Reduction of Chromium from Al(2)O(3)-CaO-SiO(2)-CrOx Slags by Carbon Dissolved in Liquid Iron

The goal of this work is to investigate the reduction of chromium from a quaternary slag by carbon dissolved in liquid steel. Laboratory scale experiments were conducted to study the reduction of chromium oxides in the slag by carbon dissolved in the melt. These experiments were made under different conditions of slag basicity and amount of added carbon. Thermodynamic calculations based on Double Sublattice model were applied using the commercial software Thermo-Calc, with the IRSID database. The results obtained showed good correlation with practical and calculated results, making it possible to predict equilibrium conditions of the system and to determine the activities of chromium oxides in the slag.

Efeito da temperatura de revenimento sobre o grau de sensitização e resistência à corrosão por pite de aços inoxidáveis supermartensíticos contendo 13% Cr, 5% Ni, com e sem adições de Nb e Mo.

O desenvolvimento dos aços inoxidáveis Super-Martensíticos (SM) nasce da necessidade de implementar novas tecnologias, mais econômicas e amigáveis ao meio ambiente. Os aços inoxidáveis SM são uma derivação dos aços inoxidáveis martensíticos convencionais, diferenciando-se basicamente no menor teor de carbono, na adição de Ni e Mo. Foram desenvolvidos como uma alternativa para aços inoxidáveis duplex no uso de dutos para a extração de petróleo offshore em meados dos anos 90. Para que esses aços apresentem as propriedades mecânicas de resistência à tração e tenacidade é necessário que sejam realizados tratamentos de austenitização, seguido de têmpera, e de revenimento, onde, particularmente para este último, há várias opções de tempos e temperaturas. Como os tratamentos térmicos geram as propriedades mecânicas através de transformações de fase (precipitação) podem ocorrer alterações da resistência à corrosão. São conhecidos os efeitos benéficos da adição de Nb em aços inoxidáveis tradicionais. Por isso, o objetivo desta pesquisa foi estudar aços inoxidáveis SM contendo Nb. Foi pesquisada a influência da temperatura de revenimento sobre a resistência à corrosão de três aços inoxidáveis SM, os quais contêm 13% Cr, 5% Ni, 1% a 2% Mo, com e sem adições de Nb. No presente trabalho, foram denominados de SM2MoNb, SM2Mo e SM1MoNb, que representam aços com 2% Mo, 1% Mo e 0,11% Nb. Dado que os principais tipos de corrosão para aços inoxidáveis são a corrosão por pite (por cloreto) e a corrosão intergranular (sensitização), optou-se por determinar os Potenciais de Pite (Ep) e os Graus de Sensitização (GS) em função da temperatura de revenimento. Os aços passaram por recozimento a 1050°C por 48 horas, para eliminação de fase ferrita delta. Em seguida foram tratados a 1050 °C por 30 minutos, com resfriamento ao ar, para uniformização do tamanho de grão. A estrutura martensítica obtida recebeu tratamentos de revenimento em temperaturas de: 550 °C, 575 °C, 600 °C, 625 °C, 650 °C e 700 °C, por 2 horas. O GS foi medido através da técnica de reativação eletroquímica potenciodinâmica na versão ciclo duplo (DL-EPR), utilizando-se eletrólito de 1M H2SO4 + 0,01M KSCN. Para determinar o Ep foram realizados ensaios de polarização potenciodinâmica em 0,6M NaCl. Os resultados obtidos foram discutidos através das variações microestruturais encontradas. Foram empregadas técnicas de microscopia ótica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), simulação termodinâmica de fases através do programa Thermo-Calc e determinação de austenita revertida mediante difração de raios X (DRX) e ferritoscópio. A quantificação da austenita por DRX identificou que a partir de 600 °C há formação desta fase, apresentando máximo em 650 °C, e novamente diminuindo para zero a 700 °C. Por sua vez, o método do ferritoscópio detectou austenita nas condições em que a analise de DRX indicou valor nulo, sendo as mais críticas a do material temperado (sem revenimento) e do aço revenido a 700 °C. Propõe-se que tais diferenças entre os dois métodos se deve à morfologia fina da austenia retida, a qual deve estar localizada entre as agulhas de martensita. Os resultados foram discutidos em termos da precipitação de Cr23C6, Mo6C, NbC, fase Chi, austenita e ferrita, bem como das consequências do empobrecimento em Cr e Mo, gerados por tais microconstituintes. São propostos três mecanismos para explicar a sensitização: o primeiro é devido a precipitação de Cr23C6, o segundo a precipitação de fase Chi (rica em Cr e Mo) e o terceiro é devido a formação de ferrita durante o revenimento. O melhor desempenho quanto ao GS foi obtido para os revenimentos a 575 °C e 600°C, por 2 horas. Os resultados de Ep indicaram que o aço SM2MoNb, revenido a 575°C, tem o melhor desempenho quanto à resistência à corrosão por cloreto. Isso associado ao baixo GS coloca este aço, com este tratamento térmico, numa posição de destaque para aplicações onde a resistência à corrosão é um critério de seleção de material, uma vez que, segundo a literatura a temperatura de 575 °C está no intervalo de temperaturas de revenimento onde são obtidas as melhores propriedades mecânicas.

