O espinélio MgAl2O4 é utilizado prioritariamente na indústria de refratários. Atualmente há várias técnicas de síntese, visto que não é encontrado na natureza. A técnica de sais fundidos apresenta grande potencial para otimização e redução do custo energético na produção deste óxido. Este trabalho teve como objetivo o desenvolvimento da técnica de síntese via sais fundidos para obtenção do espinélio MgAl2O4, e a caracterização do pó produzido via diferentes técnicas. A dissertação explora as variáveis da produção do espinélio a partir de Al2O3 e MgO em KCl, e também alternando o sal para MgCl2 e o eutético KCl-MgCl2. As seguintes alterações foram testadas para verificar o resultado no pó produzido: redução da temperatura para 1150°C, aumento do MgO nos precursores em 10% e 30%, redução da granulometria da Al2O3 precursores para 0,60 μm, variação da razão sal/precursor (S/P) para 1:1 e 9:1. Foi testado o sal MgCl2 nas proporções de precursores estequiométrica, -50% de MgO e -100% de MgO. Por fim, o sal KCl-MgCl2 na razão eutética foi testado. Para caracterização do pó foram utilizadas as técnica de análise cristalográfica por difração de raios X (DRX) e pela técnica de RAMAN, granulometria por dispersão a laser (GDL), microestrutura por microscopia eletrônica por varredura (MEV) e análise de cristalitos por mircroscopia eletrônica de transmissão (MET). Os pós produzidos apresentaram as fases MgAl2O4, Al2O3 e MgO. A redução de temperatura reduziu a quantidade de espinélio em pequena proporção, a alteração de estequiometria dos precursores no sal KCl reduziu a quantidade de Al2O3 em um primeiro momento e também sobrou MgO na reação para um aumento maior de MgO. A redução de granulometria da Al2O3 propiciou aumento da proporção de espinélio na reação. A proporção S/P 1:1 não mostrou alteração, contudo para 9:1 houve sedimentação e um efeito de diluição/precipitação. Para o sal MgCl2, houve precipitação de MgO a partir do sal, alterando o perfil granulométrico dos pós e as fases obtidas: MgO e MgAl2O4. A redução de MgO aumentou a conversão para MgAl2O4, reduzindo também a granulometria. O sal na proporção eutética apresentou boa conversão de espinélio e pouco aumento de granulometria. / The MgAl2O4 spinel is mainly applied at the refractory industry. There are many techniques to produce that oxide, since it is not found in the nature. The molten salts technique shows potencial energy savings and cost reduction to produce spinel. This work aimed at the development of the molten salts synthesis technique to obtain the MgAl2O4 spinel, and characterization of the powder produced via different techniques. The dissertation explores the variables of production of spinel from Al2O3 and MgO in KCl, and also alternating salt to MgCl2 and KCl-MgCl2 eutectic. The following changes were tested to verify the result of the powder produced: reducing the temperature to 1150 ° C, an increase in the MgO precursor at 10% and 30% reduction in particle size of the Al2O3 precursor to 0.60 micrometres variation ratio of salt / precursor (S / P) to 1: 1 and 9: 1. MgCl2 salt was tested in the stoichiometric proportion of precursors, -50% of MgO and -100% MgO. Finally, the KCl-MgCl2 salt eutectic ratio was tested. For characterization of the powder was used the crystallographic analysis technique of X-ray diffraction (XRD) and RAMAN technique, laser scattering for particle size analisys, scanning electron microscopy (SEM) and crystallite analysis by transmission electron mircroscopy (TEM). The powders produced presented the MgAl2O4 phase, Al2O3 and MgO. The reduction in temperature reduced the amount of spinel in small proportion, the stoichiometry change of the precursors in the KCl salt reduced the amount of Al2O3 at first and also left MgO in reaction to a greater increase of MgO. The reduction of the Al2O3 particle size resulted in an increase in the proportion of the spinel reaction. The ratio S/P 1: 1 showed no change, however to 9: 1 was sedimentation and dilution / precipitation effect. To MgCl2 salt, there was precipitation of MgO from the salt, changing the physical profile of the powder and the obtained phases: MgO and MgAl2O4. The reduction of MgO increased the conversion MgAl2O4, by reducing the grain size. The salt in the proportion eutectic showed good conversion spinel and little increase in particle size.

