بررسي اثر اندازه دانه كاربيد سيليسيم در توليد جرم ريختني نسوز خيلي كم سيمان براي
صنايع فولاد
الهام رحيمي*1، احمد منشي2 و رحمت اﷲ عمادي3

در اين پژوهش، توليد جرم ريختني نسوز خيلي كم سيمان شامل كاربيد سيليسيم و آلومينا براي صنايع آهن و فولاد مورد بررسي قرار گرفت. تلفيق بوكسيت با سيمان سكار 71 ، منيزيت كلسينه، هگزا متافسفات سديم، ميكرو سيليس، آلوميناي كلسينه و آلومينايي راكتيو همراه با كاربيد سيليسيم در اندازه هاي گوناگون از 16 تا 1200 مش صورت گرفت و آزمايشهاي استحكام سرد و دانسيته نشان داد كه در دانه بندي 46 مش كاربيد سيليسيم بهترين ويژگيهاي فيزيكي و مكانيكي را ارايه ميدهد كه همراه با آزمايش فاز شناسي پراش پرتو ايكس مورد تجزيه و تحليل قرار ميگيرد. از آن جايي كه جرمهاي ديرگداز حاوي مقادير بيشتر كاربيد سيليسيم، از مقاومتي بالاتر در برابر سرباره و فلز برخوردارند و همچنين، گازهاي دي اكسيد كربن و منو اكسيد كربن توليد شده از اكسيد اسيون كاربيد سيليسيم از حركت فازهاي با نقطه ذوب پايين به درون تخلخلهاي ديرگداز جلوگيري كرده و سبب بهبود ويژگيهاي شيميايي جرمهاي ريختني ميشوند، به همين دليل تاثير ميزان بهينهي ذرات كاربيد سيليسيم بر جرم ريختني مورد مطالعه قرار گرفت. آزمايشهاي استحكام سرد و دانسيته نشان دادند كه در دانه بندي 46 مش كاربيد سيليسيم ميزان بهينهي ذرات كاربيد سيليسيم 15 درصد وزني است و بهترين ويژگيهاي فيزيكي و مكانيكي را ارايه ميدهند.

واژه هاي كليدي: جرم ريختني نسوز، كاربيد سيليسيم، آلومينا، بوكسيت، سيمان سكار71.

دانشجوي كارشناسي ارشد دانشگاه صنعتي اصفهان.
استاد دانشگاه صنعتي اصفهان.
دانشيار دانشگاه صنعتي اصفهان.
e.rahimi@ma.iut.ac.ir.:نويسندهي مسئول مقاله -*
پيشگفتار
كاربرد جرمهاي ديرگداز امروزه در صنايع گوناگون از جمله صنايع فولاد كه نياز به استفاده از موادي با مقاومت در شرايط گوناگون در فرايندهاي فولادسازي دارند، به شدت گسترش يافته است. از سوي ديگر، جرمهاي ريختني متداول به دلايل گوناگوني مانند استحكام كم، ديرگدازي پايين و ساير مشكلات مربوط به استفاده از سيمان در آنها براي چنين كاربردهايي چندان مناسب نبوده و در سالهاي اخير دسته نويني از اين جرمها با عنوان جرمهاي كم سيمان مورد توجه قرار گرفته اند[1].
شيميايي دير گدازهاي كم سيمان باعث تشكيل 800، 1000، 1200) محصول كشور چين، ميكروسيليس فاز مولايت در دماي بالاي 1300 درجهي سانتي گراد ايراني به صورت ميكرونيزه محصول فرعي فروسيليس ازنا به جاي فازهاي با نقطه ذوب پايين، همچون و سيمان نسوز سكار71 توليدي لافارژ با دانه بندي (
توسعهي ديرگداز هاي كم سيمان (LCC) و بسياركم سيمان (ULCC) دردههي 80 ميلادي باجايگزيني بخشي از سيمان با ذرات ريز (μm 100- 1) و خيلي ريز ( μm1 <) همانند ميكرو سيليس و آلوميناي فعال شده آغاز شد [2]. وجود ميكرو سيليس و آلوميناي فعال شده[3] به عنوان مواد اوليهي ريز دانه در تركيب فيزيكي و شيميايي گوناگون ميشود كه در زمان نصب و محل كاربرد آنها به وقوع ميپيوندند و طراحي فرمولاسيون مناسب براي اين جرمها بايد با توجه به اين واكنشها صورت گيرد [6و5].

