Refrakter malzemeler

Refrakter malzemeler, ateşe dayanıklı malzemeler olarak tanımlanır. Refrakter malzemeler 538 °C (811 K; 1000 °F) üzerindeki sıcaklıklarda uzun süre kullanılabilir. Başta endüstrinin temel izolasyon malzemesi olan ateş tuğlaları olmak üzere, camlar, mutfak eşyası gibi büyük bir malzeme grubunu oluşturur. Bunlar metalik malzemelerin pahalı olduğu veya kullanılmadığı yerlerde tercih edilir.

Endüstride ateş ve alevin bulunduğu tesislerde tavlama ve indüksiyon eritme fırınlarında, metalurji fırınlarında ve silikat endüstrisinde, metallerin ve camların eritilmesi için, pota malzemesi olarak, termo elemanların korunmasında ve elektrikli ısıtıcıların izolasyon malzemesi olarak kullanılır.

Metalurjik işlemlerde kullanılan refrakter malzemeler asidik, bazik ve nötr olmak üzere 3 grup altında toplanır. Bünyesinde bulunan SiO2'nin bazik bileşenlere oranı malzemenin asitlik derecesini belirler. Bazik karakterdeki cüruflar bazik refrakterlere, asidik cüruflarda asidik refrakterlere etki etmezler. Ancak bu kimyasal özellik yanında malzemenin gözenekliliği önemli rol oynar. Daha poröz olan refrakter malzemeler çabuk ısınır. Mineralojik yapıya bağlı olarak değişik sıcaklıklardaki farklı kristal bünyeleri oluşur. Bu nedenle refrakter malzeme yoğunluğunda değişmeler meydana gelir.

Çekme olayının meydana gelmesi genellikle malzemenin üretim sırasında yeterli derecede pişmemesinde veya refrakter özelliğinin olmayışından ileri gelir. Genişleme nedeni ise malzemenin yapıldığı hammaddenin parça büyüklüğünün yetersiz olmasındandır.

Sıcaklığın yükselmesi ile katı hacimde meydana gelen genişleme ile birlikte porozite azalır. Porozitenin azalması ile refrakter malzeme yumuşar. Bu özellik malzemenin karakterini tayin eder. Porozitenin azalmasıyla orantılı olarak yoğunlukta artış görülür. Refrakter malzemenin yoğunluğunun erime sırasında değişimi büyük önem taşır. Erime olayı ile birlikte hacim değişir ve malzemenin fiziksel özelliklerinde büyük sapmalar olur.

Refrakter malzeme kullanma sırasında genellikle basınç, gerilme gibi çeşitli kuvvetlerin etkisi altında kalır. Yumuşama sunucu boyut değişikliği olması halinde sakıncalar ortaya çıkar. Bu nedenle normalde yüksek bir basınçta parçalanan malzeme fırın sıcaklığında bu değerden çok daha düşük sıcaklıkta parçalanabilir. Sıcaklığın etkime süresinde etkili olur.

Refrakter malzemelerin ısıl özellikleri özgül ısı, ısıl iletkenlik ve ısıl genişlemedir. Malzemenin Özgül ısı ve ısıl iletkenliği kullanılma yerine göre farklı şekilde değerlendirilir. Bazı halde yüksek, bazen de düşük olması arzu edilir. Oysa ısıl genişleme özelliği malzemenin tamamen bünyesinden ileri gelen ısı karşısında genişlemeyi temsil ettiğinden fonksiyonel etkiye sahiptir. Bu nedenle fırın tasarımlarında kullanılan refrakter malzemenin ısıl genişlemesi, işletme sırasında bir zarara meydan vermemek için özenle seçilir.

Sıcaklık değişimlerine dayanım ısıl şok dayanım olarak tanımlanır. İşletme esnasına ısıtma ve soğutma veya sıcaklık salınımları malzemenin yüzeyi ve merkezi arasında sıcaklık farkları ve bunun sonucu olarak da genleşme gerilmeleri meydana gelir. Bir cisim her tarafından soğutulduğunda yüzey boyunca çekme gerilmeleri ve merkezinde basma gerilmeleri meydana gelir. Böylece oluşan ısıl gerilmeler malzemenin dayanımını aşarsa çatlaklar meydana getirerek malzemenin parçalanmasına neden olur.

Refrakter malzemelerin soğukta basınç dayanımına malzemenin yapısı ve özellikle gözenek miktarı etkir. Ateşe dayanıklı tuğlalar oda sıcaklığında pek az şekil değiştirme gösterirler. Yüksek sıcaklıkta farklı tane büyüklüğü ve gözenek dağılımı ile yapıdaki değişik fazların arasındaki gerilmeler nedeniyle çatlaklar oluşabilir. Mekanik dayanım ve aşınma direnci yaklaşık 1000 °C'ye kadar durumunu muhafaza eder. Daha yüksek sıcaklıklarda cam fazının artmasıyla birlikte aşınma dayanımı azalır.