بررسي اثر افزودنيها بهسرباره جهت جلوگيري از خوردگي نسوز
منيزيت– كربني

احمد منشي1 و مسعود ظريفي2
استاد، دانشگاه صنعتي اصفهان
دانشجوي كارشناسي ارشد، دانشگاه آزاد نجفآباد
m.zarifi@iaun.ac.ir

چكيده
آجرهاي نسوز منيزيت – كربني به علت و يژگيهاي خاص خود در تحمل گرمايي و عدم ترشوندگي با مذاب فـولاد در صـنايع فولاد سـازي توجه ز يادي را بهخود جلب كردهاند. مشكل اصلي، خوردگي داغ در خط سرباره و نياز بـهتعميـر و تعـويض آجـر نـسوز مـيباشـد . در ايـ ن تحقيق، اثر افزودنيهاي متف اوت به سرباره كوره پاتيلي جهت جلوگيري يا به حداقل رساندن خوردگي نـسوز منيزيـت – كربنـي مـورد توجـهقرار گرفتهاست. نتايج نشان ميدهد كه با افزودن موادي چون ماده معدني دولوميت، پودر آجر منيزيت كربنـ ي فرسـوده ( ضـايعات)، اكـسيد منيزيم ز ينتر شده و تالك بهنسبتهاي مختلف 15% و 30% از هر كدام بهسرباره خوردگي كاهش مييابد و بهتر ين نتايج افزايش مقاومت دربرابر سرباره از افزودن ماده معدني دولوميت حاصل ميگردد.

واژهها ي كليدي:
آجر منيزيت – كربني، كوره پاتيلي، خوردگي خط سرباره، افزودن ي دولوميت.

1- مقدمه
آجر نسوز من يزيت كر بني بهطور عمده در پات يلهاي فولادساز ي، كورههاي بر پايه اكس يژن و كـوره هـاي قـوس الكتري كـي بـهكـارمي رود [1]. نسوز من يزيت كربني بهعلت ويژگي هاي خاص يـكج ايگزين مناس ب ب راي ديگ ر ن سوزها در ص نايع فولادس ازي ميباشد. برخي از اين ويژگيها عبارتند از [2 و 3]:
1– ساي ش يكنواخت و كاهش مصرف نسوز
2– حفظ و نگهدار ي كيفيت فولاد
3– افزايش دسترسي بهعملكرد مصرف نسوز
4– مقاومت به شوك حرارتي
5– كاهش خيسشوندگي آجر نسوز
عامل پنج م باعث شده كـه نـسوز منيزيـ ت كربنـي در بـين د يگـرنسوزها متمايزتر و از اهميت خاص ي برخوردار گـردد . از معا يـ ب اين نسوز ميتـوان بـه اسـتحكام مكـانيكي پـايين و مقاومـت كـمبه اكسيداسيون اشاره كرد. مقاومت بـهشـوك حرارتـي و كـاهشخيسشوندگي، به حضور كربن در پيكره آجر نسوز برمـيگـرددكه وجود كربن باعث افزايش ايـ ن و ي ژگـي هـاي منحـصر بـهفـردمي شود. بعد از خيس شـدن نـسوز و اكـسيداسيون كـربن، نـسوز منيزيت كربن ي در برابر حمـلات مـواد خورنـده ( سـرباره مـذاب) قرار گرفته كه بهدنبال آن ساختار و بدنه نسوز تخريـب مـيشـود . اكسيداسيون كربن نسوز منيزيت – كربني به دو دسته تقسيم بنـدي ميشود [3]:
1– اكسيداسيون مستقيم
2– اكسيداسيون غيرمستقيم
اكـ سيداسيون مـ ستقيم در دماهـ ا ي پـ ايينتـ ر از 1400 درجـ ه سانتي گراد اتفاق ميافتد كه عامل اكس يداسيون، اكس يژن اتمـسفراست.
2C(s) + O2(g) = 2CO(g) اكـ سيداسيون غيرمـ ستقيم در دماهـ اي بـ الاتر از 1400 درجـ ه سانتيگراد اتفاق ميافتد كه مع مـولا اًكـسيداسيون بـهدو صـورتزير انجام ميگيرد:
الف) كربن نسوز از طريق جذب و استحصال اكـس يژنMgO در زمينه اكسيد شود.
MgO(s) + C(s) = Mg(g) + CO(g) ب) كربن نسوز از طريق جذب و استحصال اكسيژن از تركيبـاتاكسيژندار موجود در سرباره نظيرFeO اكسي د شود.
FeO(S) + C(S) = Fe(g) + CO(g) عدم جلوگيري و يا كاهش خوردگي نسوز منيزيت – كربنـي درحي ن فرآيند، همراه با بروز مشكلاتي مانند:
الف) كاهش عمر مفيد آجرهاي پاتيل و افزايش هزينه آجرچينيمجدد.
ب) همچنين افزايش خوردگي جداره نسوز و ورود آن بهسرباره و متعاقباً نفوذ بهدرون مذاب باعث افزايش آخال، كاهش كيفيتفولاد تميز و افت خواص مكانيكي محصول ميگردد.
ج ) وقفههـاي زمـاني بـراي تخريـب آجـر فرسـوده و جـايگزينيآجرهـاي جديـد در پاتيـل ، منجـر بـه كـاهش توليـد و زيـانه اي اقتصادي مزيد بر هزينه آجرچيني خواهد شد.
ب ا اي ن توص يفات، باي د راهكاره ايي جه ت ح ذف ي ا ك اهش خوردگي نسوز منيزيت كربن ي ارائه داد كـه در ا يـن تحق يـق، اثـرافزودنيها بـهسـرباره جهـت ممانعـت كننـدگي خـوردگي نـسوزمنيزيت كربني مورد توجه قرار گرفته است.

