Fluencia en materiales refractarios

Los materiales refractarios son ampliamente utilizados en diversos sectores industriales en virtud de sus excelentes propiedades y desempeño en ambientes agresivos. Sin embargo, a pesar de que la resistencia a la deformación por fluencia es una de las propiedades más importantes para la selección de esta clase de materiales, son pocos los trabajos abocados al entendimiento de los principios básicos y tecnológicos de su rendimiento a altas temperaturas. En este contexto, este trabajo aborda: 1) los mecanismos de fluencia, 2) los modelos matemáticos propuestos para el análisis y previsión de la deformación por fluencia a alta temperatura, 3) procedimientos técnicos y ensayos experimentales y 4) un análisis crítico de algunos aspectos básicos y prácticos, considerando la literatura disponible sobre el tema. A partir de la información recolectada, se considera que los modelos matemáticos (como el concepto de Proyección θ) constituyen una poderosa herramienta para la previsión del comportamiento a la fluencia de los refractarios, ayudando en la identificación de los principales mecanismos de fluencia de estos materiales e induciendo al desarrollo de composiciones optimizadas para atender las necesidades de sus usuarios finales.Refractory materials are widely used in various industrial fields due to their outstanding properties and performance in aggressive environments. However, although creep resistance is one of the most important properties for the selection of these materials, few researches were carried out focused on the fundamentals and technological understanding of their performance at high temperatures. In this context, this work addresses: 1) the creep mechanisms, 2) the mathematical models proposed for the analysis and to forecast the creep deformation at high temperature, 3) technical procedures and experimental testing, and 4) a critical analysis of some basic and practical aspects considering the literature available on this issue. Based on the collected information, mathematical models (such as the Projection θ concept) were considered as a powerful tool for the prediction of the refractories’ creep behavior, helping to identify the main creep mechanisms in these materials and to induce the development of optimized compositions able to attend the end-users requirements.Fil: Tomba Martinez, Analia Gladys. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico - CONICET - Mar del Plata. Instituto de Investigación en Ciencia y Tecnología de Materiales (i); Argentina;Fil: Luz, A. P.. Universidade Federal de São Carlos. Departamento de Engenharia de Materiais; Brasil;Fil: Pandolfelli, V. C.. Universidade Federal de São Carlos. Departamento de Engenharia de Materiais; Brasil

Laboratorio de materiales cerámicos estructurales. División cerámicos-INTEMA

Se presentan la localización geográfica, organización,actividades y facilidades de la División Cerámicos del INTEMA y, en particular, del Laboratorio de materiales cerámicos estructurales. Se incluyen las principales líneas de investigación: cerámicos para electrónica, biocerámicos, cerámicos estructurales, mecanoquímica, recubrimientos.Fil: Camerucci, Maria Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Tomba Martinez, Analia Gladys. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Cavalieri, Ana Lia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentin

Numerical simulation of diametral compression tests for the evaluation of porous ceramic disks

