تأثير ميزان گرافيت و رزين بر خواص ديرگدازهاي دولوما گرافيتي

ساناز نقيبي1*، امين جمشيدي2، زيارتعلي نعمتي3 و حسين پايدار4
مربي، گروه مهندسي مواد، دانشگاه آزاد اسلامي واحد شهرضا
دانشجوي كارشناسي ارشد سراميك، دانشگاه آزاد اسلامي واحد نجفآباد
دانشيار، دانشكده مهندسي و علم مواد، دانشگاه صنعتي شريف
استاديار، گروه مهندسي مواد، دانشگاه آزاد اسلامي واحد شهر مجلسي
*naghibi@iaush.ac.ir

(تاريخ دريافت: 14/07/1389، تاريخ پذيرش: 19/09/1389)

چكيده
ديرگدازي بالا، مقاومت شيميايي در مقابل سرباره، امكان توليد فولاد تميز، سازگاري محيطي و هزينه پايين توليد از جمله مزاياي ديرگدازهاي دولوميتي در صنايع فولاد است. با توجه به در دسترس بودن دولوميت در ايران، ساخت ديرگدازهاي دولوميتي بسيار مثمر ثمر خواهد بود. يكي از انواع ديرگدازهاي دولوميتي، ديرگدازهاي دولوما- گرافيتي ميباشد كه به دليل مقاومت بالا به خوردگي و شوك حرارتي، ميتوانند در صنايع فولاد و سيمان كاربرد داشته باشند. در اين تحقيق، خواص ديرگدازهاي دولوما گرافيتي با افزودنيهاي مختلف و شرايط تمپر متفاوت مورد بررسي قرار گرفته است. نمونهها با توزيع اندازه دانه متفاوت دولوما و مقادير مختلف گرافيت و رزين فرآوري شدند. مواد اوليه و رفتار حرارتي آنها با استفاده از XRD ،XRF و STA مورد مطالعه قرار گرفت. پس از آمادهسازي نمونهها، خواص فيزيكي و مكانيكي، خوردگي در مجاورت سرباره و مق اومت به شوك حرارتي با افزايش تا 11% كربن در سيستم اندازهگيري شد. آزمون خوردگي در مجاورت سرباره بر اساس آزمون بوته در دماي 1600 درجه سانتيگراد به مدت 5 ساعت انجام و عمق نفوذ اندازهگيري شد. نتايج به دست آمده نشان داد كه به دليل تغييرات تدريجي در رفتار حرارتي رزين و كاهش وزن آن، خواص دما پايين سيستم تغيير يافت و استحكام فشاري سرد نمونهها در ابتدا افزايش و در ادامه با افزايش گرافيت كاهش و مقاومت به شوك حرارتي و مقاومت به خوردگي با افزودن گرافيت بهبود يافت.

واژه هاي كليدي:
دولوما، گرافيت، رزين، ديرگداز، خواص ترمومكانيكي.

1- مقدمه
گرافيت در بسياري از ديرگدازها به منظور بهبود خواص و رفتار در شرايط كاربردي مختلف به كار گرفته شده است. بر اساس اطلاعات موجود در منابع، زماني كه گرافيت در ديرگداز به كار رود، برخي خواص ماده از جمله مقاومت به شوك حرارتي و خوردگي افزايش مييابد. به نظر ميرسد اين امر عمدتاً به دليل نقطه ذوب بالا (دماي ذوب گرافيت 3845 درجه سانتيگراد است)، ضريب هدايت الكتريكي و حرارتي بالا و ضـريب انـبساط حـرارتي پايـين ايـن مـاده ميباشد [1، 2 و 3]. گرافيت داراي ساختار لايهاي است و به دليل اتصال ضعيف بين لايهها، تمايل شديدي براي واكنش با ساير مواد نشان ميدهد و همچنين به دليل انرژي سطحي پايين، اين ماده به راحتي به وسيله مذاب مواد ديگر تر نميشود.
ناخالصي موجود در مواد دولوميتي با توجه به منبع آن ميتواند متفاوت باشد. دولوميت پس از عمليات حرارتي به آهك و پريكلاز تبديل ميشود.
برخي از مهمترين ويژگيهاي ديرگدازهاي دولوميتي نياز اين دسته از مواد به دماي ددبرن1 بالا و هيدراتاسيون سريع، محدوديت زمان نگهداري و همچنين ضعف در برخي خواص ميباشد.
هدف از اين تحقيق ساخت ديرگداز دولوما گرافيتي و بهينهسازي خواص آن در مقايسه با ديرگدازهاي دولوميتي و بدون افزودني گرافيت ميباشد.

