Dolomit üretiminde kullanılacak yerli bir dolomitin sinterlenme karakterizasyonu
Sintering chracterization of a local dolomite to be used in refractory production
Yazar: AYGÜL YEPREM
Danışman: PROF. DR. SERDAR KÜÇÜKKARAGÖZ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2003
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada Konya/Sille-Ecmel ocağından alınan dolomitin sinterlenebilirliği araştırılmıştır.Malzemenin diferansiyel termal analizi (DTA) ve X-ışın difraksiyon analizi (XRD) yapılarakçok az miktarda kalsit içeren dolomit olduğu tesbit edilmiştir. Hammaddenin ince kesitialınarak oldukça homojen dağılımlı olduğu ve tane boyutunun da sinterlenmeye uygun olduğusaptanmıştır. Yapılan ön çalışmada sinterlemeye olumlu etkisi olacağı düşünülerekhammaddeye -45Âµm boyutlu kuvars (% 99 SiO2 içeren) ve demir oksit (% 98.66 Fe2O3içeren) tozları katılmış, ancak kuvarsın hidratasyona karşı direnci zayıflatmasından dolayıyalnız Fe2O3 katkısının etkisi araştırılmıştır.Araştırmada iki grup olarak katkısız ve Fe2O3 katkılı toz karışımları kullanılarak, değişik katkıoranlarının (% 0.5, 1, 1.5), sinterleme sıcaklıklarının (1600 ºC, 1650 ºC, 1700 0C) vesinterleme zamanlarının (2s, 4s, 6s) etkileri incelenmiştir. Çeşitli granül boyutu aralığındaçalışılmış olup (0-3mm, 3-6mm, 6-10mm) ağırlık 3-6 mm aralığı özellikle seçilmiştir.Katkı malzemesinin granül dolomitin yüzeyine yapışmasını sağlamak amacıyla malzemelerinkarıştırma işlemi, az miktarda saf su kullanılarak yapılmış ve karışım etüvde kurutulduktansonra sinterleme yapılmıştır.Sinterlenen dolomitlerin (doloma) kütle yoğunluğu, görünür gözenekliliği, hidratasyondereceleri bulunmuş ve değişik sinterlenme koşullarındaki farklılıklar incelenmiştir.Mikroyapısal karakterizasyonun belirlenmesi için değişik görüntüleme ve analitik tekniklerikullanılmıştır. Işık mikroskobisi (ince kesit polarizasyon ve refleksiyon modunda aydınlıkalan görüntüleme) ve tarama elektron mikroskobisi (geri saçılmış ve ikincil elektronlarlamateryal kontrast ve dağlama ile topografik kontrast) ile fazlar saptanmaya çalışılmıştır. X-ışınları difraksiyonu ile fazların niteliği ve niceliği yaklaşık olarak belirlenmiştir. Sinterlemesonrası fazların element bileşimleri enerji dispersif x-ışınları analizi ile belirlenmiştir.Dolomit hammaddesine yapılan demir oksit katkısıyla dolomitin sinterleme sıcaklığıdüşürülmüş, oluşan sıvı faz sayesinde yoğunlaşması artırılmıştır. Oluşan yeni fazların, taneyüzeylerini iyi bir şekilde ıslatmasıyla hidratasyon etkisindeki yüzey alanı azaltılarakhidratasyon direncinin önemli ölçüde arttığı gözlemlenmiştir. Bu çalışmada, yerli dolomayademir oksit katkısı yapılarak sinterlem işleminin daha düşük sıcaklıklarda, daha kısa zamandayapılması amaçlanmıştır. Bu çalışmanın sonucunda yerli dolomitler, özellikle temiz çeliküretimi işlemleri için uygun özellikte refrakterlerin üretiminde kullanılacak ve ekonomiyeolumlu bir katkı elde edilebilecektir.Anahtar Kelimeler: Dolomit, doloma, sinterlenebilirlik, likid faz, demir oksit.xv

Abstract:
A study was pursued in order to explore the sintering of dolomite extracted from a mine inKonya-Sille-Ecmel. The differential thermal analysis (DTA) and x-ray diffraction analysis(XRD) material showed that the material was dolomite with very low levels of calcite. Anexamination of the cross-section of the raw material showed that the material washomogeneous that its particle size was acceptable for the sintering process. During thepreliminary study, the raw material was mixed with -45 Âµm sized quartz (with 99% SiO2content) and iron scale (with 98.66% Fe2O3 content). However, due to the additional effectwhich quartz has on weakening of doloma hydration further experimentation was onlypursued with iron oxide addition.The study was continued by experimenting with powders either having no additional materialor containing certain levels of iron oxide (0.5wt%, 1wt%, 1.5wt%) at different temperatures(1600Â°, 1650Â°, 1700 ºC) for different time-periods (2, 4, 6h). Different granule sizes (0-3, 3-6,6-10 mm) are studied with a special focus on the 3-6 mm interval.The mixing of the raw material was accomplished by adding some pure water in order tofacilitate the adherance of the additive to the dolomite granules, and the sintering was realizedafter drying in the oven.The mass concentration, the perceivable porousness, and the hydration levels of the sintereddolomite were examined, and differences in various sintering conditions were determined.In terms of microstructural characterisation, different imaging and analytical techniques wereused. Optical microscopy (thin cross-section polarisation and bright area reflexion modeimaging) and electron microcope scanning (material contrast and topographic contrastthrough etching with back-scattered and secondary electrons) were used in order to try todetermine phases at different resolutions and characteristics. X-ray diffraction was highlyuseful in determining qualitative and approximate quantitative characteristics of the phases.The post-sintering chemistry of the phases were examined through energy dispersive X-rayspectometry.The temperature needed for the sintering of the raw dolomite was decreased through theaddition of a certain levels of iron oxide, and its concentration was drastically increased dueto the formation of liquid phase. It was also seen that the phases soaked on the surfaces verywell, resulting in a smaller effective areas and a higher resistance to hydration. This study hasshown that the usage of a level of iron oxide that would not increase corrosion enbles thesintering process to be carried out at lower temperatures in shorter time. This would affect theusage of local doloma positively. The study results in the thought that this material could aswell replace the doloma currently being imported, thus offering great benefits to the refractoryindustry of our country and to the steel industry due to its clean steel output.Keywords: Dolomite, doloma, sinterability, liquid phase, iron oxide.xvi