Se estudió el comportamiento mecánico de materiales porosos de cordierita mediante ensayos en compresión diametral. La solución analítica que permite la medición indirecta de la resistencia mecánica en compresión diametral se formula bajo ciertas condiciones que no suelen satisfacerse en la práctica. Con el objetivo de analizar desviaciones de las condiciones ideales se simuló el ensayo con técnicas computacionales. Los discos porosos de cordierita se obtuvieron por calcinación (650°C, 2h) y reacción-sinterización (1330°C, 4h) de cuerpos en verde preparados por consolidación térmica (85 °C) de suspensiones acuosas de una mezcla precursora de cordierita (caolín, talco y alúmina) con almidón nativo de papa. Los ensayos mecánicos se realizaron en una máquina servohidráulica en control por desplazamiento (0,2 mm/min). A partir de la relación aparente tensión-deformación se determinaron los parámetros mecánicos: módulo de Young aparente, resistencia mecánica y límite elástico. Sobre los discos ensayados se analizaron las características de la fractura. La influencia de las desviaciones geométricas más frecuentes identificadas en la práctica (desviación de la circularidad y no paralelismo entre las caras del disco) sobre la distribución de tensiones se estudió mediante la simulación por elementos finitos, tomando como referencia la ecuación de Hertz para problemas de contacto.The mechanical behavior of porous cordierite materials was studied by diametral compression tests. The analytical solution allowing the indirect measuring of the tensile mechanical strength in this load configuration is formulated under certain assumption which may be not satisfied in practice. With the aim to analyze deviations of the ideal conditions, the test was simulated using computational techniques. Porous cordierite disks were prepared by firing (650 °C, 2h) and reaction-sintering (1330 °C, 4h) of green disks shaped by thermogelling the aqueous suspensions of a cordierite precursor mixture (kaolin, talc and alumina) with native potato starch as a consolidator/binder of ceramic particles and a pore former by burn-out at high temperature. The mechanical tests were carried out in displacement control (0.2 mm/min) using a servohydraulic testing machine. From the apparent stress-strain ratio, the following parameters were determined: mechanical strength, apparent Young modulus and yield stress. Fracture features of tested disks were also analyzed. The influence of the geometrical deviations more usually identified in practice (deviation of the circularity and no parallelism between the plane surfaces of the disk) on the stress distribution was studied by means of the simulation by finite element method, considering the Hertz´s equation for contact problems as reference.Fil: Sandoval, María Laura. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Mar del Plata. Instituto de Investigación En Ciencia y Tecnología de Materiales (i); Argentina. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Tomba Martinez, Analia Gladys. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Mar del Plata. Instituto de Investigación En Ciencia y Tecnología de Materiales (i); Argentina. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Camerucci, Maria Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Mar del Plata. Instituto de Investigación En Ciencia y Tecnología de Materiales (i); Argentina. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; Argentin

Experimental aspects of stress-strain curves determination at high temperature and controlled atmosphere: Al2O3-MgO-C refractories

Se presenta una metodología diseñada e implementada en el Laboratorio de Materiales Estructurales de la División Cerámicos del INTEMA para la evaluación del comportamiento mecánico de materiales refractarios a altas temperaturas y en atmósfera controlada. La metodología comprende la determinación de la deformación por extensometría de contacto en ensayos en compresión con el fin de obtener curvas esfuerzo-deformación y el uso de un sistema de control de atmósfera por desplazamiento a través del pasaje de una corriente gaseosa. La determinación de curvas esfuerzo-deformación de ladrillos refractarios comerciales Al2O3-MgO-C utilizados en cucharas de acería a temperatura ambiente y a 1260 °C en diferentes atmóferas se presenta como ejemplo de aplicación de esta metodología. atmóferas se presenta como ejemplo de aplicación de esta metodología. atmóferas se presenta como ejemplo de aplicación de esta metodología. atmóferas se presenta como ejemplo de aplicación de esta metodología. atmóferas se presenta como ejemplo de aplicación de esta metodología. atmóferas se presenta como ejemplo de aplicación de esta metodología. atmóferas se presenta como ejemplo de aplicación de esta metodología. 2O3-MgO-C utilizados en cucharas de acería a temperatura ambiente y a 1260 °C en diferentes atmóferas se presenta como ejemplo de aplicación de esta metodología.A methodology for the mechanical evaluation of refractory materials at high temperatures and controlled atmosphere, designed and implemented in the Structural Materials Laboratory of Ceramics Division of INTEMA, is described. The methodology includes the measurement of the specimen deformation by contact extensometry in compression tests to obtain stress-strain curves and the use of a gaseous flow as a system to control atmosphere. The determination of stress-strain curves of Al2O3-MgO-C commercial refractories used in steelmaking ladles at room temperature and 1260°C in different atmospheres is presented as an example of application of this methodology.Fil: Muñoz, Vanesa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Rohr, Gustavo Adolfo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Tomba Martinez, Analia Gladys. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Cavalieri, Ana Lia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentin

