KNOWLEDGE
Haixu Abrasives provides you with the latest market trends, knowledge and prices of abrasives.

مزیت آلومینا جدولی متخلخل در آجر نسوز شکل

آلومینا جدولی تف جوشی شده دارای فعالیت تف جوشی بالایی است که می تواند ترکیب زیرلایه ها و ذرات را تقویت کند. مهندسان با استفاده از آلومینا جدولی زینتر شده در تولید آجرهای آلومینا با خلوص بالا و سپس مشاهده تأثیر کوراندوم متخلخل مختلف بر عملکرد آجرهای آلومینا، متوجه شدند که ذرات آلومینا جدولی متخلخل کوچک و پر از منافذ هستند. در فرآیند تف جوشی، این ویژگی به پخش تف جوشی زیرلایه ها کمک می کند، که همچنین می تواند قدرت تف جوشی و مقاومت نفوذپذیری آجر آلومینا را با ترکیب زیرلایه و ذرات محکم تر، بهبود بخشد.

 

آجرهای آلومینا محصولات نسوز هستند که فاز کریستالی اصلی آن کوروندوم است. آنها پایداری شیمیایی خوب و مقاومت قوی در برابر اسید و سرباره قلیایی، فلز و شیشه مذاب دارند. عمدتاً در کوره‌های بلند آهن‌سازی، کوره‌های بلند کوره بلند، کوره‌های تصفیه خارج از کوره‌های فولادسازی، کوره‌های ذوب شیشه و کوره‌های صنعتی پتروشیمی استفاده می‌شود. در حال حاضر آجرهای آلومینا با خلوص بالا در بازار عمدتاً با مواد اولیه آلومینا ذوب شده تولید می شوند. تولید آلومینا ذوب شده انرژی زیادی را با تلفات زیاد مصرف می کند که دوست محیطی نیست. استفاده از مواد خام کوراندوم ذوب شده برای تولید آجرهای آلومینا با خلوص بالا، پخت سخت و با توانایی مقاومت در برابر سرباره کم است. در سال های اخیر، به عنوان یک ماده نسوز با عیار بالا، فن آوری و خروجی آلومینا جدولی متخلخل با جهش و مرز بهبود یافته است. بیایید مزیت ساخت آجر آلومینا با آلومینا جدولی متخلخل را ببینیم.

 

1 تست

1.1 مواد

ما از آلومینا جدولی متخلخل به عنوان ماده برای تولید آزمایشی استفاده می کنیم. آلومینا جدولی که ما استفاده می کنیم با نرخ تخلخل ظاهری 5.7٪، نرخ جذب آب 1.6٪، چگالی ظاهری 3.48g/cm3 است. ماده رقیب آلومینا ذوب شده با نرخ تخلخل ظاهری 8.8 درصد، نرخ جذب آب 2.4 درصد، چگالی ظاهری 3.61 گرم بر سانتی متر مکعب است. شاخص ها به شرح زیر است:

 

مورد o%
C1 C2 C3 C4 C5
آلولمینای جدولی 90 70 50 25 0
آلومینا ذوب شده 0 20 40 65 90
پودر Activeα-Al2O3 10 10 10 10 10
کلاسور (اضافه شده) 3 3 3 3 3

 

1.2 ساخت آزمایشی

با استفاده از غلتک 15 کیلوگرمی، گریت ها را برای پیش اختلاط به مدت 3 دقیقه اضافه کرده، سپس 3 درصد بایندر را اضافه کرده و به مدت 1 دقیقه ورز می دهیم و در آخر پودر ریز را اضافه کرده و 15 دقیقه ورز می دهیم و روی پرس هیدرولیک 100 تن با فشار قالب گیری شکل می دهیم. 280 مگاپاسکال نمونه های قالب گیری شده آجر استوانه ای با آجر مکعبی φ50mm×50mm با 150mm×25mm×25mm و بوته ای با ابعاد بیرونی φ50mm×50mm و اندازه سوراخ داخلی φ25mm×25mm هستند. نمونه های آجر در یک کوره الکتریکی با دمای فوق العاده بالا که در دمای 1750 درجه سانتیگراد به مدت 3 ساعت پس از نگهداری 110 درجه سانتیگراد به مدت 3 ساعت و خشک شدن گرم شده است ساخته می شوند.

