A necessidade de redução do consumo energético tem impulsionado a busca por concretos refratários que possibilitem a diminuição do seu tempo de secagem. Todavia, a secagem de concretos refratários é uma das etapas mais críticas de seu processamento. Condições não otimizadas de aquecimento podem gerar riscos consideráveis de explosão. Dentre os fatores que podem afetar esses riscos, a cura em baixas temperaturas tem sido descrita como um fator de grande influência. No entanto, em trabalhos anteriores, os aspectos de permeabilidade, ensaios de explosão ou mecânicos têm sido avaliados isoladamente. Este estudo avalia e discute, de forma sistêmica, o efeito da permeabilidade, da cinética de saída de água, da resistência mecânica e dos perfis de temperatura desenvolvidos na superfície dos corpos-de-prova curados em temperaturas distintas (8 ºC e 50 ºC).

The increasing demand for better and cheaper refractory products has motivated the search for safer and shorter drying schedules in the refractory industry. If the drying process is not carefully controlled, the risk of explosive spalling increases considerably. The curing at low temperatures has been pointed as one of the most important factors. Nevertheless, so far, permeability, mechanical resistance and explosion tests has been evaluated separately. This work aims to correlate the former mentioned properties with the dewatering and temperature profile of castables cured at 8 ºC and 50 ºC.

Um dos principais fatores limitantes na utilização dos concretos refratários é a necessidade de longos ciclos de secagem, uma vez que taxas de aquecimento elevadas podem ocasionar explosão, principalmente quando são utilizadas baixas temperaturas de cura (<21 ºC). Neste trabalho, estudou-se a influência da temperatura de cura na resistência à explosão de concretos refratários de alta alumina com ultrabaixo teor de cimento. Os resultados indicaram que a ocorrência de explosão nos concretos curados em baixas temperaturas não pode ser atribuída unicamente à desidratação das fases do cimento, uma vez que a água livre se mostrou como a principal responsável pela pressurização da estrutura durante a secagem.

One of the main limiting factors in the processing of refractory castables is the long drying schedule required, since high heating rates can cause mechanical damage or even the explosion of the refractory, especially when low curing temperatures (<21 ºC) are employed. In this work, the influence of the curing temperature on the explosion tendency of high-alumina ultra-low cement refractory castables is evaluated. The results show that the explosion during the drying process of castables cured at low temperatures cannot be associated only to the dehydration of low-density cement phases, since the free water appeared to be the main responsible for the pressurization of the structure.

A correta determinação de curvas de aquecimento para materiais refratários é uma tarefa complexa, e a sua inadequação pode resultar até mesmo na destruição de um revestimento refratário. Este trabalho apresenta um estudo sobre o efeito de diferentes taxas de aquecimento no desempenho termomecânico de refratários utilizados em fornos de reaquecimento. O estudo considera desde curvas de aquecimento típicas indicadas por fornecedores, até velocidades de aquecimento de 180 ºC/h. É apresentada uma avaliação comparativa entre os resultados térmicos medidos em um forno simulador e resultados calculados pela técnica de elementos finitos. Os perfis térmicos medidos e calculados foram empregados para a determinação das tensões termomecânicas geradas dentro das peças, analisando a probabilidade de falha em função da velocidade de aquecimento. São destacadas as diferenças existentes nestas tensões quando se consideram propriedades medidas à quente e à temperatura ambiente.

The proper choice of the most suitable heating curves for refractory materials is a complex task and a badly designed curve may cause the failure and destruction of a refractory lining. This work presents an investigation of the effect of different heating curves on the thermomechanical performance of refractory materials used for the lining of reheating furnaces. The analysis considers heating curves ranging from ones supplied by refractory manufacturers up to heating rates of 180 ºC/h. A comparison among temperature measurements obtained from a simulation furnace and the results calculated by finite element technique is shown. The measured and calculated thermal profiles were used to forecast the thermomechanical stresses developed inside the pieces, which were used to analyze the failure probability, according to the heat up rate. The authors also point out the main differences at the developed stresses obtained when using temperature dependent properties or when measuring them at room temperature.