Laboratory and industrial testing of silica bricks for coke ovens

In order to rationalize the reconstruction of coke ovens' walls in a local steelmaking, a set of laboratory and industrial tests was carried out on silica KN bricks. Two types of bricks that are currently used in oven construction were analyzed, one being less expensive than the other. On the other hand, 25 year-old original bricks were also studied. The results of laboratory tests were analyzed taking into account the requirements of DIN 1089 standard. Additionally, an evaluation of costs was carried out.Fil: Camerucci, Maria Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Tomba Martinez, Analia Gladys. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Cavalieri, Ana Lia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: de Córdova, M.. SIDERAR; ArgentinaFil: Beltrán, D.. SIDERAR; ArgentinaFil: Topolevsky, R.. SIDERAR; Argentin

High temperature mechanical behavior of low stiffness Al2TiO5 and Al2TiO5–3Al2O3.2SiO2–ZrTiO4 composite materials

The mechanical behavior of low (and negative) thermal expansion and low stiffness Al2TiO5 materials and Al2TiO5–3Al2O3.2SiO2–ZrTiO4 composite materials was studied by diametral compression test at room temperature 400 and 800°C. The effect of both temperature and composition was analyzed. Stress–strain curves were obtained and, from them, apparent elastic modulus (Eapp) and mechanical strength (σF) were determined. Fracture mechanisms and fracture patterns were also analyzed. All materials showed a brittle behavior up to 800°C. The thermal variation of σF, that was even higher as testing temperature increased, was interpreted based on the microcracks behavior. A double linear correlation of Eapp was found with temperature (T) and zircon content ([Z]), with a fitting coefficient >.9. The particular low stiffness and the mechanical and thermal behavior of the studied materials suggest that they would be able to withstand thermal stresses.Fil: Violini, María Agustina. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Química; ArgentinaFil: Hernández, Maria Florencia. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Química; ArgentinaFil: Gass, Sebastian Emiliano. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Tomba Martinez, Analia Gladys. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Rendtorff Birrer, Nicolás Maximiliano. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Tecnología de Recursos Minerales y Cerámica; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Química; Argentin

Caracterizacion de cuerpos en verde precursores de materiales porosos de cordierita conformados por consolidacion termica de almidones nativos

En este trabajo se presenta una parte de los resultados obtenidos en el marco de un proyecto de cooperación internacional en el que se estudian materiales porosos a base de cordierita obtenidos por consoli-dación térmica de suspensiones cerámicas con diferentes almidones nativos, en particular, aquéllos relacionados a la caracterización de los compactos en verde. Para la obtención del material de cordierita se partió de una mezcla precursora de caolín, talco y alúmina, y como agente consolidante/ligante y formador de poros a alta temperatura se emplean: almidones nativos de papa, maíz o tapioca. La caracteriza-ción de los materiales en verde se llevó a cabo por medidas de densi-dad y porosidad, análisis microestructural y evaluación del comporta-miento mecánico. En base a la información obtenida, se concluyó que el almidón con mejor comportamiento global es el de papa.Fil: Lambertini, A.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Mar del Plata. Instituto de Investigación En Ciencia y Tecnología de Materiales (i); Argentina. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Sandoval, María Laura. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Mar del Plata. Instituto de Investigación En Ciencia y Tecnología de Materiales (i); Argentina. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Talou, Mariano Hernán. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Mar del Plata. Instituto de Investigación En Ciencia y Tecnología de Materiales (i); Argentina. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Tomba Martinez, Analia Gladys. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Mar del Plata. Instituto de Investigación En Ciencia y Tecnología de Materiales (i); Argentina. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Camerucci, Maria Andrea. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Mar del Plata. Instituto de Investigación En Ciencia y Tecnología de Materiales (i); Argentina. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Gregorová, E.. Institute of Chemical Technology; República ChecaFil: Pabst, W.. Institute of Chemical Technology; República Chec

Thermomechanical behaviour of Al2O3-MgO-C refractories under non-oxidizing atmosphere

