As cerâmicas refratárias são caracterizadas por suportarem elevadas temperaturas por longos períodos sem que haja deterioração significativa de suas propriedades. Por isso, são utilizadas como revestimentos em diversos campos industriais, com destaque para a indústria siderúrgica. Neste setor, os refratários assumem um papel de extrema importância, não só por atuarem como materiais de proteção dos vasos siderúrgicos, mas também por serem alvos de constantes melhorias. O aumento na vida média de um refratário resulta em menores custos de manutenção e maior produtividade da usina. Neste contexto, o desenvolvimento de sedes de válvulas de elevado desempenho é de grande interesse, uma vez que falhas prematuras neste componente podem levar a situações desastrosas para a planta siderúrgica. A sede é uma peça refratária pré-moldada que se situa na saída de vazamento do metal da panela de aço. As falhas súbitas nesse componente podem impor custos significativos à usina, pois toneladas de aço podem deixar de ser vazados, além dos gastos com equipe de apoio e reprogramação do processo produtivo. Tais falhas ocorrem geralmente por desgaste corrosivo ou por expansões residuais indesejáveis do material, uma vez que as sedes são produtos onde a primeira queima é realizada já durante a operação. Considerando estes aspectos, o principal objetivo do presente trabalho é revisar os conceitos relacionados aos mecanismos de corrosão que controlam as interações entre concretos espinelizados da sede de válvula e a escória líquida durante a operação de refino do aço. A influência das matérias-primas no desenvolvimento das fases que se formam em temperaturas elevadas e como essas interagem com a escória líquida são aqui abordados. Dessa forma, entendendo os mecanismos de corrosão envolvidos, um controle estrito da microestrutura do concreto poderá auxiliar em seu projeto e produção, garantindo refratários de excelente resistência à corrosão e possibilitando a redução no número de falhas prematuras da sede e o aumento na produtividade da usina siderúrgica.

Refractory ceramics are characterized by an outstanding ability to withstand long exposition at high temperatures without significant properties losses. Thus, they are applied as lining materials in a range of industrial fields, in which the steelmaking is the most important one. Besides protecting the steelmaking vessels, the refractory materials play a role of utmost importance, as the increase in the refractory working life leads to the maintenance costs reduction and higher productivity of the plant. In this context, the development of high-performance well blocks is of great concern, as unexpected failures in this component may lead to costs increase, associated to the loss of tons of steel, maintenance stops and re-scheduling of all steelmaking process. Those failures are usually generated by corrosive wearing or by undesirable residual expansion associated to the refractory microstructure development, as the well blocks main thermal treatment takes place during operation. Considering these aspects, the major objective of the present work is to review all the concepts related to the corrosion mechanism which rules the interaction between the well block spinel-containing castable and the molten slag from the steel ladle. The influence of the raw-materials usually used in these castables in the development of phases at high temperatures and how these phases interact with the molten slag along the steel treatment, are discussed in the present review. Therefore, the mastering of the corrosion mechanisms could lead to the production of refractory castables with superior corrosion resistance, reducing the number of unexpected failures and helping to increase the plant productivity.

Concretos refratários alumina-magnésia são comumente ligados por cimentos de aluminato de cálcio. Estes materiais apresentam, em temperaturas elevadas, uma reação de caráter expansivo decorrente da espinelização in-situ (MgAl2O4). Quando ligados por cimentos, reações adicionais (formação de CA2 e CA6) contribuem para a expansão. Uma alternativa para controlar a estabilidade volumétrica é a substituição do cimento tipicamente utilizado (~30%-p CaO) por outro de menor teor de cálcio (~20%-p CaO) ou por alumina hidratável. Tais substituições podem afetar as propriedades dos concretos, como a resistência mecânica a frio, a hidratação da magnésia e as propriedades durante e após a sinterização. Deste modo, o objetivo deste trabalho é avaliar o impacto destes ligantes no processamento de concretos alumina-magnésia. Sendo assim, pretende-se utilizar a fonte de ligante como uma ferramenta para a obtenção de concretos refratários com expansão engenheirada, visando-se aumentar a flexibilidade na seleção de materiais aplicados em panelas de siderurgia.