Neste trabalho é apresentado um estudo sistemático sobre a influência da utilização de propriedades avaliadas em função da temperatura para suprir um programa de simulação computacional por elementos finitos (AEF) visando à determinação dos perfis de temperatura e tensão em uma âncora refratária. Para tanto, foram avaliados em função da temperatura, a condutividade térmica (k), o calor específico (c), o coeficiente de expansão térmica linear (alfaL) e o módulo elástico (E). Um planejamento fatorial 2u e a análise de variância (ANOVA) foram utilizados para avaliar a influência das interações entre as propriedades determinadas em função da temperatura sobre os perfis de temperatura e tensão normal resultantes da simulação computacional. Este estudo reforça a necessidade da avaliação das propriedades em função da temperatura para se suprir um programa de simulação computacional, destacando-se a condutividade térmica e o calor específico para propiciar uma melhor obtenção do perfil de temperatura, e o coeficiente de expansão térmica linear (alfaL) e o módulo elástico (E) para a avaliação do perfil de tensões.

This paper presents a systematic study about the importance of employing properties evaluated as a function of temperature to input a computer simulation program using the finite element method (FEM), in order to access the temperature and normal stress profiles in a refractory ceramic. The properties evaluated as a function of temperature were thermal conductivity (k), specific heat (c), coefficient of linear thermal expansion (alphaL), and elastic modulus (E). A 2u experimental design and the analysis of variance (ANOVA) allowed to conclude that the thermal conductivity and the specific heat are important to obtain a more precise temperature profile, while the linear thermal expansion coefficient and the elastic modulus are important to evaluate the stress profile.

A condutividade térmica de materiais refratários sílico-aluminosos e aluminosos com 35,81%-p <= Al2O3 <= 93,48%-p e porosidade total entre 15% e 81% foi determinada através da técnica de fio quente paralelo. Além de avaliar as correlações entre a condutividade térmica, o teor de alumina (Al2O3) e a porosidade (PA e PT), neste trabalho, foi introduzida a razão R (teor de alumina / porosidade total) que permitiu correlacionar a condutividade térmica simultaneamente com a composição química e a microestrutura dos refratários. O método dos mínimos quadrados foi utilizado para generalizar a correlação entre k e R para uma faixa mais ampla de temperaturas. A boa qualidade do ajuste alcançado pelo modelo empírico obtido (r² > 0,93) permite concluir que a utilização da razão R pode ser mais significa para a condutividade térmica de cerâmicas refratárias do que a utilização do teor de alumina ou quantidade de coríndon isoladamente. Estas relações são fundamentais no projeto de fornos e equipamentos que empreguem cerâmicas refratárias além de serem dados de entrada adequados para suprir programas de simulação computacional que visem à previsão do comportamento termomecânico destes materiais.

Thermal conductivity of high alumina and fireclay refractories with 35.81 wt% <= Al2O 3 <= 93.48 wt% and total porosity between 15% and 81% was evaluated by parallel hot-wire technique. The R ratio (alumina content / total porosity), applied in this work, allowed correlating the thermal conductivity (k) with chemical composition and the physical properties of the evaluated refractories. The least square method was used to generalize the correlation between k and R to larger temperature range. The high correlation obtained (r² > 0.93) allows concluding that the use of R ratio is more effective in the thermal conductivity of refractory ceramics than using only the alumina content or the amount of corundum. These relationships obtained in this work are important in the project of furnaces and equipments that uses refractories. They are also suitable data to input computer simulation programs aiming to evaluate the thermomechanical behavior of refractory ceramics.

Neste trabalho foram estudadas as correlações existentes entre a condutividade térmica e as características físicas de materiais refratários comerciais com massa específica volumétrica na faixa entre 0,55 g/cm³ e 3,14 g/cm³ e porosidade total compreendida entre 15% e 81%. É apresentado e discutido um modelo empírico que correlaciona a condutividade térmica como função da massa específica volumétrica, fornecendo assim uma forma rápida para estimar a condutividade térmica de materiais refratários em função da temperatura (dentro da faixa de variação de teor de alumina, massa específica e porosidade empregados neste trabalho). Tal correlação é possível conhecendo-se apenas a massa específica volumétrica que é comumente avaliada no controle de qualidade durante a produção de refratários. Análises estatísticas são apresentadas para a validação do modelo proposto.

Thermal conductivity was correlated to the properties of commercial refractory materials with bulk densities in the range of 0.55 g/cm³ and 3.14 g/cm³ and the total porosity between 15% and 81%. An empirical model correlating the thermal conductivity as a function of bulk density and temperature is presented and discussed. The proposed model provides a very fast route to estimate the thermal conductivity of refractories within the variation range of alumina content, bulk density and total porosity employed in this work. In order to apply the model, the only required property is the bulk density, which is commonly evaluated by the quality control during refractory production. Statistical analysis are employed to validate the proposed empirical model.