1.3 تست عملکرد

تغییر خط دائمی گرمایش، چگالی حجمی و تخلخل ظاهری، مقاومت فشاری و مقاومت خمشی در دمای معمولی، مقاومت خمشی در دمای بالا (در 1400 درجه سانتیگراد برای 0.5 ساعت) نمونه ها را با استانداردهای ملی آزمایش کنید. تست توانایی مقاومت در برابر سرباره به روش بوته ایستا و مشاهده ریزساختار نمونه توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی SEM.

2 نتیجه و نتیجه گیری

2.1 ریزساختار مواد

تصویر  1  زیر ریزساختار ذرات ماده خام را نشان می دهد. مشخص شده است که آلومینا جدولی متخلخل از کریستال های oi-Al2O3 با اندازه ذرات 40 تا 120 میکرومتر تشکیل شده است و مقدار مشخصی منافذ کروی بسته وجود دارد. ساختار آلومینا ذوب شده متراکم تر است، منافذ باز با اندازه بزرگتر وجود دارد.

(الف) دانه آلومینا جدولی متخلخل (ب) دانه آلومینا جدولی ذوب شده

تصویر 1.

 

2.2 تغییر خطی گرم کردن مجدد

تصویر 2 منحنی تغییر خطی گرمایش مجدد نمونه های ساخته شده از مواد اولیه مختلف را نشان می دهد. نتایج تجربی نشان می‌دهد که تمامی نمونه‌ها دارای روند انقباض شلیک هستند. با این حال، با افزایش محتوای آلومینا جدولی متخلخل، انقباض پخت در این بین افزایش یافت. با مقایسه شاخص‌های مواد خام، متوجه شدیم که ذرات آلومینا جدولی متخلخل حاوی منافذ بسیار بیشتری هستند. اگر چگالی واقعی α-Al2O3 3.99g/cm3 و چگالی ظاهری 3.48g/cm3 باشد، مقدار کل تخلخل حدود 13 درصد است. علاوه بر این، با اندازه کریستال بسیار کوچک آلومینا جدولی متخلخل، پخش و انتقال جرم را به راحتی در فرآیند تف جوشی انجام می دهد. به این ترتیب حجم انقباض حاصل می شود زیرا برخی از منافذ از مرز کریستال همراه با حرکت مواد حذف می شوند. چگالی ظاهری ذرات آلومینا ذوب شده 3.61 گرم بر سانتی متر مکعب است. و درصد تمام منافذ حدود 9 درصد است. از آنجایی که آلومینا ذوب شده از ذوب و متراکم شدن در یک کوره قوس الکتریکی با دمای بالا تولید می شود، ماده خام دارای اندازه کریستالی بزرگ و کانال های مرزی کریستالی کمی است. بنابراین، انقباض تف جوشی کوچکتر از ذرات آلومینا جدولی متخلخل است.

تصویر 2 گرم کردن مجدد تغییر خطی در نمونه های مختلف.

2.3 تخلخل ظاهری و چگالی ظاهری

در تصویر 3 نشان می دهد که به طور کلی نمونه هایی با محتوای آلومینا جدولی متخلخل بالاتر، تخلخل ظاهری کمتر و چگالی ظاهری بالاتری دارند. این به این دلیل است که تخلخل ظاهری آلومینا جدولی متخلخل بسیار کوچک در حدود 5.7٪ است در حالی که تخلخل ظاهری آلومینا ذوب شده 8.8٪ است. علاوه بر این، در مقایسه با آلومینا ذوب شده، منافذ موجود در آلومینا جدولی متخلخل آسان‌تر از کریستال جدا می‌شوند، که تخلخل را کاهش می‌دهد و انقباض حجم بیشتری به دست می‌آورد و چگالی ظاهری نمونه را بیشتر می‌کند. بنابراین، تخلخل ظاهری نمونه پخته شده با افزایش درصد آلومینا جدولی متخلخل کاهش می یابد.

تصویر 3 تخلخل ظاهری و چگالی ظاهری برای نمونه های مختلف

تصویر 4  نشان می دهد که مقاومت فشاری دمای معمولی (CCS) آجر C1 از مواد آلومینا جدولی متخلخل خالص بسیار بزرگتر از آجر C5 مواد آلومینا ذوب شده خالص است. دو دلیل اصلی برای آن وجود دارد. اولاً، از نظر استحکام مواد خام، اندازه کریستال مواد آلومینا جدولی متخلخل کوچک است و استحکام شکست (σ) ماده و اندازه کریستال (G) رابطه عملکردی زیر را دارند:

σ=f(G-1/2)

بنابراین، استحکام مواد آلومینا جدولی متخلخل نسبتاً زیاد است، در حالی که مواد آلومینا ذوب شده شکننده است و به راحتی جدا می شود (همانطور که در تصویر  5 (a) نشان داده شده است )، و همچنین مقدار کمی فاز β-Al2O3 در آن وجود دارد. ، که استحکام مواد را کاهش می دهد.

ثانیاً، از جنبه حالت پیوند ماده، پیوند بین ذرات آلومینا جدولی متخلخل و بستر خوب است، تقریباً در یک کل متخلخل. ذرات آلومینا ذوب شده به خوبی با بستر پیوند ندارند و ترک های حلقه ای شکل به راحتی در اطراف ذرات ایجاد می شوند  (تصویر 5) (ب) . با توجه به دو دلیل فوق، استحکام مکانیکی آجر C1 جدولی مواد متخلخل خالص بهتر از آجر C5 مواد آلومینا ذوب شده خالص است.

تصویر 4 مقاومت فشاری دمای معمولی و مقاومت خمشی برای نمونه های مختلف

تصویر 5 ریزساختار نمونه های ساخته شده از آلومینا ذوب شده

 

پس از افزودن 20 گرم سرباره تبدیل به گاز به بوته (به جدول 2 برای ترکیب سرباره مراجعه کنید)، بوته را تا دمای 1550 درجه سانتیگراد در کوره الکتریکی آزمایشی با سرعت حرارت 100 درجه در ساعت گرم کنید و به مدت 3 ساعت نگه دارید و سپس بوته را در امتداد برش دهید. جهت محوری پس از سرد شدن تا دمای اتاق، تغییرات ریزساختار را در بخش طولی مشاهده کنید.

ترکیب شیمیایی سرباره کوره به شرح زیر است:

شیمیایی SiO2 Al2O2 Fe2O3 TiO2 بالا MgO K2O Na2O
محتوا% 40.8 23.6 5.1 1.1 20.9 3.8 1.1 3.6

 

 

تصویر 6 پروفیل ضد سرباره بوته ایستا

 

پس از تست خوردگی سرباره کوره گازی سازی دوغاب آب زغال سنگ، ریزساختار را با میکروسکوپ الکترونی مشاهده کنید. سرباره گازی شدن دوغاب آب زغال سنگ به شکل استخوان ماهی و عمدتاً از فاز آنورتیت است (همانطور که در  تصویر 7(a) نشان داده شده است ). سرباره با آلومینا در آجرهای آزمایشی واکنش داده و فاز اسپینل کامپوزیت منیزیم-آلومینیوم-آهن را بدست می آورد. تجزیه و تحلیل طیف انرژی نشان می دهد که ترکیب فاز اسپینل مرکب (x/%) است: MgO 40.43٪، Al2O 347.61٪، Fe2O3 11.96٪. فاز اسپینل کامپوزیت منیزیم-آلومینیوم-آهن که در اثر واکنش تشکیل می شود حلقه ای را در اطراف ذرات آلومینا تشکیل می دهد (همانطور که در  تصویر 7(b) نشان داده شده است.). ضخامت حلقه در اطراف ذرات آلومینا جدولی متخلخل 60 ~ 90 میکرومتر است و ضخامت حلقه در اطراف ذرات آلومینا ذوب شده 50 ~ 70 میکرومتر است، می توان مشاهده کرد که سرباره با جدول زینتر شده راحت تر است زیرا متخلخل شده است. آلومینا دارای فعالیت تف جوشی بزرگ، کریستال های کوچکتر، منافذ بسته تر و مرزهای کریستالی بیشتر است. سرباره به راحتی در امتداد مرزهای کریستال نفوذ می کند و با آلومینا جدولی متخلخل واکنش شیمیایی می دهد.

