o tempo especificado e deixado esfriar em condições de uso.

O teste é repetido até que sejam notadas alterações superficiais como a

coloração (Email Quality, 2007).

13.1.4 Resistência ao choque térmico

As contrações ocorridas durante o alívio das tensões existentes no esmalte

dependem muito da taxa de resfriamento. O teste de choque térmico e efetuado

aquecendo o artigo até a temperatura crítica e logo em seguida submergido em

água fria (ver ISO 2747 e também a figura 42).

No caso de o esmalte não ter sido danificado (liberando lascas), o ciclo é

repetido aumentando-se 50°C até que ocorram danos (Email Quality, 2007).

Figura 42 - Teste de resistência ao choque térmico, Fonte: Email Quality, 2007

13.2 Características mecânicas

As propriedades mecânicas como a camada de esmalte aplicada, aderência,

impacto ou abrasão são grandemente influenciadas pela antiguidade dos artigos e

pela composição do aço. Alguns aspectos relevantes são a porosidade, a

rugosidade, a resistência a torção e a elasticidade dos artigos esmaltados.

88

Os seguintes testes são comumente aplicados para garantir ótimas

propriedades mecânicas (Email Quality, 2007).

13.2.1 Espessura de camada

A camada aplicada de esmaltes não é tão somente importante por questões

econômicas, mas também para atingir os requerimentos de qualidade exigidos.

Os dispositivos que medem a camada de esmaltes vítreos aplicados sobre

metais utilizam o princípio de atração magnética (ver figura 43). Como o descrito na

EN ISO 2178 as calibrações devem ser feitas com fitas não magnéticas sobrepostas

sobre o metal (Email Quality, 2007).

Figura 43 - Medida de camada - espessura, Fonte: Email Quality, 2007

13.2.2 Aderência

A aderência de esmaltes pode ser caracterizada através de impactos

calibrados imprimidos sobre a superfície do artigo esmaltado. Este teste é descrito

na EN-10209 anexo D (ver figura 44) (PEMCO Brugge BVBA, 2008).

89

Figura 44 - Teste de aderência, Fonte: adaptação de PEMCO Brugge BVBA, 2008

13.2.3 Impacto

A resistência ao impacto de artigos esmaltados é descrita pela ISO 4532 (ver

figura 45). Este teste utiliza uma pistola que aplica uma força de aproximadamente

20N sobre a superfície do esmalte o qual deve ser analisado até 24 horas depois do

impacto (Email Quality, 2007).

Figura 45 - Pistola de impacto especificada pela ISO 4532, Fonte: Email Quality, 2007

90

13.2.4 Elasticidade

As propriedades térmicas e mecânicas são fortemente influenciadas pela

elasticidade dos esmaltes. Mesmo que a elasticidade seja medida pelo teste de

tensão, ela também pode ser medida através de ressonância por freqüência

utilizando um vibrômetro a laser (método dinâmico) que pode ser efetuado em

temperaturas até 600°C.

Geralmente, esmaltes apresentam um módulo de elasticidade na ordem de 45

a 65 GPa que é influenciado pelo tipo de esmalte e pela estrutura de bolhas

(porosidade).

Com o aumento da temperatura, o módulo de elasticidade diminui como pode

ser observado na figura 46 (Email Quality, 2007).

Figura 46 - Módulo de elasticidade dinâmica em função da temperatura, Fonte: adaptação de Email Quality, 2007

13.2.5 Abrasão

A resistência à abrasão é testada de acordo com ISO 6370-1 usando o

equipamento mostrado na figura 47.

91

Figura 47 - Teste de abrasão segundo ISO 6370-1, Fonte: Email Quality, 2007

Uma mistura de esferas de aço, óxido de alumínio e água é vibrada na

superfície de um pedaço retirado do artigo esmaltado e a perda de massa é medida

após certo número de revoluções (Email Quality, 2007).

13.2.6 Porosidade

Poros são interrupções locais limitadas no na superfície do artigo esmaltado e

podem aderir efeitos negativos. Eles devem ser diferenciados em: abertos

interconectados, abertos não interconectados e fechados que podem ser abertos por

abrasão ou alta voltagem.