روش پژوهش
مواد اوليه ي مصرفي
در اين پژوهش بمنظور بررسي اثر متقابل مواد مورد استفاده در جرم هاي خيلي كم سيمان از مواد اوليه اي كه عمدتا در اين جرم ها بكار ميروند، استفاده شد كه عبارتند از: بوكسيت چيني (Bauxite) با دانه بندي mm (1- 0و3- 1و5- 3)، آلومين كلسينه با خلوص بالاي توليدي Alcoa با دانه بندي (mm5/0- 0 )، منيزيت كلسينه توليدي نسوز كشوردر بيرجند با خلوص 92 درصد با دانه بندي(mm5/0- 0 )، كاربيد سيليسيم با مشهاي (16 ،24 ،36 ،46 ،60،80، 120، 220، 320، 400، 600،
آنورتيت (2SiO2.Al2O3.CaO) و ژلنيت
(SiO2.Al2O3.2CaO)، در جرمهاي پر سيمان شده و سبب افزايش استحكام گرم ميشود [4,5]. كاربيد سيليسيم چهارمين مادهي سخت جهان پس از الماس است. اين ماده بخشي از سراميكهاي غير اكسيدي است و با توجه به ويژگيهاي اين نوع مواد به گونهي عام و كاربيد سيليسيم به گونهي خاص، كاربرد آن در صنايع به گونهاي رو افزون افزايش يافته است. به طور معمول، از SiC براي افزايش رسانايي حرارتي و كاهش ضريب انبساط حرارتي و در نتيجه، افزايش مقاومت به شوك حرارتي ديرگدازهاي ريختني آلومينايي استفاده ميشود.
اين ويژگيها و مقاومت به سايش بسيار خوب SiC، جرمهاي ريختني 3SiC-Al2O را براي كاربرد در كورهها مطرح كرده است. بنابر اين، در جرمهاي ديرگداز كم سيمان تلفيق اجزاي سازنده سبب ايجاد واكنشهاي mm5/0- 0 ) استفاده شد.

انتخاب دانه بندي مناسب
بمنظور بررسي دانه بندي مواد اوليه و توزيع اندازهي ذرات بر خواص جرم هاي ريختني خيلي كم سيمان معادلات متفاوتي مورد بررسي قرار گرفت و در نهايت، بر اساس مدل آندريازن به دليل عملي تر بودن انتخاب شد كه به صورت زير است:
(1)CPFT =100*(d/D)n كه در آن d: اندازهي ذرات، D : بيشينهي اندازهي ذرات، n : ضريب توزيع،CPFT: درصد انباشتگي ذرات كوچكتر از اندازهي d ميباشد.
جرمهاي دير گداز ريختني، شامل پودرهاي ريز، اگرگيت وآب باشد ، ويژگيهاي جرمها به عواملي از قبيل ميزان آب، دما، ميزان روانساز و توزيع دانه بندي بستگي دارد. در اين جرمهاي ريختني، اگر تنها دانه بندي گيتها تغييير يافت، ولي درصد بقيهي مواد از قبيل ميكروسيليس، منيزيت كلسينه، سيمان و كاربيد سيليسيم ثابت بماند ، طي آزمايشهاي انجام شده، بهترين ضريب توزيع براي رسيدن به جريانيابي مناسب در دير گدازهاي ريختني برابر با 3/0=n ميباشد.
ميزان تخلخل (P.O) بر اساس معيار 1200 سبب كاهش استحكام و دانسيته و افزايش تخلخل
تركيبات گوناگوني از مواد اوليه بر اساس جدول1 تهيه شدند. مخلوط هر يك از تركيبات پس از افزودن 6 درصد آب، 04/0 درصد اسيد سيتريك و 06/0 درصد تري پلي فسفات سديم به عنوان روانساز در قالبهاي مكعبي به ابعاد 3cm 5*5*5 از بدنه هاي ديرگدازي تهيه شد. نمونهها به مدت 2 ساعت در دمايºC 110 خشك و سپس در يك كورهي الكتريكي در دماي ºC1350 به مدت 2 ساعت پخت شدند. اندازهگيري چگالي (B.D) و حجمي برابر، در محدودهي دانه بندي mm ( 1- 0) قرار گرفته است و بنظر ميرسد كه تغييرات اندازهي دانه در محدودهي (mm1- 0) و شكل نا كروي ذرات كاربيد سيليسيم بر مقدار تراكم بدنهي دير گداز تاثير گذار بوده است.