Estudo da substituição da fluorita por alumina ou sodalita e de cal por resíduo de mármore em escórias sintéticas dessulfurantes.

A siderurgia vem sofrendo transformações que buscam inovação e matérias-primas alternativas. Dentro deste contexto, o uso de resíduos industriais para a formação de escórias sintéticas é tido como alternativa na busca de novos materiais e rotas de reaproveitamento de resíduos. Portanto, este trabalho teve como objetivo estudar o uso de escórias sintéticas na etapa de dessulfuração do ferro-gusa, aço e ferro fundido. Assim como, propor a utilização da sodalita e da alumina em substituição à fluorita e o resíduo de mármore em substituição à cal convencional. Inicialmente, o resíduo foi caracterizado utilizando as seguintes técnicas: análise química, análise granulométrica, área de superfície específica, difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise de espectroscopia por energia dispersiva (EDS). Os resultados da caracterização mostraram que aproximadamente 90% das partículas do resíduo de mármore estão abaixo de 100m e sua área superficial foi de 0,24m²/g. Através da difração de raios-X foi observado que o resíduo é composto por CaCO3, MgCO3 e SiO2. Na sequência, foram feitas simulações com o software Thermo-Calc para obter dados termodinâmicos das fases presentes nas misturas e compará-los com os resultados experimentais. Além disso, também foram calculados dados de capacidade de sulfeto (Cs), partição de enxofre (Ls) e basicidade ótica () das misturas iniciais. Posteriormente, foram realizados os ensaios experimentais em escala laboratorial para ferro-gusa, ferro fundido e aço, respectivamente nas temperaturas de 1400°C, 1550°C e 1600°C. Nos ensaios de dessulfuração do aço e do ferro-gusa, utilizou-se um rotor de alumina com o objetivo de favorecer a agitação no metal e aumentar a remoção de enxofre. Na etapa de dessulfuração do ferro-gusa, constatou-se que a fase sólida de CaO é a responsável pela remoção de enxofre e que a presença das fases silicato tricálcio e aluminato tricálcio (3CaO.SiO2 e 3CaO.Al2O3) limitam a reação, sendo maiores suas concentrações nas escórias que utilizaram o resíduo de mármore e sodalita, devido a presença de SiO2 e Al2O3 nestas matérias-primas. Já para o aço e o ferro fundido, que foram estudados com escórias à base de CaO e Al2O3, observou-se que o aumento da fase líquida favoreceu a dessulfuração. Verificou-se que a dessulfuração no ferro fundido foi por escória de topo e no aço por um processo misto, onde a fase líquida e fase sólida participaram da dessulfuração.

Utilização de resíduo de mármore e de óxido de boro em escórias sintéticas dessulfurantes para aços.

O mercado atual exige das indústrias siderúrgicas aços de melhor qualidade produzidos por meio de processos que causem menor impacto ao meio ambiente. Dessa forma, este trabalho teve como objetivo reciclar o resíduo de mármore gerado na indústria de rochas ornamentais, que possui em sua composição óxido de cálcio (CaO) e óxido de magnésio (MgO). O CaO é suficiente para substituir a cal nas escórias e o MgO contribui para a diminuição do desgaste dos refratários, através do emprego do resíduo no processo produtivo do aço. Além disso, foi realizada a substituição da fluorita por óxido de boro como fluxante na composição de misturas dessulfurantes. O resíduo de mármore foi caracterizado utilizando as seguintes técnicas: análise química via EDXFR, análise granulométrica via espalhamento de luz, área de superfície específica pelo método BET, difração de raios-X, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise de micro-regiões por EDS. Visando verificar a eficiência na dessulfuração, foram formuladas misturas sintéticas utilizando a cal convencional ou resíduo de mármore, e a fluorita ou o óxido de boro. As misturas foram formuladas com o auxílio dos programas de termodinâmica computacional, Thermo-Calc e FactSage. Estas misturas foram adicionadas no aço fundido a temperatura de 1600°C sob atmosfera de argônio e agitadas por meio de um rotor de alumina. Amostras de metal foram retiradas para verificar a variação do teor de enxofre durante o experimento. O resíduo de mármore caracterizado, apresentou em sua composição 40% de CaO e 14% de MgO, na forma dos carbonatos CaCO3 e MgCO3. Obteve uma perda de massa de 42,1%, na forma de CO2 a temperatura de 780°C. Os experimentos mostraram que, as misturas testadas apresentaram, na maioria dos casos, eficiência de dessulfuração acima de 60%.

