Abstract The global interest in an increasingly sustainable economy, with a reduction in the consumption of raw materials and energy, can be supported by the growth in the use of lightweight concrete (LC) produced with expanded-clay aggregates (EA). The main qualities of natural self-bloating clay for the production of EA were studied, analyzing the parameters that determine the expansion during firing, which influence EA size, mechanical strength, density, and water absorption. After this step, the production and characterization of the LC were carried out. EA characteristics showed a strong influence on the mechanical strength and the main technological properties of the LC. The results pointed out the necessary attributes that clay (and EA) must have for LC production. These attributes can also be achieved by mixing different clays (blend type), which can enhance the production and use of LC with EA worldwide.

Resumo A terminologia dos produtos cerâmicos no mercado e mesmo a encontrada em diversos artigos e livros carece de uma linguagem uniforme quanto aos diversos tipos de produtos das cerâmicas brancas. Ela deve ser norteada por parâmetros técnicos, mas precisa respeitar também a tradição e o histórico de uso e desenvolvimento desses artigos. As diferentes designações foram analisadas, relacionando-as com os aspectos estéticos, propriedades técnicas do corpo e do esmalte, características das matérias-primas e do processo de produção. Procurou-se realizar uma breve revisão sobre o histórico, a classificação na literatura e o uso comercial, incluindo-se a investigação da terminologia usada em diferentes regiões geográficas e as expressões referidas em normas estrangeiras (ASTM/EN). Baseando-se em dados na bibliografia pesquisada, foi feita uma proposta para uma nomenclatura e classificação dos produtos de cerâmica branca. Almejou-se enriquecer a descrição dos diversos produtos, além da simples divisão pelo índice de absorção de água atualmente utilizada.

Abstract The terminology of ceramic products on the market and even in various papers and books lacks a uniform language regarding the various types of products of whitewares. This nomenclature should be guided by technical parameters, but must also respect the tradition and history of use and development of these articles. The different designations were related to aesthetic aspects, technical properties of the body and glaze, characteristics of the raw materials and the production process. We attempted to make a brief review of the history, classification in the literature and commercial use, including the investigation of the terminology used in different geographic regions, and in the American and European standards. Based on data in the bibliography researched, a proposal was made for a nomenclature and classification of whitewares products. We tried to enrich the description of the various products, besides the simple division by the index of water absorption currently used.

Resumo Em uma aciaria, os recipientes que comportam o aço líquido, tais como o forno e a panela de aciaria, são revestidos com materiais refratários especiais para alta temperatura e elevada resistência ao desgaste. O custo desses materiais é alto e, portanto, almeja-se aumentar sua vida útil sem afetar seu desempenho. Este trabalho teve o objetivo de investigar as transformações que ocorrem no material refratário aluminoso de placas de válvula gaveta de panela de aciaria. Para tanto, a região das placas post mortem que entraram em contato com o material líquido a alta temperatura foi caracterizada por meio de análise visual e análises de composição e estrutura através das técnicas de fluorescência de raios X, difração de raios X e análise de microestrutura por microscopia eletrônica de varredura com espectroscopia por dispersão em energia. Como resultado, têm-se contribuições sobre o processo de corrosão química proporcionada pelo contato de escórias residuais com o canal das placas da válvula gaveta. Constatou-se a presença de materiais com alto teor de Ca e compostos por fases como mervinita e guelenita, características de escória, aderidos às placas. Ao mesmo tempo, foi possível estabelecer que a espessura de interação entre o material aderido e a superfície da placa variou entre 0,4 e 1,2 mm. Assim, quando associada à erosão pelo fluxo de aço, a corrosão química decorrente do contato com a escória tem o potencial de intensificar o desgaste da placa refratária.

Abstract In steelmaking, the refractory materials have to be special as they have to resist high temperature and wear situations in service. These special refractory materials are expensive, for this reason the steel industry aims to increase the service life of these materials keeping its performance. The goal of this work was to investigate the transformations that take place in the ladle slide gate plates material while in service. To accomplish this goal the region of post mortem plates that get in contact with the molten material was characterized by visual analysis and chemical composition analysis such as X-ray fluorescence techniques, X-ray diffraction and scanning electron microscopy with energy dispersive spectroscopy. The results are some contributions on the chemical corrosion process generated by the chemical interaction between residual slag and the plates. Materials with high calcium content and composed of merwinite and gehlenite, slag characteristic phases, were found to be adhered to the plates. Moreover, it was possible to establish that the thickness of the interaction zone between the adhered material and the surface of the plate varied between 0.4 and 1.2 mm. Thus, when combined with erosion due to steel outflow, chemical corrosion resulting from contact with the slag has the potential to intensify wear on refractory plate channel.

