O agregado de sílica fundida é uma matéria-prima que se mostra adequada para o desenvolvimento de concretos para aplicação em riser de unidade de craqueamento catalítico fluido de petróleo (UFCC). A sua baixa densidade aparente e reduzida condutividade térmica contribuem, respectivamente, para a diminuição do peso da estrutura refratária e maior eficiência térmica do processo. Já o seu coeficiente de expansão linear de 0,55 x 10-6/ºC, extremamente reduzido, garante uma excelente resistência ao choque térmico. Contudo, para as condições de operação em riser, estas características precisam estar aliadas a um baixo desgaste por erosão. Sendo assim, um concreto nanoligado a base de sílica fundida foi desenvolvido buscando-se a minimização do desgaste por erosão. Duas composições foram testadas combinando-se os agregados de sílica fundida e alumina tabular. Verificou-se que as tensões geradas pelo "mismatch" de expansão térmica entre os agregados resultaram na formação de microtrincas, reduzindo consideravelmente as propriedades termomecânicas do material. Um menor dano foi verificado para a composição onde a alumina tabular foi adicionada somente nas frações mais finas de agregado. Nesta, a incorporação de um aditivo sinterizante favoreceu uma maior densificação em baixa temperatura, possibilitando otimizar a resistência à erosão e ao choque térmico. O valor médio de volume erodido obtido após queima a 815 ºC foi de 4,8 cm3. Em comparação com os 6 cm3 especificados pela indústria petroquímica brasileira para produtos refratários de alta alumina com densidade aparente superior a 2,60 g/cm3, pode-se afirmar que o resultado obtido foi muito promissor. O concreto nanoligado a base de sílica fundida que foi desenvolvido mostrou ser uma excelente opção para aplicação em riser de UFCC.

Fused silica aggregate shows interesting properties for the development of castables for the riser section of fluid catalytic cracking units (FCCU). Its low apparent density and reduced thermal conductivity can lead to a lightweight refractory structure and a higher thermal efficiency of the process, respectively. The fused silica linear expansion coefficient is very low (0.55 x 10-6/ºC), allowing an excellent thermal shock resistance. Nevertheless, for the riser environment, these characteristics must be coupled with a low erosion loss. Therefore, a fused silica nano-bonded castable was developed in order to attain a high-erosion resistance. Two compositions containing fused silica and tabular alumina aggregates were evaluated. It was found out that the stress generated by the thermal expansion mismatch between the two sorts of aggregates induced the crack formation, decreasing the material materials' thermomechanical properties. A lower mechanical damage was attained by adding tabular alumina in the finer aggregates grain size. Adding a sintering additive, that induces a higher densification at low temperatures, the erosion and thermal shock resistances were also improved. The mean value of erosion loss obtained after firing at 815 ºC was 4.8 cm3. This result was very promising in comparison with the erosion loss specified by the Brazilian petrochemical industry (6 cm3) for high-alumina refractory products with apparent density higher than 2.60 g/cm3. The developed fused silica nano-bonded castable seems to be an excellent choice for the riser section of fluid catalytic cracking unit application.

Na indústria petroquímica a unidade de craqueamento catalítico fluidizado de petróleo é um importante equipamento para aplicação de concretos refratários devido à necessidade de se obter produtos especializados. Normalmente, a seleção destes materiais é baseada na análise química e em medidas de densidade aparente, resistência mecânica por compressão uniaxial e erosimetria a frio. Para avaliação dos requisitos de seleção usuais, cinco concretos de alta alumina, sendo três de baixo teor de cimento e dois convencionais de uso comercial, foram avaliados por resistência à compressão e erosimetria a frio. Testes complementares que atualmente não são utilizados no processo de seleção também foram realizados, tais como: resistência ao choque térmico, módulo de ruptura a quente e exposição em atmosfera de CO. A análise mostrou que as especificações vigentes são baseadas principalmente na experiência com a utilização de produtos não originalmente projetados para esta aplicação e que o desenvolvimento de produtos mais adequados é inibido pelas restrições das especificações atuais. Também se verificou que a seleção é limitada pela falta de ensaios que avaliem o desempenho em condições mais próximas das de uso. Neste sentido, o teste de resistência à deposição de carbono pela exposição em atmosfera de CO mostrou-se interessante por contribuir para uma melhor seleção dos concretos refratários densos antierosivos.