Poros abertos que alcançam a superfície do metal são defeitos graves e

podem gerar severas corrosões. Podem ser facilmente observados com o teste de

baixa voltagem (ISO 8289) no qual uma solução eletrolítica penetra nos poros e

forma hidróxido de sódio por influência da corrente elétrica.

Poros fechados são medidos utilizando o teste de alta voltagem (EN 14430)

(ver figura 48). Trata-se de um teste destrutivo usado quando são necessárias

camadas de esmaltes livres de poros (Email Quality, 2007).

92

Figura 48 - Teste de porosidade com alta voltagem, Fonte: Email Quality, 2007

13.3 Propriedades ópticas

A cor é uma impressão visual causada pela luz proveniente de uma fonte ou

objeto irradiado. Em esmaltes a cor é medida através de colorimetria onde os

equipamentos e a metodologia utilizada são regulamentados pelo CIE. Estes

dispositivos são chamados colorímetros ou espectofotômetros. Eles fazem uso de

filtros vermelhos, verdes e azuis para emular a percepção do olho humano da luz e

da cor (Email Quality, 2007).

13.4 Propriedades químicas

Os testes utilizados para determinar a natureza e a severidade de ataque são

os seguintes: resistência a ácidos frios, ferventes, solução de soda cáustica quente,

detergente quente, água fervente e vapor d’água (Email Quality, 2007).

13.4.1 Resistência a ácidos frios

Este teste foi desenvolvido para a rápida avaliação de resistência ácida em

esmaltes vítreos. Devido ao fato de que ácidos são mais utilizados dia-a-dia do que

soluções alcalinas, não é surpresa que seja o carro chefe da durabilidade química.

Assim como determina a EN-14483-1, o esmalte é submetido ao ataque de

soluções aquosas frias de ácido cítrico (EN-14483-2-10 se fervente), hidroclorídrico

(EN-14483-2-12 se fervente) e sulfúrico (EN-14483-2-11 se fervente) e, analisados

segundo a figura 49 (Email Quality, 2007).

93

Figura 49 - Classificação da resistência ácida de acordo com a EN 14483-1, Fonte: adaptação de Email Quality, 2007

13.4.2 Resistência a solução de soda cáustica quente

Mesmo que os esmaltes sejam desenvolvidos sendo principalmente

resistentes a ácidos, em alguns casos também são afetados por soluções alcalinas

como em máquinas de lavar. É interessante notar que a resistência alcalina nunca

será maior que a ácida tendo um limitante de concentração de 10-3 mol/l (pH 11).

Soluções alcalinas quentes deterioram o esmalte rapidamente ocasionando sérios

defeitos.

Mesmo assim, um método similar ao usado com ácidos é aplicado seguindo a

EN-14483-4-9 (Email Quality, 2007).

13.4.3 Resistência a solução de detergente quente

Máquinas de lavar roupa, louça, secadoras, etc. devem ser resistentes a

detergentes quentes como o caracterizado na EN-14483-3. Uma solução de

detergente padronizada é aplicada a 95°C na peça esmaltada em movimento

rotativo durante 24 horas. O teste é repedido até que seja provocado dano

superficial (Email Quality, 2007).

94

13.4.4 Resistência a água fervente e água em vapor

Tanto o teste com água quente quanto o com água condensada têm uma

grande importância prática e são padronizados pela EN-14483-2-13. Tais testes

medem a perda de massa depois de 48 horas de exposição. Valores entre 5 e 10

g/m² são esperados (Email Quality, 2007).

13.5 Outros testes padronizados

Além dos testes mencionados acima, uma variedade de testes padronizados

são utilizados como: toxidade (ISO-4531-1 e 2), intemperismo (EN-14483-1-9),

propriedades de esmaltes auto-limpantes (ISO-8291) e propriedades pirolíticas (NF-

A92-031) (ver figura 50) (Email Quality, 2007).

Figura 50 - Teste para caracterização de propriedades pirolíticas, Fonte: Email Quality, 2007

14 Defeitos

Defeitos em artigos esmaltados podem ser caracterizados como interrupções

locais limitadas na densidade ou na estrutura assim como a penetração de uma

camada de esmalte em outra e nem sempre podem ser visíveis a olho nu.

Podem ser divididos em: relacionados ao aço, relacionados ao esmalte base,

em diretos, em coberturas, associados á esmaltação de 2C/1Q, aplicação a úmido e

a seco (Atlas of Enamels Defects, 1995).

