Avaliação de matérias-primas alternativas com ação ligante ou sinterizante para concretos refratários
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Data de Publicação: | 2020 |
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Resumo: | Refractory materials are used as linings in most equipment of heavy industries. As the latter are continuously seeking to reduce expenses in order to increase their energy efficiency and productivity, the evaluation of binding and/or sintering agents, which would reduce time and temperature of thermal treatments, besides providing better properties to refractories in a broad temperature range (600-1500°C), has been widely studied in last years. Considering these aspects, this work aimed to evaluate the viability of different raw materials (calcium carbonate, calcium hydroxide, aluminum lactate, dead-burnt magnesia, magnesia fumes) as alternative binding or sintering additives to calcium aluminate cement (CAC) in refractory castables, as CAC does not provide a sintering effect to refractory products at intermediate temperatures (600-1000°C). The developed compositions were submitted to mechanical and thermomechanical characterization tests, such as cold modulus of rupture (MOR) and hot modulus of rupture (HMOR) after thermal treatment at different temperatures (50-1500°C), thermal shock (∆T ~ 1000°C), among others. Calcium carbonate and hydroxide did not provide an efficient binding effect (MOR 0.5-3.5 MPa), but their distinct sintering mechanisms (sintering-coarsening-coalescence process and CaO release, respectively) improved the mechanical and thermomechanical performance (MOR 8-40 MPa and HMOR 12-40 MPa) in a broad temperature range (600-1500°C). Dead-burnt magnesia and fumes provided a binding effect (MOR 2-12 MPa) due to brucite formation but sintering was limited in these castables. The mixture of calcium carbonate with magnesia fumes or aluminum lactate improved the green mechanical strength but reduced the sintering effect at intermediate temperatures (600-1000°C). These results showed the feasibility of replacing cement with the mixture of CaCO3 and aluminum lactate, what would bring economic effects with the reduction in the use of cement and the acquired performance. |
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As the latter are continuously seeking to reduce expenses in order to increase their energy efficiency and productivity, the evaluation of binding and/or sintering agents, which would reduce time and temperature of thermal treatments, besides providing better properties to refractories in a broad temperature range (600-1500°C), has been widely studied in last years. Considering these aspects, this work aimed to evaluate the viability of different raw materials (calcium carbonate, calcium hydroxide, aluminum lactate, dead-burnt magnesia, magnesia fumes) as alternative binding or sintering additives to calcium aluminate cement (CAC) in refractory castables, as CAC does not provide a sintering effect to refractory products at intermediate temperatures (600-1000°C). The developed compositions were submitted to mechanical and thermomechanical characterization tests, such as cold modulus of rupture (MOR) and hot modulus of rupture (HMOR) after thermal treatment at different temperatures (50-1500°C), thermal shock (∆T ~ 1000°C), among others. Calcium carbonate and hydroxide did not provide an efficient binding effect (MOR 0.5-3.5 MPa), but their distinct sintering mechanisms (sintering-coarsening-coalescence process and CaO release, respectively) improved the mechanical and thermomechanical performance (MOR 8-40 MPa and HMOR 12-40 MPa) in a broad temperature range (600-1500°C). Dead-burnt magnesia and fumes provided a binding effect (MOR 2-12 MPa) due to brucite formation but sintering was limited in these castables. The mixture of calcium carbonate with magnesia fumes or aluminum lactate improved the green mechanical strength but reduced the sintering effect at intermediate temperatures (600-1000°C). These results showed the feasibility of replacing cement with the mixture of CaCO3 and aluminum lactate, what would bring economic effects with the reduction in the use of cement and the acquired performance.Os materiais refratários são utilizados como revestimento na maioria dos equipamentos das indústrias de base. Como estas empresas buscam continuamente reduzir gastos a fim de aumentar sua eficiência energética e produtividade, a avaliação de agentes ligantes e/ou sinterizantes tem sido estudada nos últimos anos com o objetivo de permitir a redução do tempo e da temperatura dos tratamentos térmicos de materiais cerâmicos, além de propiciar melhores propriedades