The usual binder of alumina-magnesia castables is the calcium aluminate cement. Due to in-situ spinel (MgAl2O4) formation at high temperatures, these materials present an expansive behavior. When bonded with cement, further reactions (CA2 and CA6 formation) also contribute to the overall expansion. Changing the most common cement used (~ 30 wt.% CaO) for other containing less calcia (~ 20 wt.% CaO) or for hydratable alumina are suitable alternatives for controlling the castables' volumetric stability. Nevertheless, the binder replacement may affect castables properties, such as cold mechanical strength, MgO hydration degree and properties during and after sintering. Therefore, the objective of the present paper is to analyze the effects of these binders on the alumina-magnesia castables processing. As a result, the binder systems can be used as a tool for designing the alumina-magnesia castables expansion, increasing the flexibility on the selection of steel ladles linings.

Concretos refratários alumina-magnésia apresentam um comportamento expansivo devido à espinelização in-situ, sendo que a fonte de magnésia e o seu tamanho de grão influenciam tal reação. Neste estudo, o aumento do tamanho de grão da magnésia utilizada resultou em expansão excessiva, gerando trincamento e deteriorando as propriedades mecânicas do material. Avaliações por microscopia eletrônica de varredura indicaram microestruturas distintas para concretos contendo diferentes tamanhos de grão (< 45 µm e < 100 µm), apσs sinterização em 1500 ºC. Para a composição contendo a magnésia mais fina, as fases comumente observadas na literatura foram detectadas: espinélio e CA6. No entanto, o concreto contendo uma magnésia mais grosseira apresentou também a formação de forsterita e monticelita ao redor de grãos de magnésia remanescentes. Sendo assim, o objetivo deste estudo é avaliar como a alteração de apenas uma variável de um concreto refratário pode afetar significativamente as suas propriedades, devido ao desenvolvimento de microestruturas distintas.

The expansive behavior of alumina-magnesia refractory castable, attributed to the in-situ spinel formation, is affected by the magnesia source and its grain size. In the present work, increasing MgO grain size induced cracking, and, consequently, reduced the mechanical properties as a result of a large expansion. Scanning electron microscopy evaluations after firing at 1500 ºC showed distinct microstructures for castables containing different grain sizes (< 45 µm and < 100 µm). For the composition with finer magnesia, phases commonly detected in the literature were observed: spinel and CA6. Nevertheless, besides those two phases, the castable with the coarse magnesia also presented forsterite and monticellite around the magnesia remaining grains. Hence, the objective of this work is to analyze how the refractory castable properties could be considerably affected even by changing a single parameter: the magnesia grain size.

O desenvolvimento do setor siderúrgico está intimamente relacionado aos progressos obtidos na produção de refratários. Nas panelas de siderurgia, uma das principais exigências são revestimentos que apresentem excelentes propriedades termomecânicas para suportar os ciclos térmicos, além de uma boa resistência à corrosão e à penetração de escórias básicas. Em concretos refratários aluminosos, essas características são obtidas pela incorporação de espinélio pré-formado ou pela espinelização in-situ, onde nesta segunda rota os óxidos de alumínio e de magnésio reagem entre si em temperaturas elevadas durante o uso do revestimento. O objetivo do presente trabalho foi a análise comparativa e sistêmica destas duas classes de concretos aluminosos espinelizados, visando-se avaliar as diferenças em suas propriedades principalmente após sinterização. Foi observado que os concretos contendo espinélio in-situ apresentaram propriedades mecânicas superiores após queima a 1500 ºC, além de maior variação dimensional. Adicionalmente, o efeito da adição de frações grosseiras de espinélio pré-formado indicou a influência dos agregados sob a estabilidade volumétrica de concretos espinelizados in-situ.

