Döner çimento fırınlarına yönelik gözenekli refrakter malzemelerin geliştirilmesi
Development of porous refractory materials for rotary cement kilns
Yazar: TOLGA DAYIOĞLU
Danışman: PROF. DR. ALPAGUT KARA
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering
Dizin: Direnç = Strength ; Gözeneklilik = Porosity ; Magnezyum alaşımları = Magnesium alloys ; Spinel refrakterler = Spinel refractories ; Çimento endüstrisi = Cement industry

Özet:
Refrakter malzemelerde ısıl izolasyon konu olduğunda gözenekli yapılar tercih edilmektedir. Çimento döner fırın geçiş bölgesi refrakterlerinde gözenekli yapıların tercih edilme nedeni tamamen ısıl iletim mekanizmaları ve havanın (boşlukların içinde bulunur) ısıl iletkenliği ile alakalıdır.
Yüksek gözenekli yapılarda mekanik özellikler, özellikle de mukavemet değerleri, ciddi miktarda düşmektedir. Literatürde yapılan çalışmalar değerlendirildiğinde, gözeneklilikteki artışın izolasyon performansını arttırmasını, bununla bağlantılı olarak mekanik özelliklerini (mukavemet, darbe dayanımı ve kırılma tokluğu) düşürmesi beklenmektedir. Mekanik mukavemetin etkilenmesinde oluşturulacak porların boyutu ve dağılımı çok önemlidir. Elde edilecek küçük gözenekler ile mukavemetin değişmediği fakat daha iri ve bağlantılı porların elde edilmesiyle mukavemetin düştüğü belirtilmiştir. 
Bu çalışma kapsamında yapılacak olan çalışmalarda kullanılan katkı malzemeleri (MgOH, Elektrot kırığı, Aktif karbon, Polivinil alkol, Kok kömürü, Kalsine manyezit ve SiC) ile gözeneklilik miktarının artırılması amaçlanırken, mukavemet değerinin ise işletmelerde kullanılabilecek değer aralığında (minimum 45,8 N/mm2) olması hedeflenmiştir. Bu şekilde yapılacak olan kompozisyon çalışmaları ve proses koşullarının optimizasyonu ile refrakterde beklenen diğer teknik özelliklerinde sağlanması hedef alınmıştır.

Abstract:
Nowadays, researchers of cement industry, as other researchers, has been focused on energy efficiency related subjects. The first step of energy efficiency is to prevent heat losses in production process. Refractory porous structures are preferred as thermal insulation materials due to their heat conduction mechanisms.
Mechanical properties, especially strength values, decrease significantly in highly porous materials. Regarding many studies, the increase in porosity will increase the insulation performance and decrease mechanical properties (strength, impact resistance, fracture toughness). The size and distribution of pores are crucial parameters concerning mechanical properties. Evidence suggests that small pores have negligible effect on fracture strength where larger and connected pores can greatly affect mechanical properties and fracture strength in particular. 
In this study, the effects of different additives were investigated to find the ideal additive(s) that could reduce the negative impact of the increased porosity of the magnesium-spinel refractory on mechanical properties. For this purpose, MgOH, Electrode fracture, Activated carbon, Polyvinyl alcohol, Coke, Calcined magnesite, and SiC were chosen for further investigation. Aiming to increase the amount of porosity (in order to reduce the density), it is intended to fabricate a refractory with minimum fracture strength of 45,8 N/mm2 to use in the process. Finally, by meeting these two criteria, other expected technical properties such as water absorption, density and thermal conductivity were considered to optimize the properties of the fabricated refractory.