RESUMO Objetivou-se no presente estudo avaliar o efeito da desfolha artificial no crescimento vegetativo e produtivo do feijão caupi sob inoculação com bactérias diazotróficas, em dois experimentos. O primeiro experimento foi realizado em casa de vegetação com fatorial 5 × 5 (cinco percentagens de desfolha e cinco fontes de nitrogênio), com quatro repetições. As fontes de nitrogênio consistiram na inoculação bacteriana das cepas INPA 03-11B, UFLA 03-84, UFRB FA34C2-2 e dois tratamentos controle: i - com adubação nitrogenada e ii - sem adubação nitrogenada e sem inoculação. O segundo experimento, foi realizado em campo no esquema fatorial 3 × 5, com três repetições. Os tratamentos consistiram de três fontes de nitrogênio: com adubação nitrogenada, sem adubação nitrogenada e uso da cepa bacteriana INPA 03-11B selecionada no primeiro experimento, e cinco percentagens de desfolhamento artificial, cujos valores, nos dois experimentos, foram: 0, 25, 50, 75 e 100%. O desfolhamento artificial do feijão caupi durante o estágio vegetativo causou redução na massa seca dos nódulos bacterianos. A inoculação aumentou a tolerância das plantas ao desfolhamento e aumentou o teor de nutrientes dos grãos (N e P). A inoculação com a cepa INPA 03-11B permitiu que as plantas de caupi tolerassem 50% de desfolhamento no estádio vegetativo. A produtividade média do feijão caupi é reduzida a partir de 50% de desfolhamento artificial durante a fase produtiva e, portanto, dispensa o controle de pragas desfolhantes até esse nível, em condições de campo.

ABSTRACT The objective of this study was to evaluate the effect of artificial defoliation on vegetative and productive stages of cowpea inoculated with diazotrophic bacteria, in two experiments. The first experiment was performed in a greenhouse with 5 × 5 factorial (five defoliation percentages and five N sources), with four repetitions. N sources consisted of bacterial inoculation with strains INPA 03-11B, UFLA 03-84, UFRB FA34C2-2, and two control treatments: i - with N fertilization and ii - blank control, without N fertilization and without inoculation. The second experiment was performed in the field, in a 3 × 5 factorial scheme, with three repetitions. Treatments consisted of three N sources: with N fertilization, with bacterial strain INPA 03-11B that was selected in the first experiment, and five percentages of artificial defoliation. Defoliation percentages for both experiments were 0, 25, 50, 75, and 100%. Artificial defoliation during the vegetative stage caused reduction in the dry mass of bacterial nodules. Inoculation increased plant tolerance to defoliation and enhanced grain nutrient concentration (N and P). Inoculation with the strain INPA 03-11B allowed cowpea plants to tolerate 50% defoliation in the vegetative stage. The mean productivity of cowpea was reduced under > 50% defoliation during the productive stage; therefore, control of defoliating pests until the productive stage is not necessary under field conditions.

Devido à hidratação e seu efeito expansivo, o uso de magnésias reativas em concretos refratários é usualmente evitado. Entretanto, magnésias cáusticas possuem maior área superficial e menor tamanho médio de cristais quando comparadas ao sínter de MgO, podendo favorecer a formação de espinélio (MgAl2O4) em temperaturas menores que as usuais, por aumentar a força motriz para reação da Al2O3 com o MgO. Além disto, a expansão volumétrica associada à hidratação da magnésia poderia ser utilizada para aumentar a resistência mecânica, viabilizando a substituição do cimento e, conseqüentemente, a redução dos custos destes concretos. Considerando-se estes aspectos, o objetivo do presente trabalho foi avaliar a incorporação de fontes de MgO com reatividades distintas (um sínter de MgO e duas magnésias cáusticas) em concretos refratários aluminosos contendo diferentes teores de cimento de aluminato de cálcio (0, 2, 4 ou 6%-p) e 1%-p de microssílica. A incorporação do cimento de aluminato de cálcio e da microssílica foi realizada com o intuito de reduzir os danos associados à hidratação do MgO. Como resultado, rotas para incorporação de fontes de magnésias com reatividade distintas aos concretos são apresentadas, sem os danos decorrentes da expansão volumétrica causada pela hidratação, potencializando a redução da temperatura de início de formação de espinélio. Os resultados também indicam que o MgO, para situações particulares, é uma alternativa adequada para a substituição do cimento de aluminato de cálcio como ligante nestes concretos.

