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Permeabilidade a quente de refratários para revestimento de cubas eletrolíticas/ Hot permeability of refractories for aluminum electrolytic cells lining at high temperatures

Miyaji, D. Y.; Valenzuela, F. A. O.; Braulio, M. A. L.; Bonadia, P.; Pandolfelli, V. C.
2007-03-01

Resumo em português Na indústria do alumínio primário, um dos principais responsáveis pela deterioração do revestimento refratário nas cubas de redução eletrolítica é o ataque por banho criolítico com alta concentração de NaF, que penetra e reage com o refratário podendo, em condições extremas, causar a parada prematura de operação da cuba e grandes prejuízos econômicos. Baseando-se nos mais recentes estudos de caracterização de refratários para cubas, uma boa correla (mais) ção tem sido encontrada entre a resistência à corrosão e a permeabilidade, a qual é calculada pela equação de Forchheimer para a obtenção das constantes k1 Darciana (efeito viscoso) e k2 não Darciana (efeito inercial). Entretanto, na maioria das situações, as medidas da permeabilidade têm sido efetuadas à temperatura ambiente, embora o refratário em uso esteja a superior temperatura. Este trabalho visa avaliar como esta permeabilidade se altera em temperaturas de até 700 ºC buscando, assim, uma melhor correlação dos resultados com as condições reais de operação. Pretende-se também, investigar essa propriedade em refratários empregados no revestimento de cadinhos para o transporte de alumínio líquido, com o intuito de verificar a aplicabilidade da permeametria como uma ferramenta de caracterização desses materiais cujo interesse de aplicação e desenvolvimento tem sido cada vez maior. Resumo em inglês In the aluminium primary industry, one of the main causes for electrolytic cells lining deterioration is the chemical attack by high NaF content cryolitic bath, that penetrates and reacts with the refractory, shortening the cell’s service life and resulting great economic losses. Based on the most recent studies on characterization of alumino-silicate refractories for aluminum cell linings, a good correlation has been found between its chemical attack by molten fluorides (mais) and the permeability, which is calculated by Forchheimer’s equation in order to obtain the Darcian constant k1 (viscous effects) and non-Darcian constant k2 (inertial effects). Nevertheless, in the majority of the situations permeability parameters are obtained at room temperature. This work aims to study how the increasing temperature affects permeability from room temperature up to 700 ºC in these materials, in order to reproduce the operational conditions. It’s also the objective to investigate the permeability of lining refractories for molten aluminum transport crucibles and evaluate the technological viability of such measurement technique for these materials.

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Fundamentos e testes preliminares de resistência a erosão em concretos refratários/ Erosion resistance of refractory castables

Santos, V. A. A. dos; Valenzuela, F. A. O.; Gallo, J. B.; Pandolfelli, V. C.
2006-09-01

Resumo em português O desgaste de revestimentos refratários é um dos principais problemas em processos industriais onde as linhas de transferência estão sujeitas à alta velocidade de fluidos contendo partículas sólidas. Os trabalhos encontrados na literatura sobre desgaste erosivo em materiais refratários são raros. Como conseqüência, o desenvolvimento de materiais mais resistentes à erosão tem sido lento e, em geral, por meios empíricos. Este trabalho teve como objetivos apres (mais) entar uma revisão sobre a importância da erosão nas aplicações industriais e averiguar a resistência ao desgaste de concretos refratários em unidades de fabricação de alumínio e em petroquímicas. As variáveis avaliadas foram: o ângulo de impacto, a pressão da linha, a granulometria e a dureza do agente erosivo, e a temperatura do tratamento térmico a que o material foi submetido. Verificou-se que o histórico do tratamento térmico pode levar a comportamentos distintos quanto ao desgaste erosivo, devido a mudanças nas características dos aditivos ligantes usados em cada material. Constatou-se que o maior desgaste ocorre com um ângulo de impacto de 90º entre o jato erosivo e o material, decrescendo gradativamente até o ângulo de 30º. Verificou-se também que maiores valores de velocidade, dureza e raio da partícula resultam em maior erosão. Resumo em inglês The wear of refractory linings is often a critical problem in process units where transfer lines are subject to high velocity gas stream containing solid particles. Knowledge related to erosive wear of refractories linings under these conditions is restricted, as consequence, technological development is slow and, in general, developed in an empirical way. The goals of the present work were to review relevant aspects regarding erosive wear on industrial applications and t (mais) o investigate the erosion resistance of refractory castables currently used by the aluminum industry and in catalyst cracking units. The parameters evaluated were: particle impingement angle, line pressure, particle size and hardness, and thermal history of refractories. It was observed that the plastic refractories submitted to different thermal treatments exhibited distinct erosion resistance behavior, likely due to changes in the binding agents. In addition, it was verified that the higher wear rate was obtained at 90º of impingement, and decreased slightly as the angle approached 30º. The results also pointed out that erosion was proportional to particle velocity, its hardness and size.

