Silika tane boyut dağılımının soda-kireç-silika (SLS) camlarının ergitme prosesi üzerindeki etkisi
Effect of sand grain size distribution on melting process of soda-lime-silica (SLS) glasses
Yazar: ECEM AKIRMAK
Danışman: PROF. DR. KORAY ÖZTÜRK
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Cam Bilimi ve Teknolojisi Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Cam üretim sürecinde hammaddelerin tane boyut dağılımı, ergimeyi doğrudan etkileyen kritik bir parametredir. Bu noktada dağılımın sınır değerleri belirlenmelidir. 
Bu çalışmada, özdeş kum orijinli farklı tane boyut dağılımına sahip 11 kum seti hazırlanmıştır. Literatürdeki çalışmalara bakıldığında seçim normları şu şekildedir: i) 500 µm partikül boyutunun üzerindeki kum miktarı %0 olmalıdır. Bu nedenle çalışma sırasında aynı kum kaynağından ağ. %0, 1, 2, 3, 4 ve 5 olan 500 µm partikül boyutunda numuneler hazırlanmıştır. ii) 106 µm partikül boyutunun altındaki kum miktarı, maksimum ağ. %10'a kadar tolere edilir. Bu nedenle bu çalışmada aynı kum kaynağına ait 106 µm partikül büyüklüğü dağılımına sahip ağ. %10, 20, 25, 30 ve 40 oranında numuneler hazırlanmıştır. Kumlar, x-ışını floresan (XRF) ve x-ışını kırınımı (XRD) ile karakterize edildi. Belirlenen tane boyut dağılımlarını (PSD) analiz etmek için alt gruplara ayrıldı. Kuvars kum tanelerinin morfolojik özellikleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) mikrografiklerine göre yuvarlaklık/küresellik parametreleri üzerinden değerlendirildi. Deneysel çalışmalar iki bölüme ayrılmıştır: ilk olarak, erime kabiliyetinin harmandan arınma zamanı (BFT) yöntemi ile karşılaştırılması yapılmıştır. İkinci olarak, harman setlerindeki tane boyut farklılıklarının ana kimyasal reaksiyonlar üzerindeki etkileri diferansiyel termal analiz (DTA) kullanılarak incelenmiştir. Termogravimetrik (TG) analiz ile, büyük ağırlık kaybının meydana geldiği sıcaklıklar karşılaştırılmıştır. Hazırlanan camların renk, geçirgenlik ve soğurma gibi optik özellikleri incelenmiştir. CIE L*a*b* diyagramı ile renk tespiti yapılmıştır. Sonuçlar değerlendirildiğinde, ince tane boyut dağılımına sahip kumların ergime sırasında tozuma ve köpürmeyi arttırması gibi dezavantajları olduğu halde 50 dk sonunda çözünmeyen partikül miktarları tolere edilebilir düzeydedir. Fakat kalın tane boyut dağılımına sahip kumlarda +500 µm üzeri tane boyut miktarının en fazla %3'te tutulması gerekmektedir. AF-ref kum+soda ikili sisteminde soda külünün ayrışımıyla ötektik ergiyiğin (birincil eriyik) oluştuğu sıcaklık 845,26°C iken, kum setleri için en ince karaktere sahip AF-i-(0-40) kumunda 839,64°C'de meydana gelmiştir. AF-k-(5-10) kumunda ise 849,72°C'dir.

Abstract:
In this study, 11 sets of sand with identical sand origin and different particle size distribution were prepared. Considering the studies in the literature, the selection standards are as follows: i) The percentage of sand above 500 µm particle size should be 0%. Therefore, the mesh should be of the same sand origin in service. Samples of 0, 1, 2, 3, 4 and 5 particle size of 500 µm were prepared. ii) The percentage of sand below 106 µm particle size, maximum mesh size. Up to 10% is tolerated. Therefore, in this study, meshes with particle size distribution of 106 µm were prepared from the same sand source. 10, 20, 25, 30 and 40 % samples were prepared. The sands were characterized by X-ray fluorescence (XRF) and X-ray diffraction (XRD). They were subdivided to analyze the determined particle size distributions (PSD). The morphological properties of the quartz sand grains were evaluated by scanning electron microscopy (SEM) images based on the roundness/sphericity parameters. The experimental investigations are divided into two parts: First, the melting ability was compared using the glare-free time (BFT) method. Secondly, the effects of grain size differences in the blend sets on the main chemical reactions were investigated using differential thermal analysis (DTA). Thermogravimetric (TG) analysis was used to compare the temperatures at which a large weight loss occurs. The optical properties of the produced glasses such as color, transmittance and absorbance were studied. The color determination was carried out and represented by the CIE L*a*b* diagram. From the results, it is found that sands with fine particle size distribution have disadvantages such as dust formation and increasing foaming during melting, but the amount of insoluble particles after 50 minutes is at a tolerable level. However, for sands with coarse particle size distribution, the proportion of particle size above +500 µm should be kept at a maximum of 3%. In the binary system AF -ref sand+soda, the temperature at which the eutectic melt (primary melt) is formed by the decomposition of soda ash is 845,26°C, while for AF-i-(0-40) sand it is 839,64°C. In AF-k-(5-10) sand it is 849,72°C.