O trabalho disserta sobre a investigação dos mecanismos de degradação da placa refratária utilizada no sistema de válvula gaveta, o qual controla o fluxo de aço líquido da panela da aciaria para o distribuidor. As placas estudadas eram do tipo Al2O3-ZrO2-C. Na investigação foram caracterizadas e analisadas placas novas e usadas. Também foi feito teste de corrosão estático para avaliação da interação química das placas com a escória proveniente do processo de refino secundário. Além disso, foi feito experimento em laboratório para avaliar o desgaste das placas devido a presença de resquícios de escória entre as placas no processo de abertura da válvula. Tal experimento foi realizado nos moldes do teste de resistência de argamassa usado por Leroy (EQUIPE DE FURNAS, 1997). Para tanto foram usadas técnicas de caracterização como Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia de Dispersão em Energia (EDS), Fluorescência de raios x (FRX) e Difração de raios x (DRX). Por meio de análises foi possível propor explicações para os mecanismos de degradação, como a corrosão devido ao contato com a escória e a formação de desgaste em forma de lingueta devido ao uso de válvula semiaberta Principalmente, a partir dos experimentos realizados foi possível identificar um mecanismo de degradação ainda não abordado na literatura: o desgaste do material das placas ocasionado pela abertura da válvula gaveta quando as placas estão ligadas por escória solidificada. Devido à falta de metodologia específica para abordar esse tema, adotou-se um método usado para avaliar a resistência de cimetos e argamassas na investigação sobre a influência da adesão da escória na degradação das placas. Tal método, chamado de tração direta (L.A.Farias, 2016), mostrou uma degradação intensa das placas. A reação química entre a placa aluminosa e a escória é a responsável pela adesão entre as duas placas e a escória. A adesão por escória mostrou que pode ser tão resistente quanto a ligação entre as partículas do refratário, que teve partículas retiradas no teste de tração direta. Assim, conclui-se que a interação química entre a placa e a escória, aliada a movimentação de abre e fecha do conjunto de placas quando a escória já solidificou, são mecanismos importantes na degradação das placas Al2O3-ZrO2-C de válvula gaveta. / This master’s dissertation investigates the deterioration of one of the parts that make up the sliding gate system of a steelmaking ladle. This part controls the liquid steel flow from the ladle to the tundish. These parts are called plates and may be made of different refractory ceramic materials. However, the plates used in this study are made of Al2O3-ZrO2-C. New parts and after service parts were analyzed. A static corrosion test was performed to analyze the chemical interaction between the refractory plates and the slag derived from steelmaking refining process. A laboratory experiment was carried out to evaluate wear due to remnants of slag between the sliding gate plates during the opening and closing of the gate. Such experiment was performed based on Mortar Resistance test used by Leroy. To analyze the materials, characterization techniques such as Scan Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS), X-ray fluorescence (XRF), and X-ray diffraction were used. Based on the results of these analyses, a series of deterioration mechanisms were presented, such as the corrosion due to slag contact, and intensification of wear due to the use of semi-open valve. Mainly, from the performed experiments it was possible to identify a deterioration mechanism, that has not been discussed in literature yet This wear mechanism happens when the sliding gate plates are bonded by solidified slag, which is caused by opened valves, and leads to the extraction of particles from the surface of the plates. Due the lack of methodology to evaluate this kind of deterioration mechanism, a methodology based on mortar testing was developed. This method, called direct tensile test (L.A.Farias, 2016), showed intense deterioration. The chemical reaction between aluminum oxide refractory plate and the slag is responsible for the adhesion between plates and slag. This adhesion may be as strong as adhesion between the particles of the refractory, since refactory particles were removed in the test. Thus, it was concluded that the chemical interaction between refractory plate and slag, alied to the opening and closing mechanism are important in the deterioration of the Al2O3-ZrO2-C plates of the slide gate of the ladle.

