High-alumina spinel refractory castables

O crescente nível de produção do setor siderúrgico e a constante busca pelo aumento de qualidade do aço demandam a utilização de materiais com desempenho superior. Neste contexto, o extenso uso de concretos refratários se destaca, dada a sua versatilidade de produção e aplicação. Uma das matérias primas refratárias mais importantes é a magnésia, devido à sua elevada refratariedade e resistência à corrosão em meios básicos. Nesta classe de materiais, encontram-se os concretos espinelizados in-situ (MgAl2O4), que possui como principal vantagem a capacidade de acomodação de elementos deletérios da escória sem a perda da sua integridade estrutural. No entanto, diversos são os desafios para a otimização deste sistema: (i) o controle da hidratação do MgO, que pode danificar a estrutura do concreto e dificultar diversas etapas de seu processamento, tais como a moldagem e a secagem; (ii) a manutenção da resistência mecânica em temperaturas intermediárias e (iii) o gerenciamento da expansão, decorrente de fases como o espinélio e o CA6. Devido à ausência de uma análise sistêmica e conclusiva na literatura sobre estes aspectos, a avaliação das matérias-primas e suas combinações para esta classe de concretos foi efetuada tomando como diretrizes os tópicos acima mencionados. Quanto à hidratação da magnésia, foram obtidos avanços quanto ao modo de controle de tal fenômeno, por meio da correta dispersão e empacotamento de partículas. Este cuidado com as formulações também resultou em propriedades mecânicas adequadas em temperaturas intermediárias, evitando-se problemas de trincamentos durante a pré-queima do material. Com relação à formação de fases expansivas em temperaturas elevadas, todas as variáveis estudadas (teor de cimento, tipo de ligante, fonte de magnésia, teor de microssílica e tipo de agregado) influenciaram de modo relevante na estabilidade volumétrica dos concretos alumina-magnésia, propiciando diversas alternativas para o controle da expansão por meio da engenharia de microestrutura destes materiais e contribuindo para o avanço científico e tecnológico no assunto.The increasing steelmaking production level in association with the steel quality requirements led to the use of high performance materials. In this context, the use of refractory castables increased, due to their production and application versatilities. Magnesia is one of the most important refractory raw material, as it presents a high refractoriness and corrosion resistance to basic slags. Due to their ability to accommodate slags elements without loosing structural integrity, in-situ spinel castables (MgAl2O4) are commonly used for steel ladle lining. Nevertheless, there are many simultaneous challenges for this system optimization: (i) the MgO hydration can spoil the castable structure and result in processing problems, on shaping and drying; (ii) the intermediate temperatures mechanical strength level should be kept at suitable values and (iii) the expansion, as a consequence of spinel and CA6 formation, must be under control. Due to the lack of a systemic and conclusive analysis related to these aspects, the evaluation of these castables raw materials and their association was carried out in this work, based on the requirements pointed out above. Concerning magnesia hydration, advances were attained by the correct dispersion and particles packing. The compositions designed also resulted in suitable mechanical properties at intermediate temperatures, inhibiting cracking problems during the materials pre-heating stage. Regarding the expansive phases formation at high temperatures, all evaluated variables (cement content, binder system, magnesia source, microsilica content and aggregates nature) affected in a significant way the alumina-magnesia castables stability, providing several routes for the expansion control by the microstructural engineering of these materials. The results attained helped the scientific and technological advances in this subject