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Dispersão e comportamento reológico de concretos refratários ultra-baixo teor de cimento no sistema Al2O3-SiC-SiO2-C/ Dispersion and setting control of ultra-low cement refractory castables in the Al2O3-SiC-SiO2-C system

Oliveira, I. R. de; Studart, A. R.; Menegazzo, B. A.; Pandolfelli, V. C.
2003-03-01

Resumo em português Concretos refratários no sistema Al2O3-SiC-SiO2-C vêm sendo amplamente utilizados em indústrias siderúrgicas como revestimento de canais de corrida de altos-fornos, em virtude principalmente da sua elevada refratariedade aliada a altas resistências ao choque térmico e ao ataque por escória e metal fundido. Neste trabalho, investigou-se a influência de diferentes tipos de aditivos na trabalhabilidade e dispersão de concretos refratários de ultra-baixo teor de cim (mais) ento nesse sistema. Apesar da sua alta capacidade de complexar íons de cálcio, moléculas de citrato não foram capazes de controlar adequadamente o tempo de pega do concreto estudado, contradizendo a idéia geral de que os íons de citrato devem ser utilizados para controlar a sua trabalhabilidade. Por outro lado, o aditivo polimetacrilato de sódio mostrou-se eficiente na otimização simultânea da dispersão e da trabalhabilidade do concreto devido provavelmente ao retardamento da dissolução dos íons advindos do cimento. Resumo em inglês Refractory castables in the Al2O3-SiC-SiO2-C system have been extensively used as linings for blast furnace runners, due mainly to their improved resistance to thermal shock damage and to slag and metal corrosion, respectively. In this work, ULC refractory castables in the Al2O3-SiC-SiO2-C system were prepared in order to evaluate the efficiency of different sort of additives on their dispersion and setting behavior. Although citrate ions are known to be efficient chelati (mais) ng agents, they were not able to properly control the working time of the castable studied, contradicting the general idea that citrate ions are necessary for controlling castable setting. On the other hand, the sodium polymethacrylate additive was found to be more efficient for the simultaneous optimization of the castable dispersion state and working time. This may be attributed to a retardation effect imparted by polymethacrylate molecules on the dissolution of ions from the surface of cement particles.

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Projeto da reologia de concretos refratários zero-cimento no sistema Al2O3-SiC-C/ Rheological design of zero-cement refractory castables in the Al2O3-SiC-C system

Oliveira, I. R. de; Studart, A. R.; Pandolfelli, V. C.
2001-12-01

Resumo em português Concretos refratários no sistema Al2O3-SiC-C vêm sendo utilizados principalmente no revestimento de canais de corrida de altos-fornos. A associação dessas matérias-primas tem elevado o desempenho dos concretos refratários frente às severas condições de trabalho, devido ao aumento da resistência ao choque térmico e ao ataque por escória e metal fundido. Apesar disso, o nível de conhecimento científico sobre a dispersão das partículas desse sistema multifás (mais) ico é limitado. Neste trabalho, suspensões representativas da matriz de concretos refratários zero-cimento no sistema Al2O3-SiC-C foram preparadas para a avaliação da eficiência de aditivos na dispersão simultânea de diferentes matérias-primas, bem como para a análise do comportamento reológico da matriz em função do pH e teor de aditivo. Os ácidos poliacrílico e cítrico e um surfactante não iônico foram usados como dispersantes. Os valores de viscosidade aparente e tensão de escoamento obtidos foram usados para construir mapas de estabilidade da matriz. Medidas de pH e fluidez de concretos preparados com diferentes teores de aditivo mostraram que as condições iniciais de pH não foram correspondentes à região ótima de dispersão estabelecida pelos mapas de estabilidade. O uso de altos teores de ácido cítrico, bem como, o deslocamento do pH do concreto na direção da região ótima de dispersão foram eficientes para otimizar a sua fluidez. Resumo em inglês Refractory castables in the Al2O3-SiC-C system have been used mainly as linings for blast furnace runners. The association of these raw materials has enabled the development of high quality refractory castables due to improvements on their resistance to thermal shock, slag and metal corrosion. Nevertheless, the scientific knowledge regarding particle dispersion in this system is quite limited. In this work, representative suspensions of the matrix of Al2O3-SiC-C refractor (mais) y castables were prepared in order to evaluate the efficiency of additives on the dispersion state of different raw materials and analyze the matrix rheological behavior as a function of pH and additive content. The polyacrylic and citric acids and a non-ionic surfactant were utilized as dispersants. The apparent viscosity and yield stress data obtained from the suspension rheological evaluation were used to elaborate matrix stability maps. Initial pH and flowability results for castables with different additive contents revealed that initial pH conditions were not coincident with the optimum dispersing region established by the stability maps. A shift of the castable pH value towards the optimum dispersing region was shown to be an effective approach to increase castable flowability.

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Estudo comparativo da resistência à fratura de pré-molares superiores íntegros e restaurados com amálgama aderido/ Comparative study of the fracture resistance of sound upper premolars and upper premolars restored with bonded amalgam

Minto, André Marcelo Peruchi; Dinelli, Welingtom; Nonaka, Tomio; Thomé, Luis Henrique de Camargo
2002-06-01

Resumo em português No presente estudo avaliou-se, in vitro, a resistência à fratura de pré-molares superiores preparados com cavidades de classe II compostas (conservadoras e extensas) restauradas com amálgama aderido a dois tipos diferentes de sistemas adesivos. Setenta dentes foram divididos em 4 grupos: grupo 1 ou controle com 10 dentes íntegros; grupo 2 com 20 dentes, sendo 10 cavidades conservadoras e 10 extensas restauradas com amálgama sem qualquer tipo de forramento. O grupo 3 (mais) e o grupo 4 foram compostos da mesma forma que o grupo 2, sendo que o primeiro recebeu cimento de ionômero de vidro (Vitrebond - 3M) e o segundo, adesivo dental (Scotchbond Multi-Purpose Plus - 3M), antes de serem restaurados. Os dentes haviam sido incluídos anteriormente em cilindros de PVC e fixados com resina acrílica. Após serem restaurados e termociclados, foram submetidos à fratura por força de compressão em uma máquina universal de testes EMIC-MEM 2000. Após análise de variância e aplicação do teste complementar de Tukey, concluiu-se que os sistemas adesivos utilizados condicionaram o aumento da resistência à fratura da estrutura dental nas cavidades convencionais, sendo os dentes com cavidades conservadoras mais resistentes em qualquer condição experimental. Resumo em inglês The purpose of this in vitro study was to determine the fracture resistance of upper premolars which had received class II preparations (conservative and extensive) and were restored with bonded amalgam, with two different adhesive systems. Seventy teeth were divided in four groups: group 1 (control), with ten sound teeth; group 2, with twenty prepared teeth (10 teeth received conservative cavities and 10, extensive cavities) restored with amalgam without any kind of line (mais) r; groups 3 and 4, similar to group 2, though with linings of glass ionomer cement (Vitrebond - 3M) (group 3) and dental adhesive (Scotchbond Multi-Purpose Plus - 3M) (group 4). The teeth were previously fixed in PVC cylinders with acrylic resin. After being restored and thermocycled, the test specimens were submitted to fracture by means of compression in an EMIC-MEM 2000 universal testing machine. After the application of the analysis of variance and complementary Tukey's test, we concluded that the utilized adhesive systems produced an increase of the fracture resistance of teeth presenting with conventional cavities; the teeth presenting with conservative cavities were more resistant in all experimental situations.

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Agentes ligantes e seus efeitos em concretos refratários alumina-magnésia/ Binders and their effects on alumina-magnesia refratory castables

Braulio, M. A. L.; Milanez, D. H.; Sako, E. Y.; Bittencourt, L. R. M.; Pandolfelli, V. C.
2010-12-01

Resumo em português Concretos refratários alumina-magnésia são comumente ligados por cimentos de aluminato de cálcio. Estes materiais apresentam, em temperaturas elevadas, uma reação de caráter expansivo decorrente da espinelização in-situ (MgAl2O4). Quando ligados por cimentos, reações adicionais (formação de CA2 e CA6) contribuem para a expansão. Uma alternativa para controlar a estabilidade volumétrica é a substituição do cimento tipicamente utilizado (~30%-p CaO) por ou (mais) tro de menor teor de cálcio (~20%-p CaO) ou por alumina hidratável. Tais substituições podem afetar as propriedades dos concretos, como a resistência mecânica a frio, a hidratação da magnésia e as propriedades durante e após a sinterização. Deste modo, o objetivo deste trabalho é avaliar o impacto destes ligantes no processamento de concretos alumina-magnésia. Sendo assim, pretende-se utilizar a fonte de ligante como uma ferramenta para a obtenção de concretos refratários com expansão engenheirada, visando-se aumentar a flexibilidade na seleção de materiais aplicados em panelas de siderurgia. Resumo em inglês The usual binder of alumina-magnesia castables is the calcium aluminate cement. Due to in-situ spinel (MgAl2O4) formation at high temperatures, these materials present an expansive behavior. When bonded with cement, further reactions (CA2 and CA6 formation) also contribute to the overall expansion. Changing the most common cement used (~ 30 wt.% CaO) for other containing less calcia (~ 20 wt.% CaO) or for hydratable alumina are suitable alternatives for controlling the ca (mais) stables' volumetric stability. Nevertheless, the binder replacement may affect castables properties, such as cold mechanical strength, MgO hydration degree and properties during and after sintering. Therefore, the objective of the present paper is to analyze the effects of these binders on the alumina-magnesia castables processing. As a result, the binder systems can be used as a tool for designing the alumina-magnesia castables expansion, increasing the flexibility on the selection of steel ladles linings.

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