Sinterlenmiş tabular alümina, substratların ve parçacıkların kombinasyonunu destekleyebilen yüksek sinterleme aktivitesine sahiptir. Mühendisler, yüksek saflıkta alümina tuğlaların üretiminde Sinterlenmiş tabular alüminayı benimseyerek ve ardından farklı sinterlenmiş korundumun alümina tuğlaların performansı üzerindeki etkisini gözlemleyerek, sinterlenmiş tabular alümina parçacıklarının küçük ve gözeneklerle dolu olduğunu buldular. Sinterleme işleminde bu özellik, alt tabaka sinterlemesinin yayılmasına yardımcı olur; bu aynı zamanda alt tabaka ve parçacıkları daha sıkı bir şekilde birleştirerek alümina tuğlanın sinterleme mukavemetini ve geçirgenlik direncini de geliştirebilir.
Alümina tuğlalar, ana kristal fazı korindon olan refrakter ürünlerdir. İyi kimyasal stabiliteye ve asit ve alkali cüruf, metal ve erimiş cama karşı güçlü dirence sahiptirler. Esas olarak demir üretim yüksek fırınlarında, yüksek fırın sıcak yüksek fırınlarında, çelik üretim fırınları dışındaki rafinaj fırınlarında, cam eritme fırınlarında ve petrokimya endüstriyel fırınlarında kullanılır. Şu anda piyasadaki yüksek saflıkta alümina tuğlalar çoğunlukla erimiş alümina hammaddeleriyle üretilmektedir. Erimiş alümina üretimi, çevre dostu olmayan büyük kayıplarla birlikte çok fazla enerji tüketir. Yüksek saflıkta alümina tuğlalar üretmek için erimiş korindon hammaddelerinin kullanılması, sinterlenmesi zordur ve cüruf direnci düşüktür. Son yıllarda, yüksek dereceli bir refrakter malzeme olarak sinterlenmiş tabular alüminanın teknolojisi ve üretimi hızla geliştirildi. Sinterlenmiş tabular alümina ile alümina tuğla yapmanın avantajını görelim.
1 Test
1.1 Malzeme
Deneme üretimini yapmak için malzeme olarak sinterlenmiş tabular alümina kullanıyoruz. Kullandığımız Tabular alüminanın görünüm gözeneklilik oranı %5,7, su emme oranı %1,6, kütle yoğunluğu 3,48g/cm3’tür. Rakip malzeme, %8,8 görünüm gözeneklilik oranı, %2,4 su emme oranı, 3,61g/cm3 yığın yoğunluğu ile kaynaşmış alüminadır. İndeksler aşağıdaki gibidir:
| Öğe | Ö% | ||||
| C1 | C2 | C3 | C4 | C5 | |
| Tabular alümina | 90 | 70 | 50 | 25 | 0 |
| Erimiş alümina | 0 | 20 | 40 | 65 | 90 |
| Activeα-Al2O3 tozu | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| Bağlayıcı(eklendi) | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
1.2 Deneme üretimi
15 kg’lık bir silindir karıştırıcı kullanarak, 3 dakika ön karıştırma için iri taneleri ekleyin, ardından %3 bağlayıcı ekleyin ve 1 dakika yoğurun, son olarak ince tozu ekleyin ve 15 dakika yoğurun ve 100 tonluk hidrolik preste kalıplama basıncıyla şekillendirin. 280MPa. Kalıplanan numuneler, 150mm×25mm×25mm boyutlarında φ50mm×50mm küboid tuğlalı silindir tuğla ve dış boyutu φ50mm×50mm ve iç delik boyutu φ25mm×25mm olan potadır. Tuğla numuneleri, 110°C’de 3 saat tutulup kurutulduktan sonra 1750°C’de 3 saat ısıtılan ultra yüksek sıcaklıktaki bir elektrikli fırında yapılır.
1.3 Performans Testi
Kalıcı ısıtma hattı değişimini, hacim yoğunluğunu ve görünür gözenekliliğini, normal sıcaklıkta basınç dayanımını ve bükülme dayanımını, yüksek sıcaklıkta (0,5 saat boyunca 1400°C’de) bükülme dayanımını ulusal standartlara göre test edin. Statik pota yöntemiyle cüruf direnci yeteneğini test edin ve SEM taramalı elektron mikroskobu ile numunenin mikro yapısını gözlemleyin.
2 Sonuç ve sonuç
2.1 Malzemenin mikro yapısı
Aşağıdaki resim 1, ham madde parçacıklarının mikro yapısını göstermektedir. Sinterlenmiş tabular alüminanın parçacık boyutu 40~120μm olan oi-Al2O3 kristallerinden oluştuğu ve belirli miktarda kapalı küresel gözeneklerin bulunduğu bulunmuştur. Erimiş alüminanın yapısı daha yoğundur, daha büyük boyutlu açık gözenekler vardır.
(a)Sinterlenmiş tabular alümina tanesi (b) kaynaşmış tabular alümina tanesi
Resim 1.
2.2 Doğrusal değişimin yeniden ısıtılması
Resim 2, farklı hammaddelerden yapılan numunelerin yeniden ısıtılan doğrusal değişim eğrisini göstermektedir. Deney sonuçları tüm numunelerin pişme büzülme eğiliminde olduğunu göstermektedir. Ancak sinterlenmiş tabular alümina içeriği arttıkça pişme büzülmesi de artmıştır. Hammadde indekslerini karşılaştırdığımızda sinterlenmiş tabular alümina parçacıklarının çok daha fazla gözenek içerdiğini bulduk. α-Al2O3’ün gerçek yoğunluğu 3,99g/cm3 ve yığın yoğunluğu 3,48g/cm3 ise toplam gözeneklilik miktarı yaklaşık %13 olur. Ayrıca sinterlenmiş tabular alümina çok küçük kristal boyutu ile sinterleme işleminde yayılma ve kütle aktarımı sinterlemesini kolaylıkla gerçekleştirir. Böylece maddelerin hareketi ile birlikte bazı gözenekler kristal sınırından uzaklaştırıldığı için hacimsel büzülme meydana gelir. Erimiş alümina parçacıklarının kütle yoğunluğu 3,61 g/cm3’tür ve tüm gözeneklerin yüzdesi yaklaşık %9’dur. Eritilmiş alümina, yüksek sıcaklıktaki bir elektrik ark ocağında eritilip yoğunlaştırılarak üretildiğinden, ham madde büyük bir kristal boyutuna ve az sayıda kristal sınır kanalına sahiptir. Bu nedenle sinterleme büzülmesi, sinterlenmiş tabular alümina parçacıklarınınkinden daha küçüktür.
Resim 2 Farklı numunelerde yeniden ısıtma doğrusal değişimi.
2.3 Görünür gözeneklilik ve kütle yoğunluğu
Resim 3’te genel olarak daha yüksek sinterlenmiş tabular alümina içeriğine sahip numunelerin daha düşük görünür gözenekliliğe ve daha yüksek kütle yoğunluğuna sahip olduğu görülmektedir. Bunun nedeni, sinterlenmiş tabular alüminanın görünür gözenekliliğinin yaklaşık %5,7 kadar çok küçük olması, kaynaşmış alüminanın görünür gözenekliliğinin ise %8,8 olmasıdır. Ek olarak, erimiş alüminayla karşılaştırıldığında, sinterlenmiş tabular alüminadaki gözeneklerin kristalden çıkarılması daha kolaydır, bu da gözenekliliği azaltır ve daha büyük hacim büzülmesi elde eder ve numunenin yığın yoğunluğunu daha da artırır. Bu nedenle, sinterlenmiş tabular alümina yüzdesinin artmasıyla pişirilen numunenin görünür gözenekliliği azalır.