اثر اندازهي دانه SiC
نتايج مربوط به ويژگيهاي فيزيكي و مكانيكي نمونهها (شكل 5 و4 ) نشان ميدهند كه با كاهش اندازهي ذرات تا مش 46 سبب افزايش استحكام و دانسيته و كاهش تخلخل ميشود و دوباره با كاهش اندازهي ذرات تا مش
79- ASTM C20 و همچنين استحكام فشاري سرد
(CCS) بر اساس معيار ASTM C133 -97 در مورد نمونه هاي خشك شده و پخت شده انجام گرفت. در ادامه، بمنظور بررسي فازهاي تشكيل شده در تركيبات گوناگون از دستگاه پراش اشعهي ايكس با لامپ cu -kα و اشعهي ايكس با طول موج 6045/1 آنگستروم استفاده و از نمونه هاي پخت شده الگوي پراش اشعهي ايكس در شرايط اندازهي گام 05/0درجه و زمان در هر گام 2 ثانيه تهيه گرديد.

نتايج و بحث
تاثيرميزان بهينه ذرات SiC نتايج مربوط به ويژگيهاي فيزيكي و مكانيكي نمونهها (شكل 1، 2 و3) در دو دماي 110و1350 درجهي سانتي گراد نشان ميدهند كه با افزايش مقدار كاربيد سيليسيم، دانسيته و استحكام فشاري سرد نمونهها كاهش و تخلخل ظاهري افزايش مييابد. بنظر ميرسد به دليل لبههاي تيز و شكل نا كروي ذرات كاربيد سيليسيم، امكان تراكم كامل ذرات كاربيدهاي سيليسيم فراهم نشده و با افزايش مقدار ذرات كاربيد سيليسيم در نمونهها فاصلهي ميان ذرات نيز بيشتر شده است و در نتيجهي آن تراكم بدنه كاهش يافته و دانسيته و استحكام فشاري سرد نيز پايين ميآيد. لازم به توضيح است كه اگر گيتها داري 3 محدودهي دانه بندي mm(1- 0و 3- 1، 5- 3) باشند، كاربيد سيليسيم افزوده شده با در نظر گرفتن نسبت ميشود و اين نتيجه حاصل ميشود كه اندازهي ذرهي مش 46 كه برابر با μm 355 است، تخلخل ظاهري نمونهها كاهش يافته بود؛ در نتيجه، استحكام و اتصال بين اجزاي تشكيل دهندهي نمونه افزايش يافته است و بهترين تراكم را ايجاد كرده است. دليل اين امر اين است كه اگر از رابطهي آندريازن استفاده شود، چنانچه مش 36، 46و60 را محاسبه گردد، مقادير بين 1 ميليمتر تا 500 ميكرون (36مش)، مقادير بين 1 ميليمتر تا 355 ميكرون (46 مش) و مقادير بين 1 ميليمتر و 255 ميكرون (60 مش) به ترتيب برابر 16، 21 و 26 درصد بدست خواهد آمد. بنظر ميرسد كه حدود 6 درصد از ذرات اضافه شده در محدودهي تقريبا mm ( 1- 0/5) ميباشند كه به مقدار 15 درصد كاربيد سيليسيم افزوده شده اضافه گرديده و عدد 21 درصد با رابطهي آندريازن بهترين همخواني را نشان ميدهد. نمودار پراش اشعهي ايكس (شكل7و6) نمونهي 46 مش كاربيد سيلسيسم در دو دماي خشك ºC110 و پخت ºC1350 نشان داده شده است.