Os principais defeitos encontrados durante a manufatura de artigos

esmaltados com esmaltes vítreos estão dispostos nas figuras 49 e 50 e descritos a

seguir:

95

Relacionados ao aço:

- figura 51 – a – escamas de peixe: são pedaços lascados da superfície em

forma de meia lua ocasionados pela difusão do hidrogênio. São solucionados

usando aço com menor conteúdo de carbono e menor penetração de hidrogênio ou

tornando o esmalte mais aderente;

- figura 51 – b – lascas: são fragmentos do esmalte causados por excesso de

camada, por estruturas de bolhas muito grandes ou baixo coeficiente de expansão;

- figura 51 – c – bolhas: são perfurações circulares maiores a 1 mm causadas

pela presença de dióxido de enxofre na atmosfera do forno ou excessiva liberação

de monóxido de carbono;

Relacionados ao esmalte base

- figura 51 – d – cabeças de cobre: são áreas nas quais o óxido de ferro

eclodiu a superfície. São causados pela saturação do aço devido a baixas camadas

de esmalte, por partículas de ferro presentes no esmalte ou resíduos do pré-

tratamento do aço;

- figura 51 – e – pontos brancos: causados por partículas grosseiras de

aditivos de moagem como quartzo;

Esmaltes diretos:

- figura 51 – f – cabeças de alfinete: são perfurações muito pequenas

causadas pela liberação de carbono do aço ou por impurezas orgânicas residuais do

pré-tratamento;

- figura 51 – g – bolhas de enxofre: são depressões circulares causadas por

resíduos ácidos ou enxofre que reduzem drasticamente a tensão superficial. Se

apresentarem coloração amarelada, podem ser contaminações de cloro

provenientes da água.

Esmaltes de cobertura:

- figura 51 – h – linhas de cabelo: são pequenas quebras que ocorrem

paralelamente sempre na mesma região. São ocasionadas por alta camada de

esmalte, tensões residuais ou má distribuição de partículas do esmalte,

- figura 52 – a – estrelas: são depressões circulares com exposição do

esmalte base em formato de estrela. Causados por impactos pontuais no aço antes

do processo de esmaltação;

96

- figura 52 – b – ondulações: também são causados por impactos pontuais no

aço antes do processo de esmaltação e acentuados por camadas excessivas de

esmalte;

- figura 52 – c – depósito de escamas: são auréolas amareladas causadas

pela penetração do cromo presente nas ferramentas de manuseio dos artigos

esmaltados;

Associados á esmaltação de 2C/1Q:

- figura 52 – d – escamas: são elevações superficiais uniformes em forma de

meia lua causadas pela elevada umidade durante a secagem e pré-aquecimento

acentuada pela liberação de gases durante a queima;

- figura 52 – e – pontos negros: são perfurações relativamente grandes na

superfície do esmalte causas pela liberação de gases quando a tensão superficial do

esmalte base é muito maior que a da cobertura;

Aplicação a úmido:

- figura 52 – f – linhas de drenagem: são marcas deixadas pelo escorrimento

de perfurações pertencentes ao desenho do artigo esmaltado. Existem aditivos de

moagem que reduzem a tensão superficial da suspensão que permitem a

minimização do defeito.

- figura 52 – g – pele de laranja: são aberturas no esmalte de cobertura com

exposição do esmalte base em forma de sulcos não uniformes. Causados pelo

excesso de pressão nas pistolas de aplicação ou pela utilização do esmalte base

inadequado (tensão superficial muito baixa).

Aplicação a seco:

- figura 52 – h – ionização: causada pela baixa umidade relativa do ar durante

a aplicação com alta voltagem de pó eletrostático.

Em virtude da alta incidência, os defeitos causados pela variação na camada

aplicada são dispostos na tabela 29 (Atlas of Enamels Defects, 1995).