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No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Desenvolvimento de materiais cerâmicos refratários com adição da sílica residual proveniente da queima da casca de arroz.pdf: 10705111 bytes, checksum: f3dc853aa0f1b672236697852c098384 (MD5) Previous issue date: 2014-03-20 / Com a intenção de agregar valor à cinza da casca de arroz, subproduto da indústria orizícola, e colaborar para um desenvolvimento sustentável do país, esta pesquisa buscou desenvolver materiais cerâmicos refratários com a substituição parcial da argila pela sílica de casca de arroz (SCA) produzida a partir da geração de energia elétrica. Atualmente, na região da fronteira oeste do Estado do Rio Grande do Sul, existem várias usinas termoelétricas de biomassa para geração de energia elétrica através da queima da casca de arroz. Essa tecnologia vem ao encontro da necessidade de diversificação da matriz energética no país. A indústria orizícola produz no Brasil aproximadamente 12 milhões de toneladas por ano de arroz, e aproximadamente 2,5 milhões de toneladas por ano são convertidos em casca. Caso toda esta casca fosse queimada, gerar-se-iam aproximadamente 500 mil toneladas de cinza, a qual é rica em sílica. Portanto, viabilizar seu aproveitamento tende a reduzir o passivo ambiental, além dos benefícios econômicos. No presente trabalho foi analisado o efeito da substituição parcial da argila refratária por sílica da casca de arroz (SCA) nas propriedades mecânicas e termomecânicas dos materiais cerâmicos refratários produzidos, em percentuais de 5, 10 e 20%. Foram analisadas as propriedades mecânicas desses materiais através de ensaios de resistência à compressão, tração direta, flexão em três pontos e dureza superficial Vickers. Analisaram-se também a retração linear, absorção de água, porosidade aparente e resistência ao choque térmico. Conforme se aumentou a substituição parcial de argila refratária por SCA, foi obtido um melhor empacotamento da mistura granular e, consequentemente, ocorreu uma melhora nas propriedades mecânicas das amostras. Por outro lado, o material apresentou-se mais frágil, com menor resistência ao choque térmico. Não foi encontrada variação na retração linear após a queima, já a absorção de água e porosidade aparente diminuíram conforme se aumentou a substituição da argila pela SCA. A microestrutura do material foi analisada através de análise por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios-x, onde se identificaram as fases cristalinas na mineralogia do material resultante. Na análise da mineralogia do material observou-se um aumento de pico de cristobalita conforme se aumentou o teor de SCA na mistura, em função da cristalização da sílica livre. Um menor volume de porosidade foi encontrado conforme se aumentou o teor de substituição de argila pela SCA. / With the intention of adding value to rice husk ash, a byproduct of paddy industry, and contribute to sustainable development of the country, this research sought to develop refractory ceramic materials with refractory partial replacement of clay by silica from rice husk (SCA) produced from electricity generation. Currently on the western border of the State of Rio Grande do Sul, there are several biomass power plants for generating electricity by burning rice husk. This technology comes against the need for diversification of energy sources in the country. The paddy industry in Brazil produces approximately 12 million tons of rice per year, of which approximately 2.5 million tons per year are converted into shell. If all this bark was burned, it would generate approximately 500 tons of ash, which is rich in silica. Thus enabling its use tends to reduce the environmental liability beyond economic benefits. In the present work, the effect of partial replacement of silica refractory clay for rice husk (SCA) on the mechanical and thermomechanical properties of refractory ceramic materials was analyzed for percentages of 5, 10 and 20%. The mechanical properties of these materials were analyzed by testing compressive strength, direct-drive, three point bending and superficial hardness. We also analyzed the linear shrinkage, water absorption, apparent porosity and resistance to thermal shock. As increased the partial replacement of refractory clay for SCA in the mixture was obtained a better packing of the granular mixture and, consequently, better results in mechanical properties were found. On the other hand, the material appeared more brittle, with a lower thermal shock resistance. Was not found in the linear shrinkage after firing, the water absorption and apparent porosity decreased as the clay was increased by replacement SCA. The microstructure of the material was analyzed by scanning electron microscopy (MEV) and x-ray diffraction where the crystalline phases identified in the mineralogy of the resulting material. The analysis of the mineralogy of the material was observed an increase of cristobalite peak was increased as the content of SCA, depending on the crystallization of the free silica. A smaller volume of porosity is found according to the increased content of clay replacement SCA.