نتيجهگيري
1- تغيير دانه بندي اگرگيت يكي از عاملهاي تاثير گذار در افزايش تراكم ذرات ميباشد كه تراكم بيشتر ذرات، بهبود ويژگيهاي فيزيكي و مكانيكي را در پي دارد.
مناسب ترين ضريب محاسبه شده3/0=n گزارش شد. 2- نتايج نشان داد كه ميزان بهينهي كاربيد سيليسيم كه باعث افزايش استحكام سرد فشاري و افزايش دانسيته ميشود، برابر با 15 درصد وزني است.
3- نتايج نشان ميدهند كه اندازهي ذرات كاربيد سيليسيم با مش 46 (μm 355 ) باعث كمترين تخلخل ظاهري و بهترين تراكم گرديده و در نتيجه، استحكام و اتصال بين ذرات افزايش مييابد.
منابع
1- B. Myhre., and B. Sandberg., “the Use of Microsilicain Refractory Castables”
International Seminaron Monolithic Refractory Materials, Tehran,Iran, Nov .30 -Dec .1, pp .
113 -140, .7991
2- B. Myrhe., and A. Hundere.,“On the influence ofsuper fines in high alumina castables”,XXXIXth International Colloquium
پيوستها
on Refractories Eurogress Aachen, pp .184– 188 , 1996. .ح. ر. عزت پور، م .حداد سبزوار، ج. وحدتي خاكي، ح -3
حميدي، ” توليد درجاي نانو كامپوزيت 3Cu-Cr)-Al2O) به روش مكانوشيميايي،” مجله علمي پژوهشي مواد نوين، دوره1 شماره 1، ص 41-48، پاييز 1389.
C. Parr., and E. Speafico., “Calcium AluminateCement Based Castable for DemandingApplications” Proceedings of
InternationalSeminar on Monolithic Refractory Materials, Tehran, Iran, pp .141-152, 1997.
W.E. Lee., W. Vieira., S. Zhang., K. GhanbariAhari., H. Sarpoolaky., and C. Parr., “Castablerefractory concretes” International
MaterialsReviews,Vol .46, No .3, pp .145 -167, 2001.
De. Oliveira, I.R. Studart., A.R. Pandolfelli V.C. Menegazzo ‘’Zero Cement Refractory Castable “ Am .Ceram .Soc.Bulletin .Vol.81, No.12, pp.27 -34, 2002.
نمونه اگرگيت سيمان
آلوميناييفعال شده آلومينايي
كلسينه كاربيد
سيليسيم ميكروسيليس
منيزيتكلسينه هگزا متا
فسفات سديم تري پلي فسفات
سديم اسيد
سيتريك
1 67 3 3 3 15 3 3 1/5 0/06 0/04
2 62 3 3 3 20 3 3 1/5 0/06 0/04
3 57 3 3 3 25 3 3 1/5 0/06 0/04
جدول 1- تركيب شيميايي مورد استفاده براي ديرگداز ريختني كم سيمان
474807237970

شكل 1- استحكام فشاري سرد براي درصدوزني گوناگون SiC الف)نمونههاي خشك شده در دمايºC 110 و ب) نمونههاي پخت شده در دمايºC1350

شكل 2- ميزان نغييرات داتسيته با درصد وزني گوناگون SiC الف) نمونههاي خشك شده در دمايºC 110 و ب) نمونه هاي پخت شده در دمايºC1350

شكل 3- ميزان نغييرات تخلخل ظاهري با درصد وزني گوناگون SiC الف) نمونههاي خشك شده در دمايºC 110 و ب) نمونههاي پخت شده در دمايºC1350

شكل4- نمودار استحكام فشاري براي اندازهي ذرات گوناگون SiC الف) اندازهي ذرات بر حسب مش و ب) اندازهي ذرات بر حسب ميكرومتر

شكل5- نمودار دانسيته براي اندازهي ذرات گوناگون SiC الف) اندازهي ذرات بر حسب مش و ب) اندازهي ذرات بر حسب ميكرومتر

شكل 6- پراش اشعهي ايكس نمونهي 46 مش كاربيد سيليسيم خشك شده در دمايºC110

شكل 7- پراش اشعهي ايكس نمونهي 46 مش كاربيد سيليسيم پخت شده در دمايºC1350



قیمت: تومان


پاسخ دهید