Müllit-spinel tabanlı refrakterlere alümina silika ilavesinin refrakterlik ve mekanik özelliklerine etkisi

Abstract

Refrakterler, yüksek sıcaklık işlemlerinin gerçekleştiği fırın sistemlerinin iç astarlarını oluşturan ve bu sayede metal astarın dayanamayacağı sıcaklıklarda üretimin gerçekleşebilmesini sağlayan ekonomik endüstriyel malzemelerdir. Refrakter malzemelerin performansını arttırmak ve kullanılan proseslerde refrakter malzeme kaynaklı duruşları minimuma indirmek için refrakter malzemeler üzerinde pek çok ürün geliştirme ve yeni ürün çalışmaları yapılmıştır. 20. yy. sonlarına doğru Japonlar tarafından geliştirilen magnezya spinel refrakterler, başta çimento döner fırınlarında olmak üzere yaygın olarak kullanılmaktadır. Müllit; yüksek mukavemetli, düşük termal iletkenliğe sahip, gözenekli, hacim kararlılığı ve yüksek sıcaklıklarda akışkanlara direnci ile dikkat çekmektedir. Spinel ise termal genleşmeyi karşılama, çatlak gelişimine karşı durma açısından yüksek performans gösterdiği bilinmektedir. Bu çalışmada müllit ve spinel tabanlı refrakterlere; alümina ve silika ilavesinin farklı sinterleme sıcaklıklarına bağlı olarak mikro yapısal ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Bu özellikler; gözeneklilik, yoğunluk, su emme, basma mukavemeti, kristal faz oluşumu (XRD) ve mikro yapısal analiz (SEM) ile belirlenerek refrakter malzeme özelliklerine etkileri araştırılmıştır. Sonuç olarak spinel müllit karışımlarının yüksek sıcaklıkta kullanımı için ortalama 1300 °C ve 1400 °C 'nin üst limit olabileceği yönünde değerlendirme yapılmıştır.

Refractories are economical and industrial materials that form the inner liner of the kilns in which high temperature processes take place and thus they make producing ceramics or molten metals possible in higher temperatures that inner liner can't tolerate. Many new product and product development studies have been done on refractories to improve their performance and to minimize the problems originating from them. In late 20th century, Magnesia spinel refractories formed by Japanese, especially in cement rotary kilns, are used widely. Mullite takes attention with its high strength, low thermal conductivity, porous volume stability and resistance to fluids in high temperatures. Spinel is known with its high performance in supplying the thermal expansion and resisting to crack formation. In this work, depending on various sintering temperatures, the microstructural and mechanical properties of the addition the alumina and silica to the mullite and spinel based refractories has been analyzed. The effects of these features to the refractory material have been searched by qualified with the porosity, density, water-absorption, compression strength, crystalline phase development (XRD) and microstructural analysis (SEM). The final decision was that of an average of 1300°C and 1400°C can be the upper limit for high temperature use of spinel mullite mixtures.