مقاله تبولارآلومینا برای آجر کوراندوم خلوص بالا

تبولارآلومینا برای آجر کوراندوم خلوص بالا
چکیده
آجرکوراندوم خلوص بالا با محتوای 99% Al2O3 برپایه ی آلومینا تبولارو آلومینای ذوب سفید (WFA) به صورت یک کلوخه (aggregate) و ترکیبی از هر دو مورد مطالعه قرار گرفته شده. در مقایسه با آلومینای تبولار، کلوخه ((aggregate WFA محتوای نسبتا بالاتر ازSio2 وبالای 10% دارد و نوسان را در محتوای کربنات سدیم نشان میدهد. WFA همچنین دارای یک تخلخل باز بالاتر از%8.8 است که اغلب به شکل یک تخلخل بزرگ و یا به شکل کلوخه ای از تخلخل ها به جای تخلخل کوچک بسته وجود دارد. واین تخلخل ها در آلومینای تبولار به طور مساوی توزیع شده است. آجرها با نسبت های مختلف از آلومینای تبولار و WFA برای تعیین انقباض پخت ، دانسیته حجمی و تخلخل ظاهری ، استحکام سرد و گرم ، مقاومت به شوک حرارتی و مقاومت به خوردگی تست شده اند . همچنین ازمون های سرباره با یک سر باره گاز کننده زغال و یک سرباره شکست روغن انجام گرفته است.از این ارزیابی می توان نتیجه گرفت که آجر آلومینای تبولار عمل کرد متعادل تر(بهتری) از آجرآلومینای ذوب سفید میدهد.
مقدمه
آجر کوراندم خلوص بالا به حوار گسترده به عنوان پوشش مقاوم به ترک برای واحد شکسته روغن ، گاز کننده ی زغال ، کوره های سیاه کربنی ، تبخیرشدگی مایع سیاه (تبدیل شدن مایع سیاه به گاز) ودیگر کوره
های صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد. این مربوط به عملکرد برجسته ای از اجر کوراندوم در برابر مقاومت به خوردگی شیمیایی ، مقاومت به خوردگی مکانیکی وخواص ترمودینامیکی مانند استحکام دما بالا، مقاومت تحت بار و مقاومت به خزش حتی در محیط های گاز و مایع خورنده و با فشار بالا است.
آلومینای مرکب از مواد مصنوعی بر پایه یaggregate (کلوخه ها) شبیه آلومینای ذوب شده ی سفید و الومینای تبولار دو aggregate اصلی در دسترس برای آجر کوراندوم خلوص بالا هستند. آنها به دلیل محتوای ناخالصی (مثلSiO2) دانسیته حجمی بالا و خواص ترمودینامیکی کم انتخاب میشوند که آجرهای کوراندوم قادرند آنها را تحت شرایط حرارتی، شیمیایی و تکی کردن ساختار که کاربراتورها (گاز کننده ها) و دیگر کوره ها در عمل قابل اجرا هستند را بیابند.
احتمالا در فرایندهای مختلف برای تولیدWFA و آلومینای تبولار بین کلوخه (aggregate) تفاوتهایی وجود دارد که همچنین اثر شدیدی بر روی خواص و عملکرد آجر کوراندوم می گذارد.آلومینای تبولار به خوبی یافت میشود و با وسعت زیاد در انواع فراورده های نسوز برای فولاد سازی مثل بشقاب بزرگ شفاف استفاده میشود.آجرAI2O3-MgO-C، قابلیت ریزش و قالبهای ریخته گری. بنابراین برای یک دوره زمان طولانی از WFA به طور عادی به عنوان کلوخه برای اجر کوراندوم خلوص بالا مطابق کاربرد های غیر فولادی شبیه گازکننده (گسیفیر) و دیگر کوره های صنعتی مصرف میشود.واین اغلب ادعا میشود که aggregate (کلوخه ی) WFAدانسیته ی حجمی بالایی دارد که بالنتیجه این افزایش دانسیته ازآجر پخته و مقاومت به خوردگی است که می تواند عملکرد کلی را بالا ببرد.بنابراین این مشاهدات باید توسط یک ارزیابی وسیعی بررسی گردد. این کار برای سنجش…………. تفاوت در عملکرد تبولار آلومینا و آلومینای ذوب سفید نسبت به aggregate خودش وخواص آجر برای فهم این تفاوت ها وفراهم کردن کاربرد مناسب برای آجر کوراندوم خلوص بالا در نظر گرفته شده .
به طور آزمایشی
1-مواد خام
محصول Almatis global تبولار آلومینا با دمای T60/64 و یک نوع معمولی از چینی های تجاری WFA به صورت کلوخه ای (aggregate) و ریز انتخاب شده اند.در این زمینه،Almatis آلومینای کلسینه شده CT800FG نیز به کار می رود.
2-تهیه آجر
پنج دستورالعمل در این سنجش به کار می رود.در نتیجه بر طبق محتوا در aggregate آلومینای تبولار،این فرمول به صورت T100,T75,T50,T25 وT0 وتعدادی………برای محتوای تبولار آلومینا در آجر مربوطه نامیده میشود

جدول 1 تهیه آجر
T0
T25
T50
T75
T100TT T100

Aggregate,%,
(تبولار یا WFA)
40
42
42
19.5+22.5
43
1-3mm
15
15
12+3
15
15
0.5-1mm
10
10
10
10
10
0-0.5mm
25
23
23
23
23
ظریف،%
)هزینه،مش 325یا
یاWFA-مش 240)
10
10
10
10
10
آلومینای کلسینه
شده CT800FG،
%
+3
+3
+3
+3
+3
خمیر مایع
سولفیت،%
0
25
50
75
100
مقدار هزینه،%

