R. Salomão

Mecanismos de hidratação do óxido de magnésio

O oxido de magnesio, MgO, e uma importante materia-prima para a industria de refratarios por ser um material de elevada refratariedade (ponto de fusao proximo a 2800 °C), resistente a escorias basicas, e de custo competitivo. No entanto, em presenca de agua, o MgO rapidamente se hidrata formando hidroxido de magnesio, Mg(OH)2. Essa reacao leva a uma expansao volumetrica de ate tres vezes, limitando sua aplicacao em concretos refratarios. Para desenvolver solucoes que minimizem este problema, torna-se necessario um melhor entendimento do mecanismo pelo qual o MgO se hidrata e quais as principais variaveis envolvidas. Dois mecanismos distintos para esta reacao foram propostos: a) dissolucao seguida de precipitacao e b) reacao em uma unica etapa ocorrendo diretamente na superficie das particulas. Este trabalho apresenta uma revisao critica com relacao aos mecanismos propostos e sua potencial aplicacao em concretos refratarios contendo MgO. Suspensoes aquosas de MgO e diferentes tecnicas de caracterizacao (ensaios reologicos oscilatorios, medidas de expansao volumetrica aparente e condutividade ionica) permitiram correlacionar os mecanismos apresentados, principalmente com respeito a cinetica da reacao de hidratacao.

Otimização do uso de sol de sílica como agente ligante para concretos refratários

Varias pesquisas tem sido dedicadas a area de novos agentes ligantes para concretos refratarios visando a substituicao do cimento de aluminato de calcio (CAC). Embora seja um dos agentes ligantes mais utilizado, o CAC apresenta uma serie de desvantagens, principalmente em relacao a reducao da refratariedade do sistema quando na presenca de microssilica. Trabalhos publicados indicam o sol de silica como importante alternativa, no entanto seu uso deve ser adaptado para concretos refratarios. Desse modo, o objetivo do presente trabalho foi otimizar o uso do sol de silica e verificar o efeito da adicao de microssilica em sistemas com esse agente ligante. Foram realizados testes de secagem e medidas de resistencia mecânica, porosidade, permeabilidade, refratariedade sob carga e fluencia, variando-se o tempo de cura. Os resultados mostraram que o emprego da microssilica em sistemas com sol de silica pode elevar a resistencia mecânica sem comprometer a etapa de secagem.

Aspects of magnesium oxide hydration in refractory castables compositions

Oxido de magnesio (MgO) ou magnesia e uma das materias primas mais importantes para a industria de refratarios. Gracas a sua elevada refratariedade (ponto de fusao da ordem de 2800 oC) e resistencia a corrosao me meios basicos, associadas a custos relativamente baixos, sua utilizacao em tijolos permitiu um significativo aumento no desempenho e durabilidade desses materiais. No entanto, como uma sequencia natural da utilizacao desse material, seu uso em concretos refratarios nao obteve o mesmo impacto em aplicacoes industriais devido a sua elevada tendencia em reagir com agua e a decorrente expansao volumetrica gerada. Desse modo, adicoes de magnesia em concretos tem sido restritas a baixos teores (> 10% peso) e ao uso de particulas grosseiras (> 100 µm). Neste trabalho, foram analisados criteriosamente os diversos estudos referentes a hidratacao do MgO em concretos refratarios, o impacto gerado nas diferentes etapas de processamento desses materiais e as tecnicas empregadas para evita-la.

Agentes ligantes para concretos refratários: sílica coloidal e alumina hidratável

Colloidal silica and hydratable alumina can be pointed out as important substitutes to the calcium aluminate cements as calcium-free binders for refractory castables. Based on the advantages and drawbacks of these binders, it is reasonable to consider that their combination could maximize the advantages and reduce the negative aspects observed when they are individually used. The high permeability level generated by the colloidal silica would reduce the risks of explosive spalling of hydratable alumina containing castables during first heat-up. Additionally, the total porosity of the colloidal silica containing systems could be decreased due to the hydration of the HA. In the present work, colloidal silica and hydratable alumina were combined in a new calcium-free binding system. Their rheological behavior, permeability level, apparent porosity, mechanical strength and drying rate profile were compared with the performance of each binder individually.

Heterocoagulação como técnica para obtenção de cerâmicas porosas

The crisis faced by the energy sector has led to a growing interest in the use of refractory porous ceramics as high temperature insulators, due to their unique combination of properties: chemical inertia, refractoriness and low thermal conductivity. Among the several techniques employed in the production of these materials, the addition of organic particles, which volatilize during the first heat-up, to the ceramic matrix is one of the most promising techniques. This procedure can be optimized in order to attain a better control over the porosity using the heterocoagulation of the inorganic and organic parts of a suspension. The purpose of the present work was to evaluate the impact of the heterocoagulation on the production of porous ceramics using PVC and starch as organic and alumina as inorganic compounds. The most suitable conditions to promote heterocoagulation of the constituents were previously determined. The increasing of the volume fraction of the organic parts generated more porous materials for both additives. However, the maximum amount of organics was set in 50 vol.% in order to achieve acceptable mechanical strength. It was also found out that compared to the conventional process, the porous ceramics obtained by heterocoagulation presented superior microestrutural homogeneity and mechanical strength.

