Made available in DSpace on 2016-12-08T17:19:25Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Roni Cardoso da Silva.pdf: 10468116 bytes, checksum: 057798ee5264b472b4aa18c7bfeca993 (MD5) Previous issue date: 2015-02-12 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The use of refractory ramming mass consisting of Al2O3-C-SiC cupolas furnace is constant casting processes. In the process, the contact face between the refractory lining and the liquid bath allows interaction between slag and refractory at high temperatures. Corrosion or impregnation of molten metal and slag in refractory depends on factors such as porosity, wetting angle and the reactivity of the slag in relation to refractory solid contact. This study evaluated the effect of slag attack in different refractory applied by ramming made of Al2O3-C-SiC depending on the amount of compression. In addition, a study was conducted `` post-mortem`` of a refractory sample after use in operation. The results allowed correlating the compression efficiency with the effect of corrosion of slag by the static method, and to evaluate the mechanical behavior cold and hot these materials and the influence of chemical composition and particle size of the material. Refractory more easily compression showed the best results for the static slag attack, which highlights the importance of compression efficiency in the field performance of this type of refractory. The analysis of the sample after use in the field demonstrated oxidation and slag penetration-promoting agents as the principal for corrosion in the slag line region. / A utilização de massas refratárias de socagem constituídas de Al2O3-C-SiC em fornos cubilôs é constante em processos de fundição. No processo a face de contato entre o revestimento refratário e o banho líquido possibilita a interação entre escória e refratário em altas temperaturas. A corrosão, ou impregnação do metal fundido e escória, no refratário depende de fatores como a porosidade, ângulo de molhamento e a reatividade da escória em relação ao sólido refratário em contato. Neste trabalho foi avaliado o efeito de ataque de escória em diferentes refratários aplicados por socagem constituídos de Al2O3-C-SiC em função da intensidade de compactação. Também foi realizado um estudo ``post-mortem`` de uma amostra de refratário após o uso em operação. Os resultados permitiram correlacionar a eficiência de compactação com o efeito de corrosão da escória pelo método estático, bem como avaliar o comportamento mecânico a frio e a quente destes materiais e a influência da composição química e granulometria do material. Os refratários com maior facilidade de compactação apresentaram os melhores resultados quanto ao ataque de escória estático, o que evidencia a importância da eficiência de compactação no desempenho em campo deste tipo de refratário. A análise da amostra após utilização em campo evidenciou a oxidação seguida de penetração de escória como principais agentes promotores da corrosão na região da linha de escória.

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.

O controle das características da escória de refino primário pode ser realizado pela adição de fluxantes, sendo comumente utilizado a Fluorita (CaF2), isto porque a Fluorita aumenta a solubilidade de CaO e, por conseguinte, aumenta a capacidade de desfosforação de escória. Apesar disso, alguns estudos advertem sobre o risco de liberação de gás tetra fluoreto de silício, que tem caráter nocivo para o meio ambiente. Outro problema relatado é o aumento do desgaste do revestimento refratário impactando nos custos de produção. Neste trabalho de mestrado o uso de Sodalita Nefelínica como fluxante foi comparado com a Fluorita em relação ao desgaste de refratários a base de MgO-C e à fluidez. Os ensaios consistiram em dopar escória de conversor LD com diferentes quantidades de Fluorita e Sodalita (1, 2, 3, 4 % em massa). Os resultados demonstraram que a Fluorita fornece uma escória com menor ponto de fusão e mais fluida, porém ela causa maior desgaste no revestimento refratário, mais que o dobro do desgaste causado pela Sodalita. Acredita-se que isso tenha ocorrido devido a Fluorita ser capaz de aumentar a dissolução tanto do CaO presente na escória quanto do MgO presente no refratário. Este processo é intensificado pela baixa viscosidade apresentada com este fluxante. / The control of the slag characteristics from primary refining can be accomplished by adding fluxes, being commonly used Fluorite (CaF2). This happens because the fluorite increases the solubility of CaO and thus increases the ability of the slag dephosphorization. Nevertheless, some studies warn about the risk of releasing silicon tetra-fluoride gas which has harmful character to the environment. Another problem reported is the increased wear of the refractory lining impacting on production costs. In this master dissertation the use of Sodalite Nepheline as flux was compared with Fluorite concerning MgO-C based refractories wear and fluidity. The tests consisted of doping LD converter slag with different amounts of Fluorite and Sodalite (1, 2, 3, 4 % mass). The results showed that the Fluorite provides a slag with a lower melting point and becomes more fluid, but it causes greater wear on the refractory lining, more than double the wear caused by Sodalite. It is believed that this has occurred due Fluorite be able to enhance the dissolution of the CaO in slag as well as MgO present in the refractory. This process is intensified by the low slag viscosity presented with this flux.

