Ανάπτυξη πυρίμαχων υλικών χρωμίτη – σπινελίου με τη μέθοδο της στερεάς καύσης (SHS)
Creators: name: Μπάγγος, Κωνσταντίνος Δημητρίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2015
Subjects: Πυρίμαχα, πυρίμαχο υλικό, βιομηχανία
Χρωμίτης- Σπινέλιο, χρωμίτης
Στερεά Καύση, Αυτοπροωθούμενη Σύνθεση Υψηλών Θερμοκρασιών
Refractories, refractory material, industrial
Chromite – spinel, chromite, spinel
Combustion Synthesis (SHS), Self-propagating High-temperature Synthesis

description: Στην παρούσα διπλωματική έρευνα μελετήθηκε η ανάπτυξη πυρίμαχων υλικών χρωμίτη-σπινελίου, με τη μέθοδο Αυτοπροωθούμενης Σύνθεσης Υψηλών Θερμοκρασιών (Self-PropagatingHighTemperatureSynthesis-SHS). Για την παρασκευή των νέων πυρίμαχων υλικών χρησιμοποιήθηκαν ελληνικές πρώτες ύλες ορυκτού χρωμίτη, μαγνησίας και μεταλλουργικών σιδηρούχων σκωριών, αξιοποιώντας την υπάρχουσα εγχώρια βιομηχανική δραστηριότητα στον τομέα της κατεργασίας και προώθησης πρώτων υλών. Το βασικό πυρίμαχο σύστημα που διερευνήθηκε ήταν μείγματα χρωμίτη - MgSO4-Al, για το οποίο παρασκευάστηκαν πυρίμαχα υλικά διαφορετικής σύστασης, σε έξι θερμοκρασίες προθέρμανσης από 650oC έως 900oC. Τα υλικά εξετάστηκαν ως προς τη σύσταση και την κρυσταλλική δομή τους, με τη μέθοδο περίθλασης ακτίνων-Χ (XRD) και μελετήθηκε η μικροδομή τους, μέσω της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης (SEM). Τα πυρίμαχα χρωμίτη-σπινελίου υποβλήθηκαν επιπρόσθετα σε μέτρηση των θερμομηχανικών και φυσικών ιδιοτήτων τους, συναρτήσει των παραμέτρων σύνθεσης της στερεάς καύσης: τη σύσταση και τη θερμοκρασία προθέρμανσης. Τα φυσικά χαρακτηριστικά τα οποία μελετήθηκαν είναι η ογκική πυκνότητα και το ανοικτό πορώδες. Μετρήθηκε επίσης η μηχανική αντόχη των υλικών στη σύνθλιψη, σε θερμοκρασία περιβάλλοντος και οι θερμοδυναμικές ιδιότητες της γραμμικής θερμικής διαστολής και θερμικής αγωγιμότητας. Στο πυρίμαχο υλικό βασης χρωμίτη , που παρουσίασε τις καλύτερες φυσικο - μηχανικές ιδιότητες προστέθηκαν προσμίξεις καυστικής μαγνησίας και σιδηρούχων κόνεων, με στόχο τη περαιτέρω βελτίωση των πυρίμαχων χαρακτηριστικών του. Τα νέα πυρίμαχα υλικά χρωμίτη-μαγνησίας και χρωμίτη-σιδήρου υποβλήθηκαν ομοίως σε μέτρηση των ιδιοτήτων τους, σύμφωνα με τις παραμέτρους της SHSκαι επιπλέον εξήχθησαν συμπεράσματα σχετικά με την ατομική δομή και την επιφανειακή μορφολογία τους. Τέλος τα βέλτιστα πυρίμαχα υλικά που παράχθηκαν με τη μέθοδο SHSσυγκρίθηκαν ως προς τις ιδιότητες τους, με εμπορικά βιομηχανικά πυρίμαχα υψηλών θερμοκρασιών μαγνησίας-χρωμιτη και μαγνησίας- σπινελίου, προκειμένου να διευρευνηθεί ηδυνατότητα της μεθόδου SHS, να παράγει ανταγωνιστικά πυρίμαχα υλικά, με πιθανή βιομηχανική χρησιμότητα.
description: The research work presented herein deals with the development of chromite-spinel refractories by Self-propagating High temperature Synthesis (SHS). Greek minerals ofchromite, magnesia and inorganic industrial ferrous waste were used for producing novel chrome-containing refractories. Various concentrations of the basic refractory composition: chromite-MgSO4-Al were prepared and SHS synthesis was carried out at different pre-heating temperatures from 650 to 900oC. At each temperature several refractory materials were produced. The atomic structure of the materials was determined by X-ray diffraction analysis (XRD), while Scanning Electron Microscopy (SEM) examined microstructural characteristics. The materials’ thermo-mechanical and physical properties were determined in relation to the combustion synthesis parameters: composition and pre-heating temperature. The physical properties examined were bulk density and open porosity as well as compressive strength at room and elevated temperatures and thermodynamic properties of linear thermal expansion and thermal conductivity. Magnesia and ferrous waste additives were mixed with the initial chromite composition which had demonstrated the most promising performance, in order to improve its properties further. The new chromite-magnesia and chromite-iron refractories were alsocharacterisedby measuring their properties and determining their crystalline structure andmicrostructural morphology, in relation to SHS parameters. Finally, the most promising refractories produced by SHS were compared with commercial high-temperature magnesia-chromite and magnesia-spinel refractories in order to determined the SHS process’ potential to produce competitive refractory materials of industrial utility.
description: Σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Τεχνολογίας Γκρενόμπλ (Γαλλία), το ΕΚΕΦΕ Δημόκριτος, και το CNRS (Centre National de la Researche Scientifique, Γαλλία)