Yüksek sıcaklıklarda (genellikle 1000~1800 °C) refrakter malzemeler, kullanım sırasında fiziksel, kimyasal, mekanik ve diğer etkilerle kolayca erir ve yumuşar, aşınmaya uğrar veya çatlayıp hasar görür ve bu da malzemenin çalışmasını kesintiye uğratır. Bu nedenle, refrakter malzemenin çeşitli çalışma koşullarına uyum sağlayabilecek özelliklere sahip olması gerekir. Aşağıda, refrakter malzemelerin yüksek sıcaklık performansını belirleyen 4 gösterge bulunmaktadır:
(1) Refrakter
Yüksek sıcaklığa dayanıklılık, bir malzemenin yüksek sıcaklık etkisi altında belirli bir yumuşama derecesine ulaştığı sıcaklığı ifade eder ve malzemenin yüksek sıcaklık etkisine karşı performansını karakterize eder. Yüksek sıcaklığa dayanıklılık, bir malzemenin refrakter olarak kullanılıp kullanılamayacağının değerlendirilmesinin temelini oluşturur. Uluslararası Standardizasyon Örgütü, yüksek sıcaklığa dayanıklılık derecesi 1500 ℃'nin üzerinde olan inorganik metalik olmayan malzemelerin refrakter malzeme olduğunu belirtmektedir. Bu, malzemenin erime noktasından farklıdır ve çeşitli minerallerden oluşan çok fazlı katıların karışımının kapsamlı bir ifadesidir.
Isıya dayanıklılığı belirleyen en temel faktör, malzemenin kimyasal mineral bileşimi ve dağılımıdır. Çeşitli safsızlık bileşenleri, özellikle güçlü çözücü etkiye sahip olanlar, malzemenin ısıya dayanıklılığını ciddi şekilde azaltacaktır. Bu nedenle, hammaddelerin saflığını sağlamak ve iyileştirmek için üretim sürecinde uygun önlemler alınmalıdır.
Isıya dayanıklılık, bir maddeye özgü mutlak bir fiziksel nicelik değil, belirli test koşulları altında ölçülen belirli bir yumuşama derecesine ulaşıldığında malzemenin gösterdiği göreceli bir teknik göstergedir. Test malzemesi, belirlenmiş yönteme göre kesik üçgen bir koni (test konisi olarak adlandırılır) ve belirli bir ısıtma hızında sabit bir bükme sıcaklığına sahip standart bir kesik üçgen koni (standart koni olarak adlandırılır) haline getirilir ve ısıya dayanıklılık, test konisinin bükülme derecesinin standart koninin bükülme derecesiyle karşılaştırılmasıyla belirlenir. Kesik üçgen koninin alt tabanı her iki tarafta 8 mm, üst tabanı her iki tarafta 2 mm uzunluğunda ve yüksekliği 30 mm'dir. Ölçüm sırasında, yüksek sıcaklıkta piramitte sıvı faz oluşabilir. Sıcaklık arttıkça, sıvı faz miktarı artar, sıvı fazın viskozitesi azalır ve koni yumuşar. Yumuşama belirli bir seviyeye ulaştığında, koni kendi ağırlığı nedeniyle kademeli olarak bükülür. Test konisi ve standart koni, tepe noktaları şasiye temas edene kadar aynı anda büküldüğünde, standart koninin belirlenen bükme sıcaklığı, test konisinin refrakterliği olarak kabul edilecektir.
Yük altında refrakterin yumuşama noktası veya yük altında refrakterin deformasyon sıcaklığı olarak da bilinen bu değer, refrakterin sabit yük altında yüksek sıcaklık ve yükün birleşik etkisine karşı direncini veya refrakterin belirgin plastik deformasyon gösterdiği sıcaklık aralığını ifade eder. Refrakterin maksimum çalışma sıcaklığı, yük altındaki yumuşama sıcaklığından çıkarılabilir. Yük altındaki yumuşama sıcaklığı, benzer kullanım koşullarında refrakterin yapısal dayanımını temsil eder ve refrakterin maksimum çalışma sıcaklığının belirlenmesinde temel olarak kullanılabilir.