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:35:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseMCS.pdf: 2092312 bytes, checksum: 9994cc8bab5cc486586caf4f13ce51cf (MD5) Previous issue date: 2006-03-03 / Universidade Federal de Minas Gerais / The main goal of this thesis was the investigation of alternative procedures for chemical analysis of refractory materials and clays using an inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP OES) with axial view by direct analysis of slurries and microwave-assisted alkaline digestion. The preliminary experiments of this work focused the introduction of slurries into the ICP OES with axial view and evaluated the effects caused by the particle size distribution on the intensities emission signals. Afterwards, a grinding method in which solid samples were ground together with chemical modifiers was developed. The chemical modifiers studied were LiBO2 and Na2CO3, since they are frequently used as fluxes in fusion procedures, and NH4Cl, ascorbic acid, and graphite. The effects of the chemical modification on the intensities of emission signals and the grinding time required for obtaining greater intensities emission signals were evaluated. The chemical modification procedure was implemented in order to promote the formation of new compounds with thermal properties different of the original materials. The synthesis of less refractory compounds would favor the process of atomization-excitation of the chemically modified materials in the direct analysis of slurries, and it would also facilitate the digestion of these materials. The effects of the chemical modification were also evaluated by using X-ray diffraction and thermogravimetric analysis. The direct analysis of chemically modified materials by ICP OES required the investigation of several calibration methods based on different approaches: use of aqueous reference solutions, calibration with slurries prepared using certified reference materials, and calibration using the generalized standard addition method. The calibration is the most critical aspect in the direct analysis of slurries by ICP OES, because is critically dependent on the particle sizes and of the thermal behavior of the several mineralogical phases of each material. On the other hand, microwave -assisted digestion was investigated in two alkaline media: KOH and NaOH. Applying a paired t-test it was shown that results were in agreement at 95% confidence level with those obtained by microwave-assisted acid digestion. The values of the detection limits and signal-to-background ratio obtained for the two microwave -assisted procedures were compared, and the alkaline digestion has shown adequate performance for the digestion of the chemically modified materials. / A proposta desta tese foi investigar procedimentos alternativos para análise química de materiais refratários e argilas por espectrometria de emissão óptica com plasma acoplado indutivamente (ICP OES) com configuração axial pela análise direta de suspensões e digestão assistida por radiação microondas empregando meio alcalino. A primeira etapa do trabalho foi avaliar a introdução de suspensões em ICP OES com configuração axial e os efeitos causados pela distribuição de tamanho de partículas sobre as intensidades dos sinais, sendo que o desempenho desse arranjo foi avaliado para suspensões de materiais refratários e argilas com diferentes tamanhos de partículas. A segunda etapa foi o desenvolvimento de um método de moagem das amostras sólidas juntamente com modificadores químicos. Dentre os modificadores químicos estudados encontram-se o LiBO2 e o Na2CO3, que são utilizados como fundentes em procedimentos de decomposição por fusão, NH4Cl, ácido ascórbico e grafite. Foram avaliados os efeitos da modificação química sobre as intensidades dos sinais de emissão dos analitos em suspensões dos materiais cerâmicos quimicamente modificados e o tempo de modificação necessário para obtenção de maiores valores de intensidades dos sinais de emissão. Esse procedimento de modificação química foi implementado a fim de promover a formação de novos compostos com propriedades térmicas diferentes dos materiais originais, ou seja, compostos menos refratários. Isso favoreceria o processo de atomização-excitação dos materiais quimicamente modificados na análise direta de suspensões e também facilitaria a digestão desses materiais. Os efeitos da modificação química também foram avaliados por estudos de difração de raios-X e análise ermogravimétrica. Na análise direta de suspensões dos materiais quimicamente modificados foram avaliados diversos meios que pudessem viabilizar a calibração do ICP OES com soluções de referência preparadas em meio aquoso, calibração com materiais de referência certificados e calibração empregando o método generalizado das adições do analito. Cabe ressaltar que o aspecto mais crítico da análise direta de suspensões por ICP OES é o procedimento de calibração, que é criticamente dependente do tamanho de partículas nas suspensões e da refratariedade das várias fases mineralógicas de cada material. Nos procedimentos assistidos por radiação microondas em meio alcalino, foram avaliadas dois reagentes: KOH e NaOH. Aplicando-se o teste t com 95% de confiança conclui-se que os resultados são concordantes com aqueles obtidos por procedimentos de digestão ácida assistido por radiação microondas. Para comparar os dois meios foram avaliados os valores de limite de detecção e razões sinal analítico-sinal de fundo para os dois meios, sendo que o meio alcalino se mostrou adequado para a digestão das amostras quimicamente modificadas.

