no name

Cilt/Volume : 24
125. Sayı

FARKLI ORANLARDA GRAFİT İÇEREN Al2O3-C REFRAKTERLERİNDE BAĞLAYICI MİKTARININ MEKANİKSEL DAVRANIŞLARA VE İÇYAPIYA ETKİLERİ
EFFECT OF BINDER AMOUNT TO THE MECHANICAL BEHAVIOUR AND MICROSTRUCTURE OF Al2 O3 - C REFRACTORIES HAVING DIFFERENT GRAPHITE CONTENT

Akın ALTUN
AKÜ, Seramik Mühendisliği Bölümü

ÖZET

Farklı grafit miktarları içeren Al2O3-C deney örnekleri çeşitli oranlarda bağlayıcı madde katarak elde edilmiştir. Alümina, bağlayıcı kil ve toz reçinenin oranları değiştirilmemiştir. Örnekler 180°C de temperlenmiş ve 1000°C de koklaştırılmıştır. Örneklere hacim ağırlığı, porozite, soğukta basma mukavemeti, yük altında refrakterlik, termal şok direnci ve korozyon testleri uygulanmış ve iç yapıları mikroskopla incelenmiştir. Sıvı reçine ve grafit miktarlarına bağlı olarak malzeme özellikleri, soğukta ve yüksek sıcaklıklardaki mukavemetlerine etkileri saptanmıştır.

ABSTRACT

Al2O3-C samples having different graphite content were produced by changing the binder amount were

keep constant. Samples were tempered at 180°C and coked at 1000°C. Bulk density, porosity, cold compression strenght, refractorines under load, thermal shock resistance and corrosion tetss were applied to the samples and microstructure were investigated. The

effect of liquid resin and graphite amount to the cold and high temperature strength of the samples were investigated.

GİRİŞ

Al2O3-C ürünleri metalurji sektörünün döküm potalarında yüksek termomekanik özellikler istenen sürgü plakaları olarak kullanılır. Sıvı metalin dökümünde termal şok, mekanik aşınma (erozyon), sıvı çelik ve cüruf artıklarının korozyonu gibi bozunmalardan dolayı istenen koşullar sürekli artmaktadır [1]. Bu koşulları kullanılan sinter korundtan başka katılan grafit ve bağlayıcı maddenin miktarları da etkilemektedir. Farklı miktarlardaki bağlayıcı ve grafit miktarları malzemenin fiziksel ve mekaniksel özelliklerini etkiler [2-9]. Bu durum MgO-C refrakterlerinde de sözkonusudur [10–12]. Al2O3-C malzemeler üzerine bir çok araştırmalar vardır [13-15]. Kalite artımı için daha iyi koşullarda hammadde ve bağlayıcı miktarlarının optimizasyonu araştırılmıştır. Bu çalışmada, uygun hammadde-reçine karışımıyla Al2O3-C örneklerinde kalite iyileştirilmesi amaçlanmıştır.

DENEYSEL ÇALIŞMALAR

Deney örneklerinin üretimi için kullanılan hammaddelerin özellikleri Tablo. 1’de verilmiştir. İngiltere sinter korundu ile % 96 C içeren Kanada pul grafiti kullanılmıştır. İnce tane olarak sinter korund, alümina, bağlayıcı kil ile bağlayıcı madde olarak sıvı reçine, toz reçine ve sertleştirici heksametilentetreamin kullanılmıştır. Tablo. 2’de kullanılan sinter korund ve grafitin tane boyutu dağılımları ve Tablo. 3’de hammadde oranları verilmiştir. Sıvı reçine oranı ağırlıkca % 0.5 artırılmıştır.

Hammaddeler oda sıcaklığında laboratuvar tipi çimento karıştırıcısında karıştırılmıştır. Önce iri ve orta tane boyutu yeterli süre beraber karıştırıldıktan sonra grafit katılmıştır. Karıştırma işleminden sonra topaklanma görülmeyip homojen bir görünüm elde edilmiştir. Karışıma 165 Mpa basınç uygulanarak 50 x 50 mm (çap x yükseklik) boyutlarındaki silindirik örnekler üretilmiştir. Örnekler 180 °C de 9 saat belirli bir programa göre temperlenmiştir. Sıcaklık artışı jelatinimsi reçinenin yavaşça sertleşmesi için 100°C’ye kadar akmadan yavaşça çıkılmasıyla sağlanmıştır. Sıcaklık artışının ikinci periyodunda (yaklaşık 100-130°C) uçucu bileşenler ayrılıp esas sertleşme prosesi gerçekleşmiştir. Köpüklerin oluşmaması için sıcaklık artışı dikkatlice uygulanmıştır. Uçucu maddeler ayrıştıktan sonra tam sertleşme için sıcaklık hızlıca artırılmıştır.

