Title

ENGINEERED EXPANSION ROUTES FOR ALUMINA-MAGNESIA REFRACTORY CASTABLES

ROTAS DE EXPANSÃO ENGENHEIRADA PARA CONCRETOS REFRATÁRIOS ALUMINA-MAGNÉSIA

Authorship

Braulio, Mariana de Albuquerque Lima; Brant, Paulo Osório Ribeiro Caldeira; Bittencourt, Luís Rodolfo Mariani; Pandolfelli, Victor Carlos

Braulio, Mariana de Albuquerque Lima

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Brant, Paulo Osório Ribeiro Caldeira

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Bittencourt, Luís Rodolfo Mariani

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Pandolfelli, Victor Carlos

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DOI

10.5151/2594-5327-14774

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Abstract

Alumina-magnesia refractory castables present an expansive behavior usually associated to the in situ spinel formation at temperatures above 1.000°C. As these castables are commonly bonded with calcium aluminate cement, expansive reactions involving CA2 and CA6 generation must also be taken into account in the engineering expansion design. Additionally, as the refractory aggregates comprise mostly of a castable formulation, it is important to consider their effect on the volumetric stability. Therefore, this work addresses, based on the assisted sintering technique and microstructural evaluation (SEM and XRD), an overall analysis concerning the effect of raw materials on the expansion behavior of in situ spinel castables, in order to attain a designed expansion based on previously engineered microstructure. One route to achieve this aim was to evaluate the effect of the cement content, which affected the CA6 formation. Furthermore, as microsilica influences spinel, CA2 and CA6 formation, its amount was another way to forecast castable expansion. Changing the magnesia grain size was an additional possibility for the engineered expansion control, as its particle size reduction resulted in a lower overall expansion. The results also pointed out that refractory aggregates can be active partners in the castables’ reactions. Finally, various expansion routes were attained and presented, resulting a greater flexibility design and optimization of the thermal-mechanical benefits when in situ spinels are applied to steel ladles.

Concretos refratários alumina-magnésia apresentam usualmente um comportamento expansivo, em decorrência da formação de espinélio in situ em temperaturas superiores a 1000oC. Como estes concretos são normalmente ligados com cimento de aluminato de cálcio, as reações expansivas que envolvem a formação de CA2 e CA6 também devem ser consideradas no projeto de expansão engenheirada. Adicionalmente, uma vez que os agregados refratários constituem a maior parcela da composição, é importante também considerar seu efeito sobre a estabilidade volumétrica. Sendo assim, este trabalho consiste, baseado na técnica de sinterabilidade assistida e na avaliação microestrutural (MEV e DRX), em uma análise global do efeito das matérias-primas sobre o comportamento expansivo de concretos espinelizados in situ, visando-se obter um projeto de expansão baseado na prévia engenharia de microestrutura. Uma rota para atingir esta meta foi a avaliação do teor de cimento, o que afetou à formação de CA6. Além disso, como a microssílica influencia a formação de espinélio, CA2 e CA6, o seu teor foi uma outra forma de se prever a expansão do concreto. A alteração do tamanho de grão da magnésia foi uma possibilidade adicional para o controle da expansão engenheirada, já que a redução do tamanho de partícula resultou em menor expansão final. Os resultados destacaram ainda que os agregados refratários podem ser parceiros ativos nas reações dos concretos. Por fim, várias rotas de expansão foram obtidas e apresentadas, resultando em maior flexibilidade de projeto e para otimização dos benefícios termo-mecânicos quando espinélios in situ são aplicados em panelas de siderurgia.

Keywords

Spinel; Cement; Expansion.

Espinélio; Cimento; Expansão.