Grafit katkılı yüksek alüminalı dökülebilir refrakterlerin mekanik ve kimyasal özelliklerinin incelenmesi
The investigation of mechanical and chemical properties of graphite added high alumina-castable refractories
Yazar: ERSAN YILMAZ
Danışman: DOÇ. DR. SUAT YILMAZ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Refrakter malzemeler demir ve demir dışı metallerin üretiminde önemli bir rol oynamaktadır. Yüksek sıcaklıkta oluşan sıvı fazlar; metal, mat ve özellikle cürufla olan reaksiyonlar refrakterin kullanım ömrünü etkilemektedir. Eriyik cüruf, refrakteri kimyasal olarak çözündürerek veya yayınma yoluyla korozyona uğratmaktadır.Grafitin ıslatmazlık özelliği sayesinde, tuğla tipi refrakterlerde grafit katkısıyla refrakterin korozyon direnci arttırılabilmektedir. Ancak dökülebilir refrakter içindeki grafitin oda sıcaklığındaki karıştırılması ve dökülmesi sırasında fazla su talep etmesi, sonradan refrakterlerin bünyesinde gözenekliliğin artmasına neden olarak, olumsuzluk yaratmaktadır. Prosesteki yetersizlik, uygulama alanını sınırlı kılmaktadır.Prosesin geliştirilmesi için yeni yöntemler denenmektedir. Sol-jel tekniği ile yapıda bulunan grafitin alümina ile kaplanarak, bu şekilde dökülebilir refrakterde kullanımı, yeni bir yöntem olarak tez çalışmasının araştırma konusunu oluşturmuştur.Alüminyum izopropoksit, dört boyunlu reaktörde 90 0C'deki suyla hidroliz edilmiş ve ardından HCl ilavesi ile pH=2,3' e ayarlanarak peptize edilmiştir. Hazırlanan çözeltiye grafit ilavesi ile oluşturulan karışım 15 dak. süre ile karıştırılmıştır. Bu karışım daha sonra 120 0C'de 8 saat bekletilerek çözeltinin jelleşmesi sağlanmış ardından 2 0C/dak. ısıtma hızıyla 550 0C'ye ısıtılmış ve 3 saat bekletilerek alümina kaplı grafit elde edilmiştir. Klasik dökülebilir refrakter üretim yöntemine göre hazırlanan reçete içine alümina kaplı grafit ilave edilerek alüminalı dökülebilir refrakter numuneler üretilmiştir.Deneysel çalışmalarda ?alümina refrakter?, ağırlıkça %3, 6, 9 ?grafit katkılı alümina? ve aynı oranlarda hazırlanmış ?alümina kaplı grafit katkılı alümina? dökülebilir refrakter numunelerle çalışılmıştır. Hazırlanan örneklerin açık gözenek, su emme oranları, bulk yoğunlukları ve basma mukavemetleri ölçülerek birbirleri ile karşılaştırılmıştır. Ayrıca cüruf korozyon direncini incelemek amacıyla yine aynı numunelerin bu defa DIN 51069'a uygun refrakter potaları üretilmiştir. Erdemir A.Ş. Çelikhanesi'nden sağlanan pota cürufu kullanılarak numunelerin cüruf testi için pişirimi yapılmış ve elmas kesicilerde eksenel kesilmiştir. Kesilen numunelerin eksenel yüzeylerinde cürufun refrakter içindeki korozyonu ve yayınımı makro ve mikro boyutta yapılan analizlerle incelenmiştir.Tez çalışmasında; sol-jel ile grafitin alümina ile kaplanmasının faydalı olduğu, fiziksel, mekanik ve kimyasal açılardan yapılan detaylı incelemelerin sonucunda ?ağ. %6 alümina kaplı grafit katkılı alümina dökülebilir refrakterlerin?, özellikle cüruf dayanımı başta olmak üzere optimal iyi sonuç verdiği görülmüştür.

Abstract:
Refractory materials play an important role in the production or ferrous and non-ferrous metals. Liquid phases that form at high temperatures, metal, mate and particularly reactions with slag may affect the service life of refractories. Melted Slag causes corrosion by dissolving refractory or diffusion.Graphite addition to the refractory increases corrosion resistance due to its wettability. To evaluate this property in graphite added castable refractories excess water is required in mixing and in casting. This situation causes increased porosity in casted refractories and limits their use.New methods have been investigated to improve process. Hence as a new method, the aim of this work is to plate graphite in matrix with alumina using sol ? gel method and then to use as a castable refractory.Aluminium isopropoxide was hydrolyzed with water at 90 0C in a reactor and peptised with HCl. pH of the solution was adjusted to 2,3. The solution was stirred for 15 minutes after graphite addition. The mixture was held at 120 0C for 8 hours and gelled. Later, the gel was heated up to 550 0C at a rate of 2 0C/min and alumina coated graphite was obtained after 3 hours of heat treatment.Refractory samples containing 3, 6, 9 wt % graphite and 3, 6, 9 wt % alumina coated graphite were prepared using castable alumina as a matrix refractory material. Open pore percent, water absorbability, bulk density and compression strength of all samples were calculated and compared with the original refractory material. In addition, crucibles were produced as described in DIN 51069 to investigate the corrosion resistivity against slag. Crucibles were treated with slag obtained from Erdemir A. Ş. Samples were then sectioned and diffusivity and corrosivity of slag was investigated both by macro and micro analyses.In this work, detailed research carried out physical and chemical properties of the samples revealed that alumina plated graphite with sol ? gel process was a useful method for producing graphite containing alumina castable refractories. The sample having 6 wt % alumina coated graphite exhibited the optimum properties and showed a good slag resistance.