Resim 3 Farklı numuneler için görünen gözeneklilik ve Yığın yoğunluğu
Resim 4, saf sinterlenmiş tabular alümina malzeme C1 tuğlasının normal sıcaklık basınç dayanımının (CCS), saf erimiş alümina malzeme C5 tuğlanınkinden çok daha büyük olduğunu göstermektedir. Bunun iki ana nedeni var. İlk olarak, hammadde mukavemeti açısından sinterlenmiş tabular alümina malzemenin kristal boyutu küçüktür ve malzemenin kırılma mukavemeti (σ) ile kristal boyutu (G) aşağıdaki fonksiyonel ilişkiye sahiptir:
σ=f(G-1/2)
Bu nedenle sinterlenmiş tabular alümina malzemenin mukavemeti nispeten yüksektir, ergitilmiş alümina malzeme ise kırılgandır ve soyulması kolaydır ( Resim 5(a) ‘da gösterildiği gibi ) ve ayrıca içerisinde az miktarda β-Al2O3 fazı da bulunmaktadır. bu da malzemenin mukavemetini azaltır.
İkinci olarak, malzemenin bağlanma durumu açısından bakıldığında, sinterlenmiş tabular alümina parçacıkları ile alt tabaka arasındaki bağ iyidir, neredeyse bir bütün halinde sinterlenmiştir. Erimiş alümina parçacıkları altlık ile iyi bir şekilde bağlanmaz ve parçacıkların çevresinde kolayca halka şeklinde çatlaklar oluşur (Resim 5) (b) . Yukarıdaki iki nedenden dolayı, saf sinterlenmiş tabular malzeme C1 tuğlasının mekanik mukavemeti, saf erimiş alümina malzeme C5 tuğladan daha iyidir.
Resim 4 Farklı numuneler için normal sıcaklıkta basınç dayanımı ve eğilme direnci dayanımı
Resim 5 Eritilmiş alüminadan yapılmış numunelerin mikro yapısı
Potaya 20 g gazlaştırma cürufu ilave edildikten sonra (cüruf bileşimi için Tablo 2’ye bakın), potayı 100°C/saat ısıtma hızında test elektrikli fırınında 1550°C’ye ısıtın ve 3 saat bekletin ve ardından potayı oda sıcaklığına soğutulduktan sonra eksenel yönde, boyuna kesitteki mikro yapı değişikliklerini gözlemleyin.
Fırın cürufunun kimyasal bileşimi aşağıdaki gibidir:
| Kimyasal | SiO2 | Al2O2 | Fe2O3 | TiO2 | Yüksek | MgO | K2O | Na2O |
| İçerikω% | 40.8 | 23.6 | 5.1 | 1.1 | 20.9 | 3.8 | 1.1 | 3.6 |
Resim 6 Statik pota cüruf önleyici profil
Kömür-su bulamacı gazlaştırma fırını cürufunun korozyon testinden sonra mikroyapısını elektron mikroskobu ile inceleyin. Kömür suyu bulamacının gazlaştırılmasının cürufu balık kılçığı şeklindedir, çoğunlukla anortit fazındadır ( Resim 7(a) ‘da gösterildiği gibi ); cüruf test tuğlalarındaki alümina ile reaksiyona girdi ve magnezyum-alüminyum-demir kompozit spinel fazı elde etti. Enerji spektrumu analizi, kompozit spinel fazının bileşiminin (%x/%) olduğunu göstermektedir: MgO %40,43, Al2O %347,61, Fe2O3 %11,96. Reaksiyonun oluşturduğu magnezyum-alüminyum-demir kompozit spinel fazı, alümina parçacıklarının etrafında bir halka oluşturur ( Resim 7(b) ‘de gösterildiği gibi ). Sinterlenmiş tabular alümina parçacıklarının etrafındaki halkanın kalınlığı 60~90μm’dir ve kaynaşmış alümina parçacıklarının etrafındaki halkanın kalınlığı 50~ 70μm’dir, sinterlenmiş olduğundan cürufun sinterlenmiş tabular ile reaksiyona girmesinin daha kolay olduğu görülebilir. alümina büyük sinterleme aktivitesine, daha küçük kristallere, daha kapalı gözeneklere ve daha fazla kristal sınırına sahiptir. Cürufun kristal sınırları boyunca nüfuz etmesi kolaydır ve sinterlenmiş tabular alümina ile kimyasal olarak reaksiyona girer.
