Concretos refratários flexíveis baseados no sistema alumina-magnésia-titânia

dc.contributor.advisor-co1Borges, Otávio Henrique
dc.contributor.advisor-co1Latteshttps://lattes.cnpq.br/3641422282209414
dc.contributor.advisor-co1orcidhttps://orcid.org/0000-0001-6780-4159
dc.contributor.advisor1Pandolfelli, Victor Carlos
dc.contributor.advisor1Latteshttps://lattes.cnpq.br/7369376873984839
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0002-1711-9804
dc.contributor.authorPagliarini, Bruno Reitmann
dc.contributor.authorlatteshttps://lattes.cnpq.br/5497829455137850
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0000-0002-0679-7781
dc.contributor.refereePandolfelli, Victor Carlos
dc.contributor.refereeCoury, Francisco Gil
dc.contributor.refereePagliosa Neto, Carlos
dc.contributor.refereeLatteshttps://lattes.cnpq.br/7369376873984839
dc.contributor.refereeLatteshttps://lattes.cnpq.br/8609825406277730
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0002-1711-9804
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0002-0457-2087
dc.date.accessioned2026-03-04T21:12:08Z
dc.date.issued2026-02-27
dc.description.abstractRefractory castables are essential components for industries, such as the steel and cement sectors, which are often subject to failure due to cyclic thermomechanical variations. To extend the service life of these linings, research has sought the development of flexible refractories, which make use of microstructural control to dissipate stress without affecting the overall integrity of the structure. In this context, the Al2O3–MgO–TiO2 (AMT) system emerges as a promising system for such a purpose, given that it presents phases such as spinels (MgAl2O4 and Mg2TiO4) and pseudobrookites (Al2TiO5 and MgTi2O5) with high potential for structural toughening. The central objective of this dissertation was to develop and optimize refractory castable compositions with superior flexibility based on this system. This study correlated computational thermodynamics and advanced experimental characterization results to identify oxide ratios that would maximize microcrack-induced toughening while preserving system stability. The results confirmed that the in-situ formation of complex pseudobrookite is the primary responsible for flexibility, generating a network of microcracks due to its high thermal expansion anisotropy, observing that the addition of titania up to a 50M-50T ratio resulted in a high level of microcracking, but above this threshold it caused a loss of structural cohesion. The 80M-20T ratio was the one that best balanced the effects of densification with controlled microcrack formation, resulting in high mechanical integrity and high resistance to thermal shock damage. This dissertation confirms that flexibility in alumina refractories can be engineered through controlled microcracking, using titania content as a strategy to extend the material’s service life. This work consolidates the AMT system as a versatile base for the high-temperature industry and highlighting the importance of integrating thermodynamic calculations with experimental characterization in the development of advanced materials.eng
dc.description.resumoOs concretos refratários são componentes essenciais em indústrias de base, como a siderurgia e setor cimenteiro, que estão muitas vezes submetidos a falha devido a variações termomecânicas cíclicas. Para estender a vida útil desses revestimentos, tem-se buscado o desenvolvimento de refratários flexíveis, que utilizam o controle microestrutural para dissipar tensões sem comprometer a integridade global da estrutura. Neste contexto, o sistema Al2O3–MgO–TiO2 (AMT) surge como um promissor sistema para tal finalidade, visto apresentar fases como espinélios (MgAl2O4 e Mg2TiO4) e pseudobrookitas (Al2TiO5 e MgTi2O5) de alto potencial de tenacificação estrutural. O objetivo central desta dissertação foi desenvolver e otimizar composições de concretos refratários com superior flexibilidade baseados neste sistema. O estudo correlacionou termodinâmica computacional e resultados experimentais de caracterização avançada para identificar proporções de óxidos que maximizassem a tenacificação por microtrincamento, preservando a estabilidade do sistema. Os resultados confirmaram que a formação in situ de pseudobrookita complexa é a principal responsável pela da flexibilidade, gerando uma rede de microtrincas devido à sua elevada anisotropia de expansão térmica. A adição de titânia até uma razão 50M-50T resultou em alto nível de microtrincamento, mas acima deste valor causou perda de coesão estrutural. A proporção 80M-20T foi a que melhor equilibrou os efeitos da densificação com a formação controlada de microtrincas, resultando em alta integridade mecânica e elevada resistência ao dano por choque térmico. Esta dissertação confirma que a flexibilidade em refratários de alumina pode ser projetada por meio do microtrincamento controlado, utilizando o teor de titânia como estratégia para ampliar a vida útil do material. O trabalho consolida o sistema AMT como uma base versátil para a indústria de alta temperatura, destacando a importância de integrar cálculos termodinâmicos à caracterização experimental no desenvolvimento de materiais avançados.
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.description.sponsorshipId88887.952477/2024-00
dc.identifier.citationPAGLIARINI, Bruno Reitmann. Concretos refratários flexíveis baseados no sistema alumina-magnésia-titânia. 2026. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2026. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23721.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/23721
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
dc.relation.urihttps://doi.org/10.1016/j.ceramint.2026.02.335
dc.relation.urihttps://doi.org/10.1016/j.ceramint.2025.02.251
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectTenacificação
dc.subjectTitânia
dc.subjectSimulação termodinâmica
dc.subjectPseudobrookita
dc.subjectMicrotrincamento
dc.subjectTougheningeng
dc.subjectTitaniaeng
dc.subjectThermodynamic simulationeng
dc.subjectPseudobrookiteeng
dc.subjectMicrocrackingeng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
dc.subject.ods9. Indústria, Inovação e Infraestrutura
dc.subject.ods12. Consumo e Produção Responsáveis
dc.titleConcretos refratários flexíveis baseados no sistema alumina-magnésia-titânia
dc.title.alternativeFlexible refractory castables based on the alumina-magnesia-titania systemeng
dc.typeDissertação

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