O aumento da demanda por aços cada vez mais exigentes, em termos de composição química e limpidez interna, faz com que as condições de refino nas aciarias sejam cada vez mais severas. Ao mesmo tempo, o aumento dos tempos de tratamento do aço, aliado às outras variáveis operacionais como quantidades e tipos de adições químicas, etc. fazem com que haja um aumento no tempo de contato entre o revestimento refratário das panelas de transporte de aço e escórias com conseqüente redução do desempenho (vida) de tais revestimentos refratários. Apesar dos esforços no intuito de redução de custos com redução de consumos de refratários, é cada vez maior a pressão sobre os custos de produção e de segurança operacional. Neste sentido, a construção de modelos de previsão de vida em função de tais variáveis é de extrema importância para a gestão de processos e contratos, estabilidade operacional e segurança. Além disso, os estudos de post-mortem podem contribuir no sentido de compreensão física e química de tais fenômenos e mecanismos de desgaste, contribuindo assim para a validação de tais modelos determinísticos. Neste estudo, buscou-se verificar quais variáveis operacionais influem no desempenho (vida) das panelas através de correlações estatísticas. O modelamento levou em consideração os dados de 6 meses de operação da aciaria de uma usina integrada com capacidade de 4,5 Mt/ano. O estudo post-mortem realizado em uma das panelas, após o final de sua campanha, mostrou-se eficiente na validação de tais correlações e no entendimento físico e químico dos possíveis fenômenos e mecanismos de desgaste. As análises mostraram que as variáveis que impactam a vida das panelas de aço são a temperatura de vazamento do aço, temperatura do aço na panela pós vazamento, quantidade de aço chapas grossas (CG) produzido, rota de tratamento dessulfurado, tempo de panela cheia, participação do forno panela no refino secundário, condições da panela, carga de aço na panela, adições de nefelina, escória sintética, fios de cálcio silício (CaSi) e ferro alumínio cálcio (FeAlCa), ligas de manganês e tempos de tratamento no refino secundário. O estudo de post-mortem de amostras de refratário da linha de escória extraída de uma das panelas revelou que o principal mecanismo de desgaste desta região é a corrosão química pela escória que é facilitada pelas adições de nefelina. / The increased demand for increasingly demanding steels, in terms of chemical composition and internal sanity, makes the conditions of refining in steelmaking plants are increasingly stringent and select. At the same time, increasing metallurgical treatment times, combined with the various other operating variables such as the quantities and types of chemical additions, etc. makes that there is an increase in contact time between the refractory coating of steel transport ladles and slag with a consequent reduction in performance (life) of such refractory linings. Despite efforts in order to reduce costs with a reduction of refractory consumption, it is increasing the pressure on the costs of production and operational safety. In this sense, the construction of life prediction models according to such variables is extremely important for cost reduction, process management and procurement, operational stability and safety. Moreover, post-mortem studies can contribute towards chemical and physical understanding of such phenomena and wear mechanisms, thus contributing to the validation of such deterministic models. In this study, we sought to determine which operating variables really influence the performance (life) of the ladles through statistics correlations. The modeling took into account data from 6 months of operation of an integrated steelmaking plant with capacity of 4.5 Mt / year. The study post-mortem conducted on some ladles, after the end of their campaigns, was effective in the validation of such correlations and in the physical and chemical understanding of possible phenomena and wear mechanisms. The analysis showed that the variables that impact in the life of steel\'s ladles are the steel taping temperature, the steel taping temperature in the ladle after taping, amount of produced plate mill (CG) steel, desulfurized treatment route, ladle full time, participation of the ladle furnace in the secondary refining, ladle conditions, steel load in the ladle, nepheline additions, synthetic slag, calcium silicon (CaSi) and iron aluminium calcium (FeAlCa) wires, manganese alloys and treatment times in the secondary refining. The post-mortem study of slagline\'s refractory samples extracted from ladles in operation revealed that the main wear mechanism in this region is the chemical corrosion by slag and is facilitated by additions of nepheline.