Resumo Os refratários utilizados em placas no sistema de válvula gaveta no controle do fluxo de aço são produtos de alta qualidade e apresentam grande relevância técnica e econômica, uma vez que demandam tempo para sua substituição, em intervalos de poucas corridas, além do custo intrínseco dos mesmos. No presente trabalho foi realizada a caracterização técnica e microestrutural desses refratários. Posteriormente, fez-se uma comparação entre diferentes tipos de refratários comerciais, incluindo sistemas de fechamento diferentes, considerando-se o desempenho na indústria. Finalizou-se com a caracterização do refratário post mortem e uma análise de falha. Verificou-se que o principal fenômeno que controla a vida útil do refratário de placa é o desgaste mecânico, no entanto, pode ocorrer o dano por choque térmico e mesmo a corrosão química pelo contato com a escória ou outro material de processo. A utilização de alumina tabular aumenta a vida útil das peças; de forma similar, aluminas de alta pureza também melhoraram o desempenho em serviço.

Abstract Refractories used in plates of the sliding gate valve system for control of steel flow are sophisticate devices. They are very important from a technical and economical point of view because of the idle time for replacement after few runs, in addition to the intrinsic cost of the piece. In the present work, it was carried out the technical and microstructural characterization of refractory. Subsequently, a comparison was made between different types of commercial refractories, including different closing systems, based on their performance in the industry. They were also investigated by post mortem refractory characterization and failure analysis. It was verified that the main phenomenon that controls the lifetime of refractory plate is the mechanical wear. However, it can also be influenced by thermal shock damage and even chemical corrosion due to contact with slag or other process material. The use of tabular alumina extends the lifetime of parts, similarly, high-purity alumina also improves the performance in service.

Abstract Limestones have been used to capture SO2 emitted during the combustion of coal for decades. However, due to the complexities of the variables involved in this process, many issues are still being studied. Some tests were performed in a fluidized bed reactor, which was used to evaluate the performance of the limestones in the bed for flue gas desulfurization, burning low sulfur coal. Metamorphic dolomitic limestones of low cost were evaluated considering the impurity level and need for beneficiation. They were characterized chemically, physically and microstructurally (X-ray fluorescence, X-ray diffraction, laser particle size analyzer, scanning electronic microscope). The data obtained were compared to a calcitic limestone of elevated purity and higher market value. The results showed little effect of the major impurities present in the dolomitic limestones in the calcination and desulfurization processes. Microcrystalline impurities showed a marked effect promoting grain sintering in calcination conditions of TGA/DTA tests in different atmospheres, as shown in SEM images. Dolomitic limestones generate more solid waste and capture less SO2 per kcal (a slightly decrease in the thermal efficiency of the reactor) compared to calcitic limestones. However, due to the lower cost, they were considered to be attractive for the FBC process (2 mg SO2/kcal at Ca/S=3).

Resumo Este trabalho teve como objetivo investigar a obtenção e a caracterização de espinélio MgAl2O4 nanoestruturado através de diferentes rotas de síntese por combustão em solução. O espinélio MgAl2O4 foi sintetizado utilizando os precursores químicos nitrato de alumínio e nitrato de magnésio como fontes dos cátions metálicos e a sacarose como combustível, em regime de combustão contínua (SCCS) e em batelada (CS), seguido de tratamento térmico. Na caracterização dos pós obtidos, foram utilizadas as técnicas de análise termogravimétrica, adsorção gasosa para a análise da área superficial, granulometria por difração de laser, difração de raios X, microscopia eletrônica de transmissão para análises cristalográficas, e morfologia por microscopia eletrônica de varredura (MEV). Ambas as rotas apresentaram pós de elevada pureza e cristalitos nanométricos na forma de agregados micrométricos, cujas propriedades variaram em função da razão óxido/combustível. As análises por MEV confirmaram a agregação das partículas do pó, a partir de partículas com morfologia irregular e porosa. A rota SCCS resultou em pó com propriedades similares ao da rota CS com a vantagem de ser um processo contínuo com alto potencial para produção em escala industrial.

