Kuru söndürme kok fırını oluk sütunlarındaki refrakter hasarının analizi, refrakter malzemelerin bükülme mukavemetini ve termal şok direncini arttırmanın, servis ömrünü uzatmanın etkili bir yolu olduğunu göstermektedir. Mullit silisyum karbür dökülebilir malzemelere çelik fiberlerin eklenmesi, takviye ve tokluk sağlayarak hizmet ömrünü uzatır. Bağlayıcı türü, refrakter dökülebilir malzemelerin yapısı ve performansı açısından çok önemlidir. Bu makale, uygun bağlayıcıyı belirlemek için üç bağlayıcının (saf kalsiyum alüminat çimentosu (Secar 71), silika sol ve alümino-silis jel tozunun- dökülebilir malzemelerin yapısı ve özellikleri üzerindeki etkilerini incelemektedir.
Genel Fiziksel Özellikler
110 derecede kurutulduktan ve 1000 derecede ısıl işlemden sonra, kalsiyum alüminat çimentosu-bağlı numune en düşük görünür gözenekliliğe ve en yüksek yığın yoğunluğuna sahip oldu; bu da çimentonun-bağlı olduğunu gösterirsilisyum karbür dökülebilir malzemelernumune oluşumunu kolaylaştıran en iyi akış özelliklerine sahiptir. Kalsiyum alüminat çimentosu-bağlı numune, 850 derecede önemli bir dehidrasyon yaşadı, bu da görünür gözenekliliğin artmasına ve kütle yoğunluğunun azalmasına neden oldu. Numune 1000 derecede ısıl işlemden sonra sinterlendi ve büzüldü, yoğunluğu arttı.
Farklı bağlayıcılara sahip numunelerin oda sıcaklığındaki eğilme mukavemeti ve basınç mukavemeti, ısıl işlem sıcaklığının artmasıyla arttı. 110 derecede kurutulduktan sonra, kalsiyum alüminat çimentosu ile bağlanan numune 7,5 MPa ile en yüksek bükülme mukavemetine sahipken, alümina-silika jel tozu ile bağlanan numune en düşük mukavemete sahipti. Bu, çimento ve su arasındaki kimyasal reaksiyonun katılaştığını ve sertleştiğini, bunun da refrakter dökülebilir malzemelerin inşaat güvenliğine en elverişli olan en yüksek dayanıma yol açtığını gösterir. 850 derecede ısıl işlemden sonra, üç bağlayıcı içeren numunelerin oda-sıcaklığındaki bükülme mukavemeti önemli ölçüde farklılık göstermedi. Kalsiyum alüminat çimentosu ile bağlanan numune, 53,6 MPa ile en yüksek oda sıcaklığında basınç dayanımına sahipti. 1000 derecede ısıl işlemden sonra, kalsiyum alüminat çimentosu ile bağlanan numune, 14,3 MPa ile en yüksek oda sıcaklığında bükülme mukavemetine sahipken, alümina-silika jel tozu ile bağlanan numune, 70,2 MPa ile en yüksek oda sıcaklığında basınç mukavemetine sahipti. Bu, kalsiyum alüminat çimentosunun hidrasyonuyla üretilen kalsiyum monoalüminat (CA), kalsiyum dialüminat (CA2) ve kalsiyum dodekalüminat (C12A7) fazlarının yüksek bağlanma mukavemetine sahip olduğunu gösterir. Alümino-silika jel tozundaki nano-Al2O3 ve SiO2, dökülebilir silisyum karbürün gücünü artırabilen bir müllit bağlanma fazı oluşturmak üzere reaksiyona girer.
Gözenek Boyutu Dağılımı
1000 derecede ısıl işlem sonrası, kalsiyum alüminat çimentosu (Grup A) ile bağlanan numunelerin ortalama gözenek boyutu 0,23 μm, ortalama çapı ise 0,74 μm idi. Gözenek boyutu dağılımı en yoğun olanıydı (0,01 μm ila 2 μm). Silika solu ile bağlanan numuneler (Grup B), 0,13 μm ile en küçük ortalama gözenek boyutuna, 0,40 μm ortalama çapa ve daha geniş bir gözenek boyutu dağılımına (0,01 μm ila 4 μm) sahipti. Alumino-silika jel tozu (Grup C) ile bağlanan numuneler, 0,77 μm ortalama çapa sahip en büyük ortalama gözenek boyutuna (0,28 μm) sahipti. Gözenek boyutu dağılımı 0,01 μm ila 6 μm arasında değişmiştir ancak gözenek boyutu dağılımı 0,01 ila 1 μm aralığında yoğunlaşmıştır.
