A deterioração de refratários utilizados em unidades fluidizadas de craqueamento catalítico (UFCC) é responsável por altos custos de manutenção para a indústria petroquímica. Esse fenômeno é comumente associado à deposição de coque durante a produção de hidrocarbonetos. Entretanto, outros mecanismos causadores de dano podem ocorrer, como a geração de defeitos por transição de fase expansiva. O objetivo deste trabalho foi estudar a contribuição da transição de fase a-b de partículas de quartzo para a deterioração de um refratário comercial sílico-aluminoso empregado em riser de UFCC, por meio de ciclos térmicos lentos. Este dano pode ocorrer caso a temperatura de operação do equipamento oscile ao redor da temperatura da transição a-b (573 °C). Este estudo foi realizado no material com e sem coque impregnado, visando avaliar o efeito conjunto da presença do coque e da transformação de fase. Para a avaliação do dano empregou-se a medida do módulo de Young em função da temperatura através da Técnica de Excitação por Impulso em atmosfera controlada. Para tal, utilizou-se um equipamento recentemente desenvolvido no grupo de pesquisa dos autores. Foram preparados corpos de prova do material e estes foram submetidos a ciclos térmicos lentos com temperaturas máximas de 500 °C e 700 °C com taxa de aquecimento de 2 °C/min. Uma parcela destes corpos foi previamente impregnada por coque em reator de propeno. Complementarmente, ensaios de difração de raios X, de dilatometria e a observação com microscopia eletrônica foram realizados. Comprovou-se que as partículas de quartzo são determinantes para o comportamento termomecânico do material e para a resistência ao dano por ciclagem térmica. A transição de fase a-b, embora enrijeça o material no aquecimento, intensifica o dano por ciclo térmico lento. A impregnação pelo coque aumenta a resistência a ciclos térmicos lentos, porém reduz a resistência à evolução do dano.

The deterioration of refractories used in fluidized catalytic cracking units (FCC-units) is responsible for high costs of maintenance for the petrochemical industry. This is commonly associated with coke deposition during the production of light hydrocarbons. However, other mechanisms responsible for causing damage may also occur, such as the generation of cracks by expansive phase transition. The aim of the work herein was to study the contribution of the a-b phase transition of quartz particles to the deterioration of a commercial aluminosilicate refractory used in a riser by the means of slow thermal cycles. Such damage may occur if the working temperature of the equipment fluctuates around the a-b transition temperature (573 °C). The current study considered the material with and without coke impregnation to evaluate the combined effect of coke presence and phase transition. To evaluate the damage, it was used the Young's modulus as a function of temperature by applying the Impulse Excitation Technique under controlled atmosphere. An equipment recently developed by the authors research group was applied. Specimens were prepared and submitted to slow thermal cycles of temperatures up to 500 °C and up to 700 °C, with a heating rate of 2 °C/min. Part of the specimens was previously impregnated with coke by a reactor using propen. To complete the evaluation, characterization by X-ray diffraction, as well as by dilatometry and scanning electron microscopy were performed. The findings of this study showed that the presence of quartz particles determine the thermo-mechanical behaviour of the material, as well as the thermocycling damage resistance. In spite of the fact that the a-b phase transition stiffens the material during the heating stage, it increases the damage by slow thermal cycling. The coke impregnation increases the resistance to slow thermal cycles, however it decreases the resistance to the damage evolution.

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.

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.