Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 DissCAFR.pdf: 8245112 bytes, checksum: 4a6c62a64a540bbde3148391ebbe9b4a (MD5) Previous issue date: 2004-08-06 / In this work, boron was added in a commercial silicon carbide bonded silicon nitride refractory and its influence has been evaluated. These materials have been used as high temperature structural ceramic due to their properties combination, as the hot modulus of rupture, abrasion resistance, excellent thermal conductivity, good thermal shock resistance and good corrosion resistance. To prepare the studied compositions, boron compounds were added during mixing stage and sintered at 1450o C in a nitrogen atmosphere. Some compositions were tested on a first stage using hot modulus of rupture tests and X ray diffractions. On a second stage, modulus of rupture at room temperature, scanning electronic microscopy and mainly oxidation tests (980 and 1230o C / 200 hours) were performed and valued. The obtained results were compared with the commercial refractory. As the weight gain is an oxidation indicative, samples made with boron nitride have indicated trends to be a good alternative to increase the oxidation resistance. Besides, boron additives contributed to crystallize the silica film in the samples and contributed to getting a better oxidation resistance. The oxygen diffusivity is bigger in the vitreous silica than in the crystalline, and due to this crystallization, boron additives have shown a good opportunity to decrease the oxidation rate. The results obtained by SEM showed silicon nitride fibers, mainly inside the porous. Moreover, as informed on the paper references, boron has contributed to form air bubbles in the silica film, but without bubbles rupture. These ruptures could be responsible to increase the oxidation rate in the silicon carbide surfaces. Also, spherulits were not observed in the oxidized film. / Neste trabalho foi avaliada a influência da adição de boro em um refratário comercial a base de carbeto de silício liga de nitreto, sendo que este tipo de material é comumente utilizado como cerâmica estrutural a altas temperaturas em função de sua combinação de propriedades, tais como manutenção da resistência mecânica a altas temperaturas, resistência à abrasão, elevada condutividade térmica, boa resistência ao choque térmico e resistência a corrosão. Para produção das composições, compostos de boro foram adicionados ao refratário comercial durante etapa de mistura e posteriormente sinterizados a 1450º C em atmosfera de nitrogênio. Em uma primeira etapa, diversas composições foram testadas levando-se em conta a resistência mecânica a quente do material e fases formadas após queima. Após definição daquelas que seriam testadas, ensaios de resistência mecânica a temperatura ambiente, microscopia eletrônica de varredura e, principalmente, ensaios de oxidação (980 e 1230º C / 200 horas) foram realizados e os resultados obtidos foram comparados com o refratário comercial. Sabendo que o ganho de peso é indicativo do grau de oxidação, dentre os aditivos testados, nitreto de boro se mostrou um material proissor para aumento da resistência a oxidação do material. Sabendo-se que a camada de sílica formada sobre a superfície do material é benéfica para aumento da resistência à oxidação e que a difusividade do oxigênio na camada cristalina é menor que no filme vítreo, os aditivos a base de boro contribuíram para a cristalização da superfície formada, e, conseqüentemente, se mostraram interessantes para diminuição das taxas de oxidação de materiais a base de carbeto de silício. As micrografias obtidas indicam a formação de fibras de nitreto de silício, principalmente na região interna dos poros. Além disso, conforme citado na literatura, a presença de boro como aditivo de sinterização contribuiu para o aparecimento de bolhas na camada oxidada, porém sem ruptura das mesmas. Tal ruptura dessas bolhas seria prejudicial para a resistência à oxidação devido à formação de locais pontuais para a entrada de oxigênio na estrutura. Outro ponto a destacar foi à ausência de esferulitas na camada oxidada.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3117.pdf: 5379734 bytes, checksum: ba586b8b11555913f61445e59c0efbd2 (MD5) Previous issue date: 2010-05-05 / The increase in the world steel production mainly observed in the last decade demanded a significant growth in the hot metal production through the blast furnace process. A key point in blast furnaces operation is related to the taphole mix used to plug the hole that is where the tapping is carried out. The taphole mix is a key aspect for the production flow of integrated mills because, in the blast furnaces, it is responsible to maintain a stable tapping, ensuring the supply of hot metal to the steelmaking, maintaining all stages of the crude steel plants in synchrony. The taphole mixes for blast furnace are very special products in the broad universe of refractory materials due to its complex chemistry composition, being applied in extreme conditions of temperature and demand. In this context, the literature and the technical aspects related to taphole mixes require a more comprehensive technical contribution, considering the influence of some additives on their properties. The aim of this work is to evaluate