Análise da resistência ao choque térmico de refratários contendo carbono

Abstract

INTRODUÇÃOO consumo específico de refratários na indústria siderúrgica tem sido gradualmente reduzido ao longo de décadas, face à evolução das técnicas de fabricação do aço e ao avanço no desenvolvimento de novos materiais refratários. Tais melhorias são frutos de um melhor entendimento do dano provocado por choque térmico e sua relação com outros modos de degradação destes materiais, incluindo erosão e ataque por escória [1].As práticas metalúrgicas em panelas conduzem a gradientes e variações cíclicas de temperatura dos seus revestimentos, causando geração de tensões térmicas, que podem provocar o crescimento de trincas no refratário e afetar seu desempenho. Essa condição é conhecida como dano por choque térmico.O uso de refratários contendo carbono no revestimento de panelas de aço, quer seja na região de escória, banho ou sola, trouxe efetivos ganhos em termos de resistência ao dano por choque térmico.Este trabalho descreve a metodologia adotada na Usiminas para avaliação da resistência ao choque térmico de materiais refratários, a qual pode também ser de grande utilidade ao produtor destes materiais. A energia de fratura foi medida a partir da técnica da abertura da boca da trinca (CMOD -crack mouth opening displacement). Foram também determinados dois parâmetros de resistência ao dano por choque térmico, R'''' e R st . ASPECTOS TEÓRICOS Choque TérmicoEm termos de resistência ao dano por choque térmico, os refratários contendo carbono têm sido tipicamente selecionados com base na sua superior condutividade térmica. A condutividade tér-mica afeta o nível de desenvolvimento de tensão transiente. Quanto maior a condutividade, mais homogênea a distribuição de ResumoFace à complexidade, ao custo e à duração dos testes cíclicos para avaliação da resistência ao choque térmico, os refratá-rios 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 tér-mico 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 R st .Palavras-chave: refratários, choque térmico, mecânica de fratura. Abstract

Influência da granulometria do agregado na resistência ao choque térmico de refratário de alta alumina

“…A extensão do dano durante a fratura está sujeita pelo critério de energia. A resistência ao dano por tensão térmica diminui com o aumento da resistência mecânica, portanto, refratários de alta resistência mecânica são mais susceptíveis ao dano por choque térmico [15].…”

Metodologia para previsão da vida útil de âncoras refratárias aplicadas em fornos de reaquecimento

“…Estes fatores tornam extremamente necessária a previsão da vida útil das âncoras cerâmicas. Para se estudar a longevidade das âncoras cerâmicas em teto e paredes do revestimento refratário, é imprescindível recorrer a ensaios destrutivos e não destrutivos, e ao estudo de microestrutura, trincas e fraturas causadas pelas tensões termomecânicas [9][10][11].…”

Resistência ao choque térmico de carbeto de silício sinterizado via fase líquida

“…Para simulação de choque térmico, visando a análise do desempenho do material, alguns métodos são adotados para gerar diferenças bruscas de temperatura 18,9,78,79 . O método mais utilizado, devido à sua simplicidade, é o de aquecimento em altas temperaturas e rápido resfriamento em água.…”

“…para o ensaio de resistência ao choque térmico e o número de vezes que o material é submetido às diferenças bruscas de temperatura (ciclos térmicos), influenciam diretamente nas propriedades do material, pois quanto maior o número de ciclos e a variação de temperatura adotada, maior a probabilidade de propagação de trincas, diminuindo a densidade, a resistência à flexão, assim como o módulo de elasticidade 28 . Para avaliação dos danos causados ao material submetido a choque térmico, são utilizados alguns indicadores, como: número de ciclos térmicos necessários para ocorrer o início da formação de trincas, assim como a determinação de alguns parâmetros antes e após determinado número de ciclos térmico como: densidade do material, resistência à flexão, módulo de elasticidade eanálise da propagação de trincas pelo método de indentação18,9,17,81,92 .A teoria de Hasselman, baseada na teoria frágil de Griffith, é muito utilizada para avaliar o comportamento do material cerâmico por iniciação ou propagação de trincas sob tensão térmica18,79,82,92 . Nesta teoria é proposto um…”

“…Uma das formas de maximizar R e R IV é o aumento de ! e a redução de σ, porém sem causar prejuízo a integridade mecânica do material, de acordo com a sua aplicação79 .A teoria de Hasselman é utilizada para a previsão do comprimento final de trincas após choque térmico de materiais com trincas inicialmente pequenas, contudo, este modelo possui restrições matemáticas que impossibiltam seu uso para este fim. Estas restrições ocorrem devido à descoberta dos fenômenos de dissipação de energia pela microestrutura, já que Hasselman determina o tamanho final de trincas, por princípio de conservação de energia, sem levar em consideração De acordo com as considerações gerais sobre choque térmico, é possível afirmar que o estudo desta propriedade, tem ganhado importância cada vez maior quando se trata de materiais cerâmicos aplicados em altas temperaturas, pois esta avaliação possibilita prever o comportamento do material durante a utilização, estimar o ciclo de vida e, consequentemente auxiliar na melhoria de desempenho destes produtos.Muitos estudos sobre o processo de sinterização, microestrutura e propriedades do SiC já foram realizados85,86,87 , já que se trata de um material com aplicações interessantes, como por exemplo: turbinas a gás, refratários e ferramentas de corte.…”