Abstract This study aimed to investigate the synthesis and characterization of nanostructured MgAl2O4 spinel by different routes of combustion in solution. The MgAl2O4 spinel was synthesized using aluminum nitrate and magnesium nitrate as the sources of metal cations and sucrose as fuel in continuous combustion system (SCCS), and sequencing batch (CS), followed by heat treatment. The obtained powders were characterized by thermogravimetric analysis, gas adsorption for surface area analysis, laser diffraction for particle size measurement, X-ray diffraction, transmission electron microscopy for crystallographic analysis, and scanning electron microscopy (SEM) for powder morphology analysis. Both routes provided high purity powders and nanosized crystallites in the form of micrometric aggregates, whose properties varied depending on the oxide/fuel ratio. The SEM analyzes confirmed the aggregation of powder particles, as particles with irregular and porous morphology. The SCCS route resulted in a powder with similar properties to the CS route with the advantage of being a continuous process with high potential for industrial scale production.

Resumo O uso de resíduos incorporados a massas cerâmicas tornou-se comum nas últimas décadas como meio de se reduzir os custos de produção e preservar os recursos minerais. O presente trabalho teve como objetivo avaliar o uso de resíduo do beneficiamento de uma rocha, o qual é composto por quartzo, albita e espodumênio, para a produção de esmaltes e fritas cerâmicas, a serem utilizados na cerâmica tradicional. Esses produtos foram caracterizados quanto à composição química, fusão e expansão térmica. Em uma composição comercial de frita transparente, foram adicionadas quantidades crescentes do resíduo (7 a 30%), avaliando-se a fusão das novas composições. Estas foram testadas em uma formulação de esmalte, avaliando-se a expansão térmica, os defeitos de queima e a estética do produto final (transparência, brilho, ausência de bolhas e cristais insolúveis). Na segunda etapa, foi desenvolvido um esmalte por meio da adição do resíduo em uma formulação de esmalte comercial mate, avaliando-se o brilho, a cobertura (opacidade) e o desenvolvimento de cor. Os resultados obtidos demonstraram a redução da expansão térmica e da temperatura de amolecimento do esmalte formulado com a frita desenvolvida. Por meio de ajustes na composição química, como a redução de óxidos alcalinos e aumento de alcalinos terrosos, foi possível obter formulações com as propriedades de produtos aceitos no mercado, com as características técnicas e estéticas desejadas. O óxido de lítio atuou como fluxante nas novas formulações, sem alterar significativamente as propriedades finais. Adicionalmente, obteve-se a redução na quantidade de corantes no esmalte desenvolvido, o que permite a diminuição do custo associado às matérias-primas.

Abstract The use of waste incorporated into the ceramic bodies has become common in recent decades as a means to reduce production costs and to preserve mineral resources. This study aimed to evaluate the use of waste from the mineral processing of a rock. The waste composed of quartz, albite and spodumene was used to produce frits and ceramic glazes to traditional ceramics. These materials were characterized by chemical composition, fusion, and thermal expansion. In a commercial transparent frit composition, increasing percentage of the residue (7 to 30%) was added, and then the fusion of the new compositions was evaluated. With these frits, a ceramic glaze formulation was developed, evaluating the thermal expansion coefficient, firing defects, and aesthetics of the final product (transparency, gloss, no bubbles, and insoluble crystals). In the second step, a ceramic glaze was developed, with the addition of residue on a commercial matte glaze formulation, and evaluating the gloss, opacity and color development. The results showed reduction in the thermal expansion and softening temperature of the developed glaze. By adjusting the chemical composition, decreasing alkaline oxides and increasing alkaline earth oxides, it was possible to prepare formulations with product properties widely accepted in the market, with the technical and desired aesthetic characteristics. The lithium oxide acted as a flux in the new formulations, with little influence on the final properties. Additionally, there was the reduction of the colorant amount, decreasing the cost associated with raw materials.

