Magnezit-karbon refrakterlerde granülasyon incelemesi ve antioksidan katkısı

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Tarih
1992
Yazarlar
Özen, İlker
Süreli Yayın başlığı
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Cilt Başlığı
Yayınevi
Fen Bilimleri Enstitüsü
Özet
San 20 yıldan beri demir-çelik endüstrisinde görülen teknolojik değişiklikleri ve bunun sonucu oluşan farklı servis şartlarını karşılayabilmek amacıyla oksit- grafit refrakter sistemleri geliştirilmiştir. Bunların içerisinde magnezit-karbon tuğlalar önemli bir yer tut¬ maktadır. Bu malzemelerin karbon içerikleri kullanım yerlerine göre % 20-25'lere kadar çıkabilmektedir. Özel¬ likle yüksek cüruf dirençleri, güçlü erozyon dayanımları, yüksek termal şok dirençleri, katransız ve ziftsiz bir çalışma temizliği sağlamış olmaları nedeniyle polimer bağlı magnezit-karbon tuğlalar bunlar arasında geniş bir uygulama potansiyeli bulmuşlardır. Bu çalışmada, magnezit-karbon refrakterlerde tane iriliği dağılımının etkileri üzerine incelemeler yapılmıştır. Ayrıca preslenmiş tuğlaların yapısındaki karbonun çalışma şartlarındaki oksitlenme davranışıda incelenmiş ve antioksidan metal ilavelerinin oksitlenme üzerindeki koruyucu etkileri araştırılmıştır. Çalışmanın birinci bölümünde tuğla üretiminde kaliteyi kontrol eden parametrelerden biri olan poroziteyi etkileyen faktörler yeralmaktadır. Bilindiği gibi porozite değeri preslenmek üzere hazırlanan karışımın tane- iriliği dağılımına büyük ölçüde bağımlıdır. Burada tane iriliği dağılımını karakterize etmek amacıyla Andreasen denklemindeki n değeri kullanılmıştır. (y=100[d/D]n) Yapılan çalışmalar sonucunda magnezit tane boyut dağılımının ve bu dağılım içindeki maksimum tane boyutunun poroziteye etkisi olduğu gözlenmiştir. Ayrıca grafit içeren preslenmiş numunelerin, sadece magnezit içerenlere göre daha az poroziteye sahip olduğu, sabit grafit içe riklerinde de porozotiye magnezit tanelerinin boyut dağılımının etkilediği saptanmıştır. Çalışmanın ikinci bölümünde grafitin oksitlenmesini engellemek amacıyla katılan antioksidan metallerin(Al ve Si kullanılmıştır) farklı sürelerdeki etkinlik dereceleri incelenmiştir. Ayrıca artan antioksidan miktarıyla bu metallerin antioksidanlzğının değişimide araştırılmıştır. En etkili sonucu % ^Si + %1 Al içeren karışımın verdiği gözlenmiştir. Elde edilen sonuçlardan, ilave edilen antioksidan metal miktarı arttığında tuğlanın ok- sidasyon direncininde aynı ölçüde geliştiği söylenebilir.
Urn den technalagieschen Verinderungen in den letzten 20 Jahren und den inf algedessen entstandenen unterschiedlichen Einsatzsbedingungen bel der Eisen- stahlindustrie entgegenzukommen, uurden Oxid-Graphitaysteme entuickelt. Unter diesen ap ielen die Magnesia-Kahlenstaff- Steine eine wichtige Ralle.Die Kahlenstaf fgehalte in diesen Steinen kannen je nach dem Anuendungsbereich bis zu 20-25% betragen. Besanders ujegen ihrer hahen Schlackenreaistenz, ihres starken Erosiansuiderstandes, ihrer aptimalen Oxidatiansbestandigkfeit, ihrer guten Temperaturwechselbestandigkeit und der teer-und pechfreier Arbeitshygiene fanden die palymergebundene Steine eine breite Anwendung. In varliegender Arbeit wurden Untersuchungen über die yjirkung der KorngraŞenverteilung bei den Magnesia- Graphit-Feuerfestmaterialien durchgef ührt. Auperdem ujurde das Oxidatiansverhalten unter den Arbeitabedingungen des im Stein bef indlichen Kohlenstaf f es behandelt und die Oxidatianshemmende üJirkung van metallischen Zusatzen untersucht. Parositatund ParengrüBe der feuerfesten Baustaffe hangen in erster Linie van der Karngrönenverteilung und der Packungsdichte der Horner ab. Daneben ist auch die Eigenporazitat der Ausgangsstaf f e, der vertuandte