Este trabalho comparou as propriedades termomecânicas de concretos refratários comerciais para aplicação em conjunto de porta ventos de alto-forno. Dez composições diferentes de concretos refratários à base de alta alumina, alta mulita e alta andaluzita foram caracterizados. Para identificar e quantificar a composição e a microestrutura dos refratários foram utilizadas técnicas de espectroscopia de fluorescência de raios X (FRX), difratometria de raios X (DRX) qualitativa e quantitativa, microscopia eletrônica de varredura com análise de energia dispersiva de raios X (MEV-EDS), massa especifica aparente e porosidade aparente (MEA/Pa). A caracterização termomecânica foi realizada com ensaios de flexão três pontos, propagação de trinca para cálculo da energia de fratura com entalhe chevron, módulo de elasticidade dinâmico, coeficiente de Poisson e o cálculo do coeficiente de expansão térmica utilizando a regra das misturas. Para compreender o dano causado pelo choque térmico ensaios cíclicos de choque térmico foram feitos seguidos de analises de módulo de elasticidade por técnica de excitação por impulso seguido do módulo de ruptura por flexão três-pontos. Os parâmetros de resistência ao choque térmico (R e R´) e os parâmetros de resistência ao dano por choque térmico (R´´´, R´´´´ e Rst) foram calculados. Os resultados de ciclagem térmica e os parâmetros de resistência ao choque térmico mostram que para os concretos analisados, todos os materiais tem nucleação de trincas para temperaturas iguais ou superiores a 1100°C. Os parâmetros de resistência ao dano por choque térmico corroboram com os resultados das análises de MEV. O concreto D1 apresentou a melhor combinação de resistência ao dano por choque térmico e baixa condutividade térmica, propriedades requeridas para a aplicação em conjunto de porta ventos de alto-forno. Por fim é mostrado que as análises de ciclagem térmica devem ser analisadas cuidadosamente com foco na aplicação dos concretos e no desempenho da microestrutura do material, visto que as propriedades termomecânicas são caracterizadas por indiretamente por diferentes técnicas e portanto vários parâmetros precisam ser considerados. O concreto D1 apresentou boa resistência ao dano por choque térmico e baixa condutividade térmica e portanto possui o melhor desempenho para a aplicação em conjunto de porta ventos. / This work compares the thermomechanical properties of commercial castable refractories for blast furnace blowpipe application. Ten different compositions of commercial castable refractories with compositions of high alumina, high mullite, and high andalusite were characterized. In order to identify and quantify the composition and microstructure of the castables, X-ray fluorescence (XRF), X-ray diffraction (XRD), scanning eléctron microscopy with energy dispersive spectrum (SEM-EDS), bulk density, and apparent porosity were used. The thermomechanical characterization was performed through threepoint flexural strength, work of fracture through crack propagation in notched samples, dynamic elasticity modulus, Poisson ratio, and the calculation of the thermal expansion coefficient using the mix law. Cyclic thermal shocks at 1100°C were realized in order to characterize the materials under thermal shock damage environment followed by elasticity modulus, modulus of rupture, and SEM analysis. The parameters for thermal shock resistance (R e R´) and the parameters for thermal shock damage resistance (R´´´, R´´´´ e Rst) were calculated. The thermal shock cycling tests and the thermal shock resistance correlated and showed that all castables had crack nucleation after a thermal shock of 1100°C or higher. The thermal shock damage parameters and the SEM analysis correlate. Castable D1 showed high resistance to thermal shock damage and lower thermal conductivity, which are required properties for the blast-furnace blowpipe application. Thermal shock cycling tests performed on castables should therefore be examined not only through mechanical testing, but also through microstructure analysis. Castable D1 showed high thermal shock damage resistance and lower value of thermal conductivity; therefore, it is the best castable for blast furnace blowpipe application among the samples tested.

Submitted by Johnny Rodrigues (johnnyrodrigues@ufcg.edu.br) on 2018-04-25T15:51:00Z No. of bitstreams: 1 FRANCISCO GALDINO JÚNIOR - DISSERTAÇÃO PPGEM 2014..pdf: 6213176 bytes, checksum: 50d50ccb2736f335fb4e52475cb149f7 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-25T15:51:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FRANCISCO GALDINO JÚNIOR - DISSERTAÇÃO PPGEM 2014..pdf: 6213176 bytes, checksum: 50d50ccb2736f335fb4e52475cb149f7 (MD5) Previous issue date: 2014-08-28 / O crescente desenvolvimento de materiais compósitos reforçados nos últimos anos tem propiciado novas alternativas para solucionar diversos problemas acerca da necessidade de novos materiais com combinações de propriedades. Para utilizarmos tais materiais, devemos realizar vários ensaios mecânicos, como: tração, compressão, flexão e principalmente de impacto. Para isso, foram realizados estudos específicos sobre materiais compósitos e impactos em estruturas laminadas. Através desses estudos e de um levantamento do estado da arte acerca do projeto de diversas máquinas de impacto por queda de peso, foi projetada e fabricada uma máquina de impacto por queda de peso para materiais compósitos de simples concepção. A máquina desenvolvida possui um intervalo de energia de impacto entre 20J e 96J, obtida através de variação da massa de queda de impacto. Foi desenvolvido também um sistema instrumentação para aquisição da força de impacto e da energia absorvida pelo corpo de prova, além de um sistema anti rebote eletromecânico. Para a validação do equipamento foram realizados ensaios de impacto por queda de peso em placas compósitas de fibra de vidro com 8, 10, 12 e 14 camadas e analisado os danos causados nas mesmas, através de software de análise de imagem. A partir de um software de análise de vídeo foi possível calcular a velocidade de impacto e a energia de impacto nos ensaios e comparar com o método teórico e o instrumentado. / The increasing development of reinforced composite materials in recent years has provided new alternatives to solve various problems about the need for new materials with combinations of properties. For such materials we use, we conduct various mechanical tests, such as tensile, compression, bending and mainly impact. For this, specific studies on composite materials, and impact on laminate structures were performed. Through these studies and a survey of state of the art about the project in several of drop impact weight machines, is designed and manufactured a machine to drop impact weight for composites of simple design. The machine has developed a range of impact energy of 20J, and 96J, obtained by varying the mass of the drop impact. One instrumentation system for the acquisition of the impact force and energy absorbed by the specimen was also developed, and an anti rebound electromechanical system. To validate the equipment impact tests were performed by weight loss in composite plates with glass fiber 8, 10, 12 and 14 layers and analyzed the damage caused in the same via image analysis software. From a software video analysis it was possible to calculate the impact velocity and impact energy in the tests and compare with the theoretical method and instrumented.