Neste trabalho foi realizada uma revisão dos principais aspectos encontrados na literatura especializada sobre corrosão de refratários, avaliando-se a viabilidade de determinados ensaios e relacionando-se com resultados experimentais. Refratários magnésia-carbono e doloma-carbono post mortem foram caracterizados quanto às suas propriedades microestruturais, avaliando-se essas em relação ao mecanismo de corrosão. Foram investigados os tijolos refratários utilizados como revestimento da linha de escória em uma panela de aço. A análise post mortem mostra a interface de reação entre as superfícies de corrosão e do refratário íntegro, as fases formadas, como produtos da corrosão, a perda de carbono e a infiltração de escória na matriz do refratário. Em face dessa análise, é possível se compreender o mecanismo de corrosão. Aliando-se esse conhecimento com a prática operacional, pode-se estabelecer critérios para a seleção de refratários com maior vida útil. A caracterização de um tijolo novo que apresentou recorde em sua utilização mostra as características desejáveis em um refratário.

In this study, the main aspects found in the literature about refractories corrosion were reviewed, evaluating the feasibility of certain tests and relating them with experimental results. The microstructural properties of magnesia-C and doloma-C post mortem refractories were characterized, evaluating them according to the corrosion mechanism. It was investigated the refractory bricks used as lining of slag line in a steel ladle. The post mortem analysis showed the surface interface of reaction between the corroded and the intact refractory, the phases formed as products of corrosion, the carbon loss and the infiltration of slag in the refractory matrix. Based on this analysis, it is possible to understand the corrosion mechanism. Combining this knowledge with up to operational practice, we can establish criteria for the selection of refractories with longer life. The characterization of a new brick that showed record in its use indicates desirable characteristics in a refractory brick.

A crescente preocupação ambiental trouxe grande interesse na reutilização e reciclagem de materiais. Dentro desse contexto, está o propósito do presente trabalho de estudar a utilização de um resíduo de embalagens de vidro em porcelana de ossos. Especificamente, foi analisado o comportamento reológico de formulações de porcelana de ossos, nas quais o fundente feldspato foi parcialmente substituído por vidro reciclado. Avaliou-se a reologia em relação ao comportamento da viscosidade e da tensão de cisalhamento em função da taxa de cisalhamento, e da viscosidade em função da concentração de dispersante, considerando-se a especificidade de cada matéria-prima. As peças coladas foram avaliadas em relação à facilidade de desmoldagem, tempo de formação de parede e qualidade visual do colado. Obteve-se uma barbotina com o vidro com estabilidade e comportamento reológico próximo da de feldspato.

The growing environmental concern brought great interest in recycling of materials. This paper shows the use of waste glass in bone china, and the analysis of the rheological behavior of bone china compositions, in which the feldspar flux was partially replaced by recycled glass. We evaluated slip viscosity, shear stress, shear rate, and viscosity in function of dispersant addition, considering the specificity of each raw material. The casting pieces were analyzed for ease of demoulding, wall-forming time and visual quality of the parts. The slip with glass showed stability and rheological behavior similar to the feldspar slip.

O uso dos ossos bovinos, subproduto da indústria de gado de corte, na manufatura de produtos cerâmicos pode ser uma alternativa para a valorização desse material no mercado. A produção de um tipo especial de porcelana conhecida como "bone china" emprega cerca de 50% em peso de ossos calcinados, valorizando a utilização de matéria-prima reciclada na manufatura de louças de qualidade refinada. No caso de porcelanas processadas por colagem de barbotina, o tratamento realizado sobre os ossos, para a remoção da matéria orgânica, afeta diretamente as propriedades reológicas das suspensões contendo esta matéria-prima. O presente estudo avalia a influência das condições de calcinação sobre as características físico-químicas dos ossos para a aplicação em porcelanas processadas por colagem de barbotina. Foram analisadas as propriedades do pó de ossos por meio de espectrocopia por infravermelho, difração de raios X, granulometria a laser, área superficial específica e microscopia eletrônica de varredura. O comportamento reológico dos ossos em suspensão é avaliado em função da concentração de sólidos e do tipo e quantidade de dispersante utilizado em solução. Os resultados obtidos indicam que a temperatura de calcinação afeta as propriedades do pó, alterando sua reologia e a quantidade de dispersante necessária à estabilização das suspensões.