Made available in DSpace on 2016-06-02T19:10:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TeseAEMP.pdf: 4771686 bytes, checksum: 894794a0b080356a8161ac536844121e (MD5) Previous issue date: 2002-09-12 / Financiadora de Estudos e Projetos / The knowledge of the elastic properties has been of fundamental importance for the understanding of the limitation of the useful life of structural refractory ceramics. Those properties characterize the elastic rigidity of the materials and represent a requirement for the specific classification of the materials and their mechanical characteristics. The determination of properties, such as, Young s modulus (E), shear modulus (G) and Poisson s ratio (µ) are important for the determination of several important mechanical properties. In this work the dynamic method of bar resonance was used to obtain those three elastics properties. It consists in the stimulation of a sample with variable frequency, in order to obtain the fundamental frequency and their harmonics of natural vibration of the body. Considering the density and the geometry of the sample the elastic properties of the material are obtained. Therefore, the objective of this work was to develop an automatic equipment to measure E, G and µ as a function of the temperature using the technique of bar resonance and a software that controls the system. As exemplification of the use of that software and of that equipment, a study of the influence of the aggregate s size (DL = 2800, 4750 and 8000 µm) and of the Andreasen s coefficient of particle size distribution (q = 0,21; 0,26 and 0,31) on the thermal shock damage in alumina refractory castables was accomplished. Besides, other study about the influence of the porosity on the elastic properties of cellular ceramics processed by gelcasting was also carried out. The dependence of E and G on the porosity according to models found in the literature was confirmed. The dependence of the elastic moduli on the temperature of for those foams was also evaluated. / 0 conhecimento das propriedades elásticas tem sido de fundamental importância para o entendimento da limitação da vida útil de cerâmicas refratárias com fins estruturais. Essas propriedades caracterizam a rigidez elástica dos materiais e representam, em primeiro lugar, um pressuposto para a classificação específica dos materiais e suas características mecânicas. A determinação de propriedades, tais como, módulo de Young, E, módulo de cisalhamento, G, e razão de Poisson, µ, são importantes na determinação de várias outras importantes propriedades mecânicas. Neste trabalho utilizou-se o método dinâmico de ressonância de barras para a obtenção dessas três propriedades elásticas, que consiste no estímulo de um corpo de prova com freqüência variável, a fim de se obter a freqüência fundamental e seus harmônicos de vibração natural do corpo. Dessa freqüência, considerando ainda a densidade e a geometria do corpo de prova, obtêm-se as propriedades elásticas do material. Portanto, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um equipamento automático para medir E, G e µ em função da temperatura, utilizando a técnica de ressonância de barras e um software de controle e análise dos resultados. Como exemplificação do uso do software e deste equipamento, um estudo da influência do tamanho de agregado (DL = 2800, 4750 e 8000 µm) e do coeficiente de distribuição de Andreasen de tamanho de partículas (q = 0,21, 0,26 e 0,31) sobre o dano causado por choque térmico em concretos refratários aluminosos foi realizado. Além disso, foi realizado outro estudo sobre a influência da porosidade nas propriedades elásticas de cerâmicas celulares processadas por gelcasting. A dependência de E e G com a porosidade segundo modelos encontrados na literatura foi confirmada. Avaliou-se também o comportamento dos módulos elásticos em função da temperatura nestas esponjas.