Şamot refrakter malzemenin mekanik, ısıl ve korozyon direnci özelliklerine hassas döküm atık kumlarının etkilerinin araştırılması
Investigation of the effect of precision casting waste sands on the mechanical, thermal and corrosion resistance properties of chamotte refractory material
Yazar: VEYSEL MURAT BOSTANCI
Danışman: DOÇ. DR. TUBA BAHTLI
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering
Dizin: Atıklar = Wastes ; Hassas döküm = Precision casting ; Korozyon = Corrosion ; Mekanik özellikler = Mechanical properties ; Refrakter = Refractory ; Silikat = Silicate ; Termal şok = Thermal shock ; Yeniden kazanma = Recycling ; Zirkon = Zircon

Özet:
Hassas döküm sonrası kalıp özelliğini yitirerek atık haline dönüşen alüminasilikat esaslı kalıpların miktarı günden güne artmakta ve dolayısı ile depolama problemi yaşanmaktadır. Ayrıca geri kazanımı gerçekleştirilmeden bertaraf edilen, çevresel bir problem haline dönüşen bu atık, refrakterlerin mekanik, ısıl ve korozyon özelliklerine olumlu etkisi olduğu bilinen zirkon mineralini içermektedir. Bu tez çalışmasında amaç hassas döküm kumunu kullanarak daha düşük üretim maliyetine ve daha üstün mekanik, ısıl özelliklere ve korozyon direncine sahip şamot refrakter tuğla üretimi ile ilgili çalışmalar gerçekleştirmektir.
Kondöksan firmasından temin edilen AISI 4140, 1050 ve 2083 kodlu hassas döküm kumu atıkları (HDAK), XRF analizine tabi tutularak reçete oranları belirlenmiştir. Üretilen malzemelerin fiziksel, mekanik, ısıl ve korozyon testleri yapılmıştır. Elde edilen sonuçlar zirkon miktarının malzeme mukavemetine olumlu etki ettiğini ortaya koymuştur. Sonuçlar incelendiğinde %10 oranında 4140 ve 1050 kodlu hassas döküm atık kumu katkıları ile %5 oranında 2083 kodlu hassas döküm atık kumu katkısı, şamot refrakterlerin mekanik özelliklerine katkısız refraktere göre soğuk basma mukavemet (SBM) değerinde sırasıyla %26, %17 ve %3'lük; 3 noktadan eğme mukavemetinde sırasıyla %12, %6 ve %4'lük; tokluk değerlerinde ise sırasıyla %32, %30 ve %6'lık artış sağlamıştır. Isıl şok testinde ise ısıl şok sonrası SBM'de %10 oranında 4140 ve 1050 HDAK katkılı malzemelerde %33 ve %17'lik artış gözlenirken, ısıl şok sonrası 3 noktadan eğme için %10 4140 ile 1050 HDAK katkılı ve %5 2083 HDAK katkılı refrakterler için katkısız şamot refraktere göre sırasıyla %27, %10 ve %5'lik artış meydana geldiği gözlenmiştir. Korozyon direncinde penetrasyon miktarlarına bakılarak katkısız refraktere göre %10 oranında 4140 ve 1050 HDAK katkılı refrakterlerde sırası ile %57, %37 ve %5 2083 HDAK katkılı refrakterde ise %26'lık artan direnç gözlenmiştir.  Bu sonuçlar göz önüne alındığında atık hammadde kullanımı ile şamot refrakterin hem alüminasilikat esaslı şamot hammadde girdisi azalmış hem de zirkon mineralinin varlığı ile mekanik, ısıl ve korozyon direnci özelliklerinde iyileşme meydana gelmiştir.

Abstract:
The amount of disposable aluminosilicate-based molds used in the casting processes causes a storage problem after the precision casting, and the waste increases day by day. In addition, this waste, which is disposed of without recycling and causes an environmental problem, contains zircon minerals, which positively affect the mechanical, thermal, and corrosion properties of refractories. This thesis aims to produce fireclay refractory bricks with lower production costs, superior mechanical and thermal properties, and corrosion resistance by using precision casting sand. 
Precision casting sand wastes (PCSWs) with AISI 4140, 1050, and 2083 codes were supplied from Kondöksan company, and their recipe ratios were determined by X-ray fluorescence (XRF) analysis. The physical, mechanical, thermal, and corrosion tests were applied to the samples. The results revealed that zircon had a positive effect on the strength of the material. The results showed that 10% of the 4140 and 1050 coded and 5% of the 2083 coded precision casting waste sand additives increased the mechanical properties of the fireclay refractories by 26%, 17%, and 3% for cold compression strength (CCS); by 12%, 6% and 4% for 3-point bending strength; by 32%, 30% and 6% for the toughness, respectively, as compared to the additive-free samples. In the thermal shock test, while 33% and 17% increases were observed in the CCS values with the 10% 4140 and 1050 PCSW additions after the thermal shock, 10% 4140 and 1050, and 5% 2083 PCSW added samples increased 3-point bending strength by 27%, 10%, and 5% respectively, as compared to the additive-free fireclay refractory. By investigating the penetration amounts in the corrosion resistance, 10% 4140 and 1050, and 5% 2083 PCSW added refractories showed an increasing resistance by 57%, 37%, and 26%, respectively, as compared to the additive-free refractories. The results reveal that the aluminosilicate-based fireclay raw material input of the fireclay refractory was decreased, and the mechanical, thermal, and corrosion resistance properties of the fireclay were improved with the presence of zirconia mineral by using waste raw materials.