The use of bovine bone, a byproduct of the cow meat industry, in the manufacture of ceramic products can be an alternative for a higher value of such material on the market. The production of a special type of porcelain known as "bone china" employs about 50% by weight of calcined bones, emphasizing the use of recycled raw material in the manufacture of quality refined porcelain. In the case of porcelain processed by slip casting, the treatment performed on bone, to remove the organic matter directly affects the rheological properties of the slips containing this raw material. The present study evaluates the influence of calcination conditions on the physicochemical characteristics of the bones for use in porcelain processed by slip casting. We analyzed the properties of the bone powder by means of infrared spectroscopy, X-ray diffraction, laser particle size, specific surface area and scanning electron microscopy. The rheological behavior of the bone slip is evaluated as a function of solids concentration and the type and amount of dispersant used in solution. The results indicate that the calcination temperature affects the properties of the powder, changing its rheology and amount of dispersant required for stabilizing suspensions.

The use of a waste from mineral processing, a spodumene-bearing rock, was investigated as a flux for bone china composition, partially replacing feldspar. The effect of lithium oxide in bone china body was favorable for reducing firing temperature. The presence of Li2O reacting with other oxides and silicates formed a liquid phase of lower viscosity, which was favorable for densification through viscous flow sintering, and to a higher mechanical strength. It was obtained a large plateau for firing, without deformation on firing (pyroplastic deformation) of parts; which is not an easy task to be achieved in bone china processing. Rheological and casting properties were also investigated. Microstructures of the fired bodies were discussed. They correlated well with the final properties of the parts.

Calcários são muito utilizados na captura das emissões gasosas sulfurosas emitidas durante a queima do carvão na geração de energia, por meio de sua injeção em caldeiras e fornalhas. A caracterização técnica deste material torna-se necessária à correta seleção e utilização de uma rocha calcária. Neste trabalho, foi realizada a análise técnica e microestrutural dessa matéria-prima, incluindo-se a caracterização dos parâmetros físico-químicos, texturais e microestruturais do calcário in natura, calcinado e sulfatado. Um calcário dolomítico foi avaliado quanto às propriedades físico-químicas, distribuição de tamanhos de partículas, área específica, volume de poros e análise em microscópio eletrônico de varredura. Por apresentar origem metamórfica, o calcário apresentou-se compacto e pouco poroso, porém após a calcinação a textura muda drasticamente, com a diminuição da densidade, aumento da superfície reativa e desenvolvimento de porosidade aberta. Estes são parâmetros fundamentais a um bom sorvente de óxido de enxofre. A fratura de partículas é gerada pela pressão interna durante a conversão dos carbonatos em óxido de cálcio e liberação do CO2 durante a calcinação. O óxido de cálcio nascente reage com óxido de enxofre, formando uma camada compacta de sulfato de cálcio, a qual reduz a área específica pelo bloqueio dos poros, causando o aumento de granulometria média e relativa, na etapa de sulfatação. A caracterização tecnológica realizada mostrou aspectos relevantes quanto à microestrutura dos calcários calcinados e sulfatados. A pressão gerada pelo CO2 durante a sulfatação, resultado da calcinação incompleta do calcário, é capaz de romper a fina camada de CaSO4, deixando poros arredondados.

Limestones are widely used to capture sulfur gas emissions emitted during the burning of coal in power generation through its injection in boilers and furnaces. The technical characterization of this material becomes necessary to correct selection and use of a limestone rock. In this work, the technical and microstructural analysis of this raw material, including the characterization of the limestone in nature, calcined, and sulfated was performed. A limestone was evaluated in respect to physicochemical properties, particle size distribution, surface area, pore volume and SEM analysis. The metamorphic origin of the limestone explains its compact and little porous appearance, but after calcination the texture changes dramatically, with decreasing density, increased reactive surface and development of open porosity. These are key parameters for a good sulfur oxide sorbent. The fracture of particles is generated by the internal pressure during conversion of the carbonate into calcium oxide and release of CO2 during calcination. The calcium oxide reacts with sulfur oxide forming a compact layer of calcium sulphate, which reduces the specific area by blocking the pores, causing an increase in average and relative particle size during sulfation stage. The technological characterization performed revealed important aspects about the microstructure of calcined and sulfated limestone. The pressure generated by CO2 during sulfation, resulting from incomplete calcination of the limestone, is capable of breaking the thin layer of CaSO4 leaving rounded pores therein.