In the petrochemical industry the fluidized catalytic cracking unit is an important vessel for refractory castables application due the necessity of obtaining specialized products. Usually, the selection of these materials is based on the chemical analysis, apparent density, cold crushing strength and cold erosion test. For the evaluation of the present selection requirements, five high-alumina castables, being three of low cement and two conventional of commercial use, were characterized under cold crushing strength and cold erosion tests. Additional tests that are actually not used in the selection were also performed, such as: thermal shock cycling, hot modulus of rupture and carbon deposition by CO atmosphere exposure. The analysis showed that the present specifications are mainly based in the experience with the use of products not designed for this application and that the development of more suitable castables is inhibited due to the close restrictions of the present specifications. It is also verified that the materials selection is limited by the absence of tests for the performance evaluation next to in-service conditions. In this sense, the carbon deposition test by CO atmosphere exposure was interesting in order to provide the better selection of dense antierosive refractory castables.

A avaliação do emprego de concretos refratários nanoligados em aplicações onde ocorre desgaste por erosão é de importante interesse devido aos estudos recentes que indicam esta rota como uma alternativa à substituição do cimento de aluminato de cálcio. Neste trabalho, os resultados de resistência à erosão a frio de formulações de concretos refratários de alta alumina ligados por sílica coloidal e a combinação deste aditivo com alumina hidratável, foram comparadas a um concreto refratário aluminoso de uso comercial, ligado por cimento de aluminato de cálcio, especificado pelo fabricante para uso em aplicações de desgaste por erosão. Os resultados mostraram um desempenho superior dos concretos nanoligados, indicando que a utilização deste agente ligante é muito promissora no desenvolvimento de produtos onde se requer alta resistência ao desgaste por erosão. A razão entre o valor do módulo de ruptura a quente e o volume erodido também se mostrou relevante como técnica de seleção de refratários para tais aplicações.

Nanobonded refractory castables for erosion wear applications is of important interest based on recent publications that suggest the use of this route as an alternative to substitute the calcium aluminate cements. In this work, the cold erosion resistance of high-alumina refractory castables containing colloidal silica and a blend of colloidal silica and hydratable alumina as bonding agents were comparated to commercial calcium aluminate cement containing alumina refractory castable, specified by the producer as a suitable material for erosion wear applications. The results showed higher performance for the colloidal silica bonded castables, suggesting the use of this bonding system in the development of refractory castables for erosion wear applications. The ratio between the hot modulus of rupture and the eroded volume has also been shown as a relevant technique for the refractories selection in such environments.

Os tijolos refratários queimados de magnésia-cromita são os produtos padrões para emprego no revestimento de fornos na indústria de chumbo, onde o curto tempo de vida desses refratários é um grande problema. Amostras de tijolos de magnésia-cromita sinterizados, utilizados em um forno rotativo de redução de chumbo secundário, mostraram fissuras paralelas à face quente indicando que o desgaste do revestimento ocorreu por termoclase estrutural. As regiões de interface refratário-escória e de infiltração foram analisadas por microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia de energia dispersiva, e difração de raios X. O teste de corrosão pelo método estático foi feito para avaliar a influência do ataque por escória. Os resultados mostraram que a termoclase estrutural foi devido a forte infiltração do chumbo, proveniente dos componentes do forno (chumbo metálico e sulfeto de chumbo), na microestrutura do refratário durante o processo de redução, e que, a infiltração da escória teve pouca contribuição devido a boa resistência dos refratários de magnésia-cromita a escórias ricas em FeO.

Burned magnesia-chromite bricks are the standard product for the lining of furnaces in lead industry, where the short service life is a great problem. Used sintered magnesia-chromite brick sample from short rotary furnace lining, sent by a secondary lead manufacturer, showed parallel cracks to the hot face due to structural spalling damage. The refractory infiltrated region and slag interface were analyzed using a scanning electron microscope with an energy dispersive spectroscopy analyzer, and X-ray diffraction powder analysis. Crucible corrosion test was performed to evaluate the influence of slag attack. The results showed that the structural spalling was due to strong Pb-infiltration of the refractory microstructure by bath components of the furnace (metallic lead and lead sulphite) during the reduction process and that the slag infiltration had little contribution due to the good resistance of the magnesia-chromite bricks to FeO rich slag attack.