aos refratários numa ampla faixa de temperatura (600-1500°C). Este trabalho investigou a viabilidade de utilização de diferentes matérias-primas (carbonato de cálcio, hidróxido de cálcio, lactato de alumínio, sínter ou fumos de magnésia) como aditivos ligantes e/ou sinterizantes alternativos ao cimento de aluminato de cálcio (CAC) em concretos refratários, visto que este último não propicia um efeito sinterizante aos produtos em temperaturas intermediárias (600-1000°C). As composições desenvolvidas foram avaliadas por ensaios mecânicos e termomecânicos, como módulo de ruptura a frio (MRF) e a quente (MRQ), entre outros, após tratamento térmico numa ampla faixa de temperatura (50-1500°C). O carbonato e o hidróxido de cálcio não apresentaram um efeito ligante eficiente (MRF entre 0,5-3,5 MPa), mas induziram mecanismos sinterizantes distintos (processo sinterização-engrossamento-coalescência e liberação de CaO, respectivamente) que resultaram em desempenhos superiores ao cimento (MRF = 8-40 MPa e MRQ = 12-40 MPa) numa ampla faixa de temperatura (600-1500°C). O sínter e os fumos de magnésia propiciaram um efeito ligante (MRF = 2-12 MPa) decorrente da geração de brucita, mas a sinterização se mostrou reduzida nesses materiais. A mistura de carbonato de cálcio e fumos de magnésia ou lactato de alumínio melhorou a resistência mecânica a verde, mas prejudicou o efeito sinterizante em temperaturas intermediárias (600-1000°C). Os resultados obtidos neste trabalho evidenciaram a viabilidade de substituição do cimento pela mistura de CaCO3 com lactato de alumínio, podendo gerar efeitos econômicos com a redução do uso de cimento e com o desempenho adquirido.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)CNPq: 132567/2018-0porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessConcretos refratáriosAluminaCimentoAgentes sinterizantesRefractory castablesAluminaCementSintering agentsENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOSAvaliação de matérias-primas alternativas com ação ligante ou sinterizante para concretos refratáriosEvaluation of alternative raw materials with binder or sintering action for refractory castablesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis600600390bd4d1-c505-4015-b043-b075d197c61freponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALLeonardo Barbosa Consonni - Dissertação definitiva.pdfLeonardo Barbosa Consonni - Dissertação definitiva.pdfVersão final da dissertação de mestradoapplication/pdf3008744https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13338/1/Leonardo%20Barbosa%20Consonni%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o%20definitiva.pdfa1627a2d6dc1fe503072471c7726cee4MD51BCO carta comprovante autoarquivamento.pdfBCO carta comprovante autoarquivamento.pdfCarta comprovante assinada pelo orientadorapplication/pdf368993https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13338/2/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento.pdf1947dd6c84679d959d2caa74238fb2c6MD52CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13338/3/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD53TEXTLeonardo Barbosa Consonni - Dissertação definitiva.pdf.txtLeonardo Barbosa Consonni - Dissertação definitiva.pdf.txtExtracted texttext/plain269999https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13338/4/Leonardo%20Barbosa%20Consonni%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o%20definitiva.pdf.txt8a249f6f42e6091084bc18252dc718a4MD54BCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.txtBCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.txtExtracted texttext/plain1547https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13338/6/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento.pdf.txtcac112f019c6e18fe35e651f65f8ced8MD56THUMBNAILLeonardo Barbosa Consonni - Dissertação definitiva.pdf.jpgLeonardo Barbosa Consonni - Dissertação definitiva.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6797https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13338/5/Leonardo%20Barbosa%20Consonni%20-%20Disserta%c3%a7%c3%a3o%20definitiva.pdf.jpgb5c8c64ae1ec769d45f2ca0092d00bb8MD55BCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.jpgBCO carta comprovante autoarquivamento.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg10375https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13338/7/BCO%20carta%20comprovante%20autoarquivamento.pdf.jpg051baa482cc8a6cdd075c11a1452f5bbMD57ufscar/133382023-09-18 18:32:02.949oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/13338Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:02Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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