Microstructural characterization of corroded MgO-based refractory materials

Abstract

öz Bu çalışmada, kullanılmış ve kullanılmamış manyezit-krom (MgO + MgO-Cr2O3) ve manyezit-spinel (MgO + MgO-Al2O3) refrakter tuğlaların mikroyapıları karakterize edilmiştir. Çalışmanın amacı birbirinin yerini tutabilecek farklı ürünlerin mukayesesini yapmak ve refrakter aşınmalarını en aza indirgemek için yapılması gereken çalışmalara ışık tutmaktır. Biribirinden farklı çeşitli fazların mikroyapıdaki dağılım biçimleri nihayi korozyon davranışını belirleyen esas etkendir. Bu fazların özelliklerini tanımlamak amacıyla mikroyapısal analizler uygulanmıştır. Korozif tepkimelerin izlediği yolların anlaşılması amacıyla çimento döner firınında aşınmaya uğramış tuğlalar optik mikroskop, enerji yayınımlı microanaliz sistemine bağlı taramalı electron mikroskobu ve X-ışını kırınımı cihazlarıyla incelenmiştir. Kromit içeren ithal tuğlalarda demirce zengin halkalı yapıda kromit kristalitlerine rastlanırken, yerli tuğlalarda böyle bir özelliğe rastlanamamıştır. Demirce zengin bu halkalı yapılar SEM- EDS yardımıyla incelendiğinde Fe+2 ve Mg+2 çapraz yayınımının bunların oluşumuna sebebiyet verdiği ortaya çıkmıştır. Manyezit-spinel tuğlaların mikroyapılarında bağlayıcı faz olarak yer alan ve düşük erime sıcaklığına sahip olma özelliğiyle servis performansını tehdit eden kalsiyum aluminatlara rastlanmıştır. Klinker eriyiğinin, bir manyezit-krom tuğlası içine nüfuz edebilme derinliği üzerinde zaman (0.5-2.0 saat), sıcaklık (1500-1550°C) ve klinker kimyasının (ağ. %40-60 demir cevheri ilavesi) etkilerini incelemek amacıyla istatistiksel olarak tasarlanan bir dizi deney yürütülmüştür. Bu deneyler göstermektedir ki, ham karışımdaki demir oranının artırılması ve bunun artan ortam sıcaklığıyla etkileşimi aşınmada belirgin rol oynamaktadır. En yüksek sıcaklık ve demir ilavesi değerlerinde aşınma derinliği 1200 mikrona kadar ulaşmaktadır. Çimento döner fırınlarında belirli bir süre hizmet vermiş ve aşınmaya uğramış tuğlaların mikroanalizi göstermektedir ki alkali saldırısı ve sürünme, tuğla için başlıca aşındırma mekanizmalarıdır. EDS incelemelerinde çinko ve vanadium gibi elementlerin kalıntılarına rastlanmasının da atık yakıt ve/veya uzun fırın duruşlarından sonra tavlama için gerekli alevin oluşturulmasını sağlayan sıvı yakıt kullanımından kaynaklandığı düşünülebilir.

ABSTRACT Microstructures of unused and used magnesia-chromite (MgO + MgOCr203) and magnesia-spinel (MgO + MgO AI2O3) refractory bricks were characterized. The purpose was to compare different products for evaluation as replacement bricks, and to minimize refractory wear. The way in which the different phases are assembled in the microstructure significantly determines the resulting corrosion behavior. Microstructural analyses were performed to identify these phase composures. Industrially worn bricks were examined by optical reflected light microscope, electron microscope (SEM) coupled with energy dispersive X-Ray microanalysis system (EDS) and X-Ray diffraction (XRD) to understand the corrosive reaction paths. In some of the chromite containing bricks iron-rich rims were observed, while the domestic brick had no such feature. These iron-rich rims were examined using SEM-EDS. It was found that the counter-diffusion of Fe+2 and Mg+2 were responsible for their formation. Magnesia- spinel bricks contain low melting calcium aluminates as bond phases in the microstructure, forming a threat to service performance. A statistically designed set of experiments was conducted to investigate the effects of time (0.5-2.0 hours), temperature (1500-1550°C) and clinker chemistry (40-60 wt.% iron ore addition) on the depth of penetration of clinker melt into a magnesia-chromite brick. These experiments indicated that the addition of iron and its interaction with temperature factor are significant. At the highest temperatures and iron ore addition quantities the corrosion depth reaches up to 1200 um. Postmortem microanalysis of industrially used bricks revealed alkali attack in addition to creep as main destruction mechanisms for brick. Traces of elements like zinc and vanadium were observed and thought to originate from the use of waste derived fuels or fuel oil firing for obtaining the main flame after long kiln shutdowns. IV