Sürekli döküm tandişlerindeki cüruf ile refrakter etkileşimleri
Slag and refractory interactions in continuous casting tundishes
Yazar: İSMAİL ŞİŞLİ
Danışman: PROF. DR. ALİ GÜNGÖR
Karabük Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında sürekli döküm tandişlerinde karşılaşılabilecek farklı cürufların kullanılan tandiş çalışma astarı refrakterlerine olan etkileri incelenmiştir. Bu amaçla, pota fırınındaki işlem sonunda farklı dökümlerden on adet cüruf numunesi alınmıştır. Cüruflar öğütüldükten sonra, cürufların kimyasal kompozisyonları ve fazlar spektral analiz ve X-ışınları kırınımı metoduyla belirlenmiştir.

Farklı cürufların refrakter üzerindeki etkileri belirlemek için bütün deneylerde aynı özellik ve kimyasal kompozisyondaki tandiş çalışma astar refrakteri kullanılmıştır.  
Refrakter krozeler %83 civarında MgO içeren tandiş püskürtme malzemesi kullanılarak ve refrakter toz-su karışımı standart kalıplara dökülerek üretilmiştir. Refrakter-cüruf korozyon testleri öncesi, krozeler 1200 oC sıcaklığa kadar ısıtma ve sonrasında fırında oda sıcaklığına soğutma ile sinterlenmiştir. 

Cüruf-refrakter korozyon testleri 1550 oC'da 2,5 saat bekletme ve sonrasında fırında oda sıcaklığına soğutularak yapılmıştır. Korozyon testleri sonrasında farklı cürufların refrakter üzerindeki etkileri ilk olarak görsel olarak incelenmiştir. Daha sonra, refrakter ile etkileşime girmiş cürufların XRF, XRD ve SEM metotları ile kimyasal, faz ve yüzey analizleri yapılmıştır.

Korozyon öncesi alınan XRF sonuçlarından cürufların ağırlıklı olarak CaO, SiO2, Al2O3, MgO ve Fe2O3 oksitlerinden oluştuğu belirlenmiştir. Korozyon sonrası yapılan XRF analizlerinden bütün cüruflardaki SiO2 ile K2O miktarının arttığı, S, TiO2, MnO ve Fe2O3 ile Al2O3'in ise azaldığı belirlenmiştir. Refrakter ve cüruf arasındaki oksit geçişi refrakterin kimyasal kararlılığı bozarak aşınmaya veya korozyona neden olmaktadır. 

Yapılan difraksiyon (XRD) analizlerinden oksitlerin bireysel halde bulunmadığı, diğer metalik elementlerle reaksiyona girerek kompleks oksitler oluşturduğu belirlenmiştir. Bu oksitler genellikle kalsiyum bazlı oksitlerdir (kalsiyum silikat, kalsiyum alüminat gibi). 

SEM analizlerinden refrakter-cüruf ara yüzeyinde ıslatmanın iyi olduğu belirlenmiştir. Fakat cürufun refraktere pek nüfuz edemediği gözlemlenmiştir. EDX analizlerinden, cüruftaki oksitlerin C, Mg, Si ve Al elementlerince zengin olduğu belirlenmiştir.

Abstract:
In this thesis study, the effects of different slag that is encountered in continuous casting tandishes on the refractory lining of the tundish was examined. For this purpose, ten different slag samples were taken at the end of the ladle furnace process. After grinding the slags, chemical composition of the slags and phases were determined using spectral analysis and X-ray diffraction methods.

Tundish working lining refractory of the same nature and chemical composition were used in all experiments to determine effects on different refractory slag. Refractory crucibles were produced using tundish spray materials containing about 83% MgO and pouring the refractory powders-water mixture into the standard mold. Before the refractory-slag corrosion tests,  the crucibles were sintered by heating them to 1200 °C temperature and then furnace cooling to room temperature. 
 
The refractory-slag corrosion tests were done at 1550 oC for 2.5 hours and then samples were furnace cooled to room temperature. Effects of different slags on the refractories after corrosion tests were examined first viusally. After that, chemical composition, phases and surface analysis of the slags interacted with the refractories were determined using XRF, XRD and SEM methods.

XRF results taken before corrosion tests showed that slags are formed mainly from CaO, SiO2, Al2O3, MgO ve Fe2O3 oxides. From the XRF results after corrosion tests, it was determined that  the amount of SiO2 and K2O increased but S, TiO2, MnO, Fe2O3 and Al2O3 decreased in all slags. Transition of oxides between the refractory and slag degrades the chemical stability of the refractory and causes wear or corrosion.

From the XRD analyses, it was determined that individual oxides are not present in the slags but they forms complex oxides by reacting other metallic elements. These oxdes are mainly calsium based oxides (Calsium silicate, calsium aluminate etc.).

From SEM analyses, it was determined that there was a good wetting in refractory-slag interface. However, it was observed that there was not enoug slag penetration into the refractory. From the EDX analyses, it was seen that the oxides in the slags
are rich by Ca, Mg, Si, and Al elements.