Deney örneklerinin özelliklerini saptamak için aşağıdaki yöntemler uygulanmıştır.

Hacim ağırlığı ve açık porozite (DIN 51 065/bölüm 1, DIN 51 056 çiğ ve temperlenmiş örneklere)
Soğukta basma mukavemeti (DIN 51 067/bölüm 1, temperlenmiş örneklere)
Yük altında refrakterlik YAR (DIN 51 064; 50 x 50 mm boyutlarındaki silindirik deney örnekleri 0.2 Mpa yük altında ısıtılıp, uzunluğundaki değişimler devamlı ölçülmüştür. YAR de t0 en yüksek genleşmenin gerçekleştiği sıcaklık, ta en yüksek genleşmeden sonraki şişmenin 10 mm olduğu sıcaklık karakterize edilir. Bağlayıcı maddenin yanmasını engellemek için deney nötr atmosferde (Argon) uygulanmıştır.
Termal şok direnci (DIN 51 068/bölüm 2; temperlenmiş örneklere hava Avusturya yöntemi uygulanmıştır)
Korozyon dayanımı (DIN 51069/bölüm 2; pota yöntem Metaş-İzmir cürufuyla fırında 1650°C’de 3 saat uygulanmıştır)
Artık C miktarı koklaşmış örneklere uygulanmıştır. Sertleşen örneklere koklaştırma işlemi 1000 °C’de şamottan yapılmış kapalı ve üzerine grafitle örtülü olarak uygulanmıştır.
Seçilen örneklerin içyapıları mikroskopta incelenmiştir.

SONUÇLARIN TARTIŞILMASI

Uygulanan testlerin bazı sonuçları Tablo. 4’de verilmiştir. Detay olarak aşağıdaki saptamalar elde edilmiştir:

Örneklerde sertleşmeden sonra boyut değişiklikleri ve deformasyonlar gözlenmemiştir. Örneklerin sertleşmeden sonraki yoğunlukları uçucu maddelerden dolayı az miktarda azalmıştır. Reçine miktarı arttıkça tüm örneklerde çiğ yoğunluk ve hacim ağırlığı artmış, fakat grafit miktarının yükselmesiye çiğ yoğunluk ve hacim ağırlığı azaldığı saptanmıştır (Tablo. 4 ve Şekil. 1). Bu durum grafitin yoğunluğunun daha düşük ve yüksek miktarlardaki grafitli örneklerin iyi yoğunlaşamamasından, sıklaşamamasından kaynaklanmaktadır. Temperlenen örneklerde reçine miktarı arttıkça daha iyi sıklaşmadan dolayı açık porozitenin azalma eğiliminde olduğu Şekil. 2’de gözlenmektedir. Şekil. 4’de artık C miktarının artmasıyla açık porozitenin azaldığı görülmektedir. Çünkü grafit zor preslenir ve grafit miktarı yükseldikçe açık porozite azalır.
Tüm örneklerde reçine miktarının artmasıyla soğukta basma mukavemetinin (SBM) arttığı saptanmıştır. Çünkü reçine miktarının artmasıyla daha iyi çalışabilirlik ve dolayısıyla daha iyi sıklaşma sağlanmıştır (Şekil. 3, Tablo. 4). Grafit miktarı fazla olan örneklerde daha az sıklaşma olduğundan dolayı bağlar zayıflamıştır. Bundan dolayı grafit miktarı arttıkça SBM değerleri azalmıştır (Şekil. 3 ve Tablo. 4).
Bağlayıcı miktarı artıkça yük altında refrakterlik değerlerinin yükseldiği, t0 değerlerinden anlaşılmaktadır. % 5 grafit katkılı örneklerde zayıf bağdan dolayı t0 değerleri daha düşüktür (Tablo. 4).
7. çevrime kadar tüm örneklerde herhangi bir bozunma gözlenmemiştir.
Korozyon testinde cürufların sızması ve kimyasal reaksiyon sonucu bozunması gözlenmemiştir.
Şekil 5-8’de deney örneklerinin tipik mikroyapıları verilmiştir. Örneklerin içyapıları açısından belirgin farklılıklar gözlenmemiştir. Şekil 6 ve 7’de keskin kenarlı ve kırıkımsı kenarlı korund taneleri ve Şekil. 6’da korund kristalleri içersinde küçük kapalı gözenekler gözlenmektedir. Şekil 7’de tanelerin içinden geçen çatlaklar görülmektedir. Örneklerde grafit reçine miktarına bağımsız olarak homojen dağılmıştır (Şekil. 5). Şekil 8’de bir korund tanesinin içindeki korund kristalleri görülmektedir.

