Diversos fatores interferem no desempenho e na vida-útil do revestimento refratário em unidades de calcinação de alumina. O desconhecimento das melhores práticas de seleção e qualificação dos materiais para esta aplicação foi a força motriz para este trabalho. Foram caracterizados dois materiais comerciais aplicados por projeção (um via wet-shotcrete e outro por dry-gunning), indicados para o revestimento refratário dos vasos e dutos de calcinadores de alumina. Tais técnicas são importantes, uma vez que reduzem o tempo de aplicação e o lucro cessante da unidade. Os materiais em análise foram submetidos a baterias de testes laboratoriais, os quais seguem normas técnicas internacionais. Os ensaios foram divididos segundo a representatividade das solicitações que ocorrem no revestimento em operação, e os resultados obtidos foram usados para avaliar o seu potencial desempenho. O embasamento técnico e científico utilizado neste trabalho pôde orientar o desenvolvimento, a seleção e a aplicação de novas cerâmicas refratárias para o revestimento interno de calcinadores, com o objetivo de elevar a vida-útil, a disponibilidade e a confiabilidade das unidades, possibilitando diminuir o custo com manutenções.

Several aspects are important to define the working life of refractory lining for alumina calcinations units. The lack of knowledge of the best selection practices and qualification of the materials for this application have been the driving force of this work. Two commercial materials applied by projection (wet-shotcrete and dry-gunning) were characterized. Both are usual standards of refractories for lining vessels and pipes of alumina fluid-flash calciners. All the materials analyzed were submitted to laboratorial tests, which follow international technical standards. The tests were divided in indispensable, necessary and occasional, according to the importance of the solicitations of the refractory lining under operation. The technical and scientific knowledge applied in this work can guide the development, the selection and the application of new refractory castables for the internal lining of alumina fluid-flash calciners, increasing their working life, productivity and the reliability of the units, and reducing the maintenance costs.

A crescente utilização de processos automatizados durante a etapa de bombeamento e na projeção de concretos refratários é o resultado do entendimento simultâneo das características microestruturais de empacotamento e da natureza reológica destes materiais. A projeção a úmido de concretos refratários desperta interesse tecnológico por não necessitar de moldes para o revestimento de equipamentos siderúrgicos. A técnica consiste em aplicar o material pulverizado sobre a superfície de instalação, onde a fluidez do concreto projetado é instantaneamente reduzida devido à ação de aditivos coagulantes, resultando em uma elevada taxa de deposição. O presente trabalho teve como objetivos identificar os fatores que influenciam o desempenho da projeção a úmido por meio da avaliação de concretos comerciais para canais de corrida, estabelecer critérios sistêmicos para formulação e aperfeiçoar uma técnica para caracterização reológica multi-estágios. Os resultados têm possibilitado o estabelecimento de critérios tecnológicos para a classificação de desempenho e para o desenvolvimento desta importante classe de materiais.

The growing utilization of automated systems for pumping and projection of refractories castables is the result of the simultaneous understanding of packing´s microstructural characteristics and rheological nature of these materials. The wet-shotcrete of refractories castables presents a great technological interest because there is no need of molds for lining large areas. The process consist of applying the sprayed castable on the surface to be lined or repaired. As the material hits the surface to be coated the fluidity must be totally vanished by the action of setting additives, resulting in a high deposition rate. The present work has the objective to identify the factors that influence the performance of the wet-shotcrete through the evaluation of commercial castables for blast furnace trough. Additionally, a systemic criteria for rheological multi-characterization was established. The results obtained generated a technological path to classify the performance and the development of this important class of ceramic refractory materials.

Os cimentos de aluminatos de cálcio (CAC) são os ligantes hidráulicos mais utilizados em concretos refratários. No entanto, a presença de CaO em sua composição pode limitar seu uso em elevadas temperaturas nos sistemas Al2O3-SiO2 e Al2O3-MgO. Como importante alternativa ao uso do CAC, destaca-se a sílica coloidal, que proporciona, dentre outras vantagens, maior velocidade de secagem e reatividade ao sistema. Estudos anteriores dos autores deste trabalho indicaram que a adição de microssílica e alumina hidratável podem otimizar o desempenho de concretos contendo sílica coloidal como agente ligante. No entanto, investigações sobre esses sistemas em elevadas temperaturas de trabalho são escassas na literatura. Neste trabalho, o comportamento em diferentes temperaturas de sistemas contendo sílica coloidal foi avaliado quanto à retração linear após queima, porosidade aparente, resistência mecânica a frio e a quente. Como referência, foi utilizada uma formulação de concreto contendo cimento de aluminato de cálcio como agente ligante.

