Introdução
Os refratários são essenciais para processos de alta temperatura, pois protegem os equipamentos usados em engenharia de aço, vidro, cerâmica, cimento, química e energia contra temperaturas extremas, substâncias agressivas e EstresseA tensão é definida como um nível de força aplicado a uma amostra com uma seção transversal bem definida. (Tensão = força/área). As amostras com seção transversal circular ou retangular podem ser comprimidas ou esticadas. Materiais elásticos, como a borracha, podem ser esticados até 5 a 10 vezes seu comprimento original.estresse mecânico. Eles são usados, por exemplo, como revestimentos em fornos, reatores e tanques de Temperaturas e entalpias de fusãoA entalpia de fusão de uma substância, também conhecida como calor latente, é uma medida da entrada de energia, normalmente calor, necessária para converter uma substância do estado sólido para o líquido. O ponto de fusão de uma substância é a temperatura na qual ela muda de estado, passando do sólido (cristalino) para o líquido (fusão isotrópica). fusão. Uma propriedade importante do material nesse contexto é a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica. Ela determina significativamente a quantidade de calor que é transferida para o ambiente, influenciando diretamente a eficiência energética do processo. Além disso, a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica tem um efeito significativo sobre as tensões térmicas e, consequentemente, sobre a vida útil dos materiais.
Os refratários são materiais não homogêneos que consistem em uma matriz com partículas incorporadas. Ao determinar as propriedades termofísicas, como a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica, aplica-se o seguinte: Quanto maior a amostra, mais representativa ela é.
A determinação da Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica de materiais refratários representa um desafio para muitos sistemas de medição. Isso se deve a dois fatores: as temperaturas relativamente altas, geralmente superiores a 1.000 °C, e a falta de homogeneidade dos materiais.
Método e condições de medição
O LFA 707 StratoFlash®Classic pode analisar amostras com um diâmetro de até 25,4 mm, mesmo em altas temperaturas. O método LFA determina principalmente a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica (α) e, juntamente com a DensidadeA densidade de massa é definida como a relação entre massa e volume. densidade (ρ) e a capacidade de calor específica (Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade térmica específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.cp), a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica (λ) é calculada usando a seguinte fórmula:
No método LFA, a superfície frontal de uma amostra é aquecida usando um pulso curto de energia de um laser. O aumento de temperatura na parte de trás da amostra é então detectado por um detector de infravermelho (IR). Em seguida, modelos matemáticos são usados para calcular a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica com base nesse aumento de temperatura.
A capacidade de calor específica também pode ser determinada quando a amostra é analisada juntamente com uma amostra de referência. O método mais comum para determinar a capacidade térmica específica em altas temperaturas é a calorimetria de varredura diferencial (DSC). Entretanto, as amostras típicas, com diâmetro de 5 mm e espessura de 1 mm, não são representativas dos refratários.
Usando as amostras large do LFA 707 StratoFlash®Classic , com diâmetros de 25,4 mm, é possível determinar não apenas a Difusividade térmicaA difusividade térmica (a com a unidade mm2/s) é uma propriedade específica do material para caracterizar a condução de calor instável. Esse valor descreve a rapidez com que um material reage a uma mudança de temperatura.difusividade térmica, mas também a capacidade de calor específica em uma amostra representativa usando o método comparativo de acordo com a norma ASTM E 1461.
As condições de medição estão detalhadas na tabela 1.
Tabela 1: Condições de medição
| Material | 2 materiais refratários em uma base de MgO e Al2O2(espessura: aprox. 3 mm) |
| Suporte de amostra | Ø 25,4 mm, grafite |
| Programa de temperatura | RT - 1400°C com 2 aquecimentos |
| Tamanho da amostra | Correspondente ao material, uma amostra com Ø 25,4 mm e espessura de ~3 mm, faces planas paralelas |
| Revestimento | Grafite |
| Referência para Capacidade térmica específica (cp)A capacidade térmica é uma quantidade física específica do material, determinada pela quantidade de calor fornecida à amostra, dividida pelo aumento de temperatura resultante. A capacidade térmica específica está relacionada a uma unidade de massa do corpo de prova.cp | Grafite POCO |
| Atmosfera | Ar |
| Taxa de aquecimento | variável até 20 K/min |
| Energia | 600 V; 600 μs |
Resultados e discussão
A Figura 1 mostra a capacidade térmica específica de dois materiais refratários (à base de MgO e Al2O3) em temperaturas que variam de temperatura ambiente a 1400°C. Como esperado, a capacidade térmica específica aumenta com o aumento da temperatura. Não há diferença significativa aparente entre o primeiro e o segundo ciclos de aquecimento (dentro de ±5%). Isso destaca a estabilidade química da amostra (sem Reação de decomposiçãoUma reação de decomposição é uma reação induzida termicamente de um composto químico que forma produtos sólidos e/ou gasosos. decomposição e/ou liberação de gases em toda a faixa de temperatura).
A Figura 2 mostra a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica dos dois materiais, calculada usando a fórmula mencionada anteriormente. Em contraste com a capacidade térmica específica, são evidentes as diferenças entre o primeiro e o segundo ciclos de aquecimento. Essas diferenças provavelmente se devem a mudanças estruturais na amostra (por exemplo, Transições de faseO termo transição de fase (ou mudança de fase) é mais comumente usado para descrever transições entre os estados sólido, líquido e gasoso.transições de fase sólido-sólido e/ou formação de microfissuras).
Resumo
O LFA 707 StratoFlash®Classic é ideal para determinar a Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica de materiais não homogêneos, como materiais refratários, devido à sua faixa de temperatura de até 1600 °C e à sua capacidade de acomodar amostras large com diâmetro de até 25,4 mm. O dispositivo também pode determinar de forma representativa a capacidade de calor específica. A Condutividade térmicaA condutividade térmica (λ com a unidade W/(m-K)) descreve o transporte de energia - na forma de calor - por um corpo de massa como resultado de um gradiente de temperatura (veja a fig. 1). De acordo com a segunda lei da termodinâmica, o calor sempre flui na direção da temperatura mais baixa.condutividade térmica resultante é essencial para o projeto e o dimensionamento de equipamentos para processos de alta temperatura.