Esse trabalho objetivou o estudo da vaporização dos metais refratários (molibdênio, nióbio e tungstênio) quando iluminados por feixe de um laser de Cu-HBr. O foco de observação foi a intensidade do feixe de laser necessária para o início da vaporização desses metais, para a formação de aglomerados e de plasma. Tais limiares foram estudados usando três diferentes técnicas experimentais: (i) utilizando espectrômetro de massa (para verificar a presença de partículas monoatômicas e diatômicas dos metais no sistema, ou seja, os limiares de vaporização e de formação de aglomerados), (ii) placas paralelas polarizadas (para verificar a presença de íons ou cargas livres, ou os limiares de formação de plasma) e (iii) deposição de filmes finos ( que possibilita a determinação da taxa de vaporização e a formação de aglomerados durante o processo). Os limiares de vaporização foram determinados , embora com evidências indiretas dos valores desses limiares e a formação de aglomerados foi observada sem a determinação de seus limiares.

Submitted by Cátia Araújo (catia.araujo@unipampa.edu.br) on 2017-01-25T12:34:29Z 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) / Approved for entry into archive by Cátia Araújo (catia.araujo@unipampa.edu.br) on 2017-01-25T12:37:45Z (GMT) 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) / Made available in DSpace on 2017-01-25T12:37:45Z (GMT). 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 2016-06-02T19:10:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 4347.pdf: 3094182 bytes, checksum: c896f66cfbbeca3708be4d4ba67b75d3 (MD5) Previous issue date: 2012-03-02 / Universidade Federal de Sao Carlos / In this thesis the Non-linear Resonant Acoustic Spectroscopy Technique used to evaluate the mesoscopic non-linearity was incorporated into the Impulse Excitation Technique, which is extensively applied to the evaluation of thermal shock damage of refractory castables by the characterization of dynamic elastic moduli. The motivation for this thesis was the mesoscopic non-linearity detection in refractory castables and the interest for more sensitive techniques for thermal shock damage assessment, as well as detecting cracks and microcracks. An experimental apparatus able to evaluate the non-linearity was developed, which allowed the simultaneous characterization of the dynamic elastic moduli and damping with different amplitudes of excitation. The apparatus error was evaluated using the characterization of synthesized signals and it is lower than 0.05 % for frequency, 3.3 % for damping and 2 % for amplitude. The technique association was applied to the evaluation of thermal shock damage resistance of refractory castables made with white fused alumina aggregates of 2.4 mm maximum size (A2) and of 8.0 mm maximum size (A8), and of a refractory castable made with tabular alumina aggregates of 3 mm maximum size (AT). The A2 castable showed similar thermal shock resistance to the AT one due to the configuration of cracks and microcracks, which occurred in the matrix. The technique association was also used to evaluate different thermal shock types and the moisture influence. The results showed that the primary source of damage is the thermal shock of cooling and that the moisture has a significant influence in the elastic property characterization (up to -9.4 % for the Young's modulus and +35 % for damping). The information provided using the non-linearity characterization was similar to the retained Young's modulus, however regardless of previous characterizations. This allowed a more accurate assessment of the damage than using the Impulse Excitation Technique alone. / Nesta tese, a técnica de Espectroscopia Acústica Ressonante Não-linear (EARN) para a avaliação da não-linearidade mesoscópica foi incorporada à Técnica de Excitação por Impulso (TEI), que é largamente empregada na avaliação do dano por choque térmico de materiais refratários pela caracterização dos módulos elásticos dinâmicos. A motivação foi a constatação de não-linearidade mesoscópica em concretos refratários e o interesse por técnicas mais sensíveis para a detecção e avaliação do dano. Foi desenvolvido um aparato experimental capaz de avaliar a não-linearidade pela caracterização simultânea dos módulos elásticos dinâmicos e do amortecimento com diferentes amplitudes de excitação. O erro de medição do aparato, avaliado com a caracterização de sinais sintetizados, foi inferior a 0,05 % para a frequência, 3,3 % para o amortecimento e 2 % para a