بخشی از مقاله
چکیده :
دیرگدازهای منیزیا - دولومایی به دلیل توانایی تولید فولاد تمیز، عملکرد دمایی و مقاومت به خوردگی بالاوهمچنین صرفه اقتصادی این نوع دیرگدازها، به دلیل وجود منابع فراوان از دولومیت در ایران، موشرد توجه صنایع مختلفی از جمله صنعت فولاد، شیشه سازی، تولید آهک وغیره قرار گرفته اند. در کنار مزایای فوق استفاده از دیرگدازهای منیزیا - دولومایی به دلیل مقاومت به هیدراتاسیون ضعیف، با محدودیت روبه رو شدهاست.
در تحقیق حاضر به بررسی تاثیر نانو ذرات اکسید زیرکونیم - - Nano-ZrO با تکیه بر بهبود مقاومت به هیدراتاسیون دیرگدازهای منیزیا- دولومایی حاوی %35 اکسید کلسیم - - CaO پرداخته شده است. پس از فرمولاسیون، نمونههای استوانه ای شکل با ابعاد 30 mm 30* با فشار 90 MPa تهیه و در دمای 110 به مدت 24 ساعت خشک و در نهایت فرآیند زینترینگ در دمای 1650 با نرخ /min 5 انجام شد.
ویژگیهایی از جمله دانسیته بالک، تخلخل ظاهری، استحکام فشاری سرد نمونهها و تست مقاومت به هیدراتاسیون برروی نمونهها انجام شده است. بررسی ریزساختاری توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM - و آنالیز فازی با استفاده روش پراش اشعه ایکس - XRD - انجام شده است.
نتایج نشان می دهد که استحکام فشاری سرد نمونه ها با افزودن نانو ذرات اکسید زیرکونیم تا %6وزنی افزایش می یابد اما با افزایش میزان افزودنی تا %8 وزنی، به دلیل ایجاد میکرو ترکهای ناشی از استحاله تبدیل زیرکونیای تتراگونال به مونوکلینک و هم-چنین تشکیل فاز انبساطی زیرکونات کلسیم - - CaZrO، استحکام فشاری کاهش یافته است. به دلیل کاهش میزان CaO موجود در دولوما با تشکیل فاز زیرکونات کلسیم - - CaZrO ، مقاومت به هیدراتاسیون نمونهها افزایش یافت.
مقدمه:
دیرگدازهای منیزیا- دولومایی محصولات قلیایی مخلوط شدهای از دولومای زینتر شده - یا ذوبی - ومنیزیای زینترشده - یا ذوبی - هستند که درصد منیزیا در آنها درمحدوده80-50 درصد وزنی است. درصد بالای منیزیا باعث بوجود آمدن خواص مناسبی نظیرافزایش مقاومت به خوردگی توسط سرباره، افزایش مقاومت به هیدراتاسیون، افزایش استحکام گرم وافزایش مقاومت به سایش میشود، که مجموع این مزایا خواص مطلوبی را برای دیرگدازهای منیزیا- دولومایی ایجاد مینماید1] ،3،. [2 این دیرگدازها که درسالهای دور مورد استفاده در صنایعی مختلف ازجمله فولاد ، سیمان، شیشه و غیره قرارگرفته اند،اخیرا نیز مورد توجه تولید کنندگان دیرگدازها واقع شده اند
دیرگدازهای قلیایی متعارف در صنعت سیمان مانند دیرگدازهای منیزیا- کرومیتی به علت انبساط حجمی زیاد در کوره سرشکن میشود.از طرفی دیرگدازهای منیزیا- اسپینلی نیز با وجود ثبات حجمی خوب در سطوح داغ بوسیله مذاب کلینکر خورده میشود.
بر طبق آزمایشات انجام شده دیرگدازهای دولومیتی بخصوص منیزیا- دولومایی با توجه به مقاومت خوب در برابر مذاب کلینکر - اگرچه مقاومت به هیدراتاسیون کمی دارند - به خوبی میتوانند در صنعت سیمان جایگزین شوند.
در چند سال اخیر در کشورهای مختلف ازجمله ژاپن این دیرگدازها در سطح وسیعی در صنعت سیمان به کار میروند. از طرف دیگر دیرگدازهای حاوی آهک خواص بسیار مناسبی برای اکسیژن زدایی وگوگرد زدایی درتولید فلزات وفرآوری غیر فلزات وهمچنین برای تصفیه سوپر آلیاژهای پایه نیکل، آلیاژهای مغناطیسی و غیره دارند. ولی از آنجا که آمادگی این دیرگدازها برای آبدار شدن زیاد است در نسوزهای جدید تلاش های بسیار زیادی برای افزایش مقاومت به آبدارشدن این دیرگدازها انجام شده است
مقاومت به هیدراسیون این نوع از دیرگدازها ازطریق کربناسیون سطح وپوشش دهی فسفاتی سطح دیرگداز، پوشش دهی با قیر و قطران مورد بررسی قرار گرفته است. اما استفاده از پوشش کربنی - کربناتی - ایجاد شده ممکن است در دمای بالای 900 تجزیه شده ونقش محافظت کنندگی خود از آهک فعال راازدست بدهد.همچنین پوششهای فسفاتی منجر به ورود فسفر به داخل مذاب فولاد میشود. استفاده از قیر و قطران نیز به دلیل مشکلات زیست محیطی کم تر مورد استفاده قرار می گیرد.
در بررسی های دیگر استفاده از ترکیبات مختلف از قبیل Fe2O3 ،SiO2 V2O5و FeTiO3 که با ایجاد فازهای با نقطه ذوب پایین باعث بهبود مقاومت به هیدراتاسیون این نوع از دیرگدازها می شود بررسی شده است بررسیهای فوق اگرچه با نتایج قابل قبولی همراه بوده است اما محدودیت هایی در بعضی از خواص از جمله کاهش استحکام گرم ، کاهش دیرگدازی وکاهش مقاومت در برابرسرباره رابه همراه داشته است.در فعالیت حاضر تاثیر نانو ذرات زیرکونیا به عنوان یک افزودنی مناسب جهت بهبود مقاومت به هیدراتاسیون دیرگدازهای منیزیا- دولومایی مورد بررسی قرار گرفته است
فعالیت های تجربی:
در فعالیت حاضر برای تهیه منیزیا و دولومای مورد نیاز از منیزیت معدن بیرجند و دولومیت زفره اصفهان، که پس از خردایش، به مدت 3 ساعت در دمای 1000 درجه کلسینه شد ، استفاده شده است.آنالیز شیمیایی منیزیا و دولومای مورد استفاده در جدول - 1 - آورده شده است. همچنین از زیرکونیا تثبیت نشده آفریقای جنوبی با خلوص %96 و با ساختار مونوکلینیک - بادلیت - با آنالیز شیمیایی مطابق جدول - 2 - به عنوان افزودنی در تهیه و ساخت نمونهها استفاده شده است..
جدول -1 آنالیز شیمیایی منیزیا و دولومای مصرفی
جدول -2 آنالیز شیمایی زیرکونیا مصرفی
زیرکونیای مورد استفاده در این پژوهش در اندازه 85 nm و در مقادیر 8،6،4،2،0 درصد وزنی استفاده شده است. الگوی پراش آن نیز در شکل - 1 - آمده است. همانگونه که در شکل - 1 - مشاهده می شود زیرکونیای مورد استفاده تا حدودی به دلیل وجود رناخالصی های موجود از قبیل CaO و MgO تثبیت شده است.