the influence of different raw materials and additives on the properties of taphole mixes related to their densification, adhesion and usinability features. The results of the tests were assessed according to the AHP (Analytical Hierarchy Process) method, which allows for the selection of the best formulation considering all the parameters involved. / O elevado aumento na produção mundial de aço, observado principalmente a partir da última década, gerou um crescimento significativo na indústria de fabricação de ferro gusa via altos-fornos, como é o caso nas indústrias siderúrgicas nacionais. Um ponto crítico do processo de redução do minério de ferro via alto-forno está relacionado à massa refratária utilizada para vedar (tamponar) o furo de corrida, que é por onde ocorre o vazamento de gusa e escória líquidos. Essa massa de tamponamento é de extrema importância para todo o fluxo de produção de uma usina integrada pois, nos altos-fornos, ela é responsável por controlar um vazamento estável de gusa e escória, garantindo o abastecimento de gusa na aciaria, mantendo em sincronismo todas as etapas de produção do aço bruto nessas usinas. As massas de tamponamento para altos-fornos constituem uma categoria de produtos muito especiais no amplo universo dos materiais refratários devido à sua complexa constituição química, além de serem aplicadas em condições extremas de temperatura. Além disso, é um produto que necessita apresentar desempenho com resposta consistente e rápida. Nesse contexto, a literatura carece de estudos com conteúdo técnico mais abrangente, considerando a influência dos seus constituintes em suas propriedades.O objetivo deste trabalho foi, por meio de uma abordagem sistêmica, avaliar a influência de algumas matérias-primas das massas em suas propriedades, sendo essas ligadas à sua densificação, adesão e usinabilidade. Para isso, utilizou-se técnicas empregadas na caracterização das massas de tamponamento e outras técnicas encontradas na literatura, que foram aprimoradas. A metodologia AHP (Analytical Hierarchy Process), empregada para escolha da melhor formulação testada, mostrou que a composição M5 com elevado teor de anti-oxidantes obteve resultados superiores, considerando os aspectos de adesão, usinabilidade e densificação do produto.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3295.pdf: 13186492 bytes, checksum: 333013414f8ad152831c0e6d5db2531d (MD5) Previous issue date: 2008-04-10 / Universidade Federal de Minas Gerais / The increasing steelmaking production level in association with the steel quality requirements led to the use of high performance materials. In this context, the use of refractory castables increased, due to their production and application versatilities. Magnesia is one of the most important refractory raw material, as it presents a high refractoriness and corrosion resistance to basic slags. Due to their ability to accommodate slags elements without loosing structural integrity, in-situ spinel castables (MgAl2O4) are commonly used for steel ladle lining. Nevertheless, there are many simultaneous challenges for this system optimization: (i) the MgO hydration can spoil the castable structure and result in processing problems, on shaping and drying; (ii) the intermediate temperatures mechanical strength level should be kept at suitable values and (iii) the expansion, as a consequence of spinel and CA6 formation, must be under control. Due to the lack of a systemic and conclusive analysis related to these aspects, the evaluation of these castables raw materials and their association was carried out in this work, based on the requirements pointed out above. Concerning magnesia hydration, advances were attained by the correct dispersion and particles packing. The compositions designed also resulted in suitable mechanical properties at intermediate temperatures, inhibiting cracking problems during the material s pre-heating stage. Regarding the expansive phases formation at high temperatures, all evaluated variables (cement content, binder system, magnesia source, microsilica content and aggregates nature) affected in a significant way the alumina-magnesia castables stability, providing several routes for the expansion control by the microstructural engineering of these materials. The results attained helped the scientific and technological advances in this subject. / O crescente nível de produção do setor siderúrgico e a constante busca pelo aumento de qualidade do aço demandam a utilização de materiais com desempenho superior. Neste contexto, o extenso uso de concretos refratários se destaca, dada a sua versatilidade de produção e aplicação. Uma das matérias primas refratárias mais importantes é a magnésia, devido à sua elevada refratariedade e resistência à corrosão em meios básicos. Nesta classe de materiais, encontram-se os concretos espinelizados in-situ (MgAl2O4), que possui como principal vantagem a capacidade de acomodação de elementos deletérios da escória sem a perda da sua integridade estrutural. No entanto, diversos são os desafios para a otimização deste sistema: (i) o controle da hidratação do MgO, que pode danificar a estrutura do concreto e dificultar diversas etapas de seu processamento, tais como a moldagem e a secagem; (ii) a manutenção da resistência mecânica