amplitude. A associação EARN-TEI foi empregada na avaliação da resistência ao dano por choque térmico de concretos refratários com agregados de alumina eletrofundida branca de tamanho máximo de 2,4 mm (A2) e 8,0 mm (A8) e de um concreto refratário com agregados de alumina tabular de tamanho máximo de 3 mm (AT). Mesmo com agregados diferentes, os concretos A2 e AT apresentaram resistência semelhante devido à configuração de trincas e microtrincas, que ocorreram na matriz. A associação EARN-TEI também foi empregada na avaliação de diferentes tipos de choque térmico e da influência da umidade. Os resultados indicaram que a causa primária do dano está no choque térmico por resfriamento e que a umidade tem influência significativa na caracterização das propriedades elásticas (até -9,4 % para o módulo de Young e +35 % para o amortecimento). As informações fornecidas pela medição da não-linearidade foram similares as da medição do módulo de Young, porém independentes de valores de referência. Isso permitiu a avaliação mais precisa da ocorrência do dano do que empregando apenas a TEI.

Um novo conceito para o desenvolvimento de ligas metálicas vem sendo estudado pela comunidade científica nos últimos anos, trata-se de ligas com elementos multiprincipais, também conhecidas como ligas de alta entropia (HEAs). HEAs constituídas de metais refratários e alumínio se destacam como possíveis ligas para utilização na indústria aeroespacial por apresentaram alta resistência específica. Dessa forma, torna-se necessário uma investigação das relações de fases envolvendo metais refratários e o alumínio. Para este trabalho, foi escolhido o sistema Al-Nb-V, uma vez que se encontrou apenas uma seção isotérmica experimental completa do sistema e nenhuma avaliação termodinâmica na literatura. Para o desenvolvimento do trabalho, foram produzidas ligas por fusão a arco. As amostras foram tratadas a 1200 °C por 10 dias para a determinação da seção isotérmica do sistema nessa temperatura. A caracterização microestrutural foi realizada por meio de difração de raios X (DRX), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microanálise eletrônica (EDS). Em relação à seção isotérmica disponível na literatura, foram observadas algumas diferenças. A seção da literatura, por exemplo, propõe a estabilidade do composto ternário NbVAl2, o qual não foi encontrado neste trabalho. Os resultados permitiram a determinação de boa parte da seção isotérmica a 1200 °C do sistema Al-Nb-V. Em paralelo, foi realizada uma revisão das avaliações termodinâmicas dos binários disponíveis na literatura. Os dados da literatura e os resultados experimentais obtidos foram utilizados para construir uma base de dados termodinâmicos pelo método Calphad. A modelagem termodinâmica apresenta boa consistência com os resultados experimentais obtidos. / A new concept for the development of metallic alloys has been studied by the scientific community in recent years, which deals with multi-principal element alloys, also known as High Entropy Alloys (HEAs). HEAs with refractory metals and aluminium as constituents are possible alloys for use in the aerospace industry mainly due to their high specific resistance. In this way, the investigation of phase equilibria involving refractory metals and aluminium is required. For this work, the Al-Nb-V system was chosen, since only one complete experimental isothermal section of this system and no thermodynamic assessments were found in the literature. For the development of this work, 23 alloys were produced by arc melting. The alloys were treated at 1200 °C for 10 days to determine the isothermal section of the system at this temperature. The microstructural characterization was performed via X-ray diffractometry (XRD) scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS). Some discrepancies were observed between the isothermal section available in the literature and the results of the present work. The isothermal section found in the literature, for example, proposes the stability of the ternary compound NbVAl2, which was not found in this work. Based on the present work, a new isothermal section at 1200 °C is proposed for the Al-Nb-V system. Also, a review of the thermodynamic descriptions of the binary systems available in the literature was performed. The literature data and the experimental results were used to build a thermodynamic database using the Calphad method. This preliminary thermodynamic modelling shows good consistency with the experimental results.