Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11527/16565
Title: Sonlu elemanlar yöntemi ile çelik potası refrakter astarının incelenmesi ve geliştirilmesi
Authors: Özgen, Serdar
Yılmaz, Suat
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği
Metallurgical and Materials Engineering
Keywords: Refrakter
Sonlu elemanlar yöntemi
Refractory
Finite element method
Issue Date: 1998
Publisher: Fen Bilimleri Enstitüsü
Institute of Science and Technology
Abstract: Sıvı Çelik Potası Refrakter Astar Sistemi'nin termomekanik davranışlarının, Sonlu Elemanlar Yöntemi (SEY)'nin kullanımı desteğinde incelendiği çalışma, genel olarak iki kısım olarak planlanmıştır. İlk aşama olarak; SEY ile pota astan sisteminin, çalışma şartları içinde -konverterden sıvı çelik dökümü sonrası- termal, mekanik ve termomekanik davranışları simule edilerek incelenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla, bazik esaslı potalarda yaygın kullanımı bulunan magnezit ve magnezit- karbon tuğla ile örülmüş aşınma astarlı sistemin yanı sıra yeni geliştirilmekte olan ve bu malzemelere alternatif olarak sunulan magnezya-alümina-spinel dökme refrakter astar malzemesinin uygunluğunun araştırılması yapılmıştır. Çalışmanın ikinci kısmında ise, SEY çözümlerinin değerlendirmelerine destek olması da düşünülerek; magnezit (MgO), magnezit-karbon (MgO-C) tuğla refrakterler ve magnezya-alümina-spinel (MgO-AI203-spinel ya da MA-spinel) dökülebilir refrakter lerin mekanik, termomekanik ve kimyasal özelliklerinin deneysel olarak araştırıl ması, böylece pota astan uygulamalarındaki performanslarının kıyaslamalı olarak değerlendirilmesi amaçlanmıştır. Çalışmanın konusu olan sıvı çelik potasının; MgO-C/MgO ve MgO-AI203-spinel aşınma astarlı dizaynları olmak üzere iki ayrı SEY modeli hazırlandıktan sonra, ilk olarak yapılan termal analizlerinin sonuçlarına göre; MA-spinel'li astarın MgO- C/MgO'li astara kıyasla daha dik sıcaklık gradyanına sahip olduğu görülmüştür. Böylece, aşınma astan MA-spinel malzemeyle örülen bir pota astar sisteminde potayı en dıştan saran çelik mantonun sıcaklığı, daha düşük seviyelere çekilebilecek ve bununla ısı kayıplarının önüne geçilerek, enerji tasarrufu sağlanabilecektir. Cüruf bölgesinde de aynı sonucun geçerli olmasına karşın, bu bölgede cürufa karşı korozyon direnci bakımından MgO-C refrakterin MA-spinel'e kıyasla daha üstün olduğu deneysel olarak tespit edilmiş, dolayısıyla cüruf bölgesinde tercih edilmesi bakımından avantajlı konuma geçmiştir. Mekanik ve termomekanik özelliklerin belirlenmesine yönelik yapılan SEY analizlerinin sonuçlarına göre; termal genleşme sonucu meydana gelen yer değiştirmelerin, hidrostatik basınç nedeniyle meydana gelen yer değiştirmelerden oldukça fazla olduğu ve dikkate alınması bakımından çok daha önem taşıdığı görülmüştür. Termal gerilme/genleşmelerin cüruf bölgesinin üst kısmında maksimuma ulaştığı belirlenmiş, MA-spinel'in, MgO ve MgO-C refraktere kıyasla yüksek sıcaklıklarda daha mukavemetli olduğu gözlenmiştir. Mekanik ve termomekanik özelliklerin araştırılması için yapılan deneysel çalışmalardan biri olan Sıcakta Yük altında Refrakterlik deneyine göre, MA-spinel'in, 1600°C'ye kadar olan sıcaklıklarda, MgO ve MgO-C refrakterlere göre daha az termal genleşme özelliği gösterdiği tespit edilerek, SEY ile elde edilen sonuç desteklenmiştir. Çalışmaların sonucunda; MA-spinel dökülebilir refrakter malzemesinin, gerek termal, gerekse mekanik ve termomekanik davranışlarının MgO-C ve MgO tuğla refrakter malzemelere kıyasla daha üstün olduğu, fakat kimyasal açıdan cürufa karşı direncinin MgO-C refrakter malzemesine göre düşük olduğu ortaya çıkması nedenleriyle potanın; sıvı çelik bölgesi duvar ve taban aşınma astannda MA-spinel dökülebilir refrakterlerin, cüruf bölgesi aşınma astarında ise MgO-C tuğla refrakterierin kullanımının uygun olacağı belirlenmiştir.
The Steel industry has been employing all necessary measures in order to increase the efficiency and productivity of the process. In recent years, the rapid development of computer technology had important contributions for that purpose in design, and manufacturing aspects of the industry. The application of Finite Element Method (FEM) has been an important development towards finding solutions for engineering problems and steel industry has also started to benefit from the widening application of this method. The secondary metallurgy process has also joined relative importance in the last decode for high quality molten steel processing. The ladle technology, which is a major part of this process, has developed for more efficient melt refining. Refractory materials used in ladles has always been an important factor in this development since the refractory performance determines the lifetime of the ladle campaign. Basic refractories has been the dominant materials in this application, and the development of carbon-containing magnesia bricks had considerable contribution in extending the period of ladle process. These materials have replaced traditional magnesia or dolomite bricks especially at the slag zone of the ladles. Another development in steelmaking refractories is the new monolithic materials, which as castables provide important advantages against bricks, suck as savings in lining cast and labour and better thermal properties. Recently studied castable materials for ladle applications include alumina spinel compositions as well as high alumina and corundum based materials. One of the subjects of this thesis is to evaluate the properties of MA-spinel castables in comparison with carbon-containing magnesia refractories for steel ladle lining application. The study is planned to be in two sections: In the first phase, the thermal, mechanical and thermo-mechanical properties of ladle lining refractories were investigated by simulation using FEM analysis. In the second phase, experimental studies were conducted for preperation, and comparative evaluation of MA-spinel castables and MgO-C brick refractories. 1. FEM Analysis of Thermal, Mechanical and Thermo-mechanical Properties of 120 t Steel Ladle Lining 1.1 Problem Determination and Finite Element Modelling Since the ladle has a axial symmetry, the model has been prepared as two dimensional according to the symmetry law. Femgen/Femview and MISES3 Software are used for modelling and FE Analyses. The section of the ladle showing different areas of the refractory lining is given in Fig.1. The lining constitutes wear, security and insulation layers before the steel casing. The FE model is used for the design analyses of both MgO-C/MgO based and MA-spinel (MgO-AI203-spinel) based wear linings. 1.2 Material Properties and Boundary Conditions The types of refractories selected for this study are MgO-C bricks for the wear lining in slag zone, and MgO bricks in molten steel zone. As alternative, MA-spinel castable refractory for both the slag and steel zones is analysed. In each case, the back-up linings consist of 42% Al203 firebrick and 30-40% Al203 fireclay insuIations.The thermal and mechanical properties
Description: Tez (Doktora)-İTÜ Fen Bil. Enst., 1998.
URI: http://hdl.handle.net/11527/16565
Appears in Collections:Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
75034.pdf10.83 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.