بخشی از مقاله
چکیده
در تحقیق حاضر تاثیر میزان فشار پرس، هنگام فرمدهی آجر، بر آجرهاي منیزیت کربنی مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور ابتدا میکسهاي آجرهاي منیزیت کربنی با % 5 کربن به صورت آزمایشگاهی تولید گردید و سپس در فشارهاي مختلف پرسکاري شد. پس از پرسکاري و تمپر کردن آجرهاي مورد نظر، خواص فیزیکی آنها از قبیل استحکام فشاري سرد - CCS - ، دانسیته بالک و تخلخل اندازهگیري شد.
تعدادي از آجرها نیز در حالت احیا در دماي 1500 درجه سانتیگراد درون کوره پخت قرار داده شد و در نهایت خواص فیزیکی آنها مورد ارزیابی قرار گرفت. علاوه بر این، به منظور برآورد میزان مقاومت آجرها در برابر اکسیداسیون، نمونهها طی دو سیکل حرارتی درون کوره آزمایشگاه در دماي 1000 درجه سانتیگراد قرار داده شد. مقاومت در برابر هیدراتاسیون آجرها نیز با قرار دادن آنها درون اتوکلاو و اندازهگیري اختلاف وزن آنها مورد بررسی قرار گرفت.
مقدمه
آجرهاي منیزیت کربنی از دیرباز جز مهمترین نسوزهاي مورد استفاده در صنعت فولاد بودهاند. کاربرد این آجرهابه دلیل مقاومت در برابر شوك حرارتی و مقاومت در برابر خوردگی، در قسمتهاي مختلف از جمله کوره EAF ، پاتیل و کنورتور BOF از محبوبیت خاصی برخوردار است. یکی از مشکلات عمده این آجرها اکسید شدن کربن آنها میباشد. در گذشتهتحقیقات فراوانی بر روي آجرهاي منیزیت کربنی از جمله تحقیق بر روي آنتیاکسیدان [1]، بایندر [2]، تر شوندگی [3] و انتقال حرارت [4]، صورت گرفتهاست.
یکی از مهمترین عوامل دخیل در کیفیت آجرهاي نسوز، میزان فشار اعمال شده در هنگام پرسکاري میباشد. در سال 2009 ماروا و همکارانش تاثیر عوامل مختلف از جمله فشار پرس را بر کیفیت آجرهاي سیلیسی بررسی کردند .
در تحقیق حاضر تاثیر فشار در هنگام پرسکاري آجرهاي منیزیت کربنی بر میزان کیفیت آجر مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین تاثیر فشار پرس بر مقاومت آجرها در برابر اکسیداسیون و هیدراتاسیون نیز بررسی شده است.
روش تحقیق
تهیه نمونههاي آزمایشی
مواد اولیه مورد استفاده جهت تولید آجرهاي منیزیا کربنی شامل منیزیاي فیوزد،گرافیت پولکی، رزین فنولیک به عنوان بایندر - مایع و جامد - و آنتی اکسیدان پودري Al بود. تعداد 6 میکس آزمایشی با شرایط و مقادیر یکسان مطابق جدول - 1 - توسط میکسر آزمایشگاهی تهیه گردید. سپس این میکسها توسط پرس تک محوره در ابعاد استاندارد 150×100×200 میلیمتر در فشارهاي 12، 13، 14، 15، 16 و 17 کیلونیوتن بر سانتیمتر مربع پرسکاري شد. آجرها پس از پرسکاري در آون آزمایشگاه در دماي 250 درجه سانتیگراد تمپر گردید.
پس از آماده شدن آجرها، جهت انجام آزمایشهاي بعدي طبق استاندارد ASTM تعدادي نمونه استوانهاي با قطر و طول 50 میلیمتر از آجرها تهیه گردید. سپس تعدادي از نمونهها در بستر کک - شرایط احیا - در دماي 1500 درجه سانتیگراد به مدت 6 ساعت درون کوره الکتریکی قرار دادهشد.
اندازهگیري پارامترهاي فیزیکی
تعدادي از نمونههاي تهیه شده در قسمت قبل براي اندازهگیري CCS، تخلخل و دانسیته آجر انتخاب شدند. این اندازهگیريها شامل نمونههاي قبل و بعد از احیا بود. که نتایج آنها در جدولهاي - 2 - و - 3 - گزارش شدهاست. روش اندازهگیري این پارامترها به روش استاندارد ASTM است.
تست اکسیداسیون
جهت انجام این تست وزن نمونهها اندازهگیري شد. سپس این نمونهها درون کورهي آزمایشگاه در دماي 1000 درجه سانتیگراد به مدت دو ساعتقرار داده شد و پس از آن مجدداً وزن گردید. مجدداً نمونهها درون کوره آزمایشگاه با شرایط قبلی قرار داده شد و پس از دو ساعت خارج و توزین شد. کاهش وزن صورت گرفته در نمونهها به عنوان معیاري از مقاومت آنها در برابر اکسایش گزارش شده و میانگین این نتایج در شکل - 1 - نشان داده شدهاست.
تست هیدراتاسیون
به منظور انجام این آزمایش نمونههاي بعد از احیا در دماي 1500 درجه سانتیگراد، با فشارهاي مختلف پرس، درون یک اتوکلاو، در محفظهي اشباع از بخار آب، قرار دادهشد. سپس حرارت محفظه اتوکلاو افزایش داده شد تا نمونه ها تحت تاثیر بخار آب قرار گیرند. پس از اتمام کار، نمونهها در دماي 105 درجه سانتیگراد به مدت 30 دقیقه خشک گردید و اختلاف وزن قبل و بعد از انجام تست هیدراتاسیون به عنوان پارامتري از مقاومت آجرها در برابر هیدراتاسیون گزارش گردید - جدول . - 4
نتایج و بحث
نتایج تخلخل و دانسیته نمونهها - جدول 2 و - 3 نشان می دهد که با اعمال فشار کمتر بر آجر هنگام پرسکاري، تخلخل آجر بیشتر و دانسیته آن کمتر میشود. همچنین نتایج CCS نشان میدهد با کاهش فشار بر آجر، استحکام فشاري سرد آجر نیز کاهش مییابد. کاهش CCS به دلیل افزایش تخلخل آجر است، زیرا با کاهش فشار پرسکاري تخلخل زیاد شده و میزان تراکم و استقامت آجر کاهش مییابد.
در تست اکسیداسیون، درصد کاهش وزن معیاري براي مقاومت در برابر اکسیداسیون در نظر گرفتهشد. شکل - 1 - و شکل - 2 - نشان میدهد که با افزایش فشار اعمال شده در هنگام پرسکاري آجر، میزان کاهش وزن نمونه طی دو سیکل تست اکسایش کمتر است، که میتوان نتیجه گرفتاحتمالاً پرسکاري آجر با فشار بیشتر باعث مقاومت بیشتر آجر در برابر اکسایش میشود. این موضوع را اینگونه میتوان تفسیر کرد که با افزایش فشار، میزان تخلخل آجر کاهش مییابد. لذا منافذ کمتري براي نفوذ اکسیژن در آجر وجود دارد و این خود مانع از اکسایش سریع آجر میشود. در حقیقت رسیدن اکسیژن کمتر به بافت آجر به معناي اکسایش کمتر آجر است.
با توجه به نتایج نشان داده شده در جدول - 4 - ، میتوان نتیجه گرفت که با افزایش فشار پرس در هنگام تهیه آجر، میزان مقاومت در برابر هیدراتاسیون نیز بهبود مییابد.
