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Cerâmica, Volume: 47, Número: 304, Publicado: 2001
  • Editorial

  • Análise da resistência ao choque térmico de refratários contendo carbono

    Quintela, M. A.; Melo, T. M. F. de; Lage, I. J.; Pandolfelli, V. C.; Rodrigues, J. A.

    Resumo em Português:

    Face à complexidade, ao custo e à duração dos testes cíclicos para avaliação da resistência ao choque térmico, os refratários contendo carbono têm sido tipicamente selecionados com base na sua superior condutividade térmica. Por essa razão, é importante uma avaliação das principais propriedades dos refratários, visando não apenas estabelecer critérios de seleção, mas, também, permitir à engenharia de projetos efetuar modificações na sua microestrutura, possibilitando assim superior desempenho do revestimento. Este trabalho apresenta os principais aspectos teóricos e a técnica adotada na Usiminas para avaliação da resistência ao choque térmico de materiais contendo carbono. A metodologia contempla a medida da energia de fratura utilizando a técnica de CMOD (crack mouth opening displacement) e a determinação dos parâmetros de resistência ao dano por choque térmico, R'''' e Rst.

    Resumo em Inglês:

    Due to complexity, cost and time involved in evaluating the thermal shock resistance, carbon-containing refractories are usually selected based only on the thermal conductivity. It is therefore necessary to evaluate the physical properties that affect the thermal shock behavior of refractories and to generate suitable criteria for selection and development of microstructure aiming to increase the lining life. The present paper presents the methodology used at Usiminas for the determination of the thermal shock damage resistance of carbon-containing refractories for casting ladles. The test method adopted involves measurements of the fracture energy using CMOD (crack mouth opening displacement) and the determination of the thermal shock parameters (R'''' e Rst).
  • Projeto da reologia de concretos refratários zero-cimento no sistema Al2O3-SiC-C

    Oliveira, I. R. de; Studart, A. R.; Pandolfelli, V. C.

    Resumo em Português:

    Concretos refratários no sistema Al2O3-SiC-C vêm sendo utilizados principalmente no revestimento de canais de corrida de altos-fornos. A associação dessas matérias-primas tem elevado o desempenho dos concretos refratários frente às severas condições de trabalho, devido ao aumento da resistência ao choque térmico e ao ataque por escória e metal fundido. Apesar disso, o nível de conhecimento científico sobre a dispersão das partículas desse sistema multifásico é limitado. Neste trabalho, suspensões representativas da matriz de concretos refratários zero-cimento no sistema Al2O3-SiC-C foram preparadas para a avaliação da eficiência de aditivos na dispersão simultânea de diferentes matérias-primas, bem como para a análise do comportamento reológico da matriz em função do pH e teor de aditivo. Os ácidos poliacrílico e cítrico e um surfactante não iônico foram usados como dispersantes. Os valores de viscosidade aparente e tensão de escoamento obtidos foram usados para construir mapas de estabilidade da matriz. Medidas de pH e fluidez de concretos preparados com diferentes teores de aditivo mostraram que as condições iniciais de pH não foram correspondentes à região ótima de dispersão estabelecida pelos mapas de estabilidade. O uso de altos teores de ácido cítrico, bem como, o deslocamento do pH do concreto na direção da região ótima de dispersão foram eficientes para otimizar a sua fluidez.

    Resumo em Inglês:

    Refractory castables in the Al2O3-SiC-C system have been used mainly as linings for blast furnace runners. The association of these raw materials has enabled the development of high quality refractory castables due to improvements on their resistance to thermal shock, slag and metal corrosion. Nevertheless, the scientific knowledge regarding particle dispersion in this system is quite limited. In this work, representative suspensions of the matrix of Al2O3-SiC-C refractory castables were prepared in order to evaluate the efficiency of additives on the dispersion state of different raw materials and analyze the matrix rheological behavior as a function of pH and additive content. The polyacrylic and citric acids and a non-ionic surfactant were utilized as dispersants. The apparent viscosity and yield stress data obtained from the suspension rheological evaluation were used to elaborate matrix stability maps. Initial pH and flowability results for castables with different additive contents revealed that initial pH conditions were not coincident with the optimum dispersing region established by the stability maps. A shift of the castable pH value towards the optimum dispersing region was shown to be an effective approach to increase castable flowability.
  • Estudo de suspensões de zircônia e magnésia em etanol

    Marcos, P. J. B.; Castro, R. H. R.; Gouvêa, D.

