Eutectic fused aggregates containing castables: fracture energy and the thermal shock damage resistance

The use of fused alumina-zirconia and mullite-zirconia eutectic aggregates can be an interesting choice to toughening high alumina castables, in order to produce good thermal shock damage resistant material. As a remarkable characteristic, the applying of such aggregates results in high fracture energy values, as a consequence of complex crack propagation process through the eutectic microstructure. However, the understanding of the relation between fracture energy and thermal shock damage requires special care, eventhough such relation is prospected by very know mathematical models. This is because the correct choice of sample dimentions showed to be very important to find relations between Hasselman s R -parameter and the experimental resistance to thermal shock The general results have indicated that the materials of the highest fracture energy values presented the highest thermal shock damage resistance. It was also verified that a high amount of aggregates in the castables did not produce reiforced microstructures, but more flexible materials, in a sense that the material s tolerance to crack opening had increased. This result is considered important because it shows that aggegates may play other roles besides the conventionaly known ones.Universidade Federal de Sao CarlosO uso de agregados eutéticos eletrofundidos de mulita-zircônia e alumina-zircônia pode ser uma interessante alternativa para a tenacificação de concretos refratários de elevado teor de alumina, com o objetivo maior de se produzir um material com elevada resistência ao dano por choque térmico. Como uma marcante característica, a incorporação desses agregados resulta em elevados valores de energia de fratura, sendo esta uma consequência do complexo processo de propagação de trincas através da microestrutura eutética. Porém, a relação entre energia de fratura e a resistência ao dano por choque térmico, embora contemplados por modelos matemáticos bem conhecidos, requer um olhar cuidadoso. Isto porque, na investigação realizada sobre a relação entre o parâmetro R de Hasselman com a resistência ao dano por choque térmico experimental, percebeu-se que a escolha correta das dimensões do corpo de prova era fundamental. Os resultados indicaram que, de modo geral, os materiais de elevada energia de fratura apresentaram maior resistência ao dano por choque térmico. Também, foi verificado que um maior teor de agregados nos concretos não proporcionou uma microestrutura mais reforçada e sim um material de maior flexibilidade, no sentido do material ter se tornado mais tolerante à abertura de trinca. Este resultado foi muito importante para se mostrar que agregados podem cumprir outros papéis, além daqueles conhecidos convencionalmente em termos de tenacificação

REFRACTORIES FOR MOLTEN ALUMINUM TRANSPORTATION: FUNDAMENTS, SIMULATION AND INDUSTRIAL RESULTS

Not only for the development of their products, the aluminum industry has engaged its efforts in services for their customers. One of them is the molten aluminum delivery (7 to 8 t) in crucibles for long distances (over 100 to 200 km). This is an advantageous practice for the customers because it allows saving energy in the melting process, and the suppliers can add value to the metal purchased. Because the process demands great amount of molten metal, a high thermal and mechanical performance of the crucible lining is needed. Thus, a systemic analysis involving design, thermodynamic, microstructure, thermal conductivity and thermo-mechanical aspects must be considered. This work aims to match these fundaments, the industrial results, the laboratory characterization of materials and the computing simulations using a software recently developed by the working team. This software is able to predict the thermal behavior of the heated containers even under operation. Therefore, based on the three pillars named theory , simulation and industrial results a new commercial refractory lining were selected improving the net volume of the crucible and saving the energy required for its pre-heating. As a second step of the resent work, one of main weak points of this refractory, the erosion resistance, was minimizedUniversidade Federal de Sao CarlosA indústria do alumínio tem se especializado não somente em tecnologias de produção de metal, mas também tem se aperfeiçoado no setor de serviços prestados aos seus clientes. Um deles é o transporte do alumínio líquido em cadinhos para longas distâncias, onde de 8 a 10 toneladas de metal fundido percorrem mais de 100 km em rodovias de baixa qualidade. Além de agregar o valor do produto aos fornecedores, os clientes podem otimizar seus processos em tempo e custo, uma vez que poupam os esforços na refusão do alumínio. Como o transporte em escala industrial demanda grandes quantidades de metal, é necessário um bom desempenho do cadinho nos quesitos de conservação de temperatura e resistência termomecânica de seu revestimento refratário. Todavia, a seleção correta do refratário não é uma tarefa trivial, pois uma série de propriedades deve ser considerada de modo a maximizar esse desempenho. Com isso, uma análise sistêmica envolvendo termodinâmica, microestrutura, resistência termomecânica, propriedades térmicas e projeto torna-se necessária. Neste trabalho, procurou-se conciliar a teoria com a prática industrial, efetuando-se um estudo baseado na caracterização de materiais comerciais e a simulação computacional para prever o comportamento do cadinho durante sua operação. A partir do acesso a informações da empresa parceira deste estudo foi possível o acompanhamento da prática industrial, permitindo estudos cada vez mais aprofundados quanto as reais necessidades de um projeto de revestimento de cadinhos. Assim, com os três pilares teoria , simulação e prática industrial determinou-se o melhor revestimento para cadinhos que, além de proporcionar um maior volume de metal entregue também gerou economias energéticas. Na segunda etapa do trabalho, minimizou-se um dos principais pontos fracos desse revestimento que é a resistência a erosã