Thermo-optical characteristics and concentration quenching effects in Nd(3+)doped yttrium calcium borate glasses

In this work we present a comprehensive study of the spectroscopic and thermo-optical properties of a set of samples with composition xNd(2)O(3)-(5-x)Y(2)O(3-)40CaO-55B(2)O(3) (0 <= x <= 1.0 mol%). Their fluorescence quantum efficiency (eta) values were determined using the thermal lens technique and the dependence on the ionic concentration was analyzed in terms of energy transfer processes, based on the Forster-Dexter model of multipolar ion-ion interactions. A maximum eta = 0.54 was found to be substantially higher than for yttrium aluminoborate crystals and glasses with comparable Nd(3+) content. As for the thermo-optical properties of yttrium calcium borate, they are comparable to other well-known laser glasses. The obtained energy transfer microparameters and the weak dependence of. on the Nd(3+) concentration with a high optimum Nd(3+) concentration put this system as a strong candidate for photonics applications. (C) 2011 American Institute of Physics. [doi:10.1063/1.3567091]

Luminescent and thermo-optical properties of Nd(3+)-doped yttrium aluminoborate laser glasses

In this work we performed a thorough spectroscopic and thermo-optical investigation of yttrium aluminoborate glasses doped with neodymium ions. A set of samples, prepared by the conventional melt-quenching technique and with Nd(2)O(3) concentrations varying from 0.1 to 0.75 mol %, were characterized by ground state absorption, photoluminescence, excited state lifetime measurements, and thermal lens technique. For the neodymium emission at 1064 nm ((4)F(3/2) -> (4)I(11/2) transition), no significant luminescence concentration quenching was observed and the experimental lifetime values ranged around 70 mu s. The obtained values of thermal conductivity and diffusivity of approximately 10.3 x 10(-3) W / cm K and 4.0 x 10(-3) cm(2) / s, respectively, are comparable to those of commercial laser glasses. Moreover, the fluorescence quantum efficiency of the glasses, calculated using the Judd-Ofelt formalism and luminescence decay, lies in the range from 0.28 to 0.32, larger than the typical values obtained for Nd(3+) doped YAl(3)(BO(3))(4) crystals. (c) 2009 American Institute of Physics. [DOI: 10.1063/1.3176503]

Thermal lens and interferometric method for glass transition and thermo physical properties measurements in Nd(2)O(3) doped sodium zincborate glass

In this work the time resolved thermal lens method is combined with interferometric technique, the thermal relaxation calorimetry, photoluminescence and lifetime measurements to determine the thermo physical properties of Nd(2)O(3) doped sodium zincborate glass as a function of temperature up to the glass transition region. Thermal diffusivity, thermal conductivity, fluorescence quantum efficiency, linear thermal expansion coefficient and thermal coefficient of electronic polarizability were determined. In conclusion, the results showed the ability of thermal lens and interferometric methods to perform measurements very close to the phase transition region. These techniques provide absolute values for the measured physical quantities and are advantageous when low scan rates are required. (c) 2008 Optical Society of America

Microstructuration induced differences in the thermo-optical and luminescence properties of Nd:YAG fine grain ceramics and crystals

