|
REFRAKTER NEDİR |
|
REFRAKTER MALZEMELER Ateşe dayanıklı malzemeler olarak tanımlanır. Refrakter malzemeler 1000oC’ nin üzerindeki sıcaklıklarda uzun süre kullanılabilir. Başta endüstrinin temel izolasyon malzemesi olan ateş tuğlaları olmak üzere, camlar, mutfak eşyaları gibi büyük bir malzeme grubunu oluşturur. Bunlar metalik malzemelerin pahalı olduğu veya kullanılmadığı yerlerde tercih edilir. Refrakterler: 1-Yapay olarak hammaddeden tek madde olarak üretilir. 2-Doğal olarak oksitlerden meydana gelir Endüstride ateş ve alevin bulunduğu tesislerde tavlama ve indüksiyon eritme fırınlarında , metalürji fırınlarında ve silikat endüstrisinde, metallerin ve camların eritilmesi için, pota malzemesi olarak , termo elemanların korunmasında ve elektrikli ısıtıcıların izolasyon malzemesi olarak kullanılır. REFRAKTER MALZEMELERİN GENEL ÖZELLİKLERİ a) Kimyasal ve Mineralojik Yapı: Metalorjik işlemlerde kullanılan refrakter malzemeler asidik, bazik ve nötr olmak üzere 3 grup altında toplanır. Bünyesinde bulunan SiO2’ nin bazik bileşenlere oranı malzemenin asitlik derecesini belirler. Bazik karakterdeki cüruflar bazik refrakterlere, asidik cüruflarda asidik refrakterlere etki etmezler. Ancak bu kimyasal özellik yanında malzemenin gözenekliliği önemli rol oynar. Daha poröz olan refrakter malzemeler çabuk ısınır. Mineralojik yapıya bağlı olarak değişik sıcaklıklardaki farklı kristal bünyeleri oluşur. Bu nedenle refrakter malzeme yoğunluğunda değişmeler meydana gelir. b) Genişleme ve Çekme: Şamot ve magnezit tuğlalar üretimleri sırasında daralma, silika tipi tuğlalar genişleme gösterir. Fazla miktarda hacim değişimi çatlamalara neden olur. Çekme olayının meydana gelmesi genellikle malzemenin üretim sırasında yeterli derecede pişmemesinde veya refrakter özelliğinin olmayışından ileri gelir. Genişleme nedeni ise malzemenin yapıldığı hammaddenin parça büyüklüğünün yetersiz olmasındandır. c) Yoğunluk ve Porozite: Sıcaklığın yükselmesi ile katı hacimde meydana gelen genişleme ile birlikte porozite azalır. Porozitenin azalması ile refrakter malzeme yumuşar. Bu özellik malzemenin karakterini tayin eder. Porozitenin azalmasıyla orantılı olarak yoğunlukta artış görülür. Refrakter malzemenin yoğunluğunun erime sırasında değişimi büyük önem taşır. Erime olayı ile birlikte hacim değişir ve malzemenin fiziksel özelliklerinde büyük sapmalar olur. d) Fırın Sıcaklığında Basınca Direnç: Refrakter malzeme kullanma sırasında genellikle basınç, gerilme gibi çeşitli kuvvetlerin etkisi altında kalır. Yumuşama sunucu boyut değişikliği olması halinde sakıncalar ortaya çıkar. Bu nedenle normalde yüksek bir basınçta parçalanan malzeme fırın sıcaklığında bu değerden çok daha düşük sıcaklıkta parçalanabilir. Sıcaklığın etkime süresinde etkili olur. e) Isıl Özellikler: Refrakter malzemelerin ısıl özellikleri özgül ısı, ısıl iletkenlik ve ısıl genişlemedir. Malzemenin Özgül ısı ve ısıl iletkenliği kullanılma yerine göre farklı şekilde değerlendirilir. Bazı halde