2- روش تحقيق
مواد اوليه مورد استفاده در اين كار شامل دولوميت سينتر شده شركت نسوز آذر ايران، گرافيت ساخت كشور چين با خلوص بالا و رزين جامد (بدون آب) بود. دولوميت در دماي 1600 تا 1700 درجه سانتيگراد درون كوره دوار ددبرن شد. آناليز و تصوير SEM آن به ترتيب در جدول (1) و شكل (1) و آناليز EDX آن در شكل (2) ارائه شده است. در شكل (1) نقاط تيره و روشن به ترتيب مربوط به دانههاي CaO و MgO ميباشند. در اينجا CaO به عنوان فاز زمينه و MgO فاز ثانويه است. مقادير متفاوت گرافيت پولكي از 5/2 تا 10 درصد در فرمولاسيون به كار رفته است. تصوير SEM از اين ماده در شكل (3) و آناليز STA از رزين بدون آب مورد استفاده در شكل (4) نشان داده شده است. درصد رزين در فرمول 5/3، 4، 5/4 و 5 بوده است. همه نمونهها در محدوده دماي 175 تا 250 درجه سانتيگراد تمپر شدند. براي جلوگيري از هيدراتاسيون، نمونهها در نفت سفيد برش و نگهداري شدند. خواص مكانيكي و فيزيكي مانند استحكام فشاري سرد، استحكام خمشي، دانسيته، تخلخل، شوك حرارتي و آزمون خوردگي براي همه نمونهها انجام شد.
براي انجام آزمون شوك حرارتي پس از تمپر و پخت در دماي 1600 درجه سانتيگراد به مدت 5 ساعت در اتمسفر احيايي، نمونهها در كوره الكتريكي با دماي 1000 درجه سانتيگراد به مدت 10 دقيقه قرار گرفته و سپس به وسيله پمپ هوا خنك شدند. اين سيكل 5 بار تكرار شد. پس از آن استحكام خمشي نمونهها اندازهگيري و درصد كاهش آن (به عنوان مقياس اندازهگيري مقاومت به شوك حرارتي) با استفاده از رابطه (1) محاسبه شد:
% Ml =

Mb – MaMb ×100 (1) :كه در اين رابطه
%Ml: درصد كاهش استحكام خمشي Mb: استحكام خمشي قبل از شوك حرارتي Ma: استحكام خمشي پس از شوك حرارتي ميباشد.
براي انجام آزمون مقاومت به خوردگي در برابر سرباره، نمونهها به ابعاد 114×114×50 ميليمتر بريده و حفرهاي با قطر و ارتفاع 30 ميليمتر در مركز آن ايجاد شد. سپس حفرهها با مقدار مساوي از سرباره كنورتور با آناليز شيميايي موجود در جدول (2) پر و در كوره شاتل با دماي پخت 1600 درجه سانتيگراد و زمان نگهداري 5 ساعت قرار داده شد. پس از خروج از كوره، نمونهها توسط اره الماسه و در امتداد محور حفره برش داده شدند. اندازهگيري عمق نفوذ توسط ميكروسكوپ نوري انجام گرفت.

جدول (1): آناليز شيميايي دولوما.
درصد وزني اكسيد
40/16 MgO
58/40 CaO
0/64 Fe2O3
0/17 Al2O3
0/52 SiO2
0/01> Na2O
0/01> K2O
0/09 TiO2
جدول (2): آناليز شيميايي سرباره مورد استفاده.
درصد وزني اكسيد
1/32 Al2O3
0/17 MgO
63/21 CaO
16/10 Fe2O3
2/44 TiO2
9/49 SiO2
5/4 MnO
<0/01 Na2O
<0/01 K2O
1/75 LOI

شكل (1): تصوير SEM از ذرات دولوما با بزرگنمايي 400 برابر، نقاط روشن CaO و نقاط تيره MgO بوده و طول شاخص معادل 50 ميكرون است.

شكل (2): آناليز EDX از دولوما.

شكل (3): تصوير SEM از گرافيت پولكي با بزرگنمايي 200 برابر.

3- نتايج و بحث
شكل (4) آناليز STA رزين را نشان ميدهد. بر اساس اين شكل، كاهش وزن رزين از دماي حدود 220 درجه سانتيگراد شروع ميشود و در حوالي 419 درجه سانتيگراد به بيش از 60 درصد ميرسد. پس از آن، تغييرات وزن خيلي جزئي خواهد بود. بر اساس اين اندازهگيري، كاهش وزن نهايي حدود 80 درصد ميباشد. به نظر ميرسد وجود پيك گرمازا در حوالي 600 درجه سانتيگراد در منحني DTA مربوط به تجزيه رزين باشد.
شكل (5) مربوط به تغييرات استحكام فشاري سرد و تخلخل با تغيير دماي تمپر است. بيشترين استحكام فشاري سرد در دماي 220 درجه سانتيگراد ديده ميشود كه به دليل ايجاد اتصالات عرضي و تبديل رزين به يك شبكه پليمري موقت ميباشد. افت وزن ايجاد شده در رزين پس از دماي 220 درجه سانتيگراد به افزايش تخلخل و در نتيجه آن به كاهش استحكام سرد نمونهها ميانجامد.
نتايج مربوط به توزيع اندازه ذرات (كه بر اساس روابط آندريازن به دست آمد) در شكلهاي (6) و (7) ديـده ميشود. با توجه به اين دو شكل، استحكام در نمونه n برابر 45/0 بيش از سايرين بود. با افزايش مقدار n استحكام افزايش يافت كه علت آن را ميتوان در كاهش ميزان تخلخلها دانست.

STA شكل (4): دياگرام از رزين در اتمسفر آرگون.

0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
250
175
220
235
Tempering temperature (C)
CCS (MPa)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Open porosity (%)
CCS
Porosity

0

5

10

15

20

25



قیمت: تومان


پاسخ دهید