em temperaturas intermediárias e (iii) o gerenciamento da expansão, decorrente de fases como o espinélio e o CA6. Devido à ausência de uma análise sistêmica e conclusiva na literatura sobre estes aspectos, a avaliação das matérias-primas e suas combinações para esta classe de concretos foi efetuada tomando como diretrizes os tópicos acima mencionados. Quanto à hidratação da magnésia, foram obtidos avanços quanto ao modo de controle de tal fenômeno, por meio da correta dispersão e empacotamento de partículas. Este cuidado com as formulações também resultou em propriedades mecânicas adequadas em temperaturas intermediárias, evitando-se problemas de trincamentos durante a pré-queima do material. Com relação à formação de fases expansivas em temperaturas elevadas, todas as variáveis estudadas (teor de cimento, tipo de ligante, fonte de magnésia, teor de microssílica e tipo de agregado) influenciaram de modo relevante na estabilidade volumétrica dos concretos alumina-magnésia, propiciando diversas alternativas para o controle da expansão por meio da engenharia de microestrutura destes materiais e contribuindo para o avanço científico e tecnológico no assunto.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3781.pdf: 6243852 bytes, checksum: de980a103652d1661d6344b86c6efb74 (MD5) Previous issue date: 2011-05-09 / The erosion wear is a mechanism that results in the removal of material from the surface by erosive particles. In some applications, such as calciners used in the aluminum industry and risers of the petrochemical industry, the erosive wear is one of the most critical problems of the refractory lining. Since they are equipments used in the critical phases of these industries production process, needs of long maintenance stops can severely impact their productive process, resulting in significant financial losses. Aiming to maximize the periods in which maintenance calls are not required, refractory materials qualifications are periodically performed in order to help on selecting the highest performance materials. However, even though the service temperatures for these applications are usually high, nowadays the erosion tests are performed only at room temperature in these qualification processes. Additionally, it uses a correlation that assumes that a higher hot modulus of rupture will result in a higher erosive resistance, in the same temperature range. Thus, aiming to reproduce the operation conditions in a more realistic way, the main goal for the present work (which was conducted in partnership with Alcoa and Petrobras) was to enhance the operation of the hot erosion equipment previously developed by other members of GEMM/UFSCar (Materials Microstructure Engineering Group), by making adjustments on its initial design. This enhancement resulted in the development of a calibration methodology for the equipment and the elaboration of a standard procedure for hot erosion tests. And finally, refractory materials were characterized and the results indicated that, for the analyzed materials, the erosive behavior varies as function of the temperature and that there is not always a linear correlation between erosion resistance and the other properties analyzed. / O desgaste por erosão se trata de um mecanismo que resulta na remoção de material da superfície por partículas abrasivas. Em algumas aplicações, como em calcinadores usados na indústria do alumínio e em risers da indústria petroquímica, o desgaste erosivo é uma das solicitações mais críticas do revestimento refratário. Como se tratam de equipamentos usados em etapas fundamentais dos processos de produção dessas indústrias, eventuais necessidade de paradas prolongadas para manutenção podem comprometer os respectivos ciclos produtivos, resultando em significativas perdas financeiras. Visando maximizar o intervalo de tempo entre a necessidade de paradas, periodicamente são realizados processos de qualificação de materiais refratários com o intuito de auxiliar na escolha de materiais com maior desempenho. Entretanto, apesar de, para as aplicações em questão, as temperaturas de serviço serem elevadas, atualmente, nesses processos de qualificação, os ensaios de erosão são realizados somente à temperatura ambiente. Adicionalmente, é usada uma correlação suposta pelos pesquisadores na qual um maior módulo de ruptura a quente resulta em uma maior resistência a erosão na mesma faixa de temperatura. Assim, buscando reproduzir de forma mais realística as condições de operação, o presente trabalho, realizado em parceria com a Alcoa e a Petrobrás, teve como objetivo principal aperfeiçoar o funcionamento do erosímetro a quente previamente desenvolvido por outros membros do GEMM/UFSCar (Grupo de Engenharia e Microestrutura de Materiais), por meio de ajustes no seu projeto inicial. Esse aperfeiçoamento resultou no desenvolvimento de uma metodologia de calibração do equipamento e na elaboração de um procedimento padrão para ensaios de erosão a quente. A seguir, materiais refratários foram caracterizados e os resultados mostraram que, para os materiais analisados, o comportamento erosivo varia em função da temperatura e que nem sempre há uma correlação linear entre resistência a erosão e as outras propriedades analisadas.