Yük altında yumuşama sıcaklığını belirleyen ana faktör, malzemenin kimyasal mineral bileşimidir ve bu da malzemenin üretim süreciyle doğrudan ilişkilidir. Malzemenin sinterleme sıcaklığı, yük altında yumuşama deformasyon sıcaklığı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Sinterleme sıcaklığı uygun şekilde artırılırsa, gözenekliliğin azalması, kristallerin büyümesi ve iyi bağlanma nedeniyle başlangıç deformasyon sıcaklığı artacaktır. Hammaddelerin saflığının iyileştirilmesi ve düşük erime noktalı veya çözücü içeriğinin azaltılması, yük altında yumuşama deformasyon sıcaklığını artıracaktır. Örneğin, kil tuğlalardaki sodyum oksit ve silika tuğlalardaki alümina, zararlı oksitlerdir.
(3) Refrakter malzemelerin yüksek sıcaklık hacim stabilitesi
Yüksek sıcaklığa uzun süre maruz kaldığında, refrakter malzeme hacim genişlemesi gösterir; bu genişlemeye kalıcı genleşme denir. Refrakter malzemenin kalıcı genleşmesinin (deformasyonunun) boyutu, yüksek sıcaklık hacim stabilitesinin kalitesini yansıtır. Kalıcı deformasyon ne kadar küçükse, hacim stabilitesi o kadar iyidir; aksine, hacim stabilitesi ne kadar kötüyse, duvarın deformasyonuna veya hasarına neden olma olasılığı o kadar yüksektir.
Yeniden yakma çizgisindeki değişim, malzemenin yüksek sıcaklık hacim stabilitesini değerlendirmek için sıklıkla kullanılır ve bu da malzemenin kalitesini değerlendirmek için önemli bir göstergedir.
Çoğu refrakter malzeme yüksek sıcaklığın etkisi altında büzülür. Yeniden pişirme sırasında, çoğu refrakter malzeme büzülür; bunun temel nedeni, yüksek sıcaklıkta malzeme tarafından oluşturulan sıvı fazın gözenekleri doldurması, böylece parçacıkların daha da sıkılaşması ve çekilmesidir. Daha yakın zamanlarda, yeniden kristalleşme meydana gelir ve bu da malzemenin daha da yoğunlaşmasına yol açar. Yeniden pişirme sırasında genleşen birkaç malzeme de vardır. Örneğin, silika tuğla, kullanım sırasında polikristalin dönüşüm nedeniyle genleşir. Bunun nedeni, silika tuğlanın dönüşmemiş kuvarsının yüksek sıcaklıkta tridimit veya kare kuvarsa dönüşmeye devam etmesidir. Hacimce genleşen kuvars, silika tuğlalarda yaklaşık %10 oranında dönüşmemiş halde bulunur. Malzemenin yeniden pişirme sırasındaki büzülme ve genleşmesini azaltmak için, pişirme sıcaklığını uygun şekilde artırmak ve bekleme süresini uzatmak etkilidir, ancak çok yüksek olmamalıdır, aksi takdirde malzeme yapısının vitrifikasyonuna neden olur ve termal şok stabilitesini azaltır. Pişirme ve kullanım sırasında malzemedeki kuvars parçacıklarının genleşmesi, kilin büzülmesini dengelediği için, yarı silika tuğlaların hacim değişimi azdır ve bazıları hafifçe genleşmiştir.
(4) Termal şok kararlılığı
Yüksek sıcaklığa dayanıklı malzemelerin, bozulmadan ani sıcaklık değişimlerine direnme yeteneğine termal şok kararlılığı denir. Bu özellik aynı zamanda termal şok direnci veya termal şok dayanımı olarak da bilinir.
Malzemenin termal şok kararlılık indeksini etkileyen ana faktör, termal genleşme, termal iletkenlik vb. gibi malzemenin fiziksel özellikleridir. Genel olarak, malzemenin doğrusal genleşme oranı ne kadar yüksekse, termal şok kararlılığı o kadar kötüdür; malzemenin termal iletkenliği ne kadar yüksekse, termal şok kararlılığı o kadar iyidir. Ayrıca, refrakter malzemenin mikro yapısı, parçacık bileşimi ve şekli de termal şok kararlılığı üzerinde etkiye sahiptir.
Yayın tarihi: 15 Temmuz 2022