97

Tabela 29 - Defeitos resultantes de espessuras de esmalte irregulares

Tipo de Esmalte Espessura Excessivamente Baixa Espessura Excessivamente Alta

Fundente Base Cabeças de Cobre Escamas de Peixe

Pelamento

Base Escamada Pontos de Desgaseificação

Cabeças de Alfinete

Cobertura Flutuação de Cor

Diferenças no Brilho

Linhas de Cabelo Casca de Laranja

Linhas de Escorrimento Quebras de Secagem

Lascas Ondulações

Entortamento


98

Figura 51 - a-c: defeitos causados pelo metal base; d-e: defeitos no fundente; f-g: defeitos em brancos diretos; h: defeito em coberturas, Fonte: IVE - Atlas of Enamel Defects, 1995

99

Figura 52 - a-c: defeitos em coberturas; d-e: defeitos em aplicação 2C/1Q; f-h: defeitos em aplicação de pó eletrostático úmido, Fonte: IVE - Atlas of Enamel Defects, 1995

100

15 Esmaltação de esmaltes vítreos na indústria brasileira

A indústria esmaltadora brasileira se concentra no estado de São Paulo com

alguns produtores no sul e nordeste. Produzem essencialmente panelas, fogões e

artigos afins com alto nível de terceirização.

Consomem cerca de 550.000,00 kg de esmaltes moídos por mês em

contraposição com outros países que compram esmaltes já em suspensão. Uma

grande maioria (87%) compra esmaltes secos prontos para uso, sendo que o

restante compra fritas e efetua sua própria formulação.

Em relação ao tipo de forno usado, metade utiliza fornos intermitentes a gás

ou elétricos, enquanto a outra metade usa fornos contínuos a gás do tipo “U”

(maiores produtores) ou longitudinais com uma temperatura de queima média de

830 °C, um ciclo de 4 minutos e um comprimento que varia entre 4,5 a 40 m.

Uma fração relativamente baixa de produtores usa aço especial para

esmaltados (30%) que pode ser observado também na alta reatividade da maioria

dos esmaltes utilizados evitando defeitos relacionados à qualidade do aço.

Tratando-se de um país em desenvolvimento, o índice de automação é

relativamente alto (78,4%) mesmo que 51% dos métodos de aplicação sejam por

imersão, 75% por spray, 5,5% com pó eletrostático, 8% por flow coating e não exista

aplicação eletroforética e DWE.

O preço médio praticado por quilo de esmalte seco é cerca de R$ 5,45

(drasticamente reduzido após a crise econômica mundial de 2008) (PEMCO, 2009).

101

16 CONCLUSÃO

Ao comparar os resultados obtidos com os objetivos propostos, pode-se

verificar que a metodologia usada foi satisfatória e promoveu a orientação

necessária para o cumprimento dos mesmos. O processo de esmaltação pôde ser

completamente analisado e relacionado a padrões internacionais, bem como as

especificações e controles das matérias-primas e produtos acabados.

A tecnologia de manufatura de esmaltes ainda é em grande parte importada

sendo que somente processos secundários são feitos nacionalmente (moagem e

empacotamento). Este quadro tem sido mantido á vários anos devido à constante

melhora e incentivos fiscais aduaneiros oferecidos pelo MERCOSUL.

De maneira geral, o cenário industrial é carente de apoio técnico o que

beneficia as indústrias multinacionais que buscam o “know-how” de suas matrizes

em países onde a esmaltação já é um processo mais corriqueiro.

No entanto, a grande concorrência do mercado, dividido entre dois principais

produtores de esmaltes, faz com que dia-a-dia, sejam introduzidas novas técnicas e

produtos buscando a redução de custos e melhora na qualidade resultando na

adaptação dos recursos nacionais e a construção do conhecimento.

Assim, sugere-se que futuros trabalhos sejam pautados na área de adaptação

de matérias-primas nacionais para a produção de esmaltes de cobertura no sistema

2C/1Q (duas camadas e uma queima) e aplicação eletroforética.