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3895.pdf: 18961078 bytes, checksum: ece5c9688278c7fda38ec149e15b7c31 (MD5) Previous issue date: 2011-08-30 / Financiadora de Estudos e Projetos / Improvements on carbon containing refractories are synonymous of benefits for the entire steel industry. In the last years, two particular developments deserve to be highlighted: (i) the report of additives able to graphitize the carbon fixed by the thermoset polymers used as refractory binders and (ii) the induction, by combining antioxidants, of in situ growth special whiskers. Whereas the graphitization would reduce the disadvantages that thermosetting resins present when compared to other organic binders, the whiskers would be able to afford significant improvements concerning mechanical and chemical resistances. However, the fundamentals at which these innovations are based on left some unanswered questions. Therefore, the main purpose of this project was to reproduce and analyze these technologies in order to fill such gaps, by evaluating MgO-C model compositions via XRD, SEM and thermogravimetry. The attained results shown that both technologies appreciably modified the phases developed in these model compositions. However, regarding the graphitizing agents, such changes did not lead to benefits related to the carbon oxidation resistance, and the literature results concerning special whiskers were not fully reproduced. It was also observed that the model compositions approach presents some weak links and their use to forecast the refractory microstructure would not be recommended. Nevertheless, based on the experiments carried out, an enormous diversity of whiskers were attained which could also been formed in the refractories. This latter issue motivates further analysis in order to evaluate the consequences of such structures in the thermo-mechanical properties. Additionally, aiming to understand the carbon containing refractories and to identify other routes less explored to improve them, this project also reviews and critically analyses the literature in the area and in the correlated ones, such as those on carbon and polymers fields. / O aperfeiçoamento dos refratários contendo carbono é sinônimo de benefícios para toda a indústria do aço, sendo que nos últimos anos dois desenvolvimentos relativos a esses materiais chamam especial atenção: (i) a identificação de aditivos que grafitizam o carbono fixado pelos polímeros termofixos usados como ligantes do refratário e (ii) a indução do crescimento in situ de whiskers especiais pela combinação de aditivos antioxidantes. Enquanto a grafitização reduziria as desvantagens que os termofixos apresentam frente a outros ligantes orgânicos, os whiskers seriam capazes de proporcionar ganhos significativos de resistência mecânica e química. Entretanto, percebe-se que importantes dúvidas persistem nos fundamentos dessas inovações, no que o principal propósito deste projeto foi reproduzi-las e analisá-las para procurar preencher essas lacunas. Para tal, composições modelo do sistema MgO-C foram avaliadas por DRX, MEV e termogravimetria. Os resultados obtidos mostraram que essas duas tecnologias de fato podem alterar em extensão apreciável as fases formadas nas composições modelo. Porém, no caso dos agentes grafitizantes, essas alterações não chegaram a beneficiar a resistência à oxidação do carbono, enquanto os resultados da literatura com os indutores de whiskers não se reproduziram plenamente. Observou-se ainda que a metodologia das composições modelo possui importantes deficiências, e que usá-las para prever a microestrutura do refratário não seria recomendável. No entanto, por meio delas ainda pôde-se ter uma relevante amostra da grande diversidade de whiskers que podem se formar em meio ao refratário, o que indica a necessidade de estudos posteriores para analisar todas as conseqüências dessas estruturas para as propriedades termomecânicas. Já para melhor compreender os refratários contendo carbono e identificar outras rotas para desenvolvê-los que não tenham sido suficientemente exploradas, este projeto também realizou uma revisão e análise crítica da literatura voltada a esses materiais e da literatura proveniente de áreas correlatas, como a ciência do carbono e dos polímeros.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4474.pdf: 3600461 bytes, checksum: a575d302d2c8b3ebb8ef2562d8ddad52 (MD5) Previous issue date: 2012-07-25 / The increased need of reducing production costs of commodities raised the importance of reaching higher levels of process efficiency and also the consolidation of financial gains due to larger-scale production capacities. In this scenario, the control and reduction of energy consumption is considered one of the most critical issues due to its impact on the companies economical, environmental and social businesses sustainability. In the primary alumina industry, it is estimated that the calcination process still demands 30% in excess of energy to operate, although there have been major improvements in the current calciners when compared to the former versions disseminated in the 70 s. In parallel, although the production capacity increased significantly, diluting the overall production costs, they also raised the importance of maintaining their operational availabilities at the maximum level