Due to its hydration and expansive effect, the use of caustic magnesia in refractory castables is usually not recommended. However, compared to the dead-burned magnesia, the caustic one has a greater surface area and a smaller crystal mean size, which could induce spinel formation (MgAl2O4) at lower temperatures than usual by enhancing the driving force for the reaction between Al2O3 and MgO. Moreover, the volume expansion associated with the magnesia hydration could be used to develop mechanical strength, allowing the cement replacement and consequently reducing the costs of these castables. Considering these aspects, the objective of the present work was to evaluate the addition of MgO sources with different reactivity (a dead-burned and two caustic magnesias) in refractory castables with various calcium aluminate cement contents (0, 2, 4 or 6 wt%) and 1 wt% of fumed silica. The addition of calcium aluminate cement and fumed silica was carried out in order to inhibit the deleterious effects associated to magnesia hydration. As a result, different routes for magnesia sources addition with distinct reactivity to the castables are presented, without the usual damages resulting from the volumetric expansion caused by MgO hydration, which in parallel will potentially reduce the initial spinel formation temperature. The results also highlighted that magnesia is a suitable alternative to replace calcium aluminate cement as a binder in these castables, for particular compositions.

Apesar da hidratação da magnésia constituir uma dificuldade para o seu uso em concretos refratários, trabalhos recentes indicam que o controle da expansão volumétrica associada a esta reação pode ser utilizado para promover o desenvolvimento de resistência mecânica em concretos sem cimento, resultando em um ligante a base de magnésia. Considerando este aspecto, o objetivo do presente trabalho foi avaliar o potencial do MgO e da combinação MgO-SiO2 como agentes ligantes para concretos refratários. Com este propósito utilizou-se três fontes de MgO distintas, um sínter de magnésia e duas magnésias cáusticas. Para o sistema MgO-SiO2, teores distintos de microssílica (1 %-p, 2 %-p e 4%-p) foram adicionados aos concretos a fim de evitar os danos causados pela hidratação da magnésia. Os resultados obtidos destacam que para o sínter de MgO, calcinado acima de 1500 °C, a baixa razão CaO/SiO2 é um dos pré-requisitos para a redução dos efeitos deletérios associados à hidratação. Para as magnésias cáusticas (calcinadas abaixo de 1200 °C) o teor de SiO2 e CaO livre são fundamentais para determinar o efeito ligante e a integridade física final do produto. Além disto, a adição de microssílica apresentou-se como um mecanismo eficiente para controlar a hidratação de diferentes fontes de MgO, entretanto, teores elevados de microssílica podem resultar em uma redução acentuada da fluidez.

Due to its hydration, the use of fine magnesia in refractory castables is a key concern. Nevertheless, recent studies pointed out that the volume expansion associated with this reaction can be used to develop strength in cement-free castables, resulting in magnesia based binder. Considering this aspect, the objective of the present work was to evaluate the potential of MgO and MgO-SiO2 as binders for refractory castables. With this purpose, three different sources of magnesia were used, one dead-burned and two caustic ones. For the MgO-SiO2 system different amounts of fumed silica (1wt.%, 2wt.% and 4wt.%) were added to the castable compositions in order to avoid the damages caused by magnesia hydration. The results attained pointed out that for the sinter calcined above 1500 °C, the low CaO/SiO2 ratio is one of the important issues to inhibit the deleterious effects associated to the hydration. For the caustic magnesia (calcined below 1200 °C) the free SiO2 and CaO contents are fundamental for the binding potential and final physical integrity of the product. Furthermore, the addition of fumed silica was presented as an efficient mechanism to control the hydration of different MgO sources; however, high levels of fumed silica can result in a marked castable flow reduction.

Considerando-se as dificuldades para a utilização de MgO em concretos refratários, técnicas anti-hidratação têm sido propostas com o objetivo de minimizar os efeitos deletérios causados pela reação da magnésia com a água. Em paralelo, surge a necessidade de investigar novas metodologias que permitam melhor avaliar os danos causados pela hidratação. Neste sentido, uma técnica promissora consiste no acompanhamento do módulo de Young durante as etapas de cura e secagem dos concretos. No presente trabalho, concretos refratários contendo magnésia cáustica ou sínter de MgO foram avaliados por meio do acompanhamento do módulo elástico utilizando-se o método de ressonância de barras. A avaliação das etapas iniciais de processamento (cura e secagem) dos concretos por meio do uso desta técnica apresentou-se como uma alternativa adequada para detecção dos efeitos causados pela hidratação do MgO. Os resultados obtidos também destacam que, em comparação com outras técnicas comumente empregadas, as medidas do módulo elástico permitem delinear com maior precisão a evolução da microestrutura em função do tempo, além de detectar antecipadamente os danos relacionados à formação de brucita, garantindo-se assim maior sensibilidade no monitoramento de tal reação.