The temperature and compositional dependences of thermo- optical properties of neodymium doped yttrium aluminum garnet (YAG) crystals and fine grain ceramics have been systematically investigated by means of time- resolved thermal lens spectrometry. We have found that Nd:YAG ceramics show a reduced thermal diffusivity compared to Nd:YAG single crystals in the complete temperature range investigated (80-300 K). The analysis of the time- resolved luminescent properties of Nd(3+) has revealed that the reduction in the phonon mean free path taking place in Nd:YAG ceramics cannot be associated with an increment in the density of lattice defects, indicating that phonon scattering at grain boundaries is the origin of the observed reduction in the thermal diffusivity of Nd: YAG ceramics. Finally, our results showed the ability of the time- resolved thermal lens to determine and optimize the thermo- optical properties of Nd: YAG ceramic based lasers. (C) 2008 American Institute of Physics. [DOI: 10.1063/1.2975335]

Thermo-solvatochromism in binary mixtures of water and ionic liquids: on the relative importance of solvophobic interactions

The thermo-solvatochromism of 2,6-dibromo-4-[(E)-2-(1-methylpyridinium-4-yl)ethenyl] phenolate, MePMBr(2), has been studied in mixtures of water, W, with ionic liquids, ILs, in the temperature range of 10 to 60 degrees C, where feasible. The objectives of the study were to test the applicability of a recently introduced solvation model, and to assess the relative importance of solute-solvent solvophobic interactions. The ILs were 1-allyl-3-alkylimidazolium chlorides, where the alkyl groups are methyl, 1-butyl, and 1-hexyl, respectively. The equilibrium constants for the interaction of W and the ILs were calculated from density data; they were found to be linearly dependent on N(C), the number of carbon atoms of the alkyl group; van't Hoff equation (log K versus 1/T) applied satisfactorily. Plots of the empirical solvent polarities, E(T) (MePMBr(2)) in kcal mol(-1), versus the mole fraction of water in the binary mixture, chi(w), showed non-linear, i.e., non-ideal behavior. The dependence of E(T) (MePMBr(2)) on chi(w), has been conveniently quantified in terms of solvation by W, IL, and the ""complex"" solvent IL-W. The non-ideal behavior is due to preferential solvation by the IL and, more efficiently, by IL-W. The deviation from linearity increases as a function of increasing N(C) of the IL, and is stronger than that observed for solvation of MePMBr(2) by aqueous 1-propanol, a solvent whose lipophilicity is 12.8 to 52.1 times larger than those of the ILs investigated. The dependence on N(C) is attributed to solute-solvent solvophobic interactions, whose relative contribution to solvation are presumably greater than that in mixtures of water and 1-propanol.

A comparison between neodymium doped alumina samples obtained by Pechini and sol-gel methods using thermo-stimulated luminescence and SEM

Neodymium doped and undoped aluminum oxide samples were obtained using two different techniques: Pechini and sol-gel. Fine grained powders were produced using both procedures, which were analyzed using Scanning Electron Microscopy (SEM) and Thermo-Stimulated Luminescence (TSL). Results showed that neodymium ions incorporation is responsible for the creation of two new TSL peaks (125 and 265 degrees C) and, also, for the enhancement of the intrinsic TSL peak at 190 degrees C. An explanation was proposed for these observations. SEM gave the dimensions of the clusters produced by each method, showing that those obtained by Pechini are smaller than the ones produced by sol-gel; it can also explain the higher emission supplied by the first one. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Development and fabrication of an optimized thermo-electro-optic device using a Mach-Zehnder interferometer

The development and fabrication of a thermo-electro-optic sensor using a Mach-Zehnder interferometer and a resistive micro-heater placed in one of the device`s arms is presented. The Mach-Zehnder structure was fabricated on a single crystal silicon substrate using silicon oxynitride and amorphous hydrogenated silicon carbide films to form an anti-resonant reflective optical waveguide. The materials were deposited by Plasma enhanced chemical vapor deposition technique at low temperatures (similar to 320 degrees C). To optimize the heat transfer and increase the device response with current variation, part of the Mach-Zehnder sensor arm was suspended through front-side bulk micromachining of the silicon substrate in a KOH solution. With the temperature variation caused by the micro-heater, the refractive index of the core layer of the optical waveguide changes due to the thermo-optic effect. Since this variation occurs only in one of the Mach-Zehnder`s arm, a phase difference between the arms is produced, leading to electromagnetic interference. In this way, the current applied to the micro-resistor can control the device output optical power. Further, reactive ion etching technique was used in this work to define the device`s geometry, and a study of SF6 based etching rates on different composition of silicon oxynitride films is also presented. (C) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Large amplitude vibration of thermo-electro-mechanically stressed FGM laminated plates