to attain the financial viability of the processes. Currently, daily losses are estimated to be close to 1 million dollars per each nonproductive day of a large-capacity calciner. Despite this critical aspect, it is not rare to find literature reports indicating refractory failure as one of the main causes of unexpected production halts, which highlights the need of high performance linings as a pre-requisite for longer campaigns and lower levels of energy consumption. This project evaluated one of these refractory failure detected in three new large-capacity calciners. The root-cause of the refractory s short life was identified and afterwards a novel more suitable material was selected increasing twofold the operational campaign time, which resulted in additional potential revenue of 60 million dollars per year. In order to complement the study, the overall reduction of energy consumption was quantified for different high performance insulating materials. This project was concluded with an economical viability study for the implementation of this novel insulating lining concept for those three calciners. / Com a crescente necessidade de diminuição do custo de produção das commodities, aumentou-se também a importância de manter os mais elevados níveis de eficiência dos processos e de se obter ganhos de escala em equipamentos. Neste cenário, o controle e a redução do consumo de energia dos processos produtivos alcançou lugar de destaque pelo seu impacto na sustentabilidade econômica, ambiental e social dos negócios das empresas. Na industria de produção primária de alumina ainda estima-se um excesso no consumo de energia de aproximadamente 30% para o processo de calcinação, ainda que os equipamentos atuais apresentem melhorias signifcativas quando comparados aos primeiros calcinadores de leito fluidizado disseminados na década de 70. Em paralelo, os aumentos de escala destes mesmos equipamentos diluiram os custos de produção por um lado, mas por outro tornaram a manutenção das suas disponiblidades operacionais um ítem crítico para obter os ganhos financeiros desejados. Para se ter idéia, atualmente estima-se um potencial de perdas da ordem de 1 milhão de dólares por dia não produtivo por unidade de calcinação. Apesar desta relevância, não são raros os relatos de literatura indicando falha dos materiais refratários como uma dos principais causas de paradas indesejadas, destacando a necessidade de utilizar revestimentos refratários de alto desempenho como meio fundamental para se obter campanhas mais longas e menores consumos de energia. Este trabalho estudou um destes casos de falha do revestimento refratário em três novos calcinadores de leito fluidizado, identificou o motivo da curta vida útil do refratário e posteriormente selecionou um novo, que duplicou o tempo das campanhas operacionais, gerando um potencial adicional de receita de 60 milhões de dólares por ano. Para complementar o trabalho, foram quantificados os potenciais de redução do consumo energético para diferentes materiais isolantes de alto desempenho. O estudo é finalizado com a análise de viabilidade econômica da implementação de uma nova concepção de isolamento térmico para estes calcinadores.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4591.pdf: 5813012 bytes, checksum: ff9274a4551d7ce6bfd65d00132098db (MD5) Previous issue date: 2012-07-26 / Universidade Federal de Sao Carlos / The industrial need to reduce energy consumption is part of a continuous evolution towards higher levels of sustainability and competitiveness. Considering these aspects, the search for alternatives to improve the performance of melting and holding furnaces in the aluminum industry is directly dependent on the refractory materials ability to keep heat and withstand the mechanical, chemical and thermal degradation processes. Therefore, five dense high-alumina commercial refractories were characterized according to their thermo-mechanical properties, physical features and aluminum corrosion resistance. The results pointed out that choosing the most suitable composition requires the evaluation of the chemical aspects and thermal shock resistance. Moreover, the understanding of high emissivity coatings applications was also focused in order to develop an alternative which could increase heat savings. Thus, two methods were developed to analyze the coating efficiency: a) the temperature measurement of painted specimens fired at different temperatures in a furnace; and b) the heating curve profile of a ceramic sample during firing in a furnace lined with refractories previously coated with high emissivity paint. Three commercial products were characterized and both evaluation methods showed that the high emissivity coating affected the sample heating, although a reduction in its efficiency was observed during the testing cycles. Furthermore, in order to attest the effectiveness in industrial practices, a high emissivity coating was applied on the refractory walls of a melting aluminum transport crucible. The results showed that the combined analysis involving the correct selection of refractories and application of high emissivity coatings can open new paths toward cost reduction and industrial sustainability. / Nas indústrias de base ou de transformação a energia utilizada