Considering the difficulties related to the use of MgO in refractory castables, anti-hydration techniques have been proposed, in order to minimize the drawbacks as a result of the magnesia hydration. In parallel, new methodologies should be investigated, aiming better evaluation of the damage caused by the hydration. In this context, a promising technique is the Young's modulus measurement during curing and drying processing steps of refractory castables. In this work, caustic magnesia-containing castables and dead-burned magnesia-containing ones were evaluated by following the elastic modulus profile using the resonance bar method. The evaluation of the initial stages of castables processing (curing and drying) using this technique seemed to be a proper route to detect MgO hydration. The results also highlighted that, compared with usual methods, the elastic modulus measurements results a better sample evolution profile as a function of time and earlier detection of the damage associated with brucite formation.

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.

Panelas de refino secundário do aço apresentam importante papel na cadeia produtiva da indústria siderúrgica. O adequado desempenho destas está atrelado ao seu revestimento refratário, composto em sua maior parte por concretos espinelizados que protegem a carcaça metálica do contato direto com o aço fundido. No entanto, o desgaste causado pela ciclagem térmica compromete a sua vida útil, aumentando a necessidade de parada para reparo e elevando os custos operacionais. A degradação por choque térmico pode ser minimizada por meio da incorporação de mecanismos de tenacificação que dificultam a propagação das trincas. O objetivo deste trabalho é incorporar estes mecanismos nesta classe de concretos, variando-se o tamanho e a pureza dos grãos de magnésia, que é uma das matérias-primas utilizadas na formação de espinélio in-situ em concretos aluminosos. Os resultados indicam que as diferenças microestruturais na porosidade e no microtrincamento causadas pelos distintos tamanhos e purezas de MgO alteraram o dano sofrido por choque térmico.

Spinel containing aluminous refractory castables are currently used in steel ladles as lining protection due to the corrosive action of molten steel. The vessel's performance is directly associated with the refractories one. However, the castables are subjected to abrupt temperature changes due to the heating and cooling cycles which most likely are one of the main causes of the working life shortening, increasing the production cost. The thermal shock resistance can be improved by toughening mechanisms which increase the work of fracture of these castables, consequently reducing the crack damage. Therefore, the objective of this work was to characterize the MgO grain size and purity effects on the microstructure of in-situ spinel castable and their consequences on damage due to thermal shock. The attained results indicated that the differences on porosity and microcracking caused by MgO grain size and purity affect the thermal shock performance.

Dentre as diversas tecnologias existentes na produção do alumínio primário, o transporte de alumínio líquido em cadinhos (capacidade 8 a 10 t) por longas distâncias (entre 100 e 200 km) tem se tornado uma opção lucrativa para produtores e clientes. Todavia, a escolha correta do refratário de revestimento do cadinho não é uma tarefa trivial, pois uma série de propriedades deve ser considerada de modo a maximizar seu desempenho. Com isso, um estudo teórico envolvendo termodinâmica, microestrutura, resistência termomecânica, propriedades térmicas e projeto torna-se necessário. Neste trabalho, procura-se conciliar essa teoria com a prática industrial por meio da caracterização de materiais comerciais e a simulação computacional em um software desenvolvido, sendo possível a previsão do comportamento de um cadinho durante sua operação. A partir do acesso a informações da empresa parceira deste estudo, foi possível o acompanhamento industrial obtendo-se maior detalhamento sobre as reais necessidades de um projeto de revestimento de cadinhos. Portanto, suportado por três pilares "teoria", "simulação" e "prática industrial", o presente trabalho tem o intuito de ser uma contribuição tecnológica no auxílio à seleção de refratários para revestimento de cadinhos no transporte do alumínio líquido.

Among the technologies developed for aluminum industries, the long distance (over 100 to 200 km) transportation of molten aluminum (over 8 to 10 t) in crucibles has become into an advantageous process for suppliers and customers. However, choosing crucible's lining is not an obvious task, because the materials properties must be considered to maximize performance. Thus, a systemic analysis involving design, thermodynamic, microstructure, thermal conduction and thermo-mechanical factors is required. This work aims to match these theoretical aspects, the industrial results, the laboratory characterization of materials and the computing simulations using a developed software. This software is able to predict the thermal behavior of the heated containers even under operation. Therefore, the three pillars named "theory", "simulation" and "industrial results" used in the present work were applied in the selection of the refractory lining for the molten aluminum transportation crucible.

