dc.contributor.author | Oliveira, Thais Mota de | |
dc.date.accessioned | 2022-09-08T13:02:44Z | |
dc.date.available | 2022-09-08T13:02:44Z | |
dc.date.issued | 2022-07-14 | |
dc.identifier.citation | OLIVEIRA, Thais Mota de. Estudo termomecânico da fratura de blocos refratários eletrofundidos aplicados em fornos de fusão de vidro via simulações computacionais. 2022. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16587. | * |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16587 | |
dc.description.abstract | Currently there is a great motivation and need for advances in the understanding
of the best operating conditions of industrial equipment. As far as glass
production is concerned, one action field is the search for increasing the working
life of the refractory lining of glass melting furnaces, directly associated with glass
quality, process energy efficiency, cost and other factors. Electrofused AZS
(Alumina-Zirconia-Silica) refractories are used for the lining of glass melting
furnaces due to their corrosion resistance and mechanical properties. However,
operating conditions can drastically alter the performance of this refractory,
limiting the lifetime of the furnace. Computational simulations have proven to be
a useful tool for analyses where in situ testing of the glass melting process is
difficult and involves certain risk for experiments and validations. In view of this,
the present study aimed to investigate AZS blocks with electrode support, which
present a reduced lifetime due to cracking and intense erosion. With the software
Abaqus, a thermomechanical analysis was carried out via finite element models
(FEM) to determine the maximum principal stress in the block during the heating
of the furnace. Which reached the rupture limit of the AZS block approximately
42 h after the start of furnace heating at 0.13 m from the hot face. Regarding the
process parameters analyzed, the cooling system of the electrode had a positive
effect only for its own life, reducing the oxidation of the material. The study of
different thermal histories still did not prevent the crack initiation during the
heating of the furnace. Changing the hole geometry affected the maximum
principal stress field, and for this condition after 43 h the maximum principal stress
reached the AZS modulus of rupture was 43 h. The critical point at which this
maximum principal stress. In order to study the effects of material change in the
thermomechanical simulations, thermodynamic studies were additionally carried
out via FactSage, with the objective of analyzing the corrosion of different
refractory compositions in contact with glass, to find out a potential composition
to replace AZS. The results showed that zirconia-rich compositions present
higher glass corrosion stability. Finally, a comparative thermomechanical
analysis between AZS and commercial HZ (High Zirconia) was conducted via
thermal and mechanical simulation. | eng |
dc.description.sponsorship | Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) | por |
dc.description.sponsorship | Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) | por |
dc.language.iso | por | por |
dc.publisher | Universidade Federal de São Carlos | por |
dc.rights | Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/ | * |
dc.subject | AZS | por |
dc.subject | Forno fusão de vidro | por |
dc.subject | Termomecânica | por |
dc.subject | Análise em elementos finitos | por |
dc.subject | Glass melting furnace | eng |
dc.subject | Finite element analysis | eng |
dc.subject | Thermomechanics | eng |
dc.title | Estudo termomecânico da fratura de blocos refratários eletrofundidos aplicados em fornos de fusão de vidro via simulações computacionais | por |
dc.title.alternative | Thermomechanical study of the fracture of electrofused refractory blocks applied in glass melting furnaces via computer simulations | eng |
dc.type | Dissertação | por |
dc.contributor.advisor1 | Pandolfelli, Victor Carlos | |
dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/7369376873984839 | por |
dc.contributor.advisor-co1 | Angélico, Ricardo Afonso | |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/4572583709143785 | por |
dc.description.resumo | Atualmente há uma grande motivação e necessidade de avanços no
entendimento das melhores condições de operação de equipamentos industriais.
No que diz respeito a produção de vidro, uma frente de atuação é na busca do
aumento da vida útil do revestimento refratário dos fornos de fusão, associada
diretamente a qualidade do vidro, eficiência energética do processo, custo, entre
outros fatores. Refratários no sistema AZS (Alumina-Zircônia-Sílica)
eletrofundidos são utilizados no revestimento de fornos de fusão de vidros devido
à sua resistência à corrosão e propriedades mecânicas. No entanto, as
condições operacionais podem alterar drasticamente o desempenho deste
refratário, limitando a vida do forno. Simulações computacionais tem se
mostrado uma ferramenta útil para análises onde os testes in situ do processo
de fusão do vidro são difíceis e envolvem certo risco para experimentos e
validações. Diante disso, o presente estudo visou investigar blocos de AZS com
suporte para eletrodo, o qual apresenta uma vida útil reduzida devido ao
surgimento de trincas e intensa erosão. Com o auxílio do software Abaqus, uma
análise termomecânica foi realizada via modelos em elementos finitos (MEF)
para determinar a tensão principal máxima no bloco durante o aquecimento do
forno. A qual atingiu o limite de ruptura do bloco AZS aproximadamente 42 h
após o início do aquecimento do forno a uma distância de 0,13 m da face quente.
Com relação aos parâmetros de processos analisados, o sistema utilizado para
refrigeração do eletrodo teve um efeito positivo somente para a vida útil do
mesmo, reduzindo a oxidação do material. O estudo de diferentes históricos
térmicos ainda não impede o início da trinca durante o aquecimento do forno. A
mudança da geometria do furo afetou o campo de tensão principal máximo,
sendo que para esta condição o tempo em que a tensão máxima principal atingiu
o módulo de ruptura do AZS foi de 43 h. Visando estudar efeitos de mudança do
material nas simulações termomecânicas, adicionalmente foram realizados
estudos termodinâmicos via FactSage, com o objetivo de analisar a corrosão de
diferentes composições refratarias em contato com o vidro, a fim de se ter uma
composição candidata a substituição do AZS. Os resultados mostraram que
composições ricas em zircônia apresentam maior estabilidade a corrosão em
contato com o vidro. Por fim, uma análise termomecânica comparativa entre o
AZS e HZ (Alta Zircônia) comercial foi conduzida via simulação térmica e
mecânica. | por |
dc.publisher.initials | UFSCar | por |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM | por |
dc.subject.cnpq | ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::MATERIAIS NAO METALICOS | por |
dc.description.sponsorshipId | 134275/2019-5 | por |
dc.publisher.address | Câmpus São Carlos | por |
dc.contributor.authorlattes | http://lattes.cnpq.br/8293751899938526 | por |