para o aquecimento da carga é parcialmente dissipada tanto pela exaustão dos gases quanto pelos refratários que revestem internamente esses equipamentos industriais que trabalham em altas temperaturas. Assim, a busca por alternativas para um melhor desempenho dos fornos de fusão e espera da indústria de alumínio depende diretamente da capacidade dos materiais refratários em reter o calor e resistir aos processos de degradação nos aspectos mecânico, químico e térmico. Para tanto, cinco refratários aluminosos comerciais densos foram caracterizados por ensaios termo-mecânicos, físicos e de corrosão por alumínio. Os resultados obtidos indicaram que no processo de seleção é preciso considerar principalmente a composição química e a resistência ao choque térmico dos refratários. Em paralelo, buscou-se entender o uso da tinta de alta emissividade como uma alternativa que contribuísse para o melhor aproveitamento do calor gerado. Assim, foram desenvolvidas duas metodologias que pudessem mostrar a eficiência dessas tintas: a) medição da temperatura de corpos-de-prova pintados e aquecidos dentro de um forno e, b) a determinação da curva de aquecimento de uma carga em um forno cujos refratários foram revestidos com tinta de alta emissividade. Três produtos comerciais foram caracterizados, sendo que o uso das metodologias mostrou que a tinta afeta o aquecimento da carga. Entretanto, observa-se que a eficiência é reduzida ao longo dos ciclos dos ensaios. Adicionalmente, procurou-se conciliar a teoria com a prática industrial, efetuando-se um estudo usando cadinhos de transporte de alumínio líquido com o interior das tampas recobertas com a tinta. Dessa forma, os resultados deste trabalho apontaram que a análise conjunta envolvendo a correta seleção de refratários e a aplicação de tintas de alta emissividade desenvolve ações para a redução dos custos e para o caminho em direção à sustentabilidade.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 5438.pdf: 3446587 bytes, checksum: 582ddb721808f61e9c39774b9ef47b1a (MD5) Previous issue date: 2013-08-02 / Steel ladles are special vessels used for liquid steel transportation from the primary refining stage up to its solidification one at the casting shop. The MgO-C bricks have been used for lining this equipment due to its high chemical resistance to steel slags and thermal shock. However, new procedures during refining stages have increased the attack of the refractory lining, especially in the slag line, where the corrosion and wearing processes are intense. This fact has significant implications in reducing the ladle availability, leading to the need of intermediary repairs, besides increasing production costs and affecting the operational safety. In this context, the present study aims to evaluate the wear mechanisms of the steel ladle slag line by identifying the effects of some variables during the refractory production, placing and operation. In order to achieve that, the computational thermodynamics was widely used to understand the reactions and transformations that occur in complex systems, such as the interaction between refractory and slag. The software helped in evaluating the effect of raw materials, antioxidants additives and alternative materials (such as spinel) of new MgO-C ceramic compositions performance. The laboratory tests indicated the oxidation and corrosion as the main wearing mechanisms in MgOC refractory. In the first case, it was detected the importance to develop solutions for carbon protection, such as, applying a lining antioxidant coating for the first ladle heating. In addition, the slag conditioning efficiency to reduce the bricks corrosion rate was attested, due to the chemical potential decrease for dissolving the refractory constituents. Thus, this project has improved the knowledge of MgO-C behavior at high temperatures and also helped in the development of alternative solutions (focused in operational standards and formulations) to maximize the refractory performance. / Panelas de aço são recipientes especiais que transportam o aço líquido desde o final do refino primário até a sua solidificação no lingotamento. Os tijolos de MgO-C têm-se destacado no revestimento destes equipamentos devido a elevada resistência química às escórias siderúrgicas e ao choque térmico. Porém, as etapas de refino têm se tornado cada vez mais agressivas aos materiais cerâmicos, principalmente na linha de escória, onde os processos de corrosão e desgaste são intensos. Este fato tem implicações significativas na redução da disponibilidade de panelas na produção e na necessidade de reparos intermediários no revestimento, além de aumentar os custos produtivos e afetar a segurança operacional. Neste contexto, o presente estudo visou avaliar os mecanismos de desgaste na linha de escória das panelas de aço, identificando os efeitos das variáveis durante a fabricação, instalação e operação dos refratários. Para tanto, a termodinâmica computacional foi amplamente utilizada para entendimento das reações e transformações que ocorrem em sistemas complexos, como no caso da interação entre refratário e escória. Esta ferramenta auxiliou na avaliação do efeito das matérias-primas, aditivos antioxidantes e materiais substitutos (como espinélio) no desempenho de novas composições cerâmicas do sistema MgOC. Os ensaios laboratoriais indicaram a oxidação e a corrosão como os principais mecanismos de desgaste dos refratários MgO-C. No primeiro caso, verificou-se a importância de soluções na proteção ao carbono do revestimento, como por exemplo, a aplicação de tinta antioxidante no primeiro aquecimento. Adicionalmente, confirmou-se a eficiência do condicionamento de escórias na redução das taxas de corrosão dos tijolos, devido a redução do potencial químico de dissolução dos constituintes dos refratários. Assim, este projeto auxiliou a compreender o comportamento do sistema MgO-C em altas temperaturas e a propor soluções que maximizem a resistência físico-química deste refratário.