Concretos refratários aluminosos contendo espinélio são amplamente utilizados como revestimentos de panelas siderúrgicas, devido a sua elevada resistência à corrosão. Além do bom desempenho anti-corrosivo, estes materiais devem suportar as variações bruscas de temperatura causadas pela ciclagem térmica, responsáveis pela diminuição da vida útil do revestimento. Neste contexto, a análise da resistência ao dano por choque térmico se torna parâmetro fundamental para a correta seleção do revestimento refratário. Esta propriedade pode ser melhorada por meio da incorporação de mecanismos de tenacificação à estrutura do concreto. Uma fase que auxilia na tenacificação do material é o CA6, que está associada ao cimento de aluminato de cálcio (CAC), matéria-prima usada como ligante. Sendo assim, o objetivo deste trabalho é caracterizar o efeito do teor de cimento na microestrutura do concreto e suas conseqüências nos danos causados por choque térmico. Os resultados obtidos indicam que concretos com valores intermediários de cimento possuem melhor desempenho em relação ao choque térmico, nas temperaturas de uso das panelas. Dessa forma, o controle do teor de cimento possibilita aumentar a resistência ao dano por choque térmico e, consequentemente, a vida útil do revestimento.

Spinel containing aluminous refractory castables are currently used in steel ladle due to their high corrosion resistance. Besides this property, these materials have to withstand sudden temperature variations caused by thermal cycling, which could be one of the main causes for shortening the lining's working life. Within this context, the thermal shock damage resistance analysis becomes a fundamental variable for the correct refractory selection. This property can be improved by toughening mechanisms, such as the presence of CA6, associated to calcium aluminate cement in the castable composition. Therefore, the objective of this work is to characterize the cement content effect in the microstructure of in-situ spinel formation castable and its consequences on damage due to thermal shock. The attained results indicated that castables with intermediate cement contents have better thermal shock performance within the range of the ladles' working temperatures. By controlling the amount of cement added to the composition it is possible to increase the thermal shock damage resistance and, therefore, increase the castable working life.

O desempenho de uma panela siderúrgica está atrelado ao seu revestimento refratário. Devido à elevada agressividade da escória presente no aço fundido, é fundamental a utilização de revestimentos de alta resistência à corrosão. Concretos refratários aluminosos contendo espinélio são amplamente utilizados em tal aplicação por apresentarem esta característica. Neste contexto, destacam-se os concretos refratários do sistema alumina-magnésia, uma vez que a formação de espinélio in-situ é benéfica em termos termodinâmicos e microestruturais. Considerando-se que as panelas sofrem constantemente variações bruscas de temperatura, devido à ciclagem térmica, a análise da resistência ao choque térmico é um parâmetro fundamental para a correta seleção do revestimento refratário. Sendo assim, o objetivo deste trabalho é caracterizar o efeito das variações dos componentes da matriz dos concretos Al2O3-MgO e suas conseqüências nos danos causados por choque térmico. Os resultados mostraram que os concretos com espinelização in-situ apresentaram desempenho inferior àqueles com adição de espinélio pré-formado em ambientes sem constrição. Adicionalmente, a presença de microssílica aumentou o dano sofrido pelos concretos. Porém, deve-se considerar que o ensaio de caracterização foi realizado em temperaturas inferiores às de transição vítrea, podendo influenciar no resultado. A associação destes conhecimentos possibilita encontrar a melhor solução termomecânica associada a uma elevada resistência à corrosão química, resultando em maior vida útil e superior desempenho das panelas siderúrgicas.

The steel ladle working life is directly related with the refractory lining performance. Considering the great corrosion promoted by basic slags in the secondary steelmaking industry, the use of a high quality material is essential. The corrosion resistance is attained by the use of alumina-magnesia refractory castables, as the in-situ spinel formation leads to a better chemical performance. The steel ladles are also subjected to abrupt temperature changes, due to heating and cooling cycles. Therefore, the thermal shock evaluation is of utmost importance to a proper material selection. The objective of this paper is the analysis of the matrix components and its consequences on the thermal shock damage in order to attain the most suitable thermo mechanical solution coupled with a high corrosion resistance, resulting the increase of the life expectancy of a steel ladle. The results presented show that alumina-spinel castables had better performance than alumina-magnesia castables when there is no constraining. The presence of microssilica increased the thermal shock damage, and this may be related to the testing temperature range.

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.