Yüksek-Sıcaklık Eğilme Dayanımı
Silika sol-bağlı numune, 13,7 MPa ile en yüksek yüksek sıcaklıkta-esneme mukavemetine sahipti. Çimento-bağlı ve alümina-silika jel tozu-bağlı numuneler, sırasıyla 7,8 MPa ve 8,3 MPa'da daha düşük yüksek-sıcaklık bükülme mukavemetlerine sahipti. Bunun nedeni silika soldaki nano-SiO2'nin numune içinde bir silikon-oksijen ağı oluşturması ve oldukça reaktif olmasıdır. 1000 derecede, aktif -Al2O3 mikro tozuyla kolayca reaksiyona girerek müllit bir ağ oluşturur ve numunenin gücünü artırır. Alümina-silika jel tozu daha az SiO2 içerir, bu nedenle 1000 derecede numunede oluşan müllit ağı silika sol-bağlı numuneninki kadar güçlü değildir, bu da daha düşük yüksek sıcaklıkta bükülme mukavemetiyle sonuçlanır. Kalsiyum alüminat çimentosu, 3CaO×Al2O3 ve 2CaO×Al2O3×SiO2 gibi düşük-erime-noktalı fazlar oluşturmak üzere malzemedeki SiO2 ve Al2O3 ile yüksek sıcaklıklarda kolayca reaksiyona giren belirli bir miktarda CaO içerir. Bu fazlar daha sonra yüksek sıcaklıklarda sıvı hale gelerek numunenin-yüksek sıcaklıktaki bükülme mukavemetini azaltır.
Termal Şok Kararlılığı
Silika sol-bağlı numune, 7,8 MPa'da en yüksek artık bükülme mukavemetini sergiledi. Alümina-silika jel tozuyla bağlanan numune, 5,3 MPa'da en düşük artık bükülme mukavemetini sergiledi. Kalsiyum alüminat çimentosu ile bağlanan numune, hem yüksek artık eğilme mukavemeti hem de bükülme mukavemeti tutma özelliği sergiledi. Kalsiyum alüminat çimentosu-bağlı ve silika sol-bağlı numunelerin üstün termal şok direnci, sırasıyla konsantre gözenek boyutu dağılımına ve silikon-oksijen ağ yapısına bağlı olabilir. Heterojen çok fazlı refrakter malzemelerde fazlar arasındaki termal genleşme katsayılarındaki farklılıklar, termal genleşme uyumsuzluğu sırasında silisyum karbür dökülebilir malzemelerde çok sayıda mikro çatlak oluşmasına neden olur. Bu mikro çatlaklar yalnızca elastik gerinim enerjisini absorbe ederek birincil çatlak büyümesi için itici kuvveti azaltmakla kalmaz, aynı zamanda çatlak ucunda yoğunlaşan gerilimi dağıtarak çatlağın yayılması için gereken enerjiyi dağıtır ve malzemenin termal şok direncini artırır.
Aşınma Direnci
Numuneler üzerinde 1000 derecede sinterleme sonrasında farklı bağlayıcılarla aşınma testleri yapılmıştır. Sonuçlar, alüminat çimentosu-bağlı ve alümino-silika jel tozu-bağlı numunelerin daha az aşınma sergilediğini, alüminat çimentosu-bağlı numunenin 3,75 cm³ ile en düşük aşınmayı gösterdiğini ve koloidal silika-bağlı numunenin 7,58 cm³ ile en yüksek aşınmayı gösterdiğini gösterdi. Agrega ve matristen oluşan heterojen refrakter malzemeler için, erozyon aşınması genellikle ilk önce matrisi ortadan kaldırır ve birincil aşınma hedefi olarak çıkıntılı, izole ada{10}}benzeri parçacıklar bırakır. Bu parçacıklar daha sonra düşerek çatlaklar oluşturur ve çevredeki matrise daha fazla zarar verir. Alüminat çimentosu-bağlı numuneler daha yüksek bir yoğunluk sergileyerek SiO₂ tozu ve çimento hidrat arasında Si-O-Al bağları oluşturdu, bu da sıkı bir matris bağı ve daha iyi aşınma direnci sağladı. Alumino-silika jel tozu-bağlı numunelerde nano-Al₂O₃, SiO₂ ile reaksiyona girerek mullit bir matris oluşturdu ve aşınma direncini arttırdı. Koloidal silika-bağlı numuneler matriste çok sayıda mikro çatlak sergiledi ve bu da onları erozyon aşınmasına karşı daha az dirençli hale getirdi.
Mikroyapısal Analiz
1000 derecede ısıl işlemden sonra, kalsiyum alüminat çimentosu-bağlı numuneler matris ile agrega arasında en sıkı bağı sergiledi ve bu onların daha yüksek yoğunluğuna, mukavemetine ve aşınma direncine katkıda bulundu. Ayrıca matris çok sayıda mikro çatlak içeriyordu ve bu da konsantre gözenek boyutu dağılımı ve mükemmel termal şok direnci sağlıyordu. Silika sol-bağlı numuneler çok sayıda boşluk ve mikro çatlak sergiledi; bu da onların yüksek görünür gözenekliliğine, geniş gözenek boyutu dağılımına ve zayıf aşınma direncine katkıda bulundu. Ayrıca, geniş bir silika-oksijen ağı yapısının varlığı, bunların yüksek- sıcaklıktaki bükülme mukavemetine ve mükemmel termal şok direncine katkıda bulunmuştur. Alümina-silika jel tozu-bağlı numuneler, matristeki geniş sütunlu mullit ağ ile agrega ile matris arasında daha iyi bir bağ sergiledi ve bu da üstün mekanik özellikler ve aşınma direnci sağladı.