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:12:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 6543.pdf: 4737897 bytes, checksum: bbbcbfbe652f9e62291ea3c6b3e8f57a (MD5) Previous issue date: 2010-02-04 / In order to fulfill modern market requirements based on increased search for SiC Si3N4 products with high performance and good cost/benefit ratio, there is a natural need for additives able to sinter as well as decrease the inherent oxidation tendency of this products. Refractories based on SiC Si3N4 present several important thermal and mechanical properties at high temperatures which lead them to be used as sagars and overall furnace furniture. However carbides and nitrides including SiC Si3N4 are instable at high temperatures in air. The formation of a surface silica layer and other intergranulary distributed silicates, may function as oxidation protection. However, at the same time at high temperatures the thermal and mechanical properties can be badly affected. Based on these assumptions in this work it is presented a study involving the effect of boron carbide as a sintering and antioxidant protector on SiC Si3N4 used mainly kiln furniture. The results indicate that the use of boron carbide was very effective on fulfilling both requirements that is as sintering additive and anti oxidant. / Os mercados atuais são norteados pela crescente demanda por produtos de elevado desempenho com boa relação custo/benefício. Neste aspecto, o estudo de aditivos que melhorem ainda mais as propriedades inerentes dos produtos refratários de carbeto de silício ligados a nitreto de silício (SiC Si3N4) utilizados em mobílias de fornos para queima de cerâmicas, torna-se uma necessidade. Nesta dissertação é apresentado um estudo envolvendo a adição de carbeto de boro, em formulações industriais de SiCSi3N4 destinadas à confecção de peças de mobílias de fornos para queima de produtos cerâmicos, cuja temperatura de operação varie na faixa de 1000°C a 1400°C. Foi adicionado B4C em quantidades variadas, objetivando estudar a variação do comportamento em função da quantidade de aditivo. O método utilizado para verificar a variação do comportamento, foi o teste de oxidação segundo norma ASTM, onde os corpos de prova foram avaliados em relação ao aumento de massa e de volume, parâmetros esses, que indicam o grau de oxidação dos corpos de prova. Levando-se em conta que o processo industrial tradicional conta com processos de queima e requeima, também foi analisada a possibilidade da extinção da segunda etapa, visando a redução de custos. Os resultados indicaram que a adição de carbeto de boro cumpriu dois requisitos relevantes, quais sejam, agente anti-oxidante e também como aditivo de sinterização, e que a etapa de requeima é indispensável para a obtenção das propriedades desejadas nas peças em carbeto de silício ligado a nitreto de silício.

Submitted by Izabel Franco (izabel-franco@ufscar.br) on 2016-10-05T18:28:53Z No. of bitstreams: 1 TeseSMJ.pdf: 10960620 bytes, checksum: 004243fd396e114b01e19001af212d41 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-20T16:25:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseSMJ.pdf: 10960620 bytes, checksum: 004243fd396e114b01e19001af212d41 (MD5) / Approved for entry into archive by Marina Freitas (marinapf@ufscar.br) on 2016-10-20T16:25:43Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TeseSMJ.pdf: 10960620 bytes, checksum: 004243fd396e114b01e19001af212d41 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-20T16:25:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseSMJ.pdf: 10960620 bytes, checksum: 004243fd396e114b01e19001af212d41 (MD5) Previous issue date: 2004-08-13 / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / The high competitiveness generated by the world metallurgical scenery has been taking the Integrated Steelworks to look for an incessant way the increase of the efficiency of the refine pre-treatment processes, especially Pig Iron Hot Metal Desulfurization at Torped Car. As collateral effect, the refractory lining used in these equipment has been submitted to operational conditions more and more severe leading to an increasing the wear rate. In this sense, the Post Mortem Study of a based Al2O3/SiC/C/MgAl2O4 refractory lining (ASCM) used at CSN Torped Cars was carried out. It was concluded that a slag containing a big amount of calcium aluminum-silicate, interacts with the refractory microstructure promoting the corrosion. It was also identified a concurrent mechanism by alkaline incorporation, besides corundum to betaalumina transformation and