yüksek, bazen de düşük olması arzu edilir. Oysa ısıl genişleme özelliği malzemenin tamamen bünyesinden ileri gelen ısı karşısında genişlemeyi temsil ettiğinden fonksiyonel etkiye sahiptir. Bu nedenle fırın tasarımlarında kullanılan refrakter malzemenin ısıl genişlemesi, işletme sırasında bir zarara meydan vermemek için özenle seçilir. f) Isıl Çatlama ve Parçalanma: Sıcaklık değişimlerine dayanım ısıl şok dayanım olarak tanımlanır. İşletme esnasına ısıtma ve soğutma veya sıcaklık salınımları malzemenin yüzeyi ve merkezi arasında sıcaklık farkları ve bunun sonucu olarak da genleşme gerilmeleri meydana gelir. Bir cisim her tarafından soğutulduğunda yüzey boyunca çekme gerilmeleri ve merkezinde basma gerilmeleri meydana gelir. Böylece oluşan ısıl gerilmeler malzemenin dayanımını aşarsa çatlaklar meydana getirerek malzemenin parçalanmasına neden olur. g) Mekanik Dayanıklılık: Refrakter malzemelerin soğukta basınç dayanımına malzemenin yapısı ve özellikle gözenek miktarı etkir. Ateşe dayanıklı tuğlalar oda sıcaklığında pek az şekil değiştirme gösterirler. Yüksek sıcaklıkta farklı tane büyüklüğü ve gözenek dağılımı ile yapıdaki değişik fazların arasındaki gerilmeler nedeniyle çatlaklar oluşabilir. Mekanik dayanım ve aşınma direnci yaklaşık 1000oC’ ye kadar durumunu muhafaza eder. Daha yüksek sıcaklıklarda cam fazının artmasıyla birlikte aşınma dayanımı azalır. REFRAKTER MALZEME ÇEŞİTLERİ 1-Refrakter Tuğlalar: Asidik seri : · Şamot T. · Silika T. · Yüksek alümina tuğlaları Bazik seri : · Manyezit T. · Krom T. · Dolomit T. · Forsterit T. 1-REFRAKTER TUĞLALAR Üretimde 0,5 ile 5 mm büyüklüğündeki kaba tanelerin bağlayıcı madde ile karıştırılarak form verilir ve pişirilir. Tuğlalara form verilmesi çelik kalıplar içerisinde kuru preslemeyle, helisel beslemeli presle plastik şekil değiştirmeyle, elle ve ayrıca nadiren alçı kalıplara süspansiyon halinde dökmek suretiyle yapılabilir. Tuğla üretiminde önce ham tuğlalar kurutularak içindeki kabası alınır ve ardından da daha çok tünel fırınlar kullanılarak pişirme yapılır. Böylece kristal su yada CO2 uçucu maddeler uzaklaştırılır, daha sonrada sinterleşme gerçekleşir ve tuğla mekanik mukavemet kazanır. Demir ve çelik endüstrisinde, enerji santrallerinde, kok ve gaz üretim tesislerinde, metal işletmede, seramik, cam, çimento endüstrisinde kullanılan tüm fırınlarda kullanılır. Asidik Refrakterler: a) Şamot Tuğlalar: Refrakter tuğlaların toplam miktarının yaklaşık olarak % 65 kadarı şamot olarak üretilirler ve metalurji fırınlarında cam ve tavlama fırınlarında, kafes yapımında, çeliğin dökülmesinde aşınma malzemesi (kanal tuğlası, çarpma seti, yolluk ağzı) olarak, kazan tesislerinde ve ev pişirme fırınlarında, sobalarda ve şöminelerde kullanılır. Ateşe dayanıklı hamurun ana bileşimi kaolindir. ( % 64,6 SiO2 , % 39,5 Al2O3 ve % 3,9 H2O ) Esas bileşim olan bu karışımın dışında tüm diğer hamur mineralleri daha düşük Al2O3 içerirler. Şamot’un üretimi için hamurda mümkün olduğu kadar yüksek Al2O3 ve mümkün olduğu