(a)Cüruf (b)C2 Çalışma yüzeyi
Resim 7 Cüruf ve korozyon direnci testinden sonra alümina tuğla numunesinin mikro yapısı
C1, C2, C3, C4 ve C5’in erozyon derinliğinde bariz bir fark yoktur. Bunların hepsi yaklaşık 1 mm’dir. Şekil 8 sırasıyla C1 tuğlasının ve C5 tuğlasının mikroyapı fotoğraflarını göstermektedir. Cüruf ilk olarak tuğla matrisi ile reaksiyona girer. korundum parçacıklarının izole adalar şeklinde görünmesini sağlar, ardından parçacıklarla reaksiyona girer ve parçacıkları yer.
C1, C2, C3, C4 ve C5’in tüm erozyon derinlikleri 1 mm civarındadır, belirgin bir fark yoktur. Resim 8’de sırasıyla C1 tuğlalarının ve C5 tuğlalarının erozyon sonrası mikroyapı fotoğrafları görülmektedir. Cüruf ilk önce tuğla alt tabakasıyla reaksiyona girerek alümina parçacıklarının ada şekline dönüşmesini sağlar ve daha sonra parçacıklarla reaksiyona girerek parçacıkları yiyip yok eder.
Resim 8 Cüruf direnci testinden sonra alümina tuğla örneğinin mikro yapısı
Resim 9’da farklı formülasyonlara sahip test tuğlalarının penetrasyon yolları benzerdir. Cüruf gözenekler boyunca tuğlaların içine nüfuz eder, taneler arası ve gözeneklerde cam fazı ve anortit fazları halinde bulunur.
Resim 9 Cüruf direnci testinden sonra C5 geçirgen alümina tuğla numunesinin mikro yapısı
Ancak farklı numuneler farklı geçirgenlik önleme özellikleri gösterir: aşağıdaki tablo SiO2’nin farklı numunelerdeki nüfuz derinliğini göstermektedir. Tuğladaki sinterlenmiş tabular alümina içeriği azaldıkça cürufun penetrasyon derinliği artan bir eğilim göstermektedir.
| Çalışma yüzeyine olan mesafe | SiO2 içeriği(ω%) | ||||
| 0,2 mm | 4 mm | 8 mm | 12 mm | 16 mm | |
| C1 | 5.64 | 5.78 | 3.73 | 1.1 | 0 |
| C2 | 6.99 | 5.12 | 3.32 | 3.14 | 0 |
| C3 | 7.08 | 4.42 | 4.73 | 3.57 | 0 |
| C4 | 6.38 | 5.95 | 6.34 | 4.12 | 3.3 |
| C5 | 6.47 | 6.7 | 5.21 | 5.46 | 2.74 |
Bu sonucun iki nedeni var:
- Yüksek sinterlenmiş tabular alümina içeriğine sahip numunenin görünür gözenekliliği daha düşüktür;
- Sinterlenmiş tabular malzeme parçacıkları alt tabakaya daha iyi bağlanır, bu da cürufun tuğlalara nüfuz etmesini önler.
3 Sonuç
Tabular alüminanın küçük kristal boyutundan dolayı parçacıklarda çok sayıda gözenek bulunur ve bu da kütle transfer sinterlemesinin yapılmasına yardımcı olur. Maddelerin hareketi ile bazı gözenekler kristal sınırı boyunca kristalden uzaklaştırılır, hacimsel bir büzülme meydana gelir. Bu, sinterlenmiş tabular alümina içeriğini artırarak sinterlemede büzülme oranının artmasına ve görünür gözenekliliğin azalmasına neden olur.
Saf sinterlenmiş tabular alümina, yüksek mukavemetli ve yüksek sinterleme aktivitesine sahip ince taneli bir yapıya sahiptir. Tuğladaki sinterlenmiş tabular alümina parçacıkları alt tabakalarla iyi bir bağa sahiptir, dolayısıyla sinterlenmiş korindon içeriği arttıkça mekanik mukavemet performansı artar.
Tabular alüminanın iki önemli avantajı olduğundan: Düşük görünür gözeneklilik ve alt tabaka ile mükemmel bağlanma yeteneği, sinterlenmiş tabular alüminanın cürufun tuğlaya nüfuzunu yavaşlatabildiğini gösterir.