    Resumo em Português:

    A utilização de suspensões como etapa intermediária no processamento da mistura ZrO2-MgO surge como uma alternativa para a obtenção de homogeneidade no produto final. Emerge daí uma relação entre o controle da estabilidade destas suspensões e a obtenção de homogeneidade no produto. O comportamento de suspensões de misturas de óxidos é dependente da característica físico-química da superfície de cada componente, bem como da sua quantidade relativa. Neste trabalho foi estudado o comportamento de cada componente da mistura ZrO2-MgO isoladamente, em suspensão aquosa e etílica, e da mistura em si. Em suspensão etílica, o ZrO2 apresentou elevado potencial negativo, enquanto o MgO, potencial positivo. A explicação destes fenômenos foi relatada mediante análises de espectroscopia de infravermelho por reflectância difusa (DRIFT), revelando reação entre o solvente e a superfície dos óxidos em estudo. É proposto um novo mecanismo para o efeito desaglomerante das suspensões etílicas de ZrO2, em função do elevado potencial eletrostático da suspensão. Por fim, o estudo da suspensão da mistura dos dois materiais na proporção de 3% em massa de MgO (~8,6% em mol) mostrou que, tanto o paH quanto o potencial zeta finais são determinados pela superfície deste último óxido, mesmo estando ele em menor quantidade.

    Resumo em Inglês:

    The use of suspensions as an intermediate step in the processing of the ZrO2-MgO mixture arises as an alternative to obtain homogeneity on the final product. A relationship between the stability control of this suspensions and the achievement of homogeneity on the product may be established. The behavior of oxide mixture suspensions depends on the physical-chemical characteristic and of the relative content of each component. In this work the behavior of each component of the ZrO2-MgO mixture was studied, either in aqueous or ethylic suspension, and also the behavior of the mixture. Zirconium oxide in ethylic suspension shows a highly negative potential; Magnesium oxide, on the other hand, shows a positive potential. The explanation was found after Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform (DRIFT) spectroscopy measurements, revealing a reaction between the solvent and surface of the oxides. A new mechanism for the desagglomeration effect of the ZrO2 ethylic suspensions, as a function of the highly electrostatic potential of the suspension is proposed. The study of suspensions of a mixture of both oxides for 3 wt% of MgO (~ 8.6 mol%) content shows that the final paH as well as the zeta potential are determined by the surface characteristics of the latter, even being the minor component in the mixture.
  • Fluência em filtros cerâmicos de Al2O3

    Salvini, V. R.; Innocentini, M. D. M.; Rodrigues, J. A.; Pandolfelli, V. C.

    Resumo em Português:

    O comportamento de fluência em materiais cerâmicos sólidos é afetado pela sua microestrutura. Fundamentalmente, são três os parâmetros que influenciam o comportamento de fluência nestes materiais: o constituinte mineralógico, a fase vítrea e a porosidade. Além destes fatores microestruturais, a fluência em cerâmicas celulares depende também da sua macroestrutura, constituída de um arranjo tridimensional de filamentos sólidos interligados. Assim, a análise dos resultados de fluência nestes materiais compreende duas etapas: na primeira deve-se identificar o modo de deformação dos filamentos cerâmicos (macroestrutura) e na segunda, identificar o(s) mecanismo(s) de fluência da microestrutura através dos parâmetros n (expoente da tensão aplicada) e Q (energia de ativação do processo). Neste trabalho avaliou-se a fluência em filtros cerâmicos de Al2O3 de 10 ppi sob compressão de 0,034; 0,051 e 0,068 MPa às temperaturas de 1500, 1550 e 1600 ºC ao ar. De acordo com os resultados obtidos, supõe-se que o modo de deformação por flambagem dos filamentos paralelos a carga aplicada é um dos principais fatores que contribui para o aumento da taxa de deformação do filtro e, portanto, dos valores de n e Q. Além do modo de deformação dos filamentos, observou-se que o tipo de ensaio de fluência (com ou sem troca de carga) também influencia a determinação dos valores de n e Q.