Considering that developments on refractories performance are of utmost importance to the steel industry advances, thermo-mechanical properties and the corrosion and slag penetration resistance of the lining material are constantly being improved to extend steel ladle working life. These benefits could be attained in high alumina refractory castable by adding pre-formed spinel or magnesia, in order to result in the latter condition in in-situ spinel during the first use of the lining. The objective of the present work was to compare between high alumina castables with pre-formed or in situ spinel in order to verify their main properties differences. In addition, pre-formed spinel was used as aggregate replacing tabular alumina in alumina-magnesia compositions to analyze the effect of coarse particles in the expansion behavior of this type of castable. The results showed higher expansion and better mechanical performance for castables with in-situ spinel after firing at 1500 ºC. Also, the use of different aggregates in the same composition resulted in distinct expansion values.

O uso de concretos refratários alumina-magnésia ligados por cimento aluminoso (CAC) apresenta vantagens decorrentes da presença de espinélio e de CA6 (CaO.6Al2O3), ambas formadas in-situ e acompanhadas de expansão. Estas fases possuem alta resistência a escórias básicas e ao choque térmico, propriedades estas imprescindíveis para aplicação em panelas siderúrgicas. Estudos anteriores mostraram que o teor de CAC utilizado em concretos alumina-magnésia influencia a expansão do material, principalmente devido à formação de CA6. Este trabalho visa estudar a influência do teor de cimento no sistema magnésia-alumina, utilizando-se a mesma matriz de um concreto alumina-magnésia tradicional. Os resultados indicaram que o CAC influencia na estabilidade volumétrica do sistema MgO-espinélio: quanto menor o teor de CAC, menor a retração das amostras. Isso refletiu na sinterização dos concretos e, assim, nas propriedades mecânicas após queima em temperaturas elevadas.

Calcium aluminate cement (CAC) bonded alumina-magnesia refractory castables present great advantages for steel ladle applications as a result of in-situ expansive formation of spinel and CA<6, which leads to high basic slag and thermal shock resistance. The CAC content in those castables strongly influences its expansive behavior mainly due to CA6 formation. In the present work, the effects of the CAC content in magnesia-alumina castables were analyzed. The results showed that calcium aluminate cement affects the volumetric stability of MgO-spinel system: the lower the CAC content, the lower the shrinkage. These effects on the sintering and in the mechanical properties after sintering at high temperatures are also presented and discussed.

A seleção de revestimentos refratários para a siderurgia é dependente de fatores termodinâmicos e microestruturais. O emprego de óxidos termodinamicamente estáveis, como a alumina e a magnésia, é fundamental para o aumento de vida útil do produto, por meio da melhoria na resistência à corrosão. Em temperaturas elevadas, estes óxidos reagem entre si, resultando na formação de espinélio, um composto quimicamente adequado para o contato com escórias agressivas. Apesar desta vantagem, um extenso controle da espinelização in-situ é necessário, uma vez que esta reação possui caráter expansivo, podendo danificar a integridade estrutural do material. Deste modo, o objetivo deste trabalho é a análise do efeito das matérias-primas que constituem a matriz de concretos espinelizados sob a expansão residual resultante. Por meio deste estudo, concretos com microestruturas engenheiradas podem ser projetados, associando benefícios como elevada resistência à corrosão, devido à presença de espinélio, e tenacificação do sistema, decorrente de um estado de compressão gerado no revestimento da panela relacionado à expansão obtida em um espaço constrito. Sendo assim, concretos refratários adequados para esta aplicação podem ser produzidos, possibilitando vantagens econômicas associadas a um superior desempenho do revestimento refratário.

Thermodynamics and microstructural analysis are of utmost importance to choose the best refractory lining for molten steel containers. In order to extend ladle lining life, thermodynamically stable oxides, such as alumina and magnesia, are essential. At higher temperatures, the in-situ reaction between these two oxides leads to the formation of spinel, which has an outstanding corrosion resistance. Due to this reaction, alumina-magnesia castables are liable to a great volume expansion. Because of this, controlling the spinel formation is fundamental to keep the integrity of the material. The extent to which this reaction affects the properties of these castables depends on the matrix raw materials. Considering this aspect, the aim of this study is to design a residual expansion based on previously engineered microstructure. Consequently, the association of chemical resistance and an excellent toughening mechanism can be attained, resulting in materials with better performance.