Prefldruck und die Art und Hone des Brandes van Einflup. üJie aben eruahnt, ist der veruıandte PreŞdruck über die Parositat van Einflup. Aber, die Art der Presse beeinfluBt auch die Steinqualitaten. Durch die entuiickelten Spindelpressen können Magnesia-Kahlenstaf f-Steine mit besseren Qualitaten als durch die hydraulischen Pressen vı hergestellt umreden. Ihre Uarteile sind folgenden: a)- Die achlagartige Uerpreaaung auf der Spindel- presse beuıirkt gerade bei Massen mit BindemitteLn uiie Pech ader Harz ein sehr gutes Gleiten der einzelnen Komponenten, so daB sich auch die Graphitlamellen optimal einregeln künnen. b)-Oer beim hydrauliachen Preaaen gefurchtete LufteinschluB, der bei Druckentlaatung zum ReiBen der Steine führt, tritt bei der Schlagverpresaenverdictung nicht auf. c)-Einen uıeiteren Uorteil atellt der aehr hohe und gleichma'Bige Uerdlchtungagrad dar. Spitzenuıerte liegen bei getemperten Steinen in der Dffenen Pcroaitat bei 2% uıobei der Mitteluıert 4% betragt. Auf Grund der PreBtechnik kann aich nicht uie beim zweiseitigen hydrauliachen Preasen in der Mitte dea Steins sine neutrale Zone ausbilden. Sa entateht ein Qberaua ho- magenes Steingefüge mit einer gleichmaBigen Verteilung der physikalischen Prüfdaten (Rg. Ps.KDf) innerhalb dea Steins. Typiache Qualitatadaten d)- Ea ist ahne uieiterea auch moglich Feinkorn- rezepte mit einem Maximalkarn van 1,5-2 mm elnuiandfrei auf der Spindelpresse zu verpressen, uıozu auch graBformatige Schieberplatten zu zahlen aind. Zusammenfassend kann featgehalten werden, daB die Verpresaung van kahlenstaf f gebundenen Steinen auf der Kupplungaapindelpresse das Qualitatsniveau deutlich angeheben hat. Die UerbeBserungen wirken sich im Einsatz hauptsachlich aua auf. * sine beasere Eroaians-und Oxydatiansbestandigkeit * einen besseren Warmetranapart innerhalb dea Steins Vll * elrıe erhöhte Mapgenauigkeit von weniger als - 1mm im PreŞmap Im ersten Tell stehen Faktarne, die einerseits auf Parositatsuert wirksam uierden und andererseits die Steinqualitat kantrolieren. Bekanntlicher Weise beeinfluBt die KarngroBenverteilung in der zum Pressen auf bereiteten Mischung die Parositat stark. Um in dieser Arbeit die lilirkung zu bestimmen, wurde der Wert n in der Andreasen- Bleiohung zur Charakterisierung der KorngröBenverteilung verwendet. Dieae Eleichung lautet: y = 1DQ [d/D]n Hierbei sind: y± Menge des Materials', dessen Gröpe kleiner ist âls eine bestimmte Korngröpe (d) d:: bestimmte Korngröpe in der Mischung D: maximale Horngröpe in der Mischung n: emprischer Parameter, der die Korngröpenverteilung characterisiert. Nach dieser Gleichung steht die relative Anderung der Stoffmenge in konstantem Uerhâltnis n zur Anderung des Kornradiuses. Mit der Zünahme des Wertes n erhöht sich die Grobkornigkeit. Die Folge von durchgef ührten Experimenten zeigt, dap die Magnesia-Horngröpenverteilung und die maximale Korngröpe in dieser Verteilung eine mechselhaf te lilirkung auf die ParosltMt ausilben. Und zuar nimmt die Parositat bis zu einem PunktCin dieser Arbeit n=Q.5) schlagartig mit zunehmendem m Wert ab und dann fangt sie an, uiieder anzusteigen. Aber die Porositatzunahme ist nicht so krass wle die Porositatabnahme. Salange die Menge von feinkornigem Magnesia in einem salchem System zunimmt, fügen sich die Oxidkarner in die Zuischenraume von Graphitblattern ein und vermehren die Parositat.QJenn die Feinkörnigkeit abnimmt, werden die Graphitblatter diesmal van den Oxidkornern umgeben, vnx uodurch sich die Porositat vermindert. Aber, an einem gewissen Punkt, mo das Gefüge durch Graphit gesattigt ist, zeigt sich eine Zunahmeneigung in der Porositat. Dieses l/erhalten rrührt von der schlechten Packung (oder