    Resumo em Inglês:

    The creep behavior of solid ceramics is strongly affected by the microstructure. Fundamentally, there are three microstructural features which influence the creep behavior: the mineral content, the flux content and the apparent porosity. Additionally, the creep of cellular ceramics also depends on their macrostructure constituted by a tridimensional array of struts. Therefore, the creep analysis of these materials should consist of two stages. Firstly, identification of the macrostructure deformation mode and secondly, determination of the stress exponent (n) and the activation energy (Q). In this work the analysis of creep under compression of 0.034; 0.051 and 0.068 MPa at 1500, 1550 and 1600 ºC in air was carried out in Al2O3 filters with 10 ppi. The results suggested that buckling of struts is an important factor to be considered, since it contributes to increase the deformation rate and, therefore, the values of n and Q. Besides the struts deformation mode, the way that the creep test is carried out (with or without load change) will influence the determination of n and Q values.
  • Aplicação de espumas cerâmicas produzidas via "gelcasting" em biorreator para tratamento anaeróbio de águas residuárias

    Ortega, F. S.; Rocha, K. M.; Zaiat, M.; Pandolfelli, V. C.

    Resumo em Português:

    O desenvolvimento da biotecnologia anaeróbia de tratamento de águas residuárias, resultou em novas configurações de biorreatores, nas quais uma importante característica é a existência de condições favoráveis à imobilização de biomassa ativa responsável pela degradação biológica de resíduos poluentes. Características como a resistência à degradação biológica e boa resistência mecânica associadas a uma estrutura celular fazem das espumas cerâmicas excelentes candidatas à fabricação de suportes para imobilização da biomassa. Neste trabalho, utilizou-se o processo "gelcasting" associado à aeração de uma suspensão para produzir suportes de espuma cerâmica. Foram utilizadas alumina e caulinita, materiais estes em que predominam cargas superficiais positiva e negativa, respectivamente, na faixa de pH 7, em que operam os reatores. Após a queima, as espumas foram caracterizadas quanto à densidade aparente e à permeabilidade, e em seguida submetidas a um ciclo de 35 dias em reator diferencial alimentado com esgoto sanitário sintético. Materiais como argila expandida e borracha de etileno-propileno (EPR) foram submetidos a ciclo similar e comparados aos materiais cerâmicos. Os resultados permitem avaliar as vantagens e desvantagens das espumas cerâmicas como suporte para a imobilização de microorganismos frente a outros materiais.

    Resumo em Inglês:

    The development of anaerobic biotechnology for treatment of wastewater has led to new configurations of bioreactors, which have as an important feature the establishment of favorable conditions for the fixation of biomass that will degrade organic material present in wastewaters. Characteristics such as high resistance to biological degradation and high mechanical strength, coupled to cellular structure make ceramic foams an excellent option for the production of supports for biomass immobilization. In this work, the gelcasting process in association with the aeration of a ceramic suspension was used as a route to produce ceramic foam supports. Alumina and caulinite, which are materials that have, respectively, positive and negative surface charges at the pH range used in bioreactors, were used as raw materials. After sintering, the foams had their porosity and permeability characterized, and then were submitted to a cycle of 35 days in a differential reactor, fed with synthetic domestic wastewater. Other materials, like expanded clay and ethylene-propylene rubber (EPR) were also submitted to the same tests for the purpose of comparison. Results allowed the evaluation of advantages and disadvantages of ceramic foams as supports for the immobilization of microorganisms in comparison to other materials.
  • Caracterização mineralógica de argilas usadas na indústria de cerâmica estrutural no oeste do estado de S. Paulo, Brasil

    Teixeira, S. R.; Souza, S. A. de; Moura, C. A. I.