Foi realizada uma revisão dos principais aspectos encontrados na literatura especializada sobre corrosão de refratários, avaliando-se a viabilidade de determinados ensaios e relacionando-se com resultados experimentais. As propriedades físicas e microestruturais de refratários comerciais foram estudadas, considerando-se as diferenças entre elas e implicações com a qualidade e provável vida útil do refratário. Assim, investigou-se os diversos tipos de refratários utilizados como revestimento em uma panela de aço, como de sobre-linha (freeboard), linha de escória e linha de metal. Os refratários magnésia-carbono e doloma-carbono foram avaliados, destacando-se também as diferenças entre eles. Os materiais analisados mostraram características favoráveis a uma elevada resistência ao processo de corrosão, apresentando uma série de propriedades a serem escolhidas de acordo com a prática industrial.

The main aspects found in the literature about refractories corrosion were reviewed, evaluating the feasibility of certain tests and relating them with experimental results. The physical properties and microstructure of commercial refractories were analyzed, considering the differences between them and the quality implications and probable life of the refractory. Thus, this study comprised various types of refractories used as lining on steel ladle, as on freeboard, slag line and metal line. Magnesia-carbon and doloma-carbon refractories were analyzed, highlighting the differences between them. The examined materials showed characteristics favoring high resistance to corrosion process, presenting a series of properties to be selected in accordance with industry practice.

Foi realizada uma revisão dos principais aspectos encontrados na literatura especializada sobre corrosão de refratários, avaliando-se a viabilidade de determinados ensaios e relacionando-os com os resultados experimentais. Na primeira parte deste trabalho foram abordadas as principais propriedades da microestrutura dos refratários, como a qualidade dos agregados e da matriz, incluindo-se a fase ligante (como resinas ou piche), presença de carbono, porosidade e aditivos antioxidantes. Nesta segunda parte os demais aspectos ligados à corrosão, como as propriedades físico-químicas dos refratários, as características das escórias e das condições operacionais são discutidas, sempre, relacionando-se a teoria com dados da prática industrial. Especificamente, analisaram-se os refratários de linha de escória de panela de aço.

In this study, the main aspects found in the literature about refractories corrosion were reviewed, evaluating the feasibility of certain tests and relating them with experimental results. In the first part of this work, the main properties of the microstructure of the refractories were discussed, such as aggregates and the matrix, including the binder phase (resins or pitch), presence of carbon, porosity, additives and anti-oxidants. In this second part, the remaining aspects of corrosion, such as physical and chemical properties of refractories, slag characteristics and operating conditions are discussed, linking the theory with data from industrial practice. Specifically, it was analyzed the refractory from slag-line of steel ladle.

Neste trabalho foi realizada uma revisão dos principais aspectos encontrados na literatura especializada sobre corrosão de refratários, avaliando-se a viabilidade de determinados ensaios e relacionando-os com resultados experimentais. O principal fator de desgaste dos refratários é considerado o ataque químico que o material sofre, porém ele é influenciado também por solicitações térmicas e mecânicas, sendo muitas vezes fatores concomitantes. O aumento da vida útil dos refratários enfrenta a compreensão de fenômenos complexos e depende de fatores operacionais, cujo controle e quantificação são difíceis no dia-a-dia da empresa, além das propriedades físicas e químicas dos refratários. Na abordagem proposta, mostram-se dados da investigação do desgaste corrosivo de refratários básicos, incluindo-se análise microestrutural, procurando relacionar os resultados experimentais com a perspectiva teórica da literatura.

In this study, main aspects found in the literature about refractories corrosion were reviewed, evaluating the feasibility of certain tests and relating them with experimental results. The main cause of refractories wear is considered the chemical attack that the material suffers, but it is also influenced by thermal and mechanical factors, often concomitantly. Increased life of refractories faces the understanding of complex phenomena and depends on operational factors, whose control is difficult in routine steel company processing. In addition the physical and chemical properties of refractories must be considered. In the proposed approach, research data of corrosive wear of basic refractories, including microstructural analysis, are related to the theoretical fundamentals found in literature.