Na indústria do alumínio primário, um dos principais responsáveis pela deterioração do revestimento refratário nas cubas de redução eletrolítica é o ataque por banho criolítico com alta concentração de NaF, que penetra e reage com o refratário podendo, em condições extremas, causar a parada prematura de operação da cuba e grandes prejuízos econômicos. Baseando-se nos mais recentes estudos de caracterização de refratários para cubas, uma boa correlação tem sido encontrada entre a resistência à corrosão e a permeabilidade, a qual é calculada pela equação de Forchheimer para a obtenção das constantes k1 Darciana (efeito viscoso) e k2 não Darciana (efeito inercial). Entretanto, na maioria das situações, as medidas da permeabilidade têm sido efetuadas à temperatura ambiente, embora o refratário em uso esteja a superior temperatura. Este trabalho visa avaliar como esta permeabilidade se altera em temperaturas de até 700 ºC buscando, assim, uma melhor correlação dos resultados com as condições reais de operação. Pretende-se também, investigar essa propriedade em refratários empregados no revestimento de cadinhos para o transporte de alumínio líquido, com o intuito de verificar a aplicabilidade da permeametria como uma ferramenta de caracterização desses materiais cujo interesse de aplicação e desenvolvimento tem sido cada vez maior.

In the aluminium primary industry, one of the main causes for electrolytic cells lining deterioration is the chemical attack by high NaF content cryolitic bath, that penetrates and reacts with the refractory, shortening the cell’s service life and resulting great economic losses. Based on the most recent studies on characterization of alumino-silicate refractories for aluminum cell linings, a good correlation has been found between its chemical attack by molten fluorides and the permeability, which is calculated by Forchheimer’s equation in order to obtain the Darcian constant k1 (viscous effects) and non-Darcian constant k2 (inertial effects). Nevertheless, in the majority of the situations permeability parameters are obtained at room temperature. This work aims to study how the increasing temperature affects permeability from room temperature up to 700 ºC in these materials, in order to reproduce the operational conditions. It’s also the objective to investigate the permeability of lining refractories for molten aluminum transport crucibles and evaluate the technological viability of such measurement technique for these materials.

As vantagens econômicas decorrentes da comercialização de alumínio líquido por meio de cadinhos ressaltam a importância da correta seleção dos revestimentos refratários, a fim de otimizar o processo. Uma primeira etapa na seleção se relaciona ao estudo da composição química do refratário e a busca por soluções que reduzam a corrosão. Para tanto, é fundamental a escolha de composições contendo óxidos termodinamicamente estáveis e aditivos anti-molhantes, os quais colaboram para o aumento da vida útil do revestimento. Além do aspecto químico, o controle da distribuição de tamanho de poros é outra variável relevante quando se procura retardar a infiltração do metal fundido no material. Como, durante a operação, o revestimento está sujeito a uma variedade de mecanismos de desgaste, as propriedades mecânicas dos refratários também devem ser consideradas, além das características físicas que influenciam diretamente na carga útil para o transporte. Adicionalmente, os aspectos de transferência de calor, tais como cálculos de fluxo de calor e temperatura da face fria, podem ser realizados simulando-se as respostas que diferentes propostas de revestimento trariam, sem a necessidade de experiências ou riscos, quando aplicados em escala industrial. Desta forma, uma análise sistêmica para a escolha do revestimento foi desenvolvida, a qual busca englobar todos os fatores que interferem no desempenho do cadinho e na análise econômica, visando-se encontrar a melhor alternativa para conservação de energia, e aumento da vida útil e da capacidade de carga.

The growing interest in molten aluminum transportation, due to economic reasons, highlights the importance of the correct refractory lining selection for the ladles used in this operation. The chemical composition of the refractory and the search for solutions that reduce the corrosion are the first topics to be addressed. For this purpose, it is of utmost importance to select thermodynamically stable oxides and anti-wetting containing refractories, in order to extend ladle lining life. Besides the chemical approach, another central issue to delay the infiltration of molten aluminum is the control of the pore size distribution. However, the material is also subjected to wear mechanisms, e.g. during the cleaning operation. For that reason, it is also necessary to consider the mechanical strength, as well as physical properties that may consequently affect the maximum load of transported aluminum. Furthermore, heat transfer parameters, such as heat flow and cold face temperature, should also be assessed to compare different proposals, before industrial scale testing. Thus, to choose the best lining, a systemic analysis that takes into account all of the intervening factors in the ladle performance and in economic aspects was made, aiming to select the best alternative in terms of energy saving, life expectancy and aluminum capacity availability.