    Resumo em Português:

    A plasticidade e a granulometria da massa cerâmica são dois parâmetros importantes para o processo de produção de tijolos e telhas. Estes dois parâmetros e a composição mineralógica definirão a qualidade e propriedades (cor, resistência mecânica, absorção de água, trincas, mudanças nas dimensões durante a secagem e queima, etc.) do produto final. Na indústria cerâmica brasileira é comum misturar dois ou mais tipos de "barro" para se obter a massa cerâmica com a granulometria e plasticidade desejada. O objetivo deste trabalho foi caracterizar a matéria prima coletada nas várzeas dos rios Paraná e Paranapanema e a massa cerâmica usada pela indústria cerâmica do oeste do Estado de São Paulo. Difratometria de raios X, análise textural, limite de plasticidade e concentração de matéria orgânica foram usadas para caracterizar as amostras. A análise textural mostra que a fração argila variou de 38,2 a 66,3 %, a fração silte de 22,2 a 49,7 % e a fração areia de 3,1 a 34,1 %. A concentração de matéria orgânica varia de 5 a 7 %. Os resultados de difração de raios X mostram que todas as amostras possuem caulinita e muitas delas tem argilas do grupo das esmectitas, argilas interestratificadas e mica. Gibsita, óxidos de ferro e de titânio e quartzo são também identificados. Uma amostra usada para "pintar" potes é rica em goetita. Os resultados indicam que as massas cerâmicas tem alta concentração de argila na sua composição e devem ser misturadas com argila "magra". Caulinita é a fase majoritária em todas as amostras, dando uma boa plasticidade para a produção de tijolos e telhas por extrusão.

    Resumo em Inglês:

    Plasticity and the grain-size distribution of the raw material used to make structural bricks and roof tiles are very important to the production process. These two parameters and the mineral composition will define the quality and properties of the final product: color, mechanical resistance, water absorption, cracks, swell and shrink during drying and firing the ceramic pieces etc. In the Brazilian ceramic industry it is very common to mix together two or more different kinds of raw material to achieve the ceramic mass with the desired grain-size distribution. The objective of this work was to characterize the raw material collected at the floodplains of the Paraná and Paranapanema Rivers and the ceramic mass used by the ceramic industry in western São Paulo State, Brazil. Particle size distribution, organic matter and X-ray diffraction were used to study this material. The textural analysis indicates that the raw materials have the clay fraction ranging from 38.2% to 66.3%, the silt from 22.2% to 49.7% and the sand from 3.1% to 34.1%. The results indicate that all mixed raw materials have more clay in its composition than would be necessary. The organic matter ranges from 5 to 7%. All samples have kaolinite and many of them have smectites, HIV and mica. Gibbsite, iron and titanium oxides, and quartz are also identified. One of the samples (yellow) is rich in goethite.
  • Influência do tipo de ácido usado e da sua concentração na ativação de uma argila bentonítica

    Foletto, E. L.; Volzone, C.; Morgado, A. F.; Porto, L. M.

    Resumo em Português:

    A ativação ácida de uma argila tem por finalidade aumentar as suas propriedades adsortivas e catalíticas. Nesse estudo, uma amostra de argila bentonítica, proveniente da Província de Mendoza (Argentina), foi ativada com diferentes concentrações (4 e 8 N) por ácido sulfúrico e clorídrico. Para verificar a influência das concentrações e do tipo de ácido usado na ativação da argila, utilizou-se técnicas de difração de raios X, análise térmica diferencial e termogravimétrica e análise química. Os resultados mostraram que houve modificação na estrutura do material argiloso após o ataque ácido. O tratamento com ácido sulfúrico e clorídrico sobre uma mesma bentonita originou produtos com diferentes características estruturais.