Calcium aluminate cements (CAC) are the most used hydraulic binders in refractory castables. However the presence of CaO in the castable composition reduces the refractoriness in the Al2O3-SiO2 and Al2O3-MgO systems. In this context, colloidal silica has been pointed out as an important alternative for the CAC use because promotes, among another advantages, easier drying behavior and higher reactivity to the system. Previous works of the authors have indicated that the microsilica and hydratable alumina addition to colloidal silica containing castables can optimize their performance. Nevertheless, researches in these systems at high working temperatures (above 350 ºC) are scarce in the literature. In this work, the colloidal silica bonded castables behaviors at different working temperature were analyzed through the fired linear shrinkage, apparent porosity, mechanical strength and hot modulus of rupture. The obtained results were compared to the CAC containing castable compositions.

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 correlação 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.

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 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.

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 apresentar 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.

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 to 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.

A trabalhabilidade de concretos refratários é determinada principalmente pela cinética de hidratação do ligante hidráulico. Têm-se observado que o processo de gelificação/hidratação desse material em meio aquoso é sensivelmente influenciado pela presença de aditivos dispersantes. Em virtude disso, este trabalho investigou a correlação entre a trabalhabilidade de concretos refratários de ultra-baixo teor de cimento no sistema Al2O3-SiC-SiO2-C e as características apresentadas por suspensões aquosas de cimento na presença de diferentes aditivos. A influência desses aditivos no processo de hidratação do cimento foi estudada através de ensaios de microscopia eletrônica de varredura, difração de raios X, sedimentação, condutividade elétrica e ensaios reológicos. Os resultados obtidos indicam que a "pega" inicial do concreto ocorre devido à aglomeração das partículas induzida pela formação de um produto coloidal amorfo ("gel") entre elas. Observou-se que o citrato de sódio favorece a formação de uma quantidade significativa de "gel" entre as partículas, reduzindo a trabalhabilidade do concreto.

The working time of refractory castables is mainly determined by the hydration kinetic of the hydraulic binder. It has been observed that the gelation/hydration process of this material in aqueous solutions is significantly influenced by the addition of dispersing additives. Hence, this work investigated the correlation between the working time of ULC refractory castables in the Al2O3-SiC-SiO2-C system and the physic-chemical characteristics of cement aqueous suspensions in the presence of different sort of additives. The influence of these additives in the cement hydration process was studied by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, sedimentation experiments, electrical conductivity and rheological tests. The initial setting of castables was found to be associated to particle coagulation and the development of an amorphous colloidal product (gel), that gives rise to a stiff gel-like structure. Sodium citrate favored the development of a significant content of such "gel" among particles, decreasing the castable working time.

A produção de espumas cerâmicas através da aeração de suspensões associada ao processo "gelcasting" pode proporcionar cerâmicas porosas celulares com excelentes propriedades mecânicas, em uma ampla faixa de densidades. Entretanto, o uso deste material em aplicações específicas, como filtragem, isolamento térmico e suporte para catálise, requer adequações macroestruturais que favoreçam as propriedades desejadas, tais como permeabilidade, condutividade térmica e área superficial. Tais propriedades decorrem de características como densidade, distribuição de tamanho de célula e conectividade entre células vizinhas, as quais são definidas durante a produção da espuma. Neste trabalho estudou-se a influência do processo de aeração sobre a macroestrutura da espuma cerâmica. Foram utilizados dois tipos de aerador, sendo um do tipo planetário e outro constituído de um borbulhador acoplado a um agitador mecânico. Suspensões de alumina contendo diferentes concentrações de agente espumante foram submetidas a ciclos de agitação nos dois tipos de aerador. Após a gelificação, os corpos obtidos foram sinterizados e avaliados quanto à permeabilidade ao ar e quanto à distribuição de tamanho de célula utilizando as técnicas de análise de imagem e de porosimetria de mercúrio. Os resultados mostram que o processo de aeração pode influenciar sensivelmente a densidade e o tamanho médio dos poros, com efeitos significativos sobre a permeabilidade do material. Verificou-se ainda que a caracterização da distribuição de tamanho de poro por porosimetria de mercúrio e por microscopia ótica leva a diferentes resultados, mas que ambas as técnicas podem ser úteis, dependendo do objetivo com que são usadas.

The production of porous ceramics through the aeration of suspensions associated with the gelcasting process provides cellular porous ceramics with excellent properties and a wide range of densities. Nonetheless, the use of this material in applications such as filtering, thermal insulation, or catalyst supports requires a macrostructural tailoring in order to favor specific properties, such as permeability, thermal conductivity or specific surface area. These properties are determined by characteristics such as density, pore size distribution and connectivity between neighboring cells, which are defined during foam formation. The aim of this work was to assess the influence of the aeration process on the macrostructure of ceramic foams. A planetary mixer and a stirring vessel with a bubbling ring at the bottom surface were studied in this work. Alumina suspensions containing different foaming agent concentrations were submitted to mixing cycles in both foam generators. After gelling, samples were sintered and had their pore size distribution evaluated using image analysis and mercury porosimetry. The air permeability was also evaluated. The results showed that the aeration process may strongly influence the density and the mode pore size, having a significant effect on the material's permeability. It was observed that mercury porosimetry and image analysis lead to different pore size distributions. However, both results are useful, depending on the aim of the analysis.