102

REFERÊNCIAS

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SEVERINO Antônio Joaquim. Metodologia do Trabalho Científico. 23. Ed. São Paulo: Cortez, 2007. 304p. COWAN R. E., ALLEN A. W., FRIEDBERG A. L. Effect of Temperature on Modulus of Elasticity of Porcelain Enameled Steel: Journal of the American Ceramic Society. Volume 39, Capítulo 9, Setembro 1956, 293-300 p. DANIELSON R. R., FREHAPER M. K. The Effect of Some Substitutes for Tin Oxide on The Opacity of White Enamels for Sheet Steel1: Journal of the American Ceramic Society. Volume 6, Capítulo 5, Maio 1923, 634-644 p. DEITZEL A.H. Emaillierung. Berlin Heidelberg New York. Springer-Verlag, 1981. DWIGHT G. MOORE, MARY A. MASON. Investigation of Gases Evolved During Firing of Porcelain Enamels: Journal of the American Ceramic Society. Volume 36, Capítulo 8, Agosto 1953, 241-249 p. EMAIL – ENAMELS – EMAUX – SMALTI – ESMALTES: Technical Dictionary in Five languages. Hagen: DEV, 1994. Email Quality: Quality Requirements for Vitreous / Porcelain Enamellings. 3rd English Edition. Hagen: EEA, 2007 FELLOWS R. L., MCLAUGHLIN J. L.. Study of milling and its effect on Properties of Porcelain Enamel Slips: Journal of the American Ceramic Society. Volume 22, Capítulo 1-12, Dezembro 1939, 260-264 p. MOORE D. G., PITTS J. W., RICHMOND J. C., HARRISON W. N. Galvanic Corrosion Theory for Adherence of Porcelain Enamel Ground Coats to Steel: Journal of the American Ceramic Society. Volume 37, Capítulo 1, Janeiro 1954, 1-6 p. PEMCO Brugge BVBA. PEMCO Enamel Manual. Edição 3, Brugge, Janeiro 2007, 1-274 p. PETZOLD A., PÖSHMANN H. Email und Emailliertechnik. 2 ed. VEB Deutscher

103

Verlag Für Grundstoffindrustie: Auflage 1992. PORTER F. R., NEAD J. H. Characteristics of Iron and steel for porcelain enameling: Journal of the American Ceramic Society. Volume 21, Capítulo 1, Janeiro 1938, 9-16 p. OLIVEIRA HERBERT V et al. PEI-101 Design & Fabrication of Metal of Porcelain Enamel. Norcross, 1995. 28 p. Disponível em: http://www.porcelainenamel.com/pubs.htm>. Acesso em: 09 out. 2008. _____. PEI-201 Selection of Porcelain Enamel Steels. Norcross, 1995. 30 p. Disponível em: http://www.porcelainenamel.com/pubs.htm>. Acesso em: 09 out. 2008. _____. PEI-301 Preparation of Sheet Steel of Porcelain Enamel. Norcross, 1995. 42 p. Disponível em: http://www.porcelainenamel.com/pubs.htm>. Acesso em: 09 out. 2008. _____. PEI-401 Ball Mill Grinding of Materials for Porcelain Enamel. Norcross, 1995. 33 p. Disponível em:http://www.porcelainenamel.com/pubs.htm>. Acesso em: 09 out. 2008. _____. PEI-402 Mill Additions. Norcross, 1995. 26 p. Disponível em: http://www.porcelainenamel.com/pubs.htm>. Acesso em: 09 out. 2008. _____. PEI-502 Dipping & Flow Coating for Porcelain Enamel. Norcross, 1995. 29 p. Disponível em: http://www.porcelainenamel.com/pubs.htm>. Acesso em: 09 out. 2008.

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RICHMOND J. C., MOORE D. G., KIRKPATRICK H. B., HARRISON W. N.. Relation Between Roughness of Interface and Adherence of Porcelain Enamel to Steel: Journal of the American Ceramic Society. Volume 36, Capítulo 12, Dezembro 1953, 410-416 p. THOMAS J.R., NELSON J.K, SILVERMAN S. J. Métodos de pesquisa em atividade física. 5. ed. Porto Alegre, RS: Artmed, 2007.

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WAMKE H. Die Elektrotauchemaillierung. Eigenverlag. Friedr. Marienfld, 2001. Vitreous Emails. London: Borax Holdings Ltd, 1984. Vitreous Enamel: A Performance Guide. Ticehurst, The Vitreous Development Concil Ltd., 1984

105

ANEXO – Especificações de matérias-primas para moagem

PEMCO Emelier do Brasil Ltda. Materia prima: Acido Bórico Nombre comercial: Acido Bórico Nombre químico: H3BO3

Componente Porcentaje

B2O3 55 - 56%

Fe2O3 0.005 - 0.01 %

Total *** %

106

PEMCO Emelier do Brasil Ltda. Materia prima: Aluminato de sodio Nombre comercial: Aluminato de sodio Nombre químico: NaAlO2 o Na2Al2O4.H2O


H2O Total 36–38%

Aluminato 60 – 62 %

Insoluble en Agua 0.4 – 0.6%

Cloruros 0.2 – 0.4%

Total *** %

107

PEMCO Emelier do Brasil Ltda.