SiC oxidation by Na2O resulting in better conditions to the graphite of protection, and consequently, improving the refractory lining campaign. In order to prevent the corrosion of the Torped Car Refractory Lining, a new technology was developed by using a Impregnation Technique of the Cerium Solution SIT/Ce, which the Cerium Solution is able to fill up partially the opened porous of the ASCM microstructure, improving the corrosion resistance and thermal-mechanical properties. The protection mechanism was identified carrying out dynamic slag test and fracture energy test, followed by microstructure characterization by using of the Scanning Electronic Microscopy (SEM), X-Ray Diffraction and Mercury Porosimeter. Another New Protection Technology of Torped Car Refractory Lining was also developed based on Protecting Layer Formation - FPL. This technique consists of changing the Slag Composition, resulting in an improved wear resistance. Preliminary simulations were carried out in order to optimize the dopant concentration at the slag, followed by tests in rotative oven simulating the wettability refractory material by doped slag. As consequence the Technology of FPL was implemented at Industrial Scale resulting in an additional Protection Mechanism of CSN Torped Car Refractory Lining. By taking account the ASCM refractory lining microstructure, it was observed that main corrosion spots are located in the material fine fraction (matrix). Besides, the matrix which includes the primary bonding system, additional pores are generated to the existing ones as consequence of the resin oxidation during Torped Car heating up. Therefore, it was evaluated the effect of the Doping Bonding System in relation to the thermal and mechanical properties and corrosion resistance. It was achieved an improvement of both indicating the feasibility of The Doping Technique of the Bonding System – DBS/CeO2. / A elevada competitividade introduzida pelo Cenário Siderúrgico Mundial tem conduzido as Usinas Siderúrgicas Integradas a buscarem de forma incessante o aumento da eficiência dos processos de pré-tratamento de refino, conduzindo a necessidade da dessulfuração de Ferro Gusa em Carros Torpedos. Como efeito colateral, o revestimento refratário empregado nestes equipamentos tem sido submetido a condições operacionais cada vez mais severas conduzindo ao aumento da taxa de desgaste. Estudos Post Mortem do revestimento refratário de Al2O3/SiC/C/MgAl2O4 (ASCM) empregados em Carros Torpedos da CSN foram realizados com o objetivo de determinar o mecanismo de corrosão desenvolvido durante a aplicação industrial. Concluiuse que a escória rica em alumino-silicatos de cálcio, interage com a microestrutura refratária promovendo a corrosão do material. Como principal resultado deste estudo foi identificada a introdução de mecanismo concorrente de incorporação alcalina, decorrente da combinação da fase MgAl2O4 com o Na2O, resultando na produção da fase NaMg2Al15O25, adicional à transformação do Corundum em Beta-alumina e à oxidação do SiC por Na2O, concorrendo para maior proteção do Grafite, e conseqüentemente, para o acréscimo na vida útil do revestimento refratário. Visando prevenir à corrosão dos revestimentos refratários à base de ASCM, foi desenvolvida uma nova tecnologia a partir do emprego da Técnica de Impregnação de Solução Portadora de Cério – ISP/Ce, baseada no emprego de uma solução aquosa portadora de cério capaz de ocupar parcialmente a porosidade aberta da microestrutura do refratário, resultando em aumento da resistência à corrosão e incremento das suas propriedades termo-mecânicas. O mecanismo de proteção foi equacionado mediante a realização de ensaios de escorificação e de energia de fratura, seguidos de caracterização da microestrutura refratária utilizando-se das técnicas de microscopia eletrônica de varredura acoplada à microssonda eletrônica, difração de raios-X e porosimetria de mercúrio. Outra nova tecnologia de proteção do revestimento refratário de Carros Torpedos foi desenvolvida mediante a Formação de Camada Protetora – FCP. A Técnica consiste na saturação da escória do processo, resultando em aumento da resistência ao desgaste do revestimento refratário de Carro Torpedo. Foram realizadas Simulações Laboratoriais preliminares visando otimizar a concentração de dopantes na escória, seguido de testes em forno rotativo simulando a molhabilidade do refratário de Carro Torpedo pela escória saturada. Como consequência foi implantada a Tecnologia de FCP em escala industrial resultando na proteção do revestimento refratário de Carro Torpedo da CSN. Tomando-se a microestrutura refratária de refratários à base ASCM, observa-se que os sítios de corrosão concentram-se na fração fina do material (matriz). Em adição, é na matriz onde se localiza o sistema de ligação primário à base de resina fenólica, região onde são gerados poros adicionais aos intrínsecos à microestrutura, decorrentes da degradação da resina durante aquecimento dos Carros Torpedos. Desta forma, foi estudado o efeito da Dopagem do Sistema de Ligação sobre as propriedades termomecânicas e de resistência à corrosão. Como resultando foram obtidos aumentos expressivos de ambas propriedades sinalizando a viabilidade do emprego da Técnica de Dopagem do Sistema de Ligação – DSL/CeO2.