O aprimoramento na aditivação e no empacotamento de partículas, associado ao surgimento de novas matérias-primas como microssílica e aluminas calcinadas especiais tem promovido um grande desenvolvimento tecnológico na classe dos materiais refratários. Em especial, a microssílica tem mostrado ser um importante componente na evolução dos concretos refratários. Seu tamanho micrométrico, forma arredondada e pureza proporcionam concretos com elevada densidade de empacotamento, possibilitam a auto-escoabilidade e ainda a formação da mulita in-situ em temperaturas próximas a 1400 ºC, melhorando consideravelmente as propriedades a altas temperaturas desses produtos. Neste trabalho foi investigada a possível substituição da microssílica em concretos aluminosos auto-escoantes e sem-cimento (0,07% de CaO) de alto desempenho a quente, por caulim e meta-caulim, ambos de alta pureza e tamanho micrométrico, similares à microssílica. O menor custo destas matérias-primas, associado ao fato de formarem mulita em temperaturas próximas a 1200 ºC, muito inferiores à da microssílica, são fatores que os tornam muito promissores para aplicações em concretos aluminosos. Os resultados mostram que a utilização do caulim promove características de fluidez e empacotamento muito similares às dos concretos com microssílica, enquanto que o uso de meta-caulim não proporciona valores tão expressivos. A formação de mulita ocorre próximo a 1200 ºC, muito inferior àquela observada para a microssílica (1400 ºC). Contudo, a resistência mecânica a quente dos concretos com caulim/meta-caulim foi afetada pela formação de trincas na matriz, provavelmente decorrente da superior sinterabilidade dessas matérias-primas silico-aluminosas.

The improvement in the use of additives and in the packing of particles, associated with the development of new raw materials, such as microsilica and special calcined aluminas, have promoted a great technological advance in the processing of refractory castables in the last decades. Microsilica in particular has been verified to be an important component in the refractory castables evolution. The micrometric size, roundness and high purity allow the processing of castables with high packing density, self-flow behaviour and also the formation of in-situ mullite at temperatures around 1400 ºC, improving considerably the high-temperature properties of such materials. The substitution of microsilica by high-purity kaolin and meta-kaolin in free-cement aluminate refractory castables has been investigated in this work. The lower cost and the fact that this raw material yields mullite at lower temperatures (around 1200 ºC) make the use of kaolin very promising for refractory castable applications. The results have shown that the use of kaolin promotes flowability as high as those shown by castables containing microsilica, whereas the use of meta-kaolin has not yielded equally expressive results. The mullite formation occurred at temperature around 1200 ºC, which is inferior to that observed with microsilica (1400 ºC). The hot mechanical strength was affected by the formation of microcracks in the matrix, most likely due to the higher sinterability of these alumino-silicate raw materials.

Concretos refratários aluminosos contendo microssílica apresentam um grande potencial de aplicação tecnológica pela possibilidade de formação da fase mulita através da reação entre Al2O3 e SiO2. Porém, segundo o diagrama Al2O3 - SiO2 - CaO, seu uso é limitado a temperaturas próximas a 1300 ºC uma vez que a presença do CaO, contido no cimento de aluminato de cálcio, leva a formação de fases líquidas que prejudicam fortemente a sua resistência mecânica a altas temperaturas. Recentemente foi mostrado a possível presença de uma fase metaestável de baixo ponto de fusão inerente ao diagrama Al2O3- SiO2 que poderia ser a responsável pela redução na resistência mecânica a quente, mesmo para um concreto isento de CaO. A fim de se analisar essa hipótese, foram formulados concretos refratários aluminosos com diferentes teores de microssílica e totalmente isentos de cimento, aluminas de transição (ro-Al2O3) ou de qualquer ligante hidráulico. Os resultados obtidos confirmaram a formação dessa fase metaestável. Com intuito de melhorar o empacotamento do concreto e a reatividade de sua matriz, favorecendo a formação de mulita, foram adicionalmente preparados concretos contendo sílica coloidal e microssílica. O potencial para aplicações tecnológicas dos concretos refratários obtidos são apresentados e discutidos.

High alumina castables containing microsilica exhibit a great potential for technological applications due to mullite formation resulting from the reaction of Al2O3 and SiO2. However, their use has been limited up to temperatures of approximately 1300 ºC, due to reductions in the castable's strength. This has been attributed to CaO present in cement that leads to liquid formation at high temperatures, in accordance with the Al2O3-SiO2-CaO phase diagram. Recently, it has been shown that a metastable phase in the Al2O3-SiO2 system could be responsible for strength decrease even in the absence of CaO. In order to confirm this, high alumina castables were prepared containing various amounts of microsilica; the castables were free of cement, transition aluminas (rho -Al2O3) or any hydraulic binder. In addition, castable compositions containing colloidal silica and microsilica, as a means to increase the packing density and the matrix reactivity to assist mullite formation, were prepared. Castables viability for technological uses are discussed.