Materia prima: Alumina A1 Nombre comercial: Alumina Calcinada Nombre químico: Al2O3


Al2O3 99–99.8 %

Fe2O3 0.02-0.08%

Na2O 0.2-0.8%

Total *** %

108


Materia prima: Harina de Rutilo Nombre comercial: Harina de Rutilo Nombre químico: TiO2


TiO2 Min. 93%

ZrO2 Max. 2.5%

Fe2O3 Max. 2.5%

SiO2 Max. 2.0%

Total *** %

109


Materia prima: Harina de zirconio Nombre comercial: Harina de Zirconio Nombre químico: ZrSiO4


Zr2O Min. 65%

SiO2 Max. 35%

Al2O3 Max.0.50%

Total *** %

110


Materia prima: Bayferrox 303 T Nombre comercial: Bayferrox 303 T Nombre químico: Oxido de Hierro sintético negro


Fe2O3 Min. 99 %

Total ***%

111


Materia prima: Bentonita Nombre comercial: Bentonita Nombre químico: Bentonita


MgO x SiO2 Máx. 84%

Total *** %

112


Materia prima: Carbonato de Magnesio Nombre comercial: Carbonato de Magnesio Nombre químico: Carbonato de Magnesio


MgO min41.5%

CaO max1.0%

Fe max0.05%

Total *** %

113


Materia prima: CMC Nombre comercial: CMC Nombre químico: Carboxi metil Celulosa H20-CPS 25 C Min 25% - Max 50% Viscosidad 7.2%


Total *** %

114


Arcilla: H 230


K Max. 2 %

Ti Max. 2 %

Fe Max. 10 %

Al Max. 25 %

Si Min. 25%

Total ***%

115


Arcilla: H 231


Ca Max. 2 %

Mg Max. 2 %

Fe Max. 2 %

Ti Max. 10 %

Al Max. 25%

Si Min. 25%

Total ***%

116


Materia prima: Nitrito de sodio Nombre comercial: Nitrito de sodio Nombre químico: NaNO2


NaNO2 Min. 98.5%

Cl Max. 0.2%

Total *** %

117


Materia prima: Manganeso Oxido Nombre comercial: Oxido de Manganeso Nombre químico: MnO2


Mn Min. 50%

MnO2 75 – 80 %

Fe2O3 2 – 5 %

SiO2 Max. 8%

Total *** %

118


Materia prima: Níquel Oxido Nombre comercial: Oxido de níquel Nombre químico: Oxido de níquel


Ni 76 – 78%

Fe 0.02-0.05%

Cu Max 0.01%

Total *** %

119


Materia prima: Borax Pentahidratado Nombre comercial: Penta Borax Nombre químico: Na2B4O7.5H2O B2O3 Teórico 47.8%


B2O3 Min 47 %

Na2O Min 21 %

Total *** %

120


Materia prima: Cuarzo #200 Nombre comercial: Cuarzo Nombre químico: Dioxido de silicio Requerimiento no debe contener mica, feldespato y carbonatos de ningún tipo. Granulometría: 3 – 12 % retenido en malla 200


SiO2 > 98%

Al2O3 < 0.5%

Fe2O3 < 0.08%

CaO- MgO < 0.15%

Perd Calcin < 0.15%

Total *** %

121

PEMCO Emelier do Brasil Ltda. Materia prima: Tripolisfosfato de Sodio Nombre comercial: TPF Nombre químico: Tripolisfosfato de Sodio


Na5P3O10 Min 92 %

Total *** %

122


Materia prima: Trióxido de Antimonio Nombre comercial: Trióxido de Antimonio Nombre químico: Trióxido de Antimonio Observación: # 325 mínimo 0.15% Debe ser polvo Blanco libre de impurezas.


Sb2O3 Máx. 98%

PbO Min 0.15%

As2O3 Min 0.1%

Fe Min 0.1%

Total *** %

000040D2

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Transcript of 000040D2