This paper presents a large amplitude vibration analysis of pre-stressed functionally graded material (FGM) laminated plates that are composed of a shear deformable functionally graded layer and two surface-mounted piezoelectric actuator layers. Nonlinear governing equations of motion are derived within the context of Reddy's higher-order shear deformation plate theory to account for transverse shear strain and rotary inertia. Due to the bending and stretching coupling effect, a nonlinear static problem is solved first to determine the initial stress state and pre-vibration deformations of the plate that is subjected to uniform temperature change, in-plane forces and applied actuator voltage. By adding an incremental dynamic state to the pre-vibration state, the differential equations that govern the nonlinear vibration behavior of pre-stressed FGM laminated plates are derived. A semi-analytical method that is based on one-dimensional differential quadrature and Galerkin technique is proposed to predict the large amplitude vibration behavior of the laminated rectangular plates with two opposite clamped edges. Linear vibration frequencies and nonlinear normalized frequencies are presented in both tabular and graphical forms, showing that the normalized frequency of the FGM laminated plate is very sensitive to vibration amplitude, out-of-plane boundary support, temperature change, in-plane compression and the side-to-thickness ratio. The CSCF and CFCF plates even change the inherent hard-spring characteristic to soft-spring behavior at large vibration amplitudes. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

Postbuckling of piezoelectric FGM plates subject to thermo-electro-mechanical loading

In this paper, we examine the postbuckling behavior of functionally graded material FGM rectangular plates that are integrated with surface-bonded piezoelectric actuators and are subjected to the combined action of uniform temperature change, in-plane forces, and constant applied actuator voltage. A Galerkin-differential quadrature iteration algorithm is proposed for solution of the non-linear partial differential governing equations. To account for the transverse shear strains, the Reddy higher-order shear deformation plate theory is employed. The bifurcation-type thermo-mechanical buckling of fully clamped plates, and the postbuckling behavior of plates with more general boundary conditions subject to various thermo-electro-mechanical loads, are discussed in detail. Parametric studies are also undertaken, and show the effects of applied actuator voltage, in-plane forces, volume fraction exponents, temperature change, and the character of boundary conditions on the buckling and postbuckling characteristics of the plates. (C) 2003 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Classificações geomecânicas mineiras para o dimensionamento de maciços rochosos: o aplicativo MGC-RocDesign|Calc

Este trabalho tem como objetivo destacar a importância da utilização de software de geoengenharia no estudo das classificações de maciços rochosos nas engenharias de minas e geotécnica. Esta investigação pretendeu demonstrar a importância das classificações geomecânicas e índices geológico‐geomecânicos, tais como a Rock Mass Rating (RMR), Rock Tunnelling Quality Index (Q‐system), Surface Rock Classification (SRC), Rock Quality Designation (RQD), Geological Strength Index (GSI) and Hydro‐Potential Value (HP). Para esse efeito foi criada e desenvolvida uma calculadora geomecânica – MGC‐RocDesign|CALC: ‘Mining Geomechanics Classification systems for rock engineering design (version beta)’ – para de certa forma tornar mais simples, rápido e preciso o estudo das classificações geomecânicas sem que seja necessário recorrer manualmente às fastidiosas tabelas das classificações. A MGC‐RocDesign|CALC foi criada e desenvolvida no programa de folha de cálculo Microsoft Excel™ em linguagem Visual Basic for Applications© proporcionando o ambiente de carregamento de dados mais apelativos para o utilizador. Foi ainda integrada neste aplicativo a Calculadora Geotech|CalcTools que resulta da fusão das bases de dados ScanGeoData|BGD e SchmidtData|UCS criadas por Fonseca et al. (2010). Toda a informação foi integrada numa base de dados dinâmica associada a uma plataforma cartográfica em Sistemas de Informação Geográfica. Apresenta‐se como caso de estudo um dos trechos subterrâneos do maciço rochoso da antiga mina de volfrâmio das Aveleiras/Tibães (Mosteiro de Tibães, Braga, NW de Portugal). Além disso, apresenta‐se uma proposta de zonamento geomecânico do maciço rochoso da antiga mina das Aveleiras/Tibães com o objetivo de apoiar o dimensionamento de maciços rochosos. Por fim, apresenta‐se uma reflexão em termos de aplicabilidade, das potencialidades e das limitações da Calculadora Geomecânica MGC‐RocDesign|CALC.

Osmo- and thermo-adaptation in hyperthermophilic Archaea: identification of compatible solutes accumulation profiles, and biosynthetic routes in Archaeoglobus spp.

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biochemistry