Agglomeration) der Graphitblattern her. Denn, die am Anfang mit Magnesiakornern zusammengepackten Graphit- blatter beginnen ab diesem Punkt miteinander zu agglomerieren. Im allgemeinen kann hier gesagt uerden, dap das Graphit eine gute Flexibilitat zeigt, die die Porositat der Preslinge aus Magnesia-Graphit vermindert. Diese Uerminderung ist bei ausschliepiich magnesiahaltigen Steinen nicht auszuzeichnen. Im zweiten Teil wurde das Uirkungsgrad von den als Antioxidantien eingesetzten Metalpulver untersucht, wabei souiohl die Menge der Antioxidantien als auch die Zeit variiert ujurden. Der Einsatz metallischer Zusatze zu den kohlenstaff haltigen QJerkstoff en ist unter zuiei Aspekten zu betrachten. Der eine ist die oxidationshemmende lıJirkung dieser Metalle. Ein anderer Effekt ist die meist positive Gef üge'ânderung, die die Metallpulver aufgrund der Hildung von Carbiden bewirken. Unter diesem Aspekt können also die eingesetzten Metalle als Gefügeverstarker betrachtet uerden. In dieser Arbeit wurde allerdings ausschliepiich die oxidationshemmende lılirkung der metallischen Zusatze behandelt. Die hier verwendeten maximalen Antioxidentien sind auf dem 5% Niveau. Das beste Ergebnis ergab die Mischung von % 4 Si + % 1 Al. Im allgemeinen zeigt sich, dap Si-haltige Proben besseres Ergebnis als Al- haltige. Auperdem kann man sagen, dap die Qxidationsbestandigkeit von Magnesia-Kohlenstof f-Steinen sich mit der Zunahme der; zugesetzten Metallmenge lneiterentüjickeln. Aber, da in diesem Fail, gesammte Steineigenschaf ten (Porositat, Ualumengeuicht u.s.u.) beeinflupt uerden, mup ein optimaler Punkt festgestellt uerden. Die theoretischen Überlegungen und die durchgef ührten Experiments ergeben, dap der Kohlenstaff in einem metallhaltigen feuerfesten Uerkstaff durch ein reaktives Gas (Antioxidans) vor Oxidation geschützt uerden kann. Dieses Gas entsteht bevorzugt im Steininnern, und zwar dart, ua eine nahezu neutrale Atmosphare IX herrscht. im Temperaturgradienten migriert es in Richtung der heiBen Steinseite, wo es dann axidiert uird. Durch die Bildung dieses sekundaren Dxids oiird der Oxidationsschutz des Kohlenstaffs nach verstark. Thermogravimetrische Untersuchungen an Magnesia- Kohlenstaf f-5teinen mit metallischen Zusâtzen aus Al und Si ergeben, dap Silisium den Kahlenstoff am uiirkungsvollsten vor Oxidation schiitzen kann. Das hângt damit zusammen, dap neben Magnesiumdampf ein weiteres Gas, das SiO vorliegt. Die Hauptaufgabe der metallischen und der anderen festen Zusatze besteht demnach darin, ein gasformiges Antioxidans zu bilden. Aufgrund der durchgef ührten Versuche können falgende Anf arderungen an ein gasformiges Antioxidans gestellt werden. - Es soil in dem Temperaturbereich entstehen, in dem die Kahlenstoff oxidation am sehnellsten ablâuft, - Es soil eine höhere Sauerstof f af f initât als Kohlenstoff besitzen. - Die Bildungsreaktion der gas formigen. Antioxidantien aus den Grundkomponenten des betrachteten Sy terns soil langsam ablaufen, urn einen konstanten Partialdruck in dem Porensystem der eingesetzten Steine aufrechtzuer- halten und reaktiv den eindif fundierenden Oxidans zu binden. - Ein gasformiges Antioxidans soil aus den vorher genannten Gründen ebenfalls nicht öder geringfügig mit dem vorhandenen Kohlenstoff reagieren. Am Schlup dieses zuieiten Teils uurden die optimale Antioxidansmenge und die Mischung für die hahe Oxidatiansbestandigkeit erörtert.
Açıklama
Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 1992
Anahtar kelimeler
Metalurji Mühendisliği, Antioksidanlar, Karbon, Manyezit, Refrakter, Metallurgical Engineering, Antioxidants, Carbon, Magnesite, Refractory
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