SONUÇ VE ÖNERİLER

Farklı oranlarda grafit içeren Al2O3-C refrakterinde bağlayıcı olarak kullanılan reçine miktarının artmasıyla malzemenin içyapı özellikleri ve mukavemet etkileri incelenmiştir. Araştırmalara göre reçine mikranın artışı refrakter örneklerin fiziksel özelliklerini ve mekaniksel davranışlarını etkilemiştir. Özellikle düşük oranlarda (% 2.5) grafit içeren ve en fazla (% 4.5) sıvı reçineli örnekte en yüksek fiziksel özellikler, en iyi mekaniksel ve termomekanik davranışlar gözlenmiştir. Reçine miktarının içyapıya etkileri mikroskobik incelemelerde rastlanılmamış ve şekillendirilmesi zor olan grafit tüm örneklerde reçine miktarına bağlı olmadan homojen dağılım göstermiştir.

KAYNAKÇA

1. Stapper L., Harzgebundene SiC-haltige Hochtonerde Steine für Torpedopfannen, Radex-Rundschau, Heft 2, 333-339, 1987

2. Gardziella A., Schwieger K.H., Haertbare Kunstharze zur Herstellung von feuerfesten Erzeugnissen, Möglichkeiten und Eigenschaften, sonderdruck aus Fachberichte Hüttenpraxis Metallverarbeitung, heft 6, 1984

3. Gardziella A., Suren I., Impraegnierung mit Phenolharzen, Möglichkeiten zur Qualitaetsverbesserung von keramischgebundenen feuerfesten Erzeugnissen, XXXII. Int. Feuerfest Kolloquim, Aachen, 1989

4. Zoglmeyr g., Weiss I., Einsatz vonphenolharzen zur Herstellung hochweriger kohlenstoffhaeltiger Feuerfestprodukte, IX. Konfrenz über feuerfeste Erzeugnisse, Hohe Tatra, 1987

5. The Effect of Particle Size and Carbon Content on Al2O3 Brick Properties, UNITECR ‘99, Proceedingsbook 330-334, Berlin, 6-9 September 1999

6. Huger M., Peruzzi S., Thermochanical modelling of Alumina-Graphite Ladle Shrouds is Used in Continuous Casting, UNITECR ‘99, Proceedingsbook 128-132, Berlin, 6-9 September 1999

7. Wege E., “Kohlenstoffanwendung, denr für die Technik wichtigsten Modifikationen”, Radex Rundschau 1983, H. 1/2, s. 152-160

8. Yamaguchi A., Thermochemical Analysis for Reaction Processes of Aluminium and Aluminium-compounds in Carbon-Containing Refractories, Taikabutsu Overseas, 7 [2] 11-16, 1987

9. Gardziella A., Müller R., Phenolharze, Phenolic Resin, Sonderdruck aus Kunststoffe, Heft 10, Carl Hanser Verlag, München, 1987

10. W. Schulle; Altun A. I., “Beeinflussung der Eigenschaften von MgO-C Proben aus verschiedenen MgO- Sintern mit unterschiedlichem Graphitanteil”, Keramische Zeitschrift 51 [8] 1999, 630-634

11. Fitchett A.M., Wilshire B., “Resin-Bonded Magnesia and Magnesia - Graphite” Br. Ceram. Trans. J., 1984

12. Özgen O.S., Rand B. Kinetics of oxidation of the Graphite Phase in Alumina/Graphite Materials I-Effect of

temperature and intial pero structure at a fixed graphite content, Br. Ceram. Trans. J., 84, 70-76, 1985

13. Özgen O.S., Rand B., Kinetics of oxidation of the Graphite Phase in Alumina/Graphite Materials II- Materials with

different graphite content, graphite flake size and with clay or carbon bonds, Br. Ceram. Trans. J., 84, 213-218, 1985

14. Özgen O.S., Rand B., Effect of Graphite on Mechanical Properties of Alumina/Graphite Materials with Ceramic Bonds, Br. Ceram. Trans. J., 84, 213-218, 1985


Adres: Hatay Sokak No: 10/9 Kızılay 06650 ANKARA	Tel:	(312) - 425 41 60 (312) - 419 38 18	E-Posta:	Genel Merkez İstanbul Şube
	Faks:	(312) - 418 93 43


TÜRKİYE ÜNİVERSİTELERİ
ÜNİVERSİTELERİN METALURJİ, SERAMİK VE MALZEME BÖLÜMLERİ
Web Tasarım