Advanced refractories sintered with a transient liquid phase

Sintering additives (AS) have great potential to be applied in refractory castables as they reduce the densification temperature of these products. Additionally, these components may induce the generation of a transient liquid phase in the microstructure at high temperatures, which can react with the other materials of the composition to give rise novel solid refractory phases. Considering these aspects, the present work evaluated the role of five different AS (boron oxide, boric acid, sodium borosilicate, magnesium borate and boron carbide) when added to alumina-based castable compositions containing hydratable alumina as binder. Based on the thermomechanical characterization, XRD analysis and the in situ elastic modulus measurement, boron carbide (B4C) have been selected as a promising AS because this material sped up the sintering process at lower temperatures and induced the aluminum borates formation due to the reaction between the liquid phase and the fine alumina contained in the castable matrix. Afterwards, the effects of B4C was evaluated in ultra-low calcium oxide castables bonded with: colloidal alumina (AC), hydratable alumina (AB) and/ or SioxX®-Zero (SZ). SZ-bonded materials (4 wt.%) had good performance at temperatures around 1100°C due to the mullite generation. On the another hand, castables containing AC as binder (4 wt.% of solids) and 0.5 wt.% of B4C are promising options to be used in working conditions between 600-815°C, whereas the same mixture without B4C could only be densified above 1100°C. Similar effect was observed when 1.0 wt.% B4C was added to SZ-containing castables as the aluminum borates generation allows these compositions to be used in working conditions around 815°C. Therefore, an appropriate AS selection for high-alumina castables with ultra-low CAC content has the potential to favour the earlier sintering of the refractory and improve its thermomechanical properties, which can fulfill the requirements of the petrochemical industry.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Os aditivos sinterizantes (AS) possuem potencial para serem aplicados em concretos refratários, pois diminuem a temperatura de densificação destes produtos. Adicionalmente, tais componentes podem atuar favorecendo a formação de líquidos transientes na microestrutura em altas temperaturas, os quais têm a capacidade de reagir com os outros constituintes da composição para formar novas fases refratárias. Diante desta possibilidade, neste trabalho foram avaliados os efeitos da adição de cinco fontes de boro como AS (óxido de boro, ácido bórico, borosilicato de sódio, borato de magnésio e carbeto de boro) em concretos de alta alumina contendo alumina hidratável como ligante. Baseado na caracterização das propriedades termomecânicas destes refratários, assim como nas análises de DRX e da avaliação do módulo elástico in situ, foi selecionado o carbeto de boro (B4C) como o AS promissor, pois este promoveu o início da sinterização dos concretos em temperaturas inferiores e induziu a formação de boratos de alumínio a partir da reação do líquido com a alumina da matriz dos concretos refratários. Posteriormente, avaliou-se o efeito da adição do B4C em concretos com ultra-baixo teor de óxido de cálcio e ligados com: alumina coloidal (AC), alumina hidratável (AB) e/ou SioxX®-Zero (SZ). Materiais ligados com SZ (4%-p) são promissores em temperaturas próximas a 1100°C devido à formação de mulita. Por outro lado, concretos contendo AC (4%-p de sólidos) e 0,5%-p B4C são indicados para condições de serviço entre 600-815°C, pois sem a fonte de boro densificaram apenas acima de 1100°C. Efeito similar foi observado quando adicionado 1,0%-p B4C no concreto contendo SZ, visto que também foram formados boratos de alumínio possibilitando sua utilização em condições de serviço próximas aos 815°C. Desta forma, realizando-se a correta seleção do AS adicionado em concretos de alta alumina com ultra-baixo teor de CAC, tem o potencial de aumentar a sinterabilidade do material e melhorar suas propriedades termomecânicas, podendo assim atender os requisitos da indústria petroquímica