    Resumo em Inglês:

    The clay acid activation has the purpose of increasing its adsorbent and catalytic properties. In this study, a bentonite clay sample from Mendoza (Argentine) was activated in different concentrations (4 N and 8 N) through the use of sulphuric and hydrochloric acid. To verify the influence of concentrations and the kind of acid utilized in the clay activation, it was utilized techniques of X-ray diffraction, thermogravimetric and differential thermal analysis and chemical analysis. The results have shown that the clay structure was modified after acid attack. Sulphuric and hydrochloric acid treatment in the same bentonite originated products with different structural characteristics.
  • Efeito da distribuição granulométrica na secagem de concretos refratários

    Innocentini, M. D. M.; Yamamoto, J.; Ribeiro, C.; Pileggi, R. G.; Rizzi Jr., A. C.; Bittencourt, L. R. M.; Rettore, R. P.; Pandolfelli, V. C.

    Resumo em Português:

    Este trabalho teve como objetivo investigar o efeito da distribuição granulométrica sobre parâmetros de permeabilidade, porosidade aparente e secagem de concretos refratários de alta alumina. Verificou-se a influência de ambas as distribuições discreta e acumulada, baseadas no modelo de empacotamento de Andreasen. Ensaios de permeabilidade ao ar à temperatura ambiente permitiram correlacionar os tipos de poros presentes no concreto com a facilidade de escoamento de fluidos. Ensaios de permeabilidade em temperaturas elevadas foram utilizados para acompanhar a decomposição de hidratos. A análise termogravimétrica permitiu associar as características da estrutura com a facilidade de eliminação de água durante o processo de secagem. Os resultados mostraram que o aumento no teor de agregados favorece a permeabilidade e a secagem do concreto. A composição formulada com matriz grossa e agregados finos foi a que apresentou melhor desempenho global de secagem.

    Resumo em Inglês:

    The objective of this work was to evaluate the influence of the particle size distribution of raw materials on the permeability, porosity and drying parameters of ultra-low cement high-alumina refractory castables. Both cumulative and discrete distributions were varied, following Andreasen's model for particle packing. Results have shown that the permeability is strongly affected by the fraction of aggregates in the composition due to the formation of pores at the matrix-aggregate interface. Porosity and permeability in the matrix were affected by the size of the matrix particles. Thermoanalysis has shown that the larger the aggregate content, the faster is elimination of water. Composition with q = 0.31 made of fine aggregates and coarse matrix yielded the castable with better performance during drying tests.
  • Efeito da temperatura de calcinação e do teor de dopante nas propriedades físicas da céria-gadolínia preparada pela complexação de cátions com ácido cítrico

    Rocha, R. A.; Muccillo, E. N. S.

    Resumo em Português:

    Soluções sólidas de céria-gadolínia foram preparadas pela técnica de complexação de cátions utilizando o ácido cítrico como agente complexante. Os principais objetivos foram avaliar as condições ideais de calcinação para a obtenção de pós nanométricos com elevada sinterabilidade, e verificar o efeito do teor de dopante na densificação e na resistividade elétrica de cerâmicas sinterizadas. Os principais resultados mostram que soluções sólidas contendo partículas < 10 nm podem ser obtidas a temperaturas relativamente baixas. O óxido de gadolínio favorece a densificação da cerâmica. Para a composição típica Ce0,8Gd0,2O1,9 a densidade relativa medida é > 99% para sinterização a 1500 ºC.

    Resumo em Inglês:

    Ceria-gadolinia solid solutions were prepared by the cation complexation technique using citric acid as complexant agent. The purposes of this work were to evaluate de calcining profile of the precursor resin in order to obtain nanosized powders with high sinterability; and to verify the effects of dopant content on densification and electrical resistivity of sintered specimens. The main results show that powders with less than 10 nm crystallite size may be obtained at relatively low temperatures. Gadolinium oxide enhances the densification of pressed specimens reaching a relative density > 99% for the Ce0.8Gd0.2O1.9 composition sintered at 1500 ºC for 3 h.
  • Resumos de dissertações de mestrado

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