Al2O3–MgO–C (AMC) refractory bricks are used as linings for the sidewalls (metal line) and bottoms of steel-making ladles. As a structural component of this type of vessel, these bricks undergo mechanical and thermal loading in service. For this reason, knowledge about their thermo-mechanical behavior is needed for material selection and ladle design using structural calculus. Even when the mechanical response of AMC refractories is similar to that of MgO–C bricks, which have been studied a great deal, they have distinctive features that have to be studied specifically. The aim of this paper is to evaluate the mechanical performance of three commercial Al2O3–MgO–C bricks by stress–strain curves from RT to 1260 °C, using a non-oxidizing atmosphere (nitrogen). From these curves, the following mechanical parameters were determined: apparent Young׳ modulus (E), mechanical strength (σR), fracture strain (εR) and yield stress (σY). In order to infer what the main factors are in determining the mechanical response of each AMC refractory, the tested specimens were analyzed by bulk density and apparent porosity measurements and SEM/EDS. The increasing porosity (pores and microcracks), the loss of graphite and the new solids formed as products of the reactions between the refractory components control the behavior of the studied AMC materials. However, the contribution of each depends on the temperature and the refractories׳ characteristics.Fil: Muñoz, Vanesa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Mar del Plata. Instituto de Investigación en Ciencia y Tecnología de Materiales (i); Argentina. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingenieria; ArgentinaFil: Tomba Martinez, Analia Gladys. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Mar del Plata. Instituto de Investigación en Ciencia y Tecnología de Materiales (i); Argentina. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingenieria; Argentin

Factors controlling the mechanical behavior of alumina-magnesia-carbon refractories in air

This work analyzes the mechanical behavior of alumina-magnesia-carbon (AMC) refractories in air up to 1260 °C. AMC refractory bricks are used on sidewalls and bottoms working linings of steel-making ladles. In plant, AMC bricks are exposed to air atmosphere during the periods of time when the ladle is empty, such as preheating. Stress?strain relationships were determined in compression, and the following parameters were calculated from these curves: strength, apparent Young´s modulus, fracture strain and yield strength. Young´s modulus at room temperature was also determined by the impulse excitation technique. To identify the main determining factors, the tested specimens were analyzed by apparent porosity measurements, X-ray diffraction and scanning electron microscopy coupled with X-ray dispersive energy. Thermodynamic simulations of the AMC refractories were also performed using FactSage software, so as to understand the mineralogical changes that occur in the refractories as temperature increases.Fil: Muñoz, Vanesa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Tomba Martinez, Analia Gladys. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentin

Physical, chemical and thermal characterization of alumina–magnesia–carbon refractories

Alumina–magnesia–carbon refractories (AMC) are of great technological interest for their use as linings for iron and steelmaking ladles. In this paper, the methodology implemented for the physical, chemical and thermal characterization of AMC refractories is presented along with the obtained results. These results are essential for the study of the chemical and mechanical behavior of these materials, which the present work frames. AMC bricks comprise different amounts of alumina, sintered or electrofused magnesia, graphite and antioxidant additives bonded together with a phenolic resin. The variety of components, be they oxidic, metallic or polymeric in nature, and the complexity of the final microstructure and texture make characterizing these refractories a difficult task. In the present work, several complementary techniques were used in combination: X-ray fluorescence, plasma emission spectroscopy, gravimetry, X-ray diffraction, differential thermal and thermogrametric analyses, reflection optical microscopy and scanning electron microscopy, density and porosity measurements, dilatometric analysis and permanent linear change measurements. The results of these different techniques were analyzed separately and together in order to obtain a detailed description of each refractory in relation to its physical and chemical characteristics and thermal evolution. In addition, the characterization was completed by evaluating the mechanical properties at room temperature, such as the mechanical strength and Young's modulus.Fil: Muñoz, Vanesa. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; ArgentinaFil: Pena, Pilar. Instituto de Ceramica y Vidrio de Madrid; EspañaFil: Tomba Martinez, Analia Gladys. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mar del Plata. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Nacional de Mar del Plata. Facultad de Ingeniería. Instituto de Investigaciones en Ciencia y Tecnología de Materiales; Argentin