46 فصلنامه علمي پژوهشي مهندسي مواد مجلسي / سال سوم / شماره اول / بهار1388

2- روش تهيه و ساخت نمونهها
براي ساخت نمونه آجـر منيز يـت – كربنـي از مـواد ز يـ ر اسـتفادهشده است:
1) اكسيد منيزيم 2) گرافي ت ريزنقرهاي
3) قير قطران 4) رزول
در تهيه نمونههـا از من يز يـت بـا دانـه بنـدي هـاي متفـاوت اسـتفاده شده است كه با هم مخلوط شده ب هطوريكه با فرمول آنـدريازن1 ب هبهت رين ت راكم دسترس ي پي دا كن يم و س پس 80 گ رم پ ودر دانهبندي شده منيزيت را با 15 گرم گراف يـت ري زنقـرهاي، 5 گـرمقير قطران و 5 گرم رزول كه بهعنـوان باي نـدر مـيباشـد، مخلـوطكرده و پس از اختلاط كامل مواد، آن را در قالب ريخته و تحتنيروي 2kg/cm 30 يا 5/7 تن قرار دادهشد. نمونه تهيه شده داراي مشخصه درصد دانسيته حجمي 4/94 و درصـد تخلخـل ظـاهري
6/2 م يباشد. تركيب نمونـه هـاي آزما يـشي در جـدول (1) آمـده است.
بعد از آمادهسازي، نمونه ها را بهمدت 24 ساعت در دماي محـيط نگهداري و سپس جهت عمليات تمپرينگ در دمـا ي 220 درجـهسانتي گراد بهمدت 2 ساعت قرار داده شد.

3- روش انجام آزمايش
در ايــن تحقيــق از روش تــست بوتــه اي بــراي انجــام آزمــا يش خوردگي نسوز منيزيت – كربني استفاده شده است. نمونـه داراي يك حوضچه بهعمـق 15 م ي لـيمتـر مـيباشـد . در حو ضــچه هـرنمـونه، مقداري سرباره همراه با افزودنيهاي مختلف ريخته و آنرا ف شرده ك رده ت ا ب ا دي واره حوض چه نمون ه تم اس مناس بيداشته باشد.
حوضچه هر نمونه حاوي سرباره با تركيب شيميايي متفــاوت ميباشد. جدول (2) تركيب شيميايي سرباره موجود در حوضچه نمونهها را نشان ميدهد (هر تركيب شيميايي با يك حرف انگليسي نامگذاري شدهاست).

جدول (1): تركيبات مواد اوليه بهكار رفته در ساخت نمونه.
روزل قير
قطران گرافيت ريزنقرهاي پودر
دانه بندي شده منيزيت مواد
5 گرم 5 گرم 15 گرم 80 گرم مقدار مواد (گرم)

بعد از آمادهسازي نمونهها جهت آزمايش، نظر بهاينكه مي بايست نمونهها در محيط احيائي مورد حمله سرباره قرار گيرند با توجه بهاين كه محيط اكسيدي باعث سوختن كربن مي شد، بايد از آن احتراز نمود، بههمين دليل نمونههاي مورد آزمايش حاوي سرباره در درون يك ميله آلومينايي كه تا دماي 2000 درجه سانتي گراد مقاوم بوده گذاشته و اطراف آن را كك و مواد كربني ريخته و دو انتها ي ميله آلومينايي را با سيمان نسوز و پودر آلومين تبيولار بسته و آببندي كرده و آن را درون كوره به مدت 3 ساعت در دماي 1550 درجه سانت يگراد نگهداري گرديد. براي بررسي اثر خوردگ ي هر نمونه با تركيب شيميايي مشخص، آن را مقطع زده و برا ي تجزيه و تحليل آنها از آناليز تصويري2 و آناليز اشعه ايكس استفاده شده است.

