Ultrasonik hız ölçme yöntemiyle refrakter ve seramiklerde özellik ve çatlak derinliği belirlenmesi
Qualify the fracture and specification in refractories and ceramics with ultrasonic velocity testing method
Yazar: MEHMET YASAK
Danışman: PROF. DR. CEMALETTİN YAMAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Üretim Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering

Özet:
Teknolojinin gelişmesi ile birlikte geçtiğimiz yüzyılda, başta demir-çelik sanayi olmak üzere bütün metalürji sanayinde refrakter ihtiyacı artmıştır. Dökülebilir (monolitik) refrakterler üzerinde yapılan araştırmalar, şekillendirilmiş refrakterlerin fiziksel, kimyasal ve mekanik özelliklerinin yeterli olmadığını ortaya koymuştur. Bu araştırmalarda ham maddelerin saflığının etkisi ve kimyasal bağlayıcıların özellikler üzerindeki etkisi de incelenmiş ve farklı uygulamalar için farklı kimyasal bağlayıcılar ihtiyaç duyulduğu ortaya konmuştur. Bundan dolayı monolitik refrakter içerisindeki kimyasal bağlayıcılar, refrakterin özelliklerini ile döküm parametrelerini etkilemekte ve monolitik refrakterleri sınıflandırmaktadır. 
Son yıllarda fırın hacimleri ve fırın ömürleri arttırıldı. Bunlarda kullanılacak malzemelerin kalitesinden emin olma sorunu ortaya çıktı. Bu konuda en etkin kalite kontrol yöntemi olarak ultrasonik yöntem geliştirildi. Kullanılacak malzemelerin kalitesinden emin olduğumuz için fırın boyutları göreceli olarak düşürüldü. 
Katı malzeme içerisinde ilerleyen ultrasonik dalga, dökülebilir refrakterin ve ahşap malzemenin yoğunluğundan ve elastik özelliklerinden etkilenmektedir. Bu malzemelerin kaliteleri elastiklik özellikleri ile ilişkili olduğu için ultrasonik hız ölçümü bu malzemelerin elastiklik özellikleri hakkında bilgi vermesi için sıkça kullanılabilmektedir. 
Ultrasonik tarama betonun homojenliği ve segregasyon olup olmadığını kalitatif olarak tayin etmemizi sağlayan tahribatsız bir muayene yöntemidir. Test cihazları, betonda ultrasonik hızı tayin etmeye yarar. Ultrasonik hızdan giderek çatlakları, boşlukları, mukavemeti ve dinamik elastiklik modülünü tahmin edebiliriz. Bu cihaz, seramik üreticisi ve kullanıcılarının özel ihtiyaçlar için (kalite kontrol amaçlı) kullanılır.
Bu çalışmada monolitik refrakterlerde kullanılan kimyasal bağlayıcıların dökümde şartlarına ve özelliklere etkisi açıklanmıştır. İlave olarak monolitik refrakterlerde yaygın olarak kullanılan kalsiyum alüminat bağlayıcının döküme etkisi de açıklanmıştır. Deneylerde, kalsiyum alüminat refraktere ilave edilen su oranının özellikler üzerindeki etkisi incelenmiştir. Uygun miktarda eklenen su ve değişik oranlarda eklenen suyun mekanik özellikler üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Çalışmalarda, 3 farklı agrega oranı kullanılmış ve mekanik dayanım ile ultrasonik hıza etkisi analiz edilmiştir. Ultrasonik hız ile basma dayanımı arasında bir ilişki bulunmaktadır. Ultrasonik hız ölçme yöntemi, dökülebilir refrakterlerde basma dayanımı ile su oranı (ağırlıkça) arasındaki ilişkiyi ortaya koymak için etkin bir yöntem olduğu anlaşılmıştır. 
Bu metot, dökülebilir refrakter üretiminde kalite kontrol amaçlı ile malzemenin üretiminde ve kullanım aşamasında kullanılabildiği için, çatlaklı sunta numunelerle iki farklı deney yapılmıştır. Alınan test sonuçlarına göre, numune içerisinde çatlak, kırılma veya parça kopması olması halinde, ultrasonik hızın düşmesi neticesine bakılarak parça hakkında yorum yapılabilmektedir.

Abstract:
Especially in the last century as a result of technology development, the whole metallurgy industry leading iron-steel increased expectation from refractory materials. The research of unshaped (monolithic) refractories have gained importance, with understood of high physical, chemical and mechanical properties had not been met from the shaped refractory materials. In these researches, also the effect of high purity raw materials, the effect of chemical binders on properties were observed and it is required that application of various chemical binders for several demands. Therefore chemical binders in monolithic refractories the effect on properties and installation variety, chemical binders in monolithic refractory classifies.
In the last few years furnace capacities and furnace lifetime is increased. Because of that reason it is going to be an obligation to determine the quality of used materials. Ultrasonic testing method is one the most effective method. As much as we are sure about the quality of used materials, as much as we could lower the quantity of used materials. 
The velocity of ultrasonic pulses travelling in a solid material depends on the density and elastic properties of castable refractories and timbers. The quality of these materials is sometimes related to their elastic stiffness so that measurement of ultrasonic pulse velocity in such materials can often be used to indicate their quality as well as to determine their elastic properties. 
Ultrasonic scanning is a recognized non-destructive evaluation test to qualitatively asses the homogeneity and integrity of concrete. The ultrasonic tester devices are used for measuring the velocity of ultrasonic pulses through a concrete section providing in formations on cracks, voids, strength, and giving quick estimates of dynamic modulus of elasticity on site or in the laboratory. This unit has also been modified to suit the special needs of ceramics users.
In this study various chemical binders in monolithic refractories the effect of on installation and their properties are explained. Also it is explained that the effect on the installation of calcium aluminate cement which is widespread chemical binder in monolithic refractories. In experiments, it is investigated that how the amount of water added to calcium aluminate cement changes the properties of refractory materials. Also conformable amount of water adding and mechanical properties of various specimen with different amount water are determined. 3 different percentage of aggregates used in trials and analyse effect to material strength and ultrasonic velocity. There is a relationship between the ultrasonic velocity and compression strength. Ultrasonic testing was found to be an effective method for determining compression strength and water percentage (weight) in castable refractory. 
Since this method can be used as a quality control test for checking castable refractory while and during production, we also made 2 different fracture test with woods. With test results, it is obvious that if there is a fracture, crack or missing part in the material, it could be easily understood by getting lower pulse velocity.