kadar düşük alkali ve toprak alkali bulunması gerekir. Şamot ta bileşim şöyledir : % 32-38 Al2O3 - % 1-3 Fe2 O 3 - % 0,5-2 TiO2 – 0,8 M2 O ve geriye kalan SiO2 ‘dir. b) Silika Tuğlaları: Silika tuğlaları içinde yüksek oranda SiO2 bulunur. % 93 - % 98 arasındadır. Bu tuğlalar yüksek sıcaklıkta % 3,5 ‘a varan oranlarda genişleme gösterir. Bunun nedeni tuğla içinde bulunan kuvarsın önce tridimit haline daha sonrada kristobalit haline allotropik dönüşüm yapmasıdır. 870 oC 1470 oC Kuvars <________________> Tridimit <________________> Kristobalit d = 2,65 d= 2,26 d= 2,32 Bu dönüşüm sırasında özgül hacimde (d) önce küçülme sonra büyüme gözlenir. Bu durum silika tuğlaları yüksek sıcaklıkta dayanıksız yapar. Silika tuğlalar kuvarsitten 1470 oC’ nin üzerindeki sıcaklıkta üretilir. Tuğla pişirme sırasında % 14,3 hacim artışı yapar. Çok iyi ateşe dayanımları nedeniyle silika tuğlalar bir çok yerde kullanılır. Ancak asidik karakterde oluşları nedeniyle bazik karakterli cüruf ve eriyiklerle kullanılmazlar. Renkleri beyaz ile kahverengi arası lekeli fil dişi beyazıdır. Kok fırınlarında tercih edilirler. c) Alüminyum Oksidi Yüksek Şamot Tuğlaları: Şamot üretimi için kullanılan ateşe dayanıklı maddelerin Al2O3 miktarı en fazla % 45 kadardır. En iyi koşullarda 1450oC’ ye kadar kullanılabilen şamot’un ateşe dayanımını iyileştirmek için hammaddedeki alüminyum oksit oranını yükseltmesi gerekir. Çimento, döner fırınlarının sinterleşme bölgesi gibi çok fazla zorlanan yerlerde kullanılırlar. Bazik Refrakterler: MgO, CaO ve CrO3 içeren tuğlalardır. Bunlar manyezit tuğla ( periklas tuğla , MgO ), krommanyezit tuğla ( periskas kromit tuğla ) , dolomit tuğla ( CaO, MgO ) ve forsterit tuğla (2MgO, 2SiO2 )’tir. Tablo: Bazik refrakter tuğlaların bileşimleri ve özellikleri
İzolasyon Tuğlaları: Fırınlarda ve ısıl işlemlerin yapıldığı her türlü tesiste ısı izolasyonu için yüksek gözenekli (% 40 - % 70 ) izolasyon tuğlaları kullanılır. Ancak bunlar ateşe dayanıklı değildir. Bunların üretiminde ya yanarak boşluk yapan maddeler ( odun talaşı, naftalin ) yada yüksek gözenekli hammadde ( kieselgur ) kullanılır. 1200 oC’ ye kadar hatta daha yüksek sıcaklıklara kadar kullanılabilen izolasyon tuğlaları hafif ateş tuğlası olarak adlandırılır. Bunlar şamot hafif tuğla, kaolin hafif tuğla ve alüminyum oksit hafif tuğlalardır. İzolasyon tuğlaları soğukta basma dayanımı yaklaşık 700 kg/m3 özgül ağırlıkta, 1,5 MPa ve 1100 kg/m3 ham özgül ağırlıkta 5 MPa olarak düşüktür. Özel Tuğlalar: Silisyum karbür, forsterit, zikon, grafit ve kromit gibi tuğlalardır. Bu tuğlalar hem ateşe dayanıklı hem de yüksek sıcaklıkta hacim değişikliği göstermemeleri nedeniyle normal refrakter tuğlaya göre üstünlükleri vardır. Elektrikli fırınlarda kullanılır. Krom tuğlaları hammaddesi içinde (Cr2O3+ Al2O3 ) miktarı %60 veya daha fazla olan tuğlalardır. Kromit içine düşük erime sıcaklığına sahip silikatlar ve manyezit ilave edilerek imal edilirler. Böylece forsterit oluşur ve dayanıklılık artar. |