4- نتايج و مباحث
شكل (1) نتايج آناليز تصويري را بهصورت نمودار نشان داده است. بر اساس تجزيه و تحليل آناليز تصويري اين نتيجه حاصل ميشود كه در دماي 1550 درجه سانتيگراد اثـربخشي افزودنـيها بــهسرباره بهميزان 15 و 30 درصد، ابتدا اثر ممانعت كنندگي دولوميت موجود در تركيب شيميايي سرباره بهترين نتيجه را داشت و در رتبههاي بعدي ميتوان اثر ممانعتكنندگي را بهترتيب پودر آجر، اكسيد منيزيم و تالك بيان كرد.
بهمنظور اثبات ادعاي نتايج حاصله از آناليز تصويري، ميتوان پس از آمادهسازي نمونه ها توسط آناليز اشعه ايكس مورد

بررسي اثر افزودنيها بهسرباره جهت جلوگيري از خوردگي نسوز منيزيت – كربني 47

جدول (2): تركيبات شيميايي سرباره موجود در حوضچه نمونهها.
تركيبات سرباره (%)
دولوميت – سرباره (2A)
70 – 30 دولوميت – سرباره (1A)
85 -15
پودر آجر- سرباره (2B)
70 – 30 پودر آجر– سرباره (1B)
85 -15
اكسيد منيزيم– سرباره (2C)
70 – 30 اكسيد منيزيم – سرباره (1C)
85 –15
تالك – سرباره (2D)
70 – 30 تالك – سرباره (1D)
85 –15
سرباره 100 (K)

بررسي قرار داد. شكل (2) نمودارهاي آناليز اشعه ايكس را نشان دادهاست. با بررسي منحنيهاي آناليز XRD بهادعاي خود در مورد اثربخشي افزودنيها پ ي ميبريم. تمام نمونههايي كه حاوي افزودني هستند يا نمونهاي كه عاري از افزودني است در منحني هاي خود فازهاي پريكلاس، گرافيت، فورستريت و اسپينل را نشان دادهاند، ول ي براي اثبات ادعا ي مبني بر اثربخشي بي شتر يك افزودني نسبت بهافزودني ديگر، ميتوان بهواكنش و بر همكنش سرباره و آجر نسوز مراجعه كرد.
حاصل بر همكنش عامل خورنده و آجر نسوز، تشكيل فازهاي ثانويه بعد از انجام آزمايش ميباشد. مطابق منحنيهاي XRD فازهاي ثانويه را ميتوان فورستريت و اسپينل نام برد. علت اينكه يك افزودني نسبت بهافزودنيهاي مقابل خود اثربخشي بهتري در ممانعتكنندگي خوردگي نسوز نشان ميدهد، تعداد پيك فازهاي ثانويه فورستريت و اسپينل ميباشد.
با تحليل و بررسي منحنيهايXRD نمونههاي حاوي 30 درصـدافزودني در دمـاي 1550 درجـه سـانتيگـراد بـهايـن نتيجـه كلـيميرسيم كه هر چه سرباره توانـايي نفـوذ بـهبدنـه نـسوز را بيـشترداشتهباشد، بر همكنش بين سرباره و بدنه آجر نسوز بيشتر خواهدبود كه در پـي آن شـاهد تـشكيل فازهـاي فورسـتريت و اسـپينلبيشتري ميباشيم. منحنـيهـايXRD نمونـه هـاي 2K2 ،D2 ،A را

فصلنامه علمي پژوهشي مهندسي مواد مجلسي / سال سوم / شماره اول / بهار1388

-4341-7216446

شكل (2): منحني آناليز اشعه ايكس نمونـههـاي مختلـف نگـه داشـته شـده در

-28955211076

حاوي

نمونه

كه
100
فازهاي

سرباره

درصد

پـريكلا

و

اسـپينل

،
س
مي

نشان

را

فورستريت
دهد
.

ـا
ـكله
ش
ي
)

3

و
4
(
ت
ـصاوي
م

ر
ي
الكترون
ـ

كروس
ـكوپ
يروب
ـش

ي

)
SEM
(
بهطر
ي
قالكترون

برگشتي

هاي
3

مـ

نشان

را
ي

دهـد
.
وجـود
كري
ستال

هـاي
سـوزن

ي
فورسـتر

شـكل

ي
نمونـه

در

ت

100

درصـد
سرباره

است

مشهود
.
سنگ

عناصر

ي

روشن

ن
سـبك

عناصـر

و

تر
تـر
تي
ره
هستند

تر
.

5

نتيجه

گيري

حاوي

نمونه

كه

100

فازهاي

سرباره

درصد



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید