Publicação
Validation of thermomechanical models of refractory masonry in industrial full-scale
| Resumo: | Os revestimentos refratários são utilizados em aplicações industriais que requerem processos de alta temperatura, com o objetivo de fornecer proteção contra ambientes de trabalho extremos. O revestimento de uma panela industrial de transporte de aço frequentemente emprega alvenaria refratária com junta seca para conter o aço fundido e limitar as perdas de calor. Tal revestimento é sujeito a carregamentos termomecânicos consideráveis, principalmente devido à expansão térmica e às suas condições de fronteira. Campanhas experimentais e numéricas são essenciais para investigar o comportamento destes elementos em condições de serviço. Este trabalho estuda o comportamento da alvenaria refratária composta por tijolos de alumina, frequentemente usados em panelas de transporte de aço da indústria siderúrgica. Inicialmente, uma campanha experimental é realizada à temperatura ambiente para avaliar o comportamento ortotrópico do material em condições de compressão, tração e flexão. O comportamento das juntas secas, sendo essencial na avaliação do comportamento destes elementos, é também estudado. Vários ensaios são executados, até 1400 °C, para investigar o comportamento da junta. Os resultados obtidos são posteriormente usados para identificar parâmetros críticos das juntas, com diferentes modelos matemáticos para a interface. Posteriormente, foi desenvolvida uma panela de transporte de aço simplificada, em escala de laboratório, construída com múltiplas camadas refratárias tal como uma panela industrial. Os testes foram realizados sob carga térmica transiente até 1400 °C, incluindo comportamento cíclico. Os resultados confirmaram a importância da seleção dos materiais refratários nas diferentes camadas constituintes da aplicação industrial, de forma a limitar perdas de calor. A heterogeneidade na distribuição das juntas secas e o efeito da espessura das juntas secas também foram medidos com recurso a extensómetros. As medições confirmam o efeito da fluência no revestimento de aço, que mostra uma redução progressiva na deformação a partir de 1200 °C. Os testes realizados mostram uma menor acumulação de deformações devido à grande deformação viscoplástica e aumento da espessura da junta. Este trabalho também discute análise numérica para a simulação dos resultados experimentais. Os resultados numéricos indicam a capacidade da modelação considerada para representar o comportamento termomecânico complexo da alvenaria refratária. |
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| Autores principais: | Gajjar, Pratik Naresh |
| Assunto: | Alvenaria Análise numérica Fluência Junta seca Panela de transporte de aço Temperatura elevada Creep Dry joint High temperature Masonry Numerical analysis Refractory Steel ladle Engenharia e Tecnologia::Engenharia Civil |
| Ano: | 2024 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | Os revestimentos refratários são utilizados em aplicações industriais que requerem processos de alta temperatura, com o objetivo de fornecer proteção contra ambientes de trabalho extremos. O revestimento de uma panela industrial de transporte de aço frequentemente emprega alvenaria refratária com junta seca para conter o aço fundido e limitar as perdas de calor. Tal revestimento é sujeito a carregamentos termomecânicos consideráveis, principalmente devido à expansão térmica e às suas condições de fronteira. Campanhas experimentais e numéricas são essenciais para investigar o comportamento destes elementos em condições de serviço. Este trabalho estuda o comportamento da alvenaria refratária composta por tijolos de alumina, frequentemente usados em panelas de transporte de aço da indústria siderúrgica. Inicialmente, uma campanha experimental é realizada à temperatura ambiente para avaliar o comportamento ortotrópico do material em condições de compressão, tração e flexão. O comportamento das juntas secas, sendo essencial na avaliação do comportamento destes elementos, é também estudado. Vários ensaios são executados, até 1400 °C, para investigar o comportamento da junta. Os resultados obtidos são posteriormente usados para identificar parâmetros críticos das juntas, com diferentes modelos matemáticos para a interface. Posteriormente, foi desenvolvida uma panela de transporte de aço simplificada, em escala de laboratório, construída com múltiplas camadas refratárias tal como uma panela industrial. Os testes foram realizados sob carga térmica transiente até 1400 °C, incluindo comportamento cíclico. Os resultados confirmaram a importância da seleção dos materiais refratários nas diferentes camadas constituintes da aplicação industrial, de forma a limitar perdas de calor. A heterogeneidade na distribuição das juntas secas e o efeito da espessura das juntas secas também foram medidos com recurso a extensómetros. As medições confirmam o efeito da fluência no revestimento de aço, que mostra uma redução progressiva na deformação a partir de 1200 °C. Os testes realizados mostram uma menor acumulação de deformações devido à grande deformação viscoplástica e aumento da espessura da junta. Este trabalho também discute análise numérica para a simulação dos resultados experimentais. Os resultados numéricos indicam a capacidade da modelação considerada para representar o comportamento termomecânico complexo da alvenaria refratária. |
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