(الف) سرباره (ب) C2 سطح کار

تصویر 7 ریزساختار نمونه آجر آلومینا پس از آزمون سرباره و مقاومت به خوردگی

 

عمق فرسایش C1، C2، C3، C4 و C5 تفاوت قابل توجهی ندارد و همه آنها حدود 1 میلی متر هستند.شکل 8 عکس های ریزساختاری آجرهای C1 و C5 را پس از فرسایش نشان می دهد.سرباره ابتدا با ماتریس آجر واکنش می دهد و باعث می شود ذرات کوراندوم به شکل جزایر ظاهر می شوند و سپس با ذرات واکنش می دهند و ذرات را از بین می برند.

تمام عمق فرسایش C1، C2، C3، C4 و C5 حدود 1 میلی متر است، هیچ تفاوت آشکاری ندارد. تصویر 8  عکس های ریزساختاری آجرهای C1 و آجرهای C5 را به ترتیب پس از فرسایش نشان می دهد. سرباره ابتدا با زیرلایه آجر واکنش می دهد تا ذرات آلومینا به شکل جزیره ای درآیند و سپس با ذرات واکنش داده تا ذرات را از بین ببرد.

تصویر 8 ریزساختار نمونه آجر آلومینا پس از آزمایش مقاومت در برابر سرباره

 

تصویر 9 روش های نفوذ آجرهای آزمایشی با فرمولاسیون های مختلف را نشان می دهد. سرباره در امتداد منافذ به داخل آجرها نفوذ می کند، در فازهای بین دانه ای و منافذ به صورت فاز شیشه ای و فاز آنورتیت وجود دارد.

تصویر 9 ریزساختار لایه نفوذپذیر C5 نمونه آجر آلومینا پس از آزمایش مقاومت در برابر سرباره

 

اما نمونه های مختلف خواص ضد تراوایی متفاوتی را نشان می دهند: جدول زیر عمق نفوذ SiO2 را در نمونه های مختلف نشان می دهد. با کاهش محتوای آلومینا جدولی متخلخل در آجر، عمق نفوذ سرباره روند افزایشی را نشان می دهد.

فاصله از سطح کار محتوای SiO2 (ω%)
0.2 میلی متر 4 میلی متر 8 میلی متر 12 میلی متر 16 میلی متر
C1 5.64 5.78 3.73 1.1 0
C2 6.99 5.12 3.32 3.14 0
C3 7.08 4.42 4.73 3.57 0
C4 6.38 5.95 6.34 4.12 3.3
C5 6.47 6.7 5.21 5.46 2.74

 

دو دلیل برای این نتیجه وجود دارد:

  1. نمونه با محتوای آلومینا جدولی متخلخل بالا دارای تخلخل ظاهری کمتری است.
  2. ذرات مواد جدولی تف جوشی شده بهتر با بستر پیوند می خورند که از نفوذ سرباره به آجرها جلوگیری می کند.

 

3 نتیجه گیری

به دلیل اندازه کریستال کوچک آلومینا جدولی، تعداد زیادی منافذ در ذرات وجود دارد که برای ایجاد تف جوشی با انتقال جرم مفید است. برخی از منافذ از کریستال در امتداد مرز کریستال با حرکت مواد برداشته می شود و حجم آن کاهش می یابد. که منجر به افزایش نرخ انقباض و کاهش تخلخل ظاهری در تف جوشی با افزایش محتوای آلومینا جدولی متخلخل می شود.

آلومینا جدولی زینتر شده خالص دارای ساختار ریزدانه با استحکام بالا و فعالیت پخت بالا است. ذرات آلومینا جدولی متخلخل در آجر پیوند خوبی با زیرلایه ها دارند، بنابراین با افزایش محتوای کوراندوم متخلخل، عملکرد مقاومت مکانیکی افزایش می یابد.

از آنجایی که آلومینا جدولی دو مزیت قابل توجه دارد: تخلخل ظاهری کم و قابلیت اتصال عالی با بستر، نشان می دهد که آلومینا جدولی متخلخل می تواند نفوذ سرباره به آجر را کند کند.