Aditivos e sua influência no comportamento de secagem e resistência à tração de concretos refratários

The growing technology applied in the refractory castables production has become more difficult the drying process due the reduction of their permeability and the consequent increasing difficult of vapor migration from the inner region of the body to the surface. The hydration of calcium aluminate cement is also responsible for the castables permeability reduction. This process is significatively affected by the presence of additives used to disperse the castables. In this context, the objective of this work was to evaluate the influence of the different kind of additives on the drying behavior and traction strength of castables. It was verified that additives not only influence in the dispersion of matrix and binder particles but also in the type resulting hydrate. The additive CS favored the dispersion of castable and decreased water consumption resulting in the main formation of hydrates C3AH6 and AH3. The formation of AH3 is particularly favored by precipitation of C3AH6 due to alumina content available to its formation to be larger. This phase appears frequently as gel and due its high capacity to fill interparticle voids can be correlated to the traction strength development. On the other hand, in the presence of additive AC it was observed reduction in relation the formation these hydrates due his retarder effect which occurred by calcium ions consumption. Moreover, the presence of bigger water content contributed for increase of porosity and decrease of traction strength of castable.

Condições de mistura e a permeabilidade de concretos refratários contendo fibras poliméricas

Polymeric fibers have been added to refractory castables to improve their permeability and reduce the risks of spalling during the drying step. Nevertheless, the fiber addition inhibits a homogeneous mixture and also diminishes the castable workability. Previous work of the same authors has shown that the gain in permeability is related to the final medium length of fibers and the processing conditions. The aim of this work is to establish the relations between the permeability increase and the processing conditions of refractory castables containing polymeric fibers with different lengths. The rheological behavior during mixing was analyzed using a castable rheometer. Two processing conditions were investigated: fibers addition to the dry material and addition of fibers after mixing. The permeability analysis was carried out using Forchheimers equation. The relationships among mixing energy, permeability and final medium lengths of fibers were established.

Aditivos de secagem para concretos refratários: pó de alumínio e fibras poliméricas

Refractory castables are low porosity and permeability materials. Due to this, the first heat up must be carried out in a careful way in order to avoid the risks of explosive spalling and mechanical damages during the water withdrawn. On the other hand, the growing use of refractory castables in the aluminum industry, as calciners lining, and the lack of production during their placement indicate that optimized heating schedules may become an important competitive advantage to the companies. In order to join these two aspects, additives to easy the drying process and to make it safer were developed. These drying additives behave, generally, increasing the castable permeability in a more controlled way. The most important ones are the aluminum powder and the polymeric fibers. In the present work, their mechanisms and the most suitable processing condition for their use are presented.

New drying additives for refractory castables: high performance polymeric fibers

Fibras polimericas tem sido sistematicamente incorporadas as formulacoes de concretos refratarios com o objetivo de diminuir os riscos de explosao durante o processo de secagem. Apos a fusao das fibras, canais permeaveis sao formados, reduzindo a pressao de vapor e aumentando a velocidade de secagem. As fibras comumente utilizadas para esse fim sao de polipropileno e podem gerar aumentos de permeabilidade em temperaturas por volta de 165 oC. Para otimizar o desempenho desses materiais e necessario que essa temperatura seja reduzida, preferencialmente para abaixo de 100 oC. Como nao ha grande disponibilidade de produtores de fibras com esse requisito, um sistema de fiacao e uma nova geracao de fibras polimericas foram desenvolvidos baseados em uma criteriosa selecao de polimeros e copolimeros, bem como em suas composicoes quimicas e propriedades fisicas. Fibras com geometria similar as comerciais foram produzidas e sua atuacao como aditivo de secagem foi avaliada, apresentando desempenho consideravelmente superior.

Aplicações de fibras vegetais na secagem de concretos refratários

A secagem de concretos refratarios e uma etapa critica em seu processamento devido aos riscos de explosao durante a saida de agua contida em sua estrutura. Para minimizar esses problemas e aumentar a velocidade de secagem, fibras polimericas tem sido adicionadas as formulacoes de concreto. Uma variavel importante a ser considerada no desempenho desse aditivo e o tipo de fibra utilizada. Trabalhos do grupo de pesquisa indicaram que fibras vegetais podem apresentar bom desempenho na geracao de canais permeaveis. Esse fato, aliado a sua grande disponibilidade e baixo custo, sugere que estas fibras sejam uma alternativa interessante as fibras sinteticas utilizadas atualmente. Neste trabalho, comparou-se o desempenho de fibras vegetais com o do polipropileno utilizados como aditivos de secagem. Foram realizadas medidas de permeabilidade utilizando a Equacao de Forchheimer, ensaios de permeametria em alta temperatura e analise termogravimetrica do concreto. As fibras foram caracterizadas por calorimetria exploratoria diferencial e termogravimetria.