3- ساخت آجر و آزمون نمونه آماده سازی
مواد اولیه همراه با چسب با سرعت بالا در یک مخلوط کن به خوبی مخلوط می شوند.بعد از گذشت 8 ساعت،مخلوط خام به وسیله یک دستگاه پرس با اصطحکاک 6300KN به آجر استاندارد چینی با ابعاد 230mm*115mm*65mm فشرده میشود.بعد از خشک شدن،آجرها در دمای بالای کوره گاز مایع در 1750 درجه سانتی گراد به مدت 8 ساعت پخته میشوند.
نمونه برای هر آزمون از روی آجر پخته شده و بر طبق استاندارد ملی چین به جز آزمون مقاومت به سایش آماده و تست شده است، که با توجه به ASTMC704 اندازه گیری میشود.مقاومت به شوک حرارتی با روش کوینچ کردن برای هر استاندارد ملی در دمای 1300 درجه سانتی گراد تا دمای اتاق هدایت میشود.مقاومت به خزش در دمای 1500 درجه سانتی گراد در فشار 0.2Mpa به مدت 25 ساعت تست میشود.
مقاومت آجرها در برابر سرباره در یک لاین کوره دوار با آجرهای آزمایش شده، تست می شوند.دو نوع متفاوت از سرباره برای این تستها استفاده میشود.ترکیب شیمیایی آنها در جدول 2 نشان داده شده است. این آزمون در دمای 1550-1600 درجه سانتی گراد هدایت میشود و 18 ساعت طول میکشد.سرباره آماده هر 30 دقیقه اضافه میشود تا سرباره را در طول مدت تست از خورندگی حفظ کند.

جدول 2 ترکیب شیمیایی از سرباره برای تست خوردگی
سرباره شکست روغن
سرباره گاز کننده زغال
درصد وزنی
24.5
40.8
SiO2
31.5
23.6
Al2O3
1.0
5.1
Fe2O3
2.0
1.1
TiO2
39.0
20.9
CaO
0.5
3.8
MgO
/
1.1
K2O+Na2O
2.0
/
NiO
1.1
/
V2O5

نتایج و مباحث
1- ترکیب شیمیایی و خواص فیزیکی WFA و تبولار آلومینا
ترکیب شیمیایی در جدول 3 نشان داده میشود،که در آن شرح داده شده که WFA در مقایسه با تبولار آلومینا محتوای 0.1% SiO2 بیشتری دارد.محتوای کربنات سدیم از آلومینای ذوب سفید به طور متوسط 0.35% است،اما در برخی از نوسانات سطح کربنات سدیم حتی بین نمونه ها از یک مجموعه مشاهده شده است. تبولار آلومینا تخلخل باز درمعرض دید ندارد و تنها تخلخل باز کمی حدود 2.9% را دارا میباشد.
ریز ساختار در میکروسکوب که توسط شکل 2 نشان داده شده است،نشان میدهد که آلومینا تنها دارای منافذ کوچک،بسته و یا سطحی در اندازه زیر 10میکرومتر است و این منافذ به طور مساوی در کل ساختار توزیع میشوند.در WFA، این تخلخل ها بزرگترند و می توانند در مقیاس mm و غالبا به صورت agglomeration (کلوخه شدن) باشند.
آلومینای ذوب سفید (WFA)
آلومینا تبولار

99.36
99.5
Al2O3,%
0.35
0.35
Na2O ,%
0.10
0.04
SiO2,%
/
0.002
),% مغناطیس)Fe
8.8
2.9
%،دانسیته ظاهری
3.51
3.56
BSG,g/cm3
ترکیب شیمیایی و خواص فیزیکی WFA و آلومینا تبولار

آلومینای ذوب سفید ((WFA آلومینای تبولار
شکل1 شکل ظاهری از آلومینای تبولار وآلومینای ذوب سفید

آلومینای ذوب سفید(WFA) آلومینای تبولار
شکل2 ریز ساختاری از آلومینای تبولار و آلومینای ذوب سفید (WFA)
2-دانسیته حجمی، تخلخل ظاهری و انقباض آجرها بعد از پخت
بعد از پخت در دمای 1750درجه سانتی گراد، آجر آلومینای تبولار خالص کمترین تخلخل ظاهری حدود13.8% همچنین بالاترین دانسیته حمی تا حدود 3.6 g/cm3 نشان می دهد که در شکل 3 نشان داده شده است . بیش تر آلومینای تبولار که در آجر وجود دارد تخلخل ظاهری کمتر و دانسیته حجمی بیش تری دارد. آجر آلومینای ذوب سفید (WFA) خالص بالاترین تخلخل ظاهری و کمترین دانسیته حجمی را میدهد که به طور طبیعی قابل مشاهده یا درک نیست . بعلاوه با در نظر گرفتن انقباض بالای آجر آلومینای تبولار اعتقاد بر این است که واکنش بهتر حرارتی آلومینای تبولار برای تراکم زینترینگ مفید است، که ممکن استآجر بر پایه ی آلومینای تبولار خالص به طور کامل تحت درجه حرارت نسبتا پایین برای تولیدات هزینه بر زینتر می شوند.

درصد انقباض درصد دانسیته حجمی درصد تخلخل ظاهری
شکل 3 تخلخل ظاهری،دانسیته حجمی و انقباض پخت آجرهای کوراندوم
3-خواص ترمودینامیکی
استحکام خمشی سرد(CCS) و مدول شکست گرم و سرد(CM0R) دردمای 1400 درجه سانتی گراد از آجرهای کوراندوم پخته در شکل 4 و5 به خوبی نشان داده میشود.آجر آلومینای تبولار خالص استحکام خمشی سرد(CCS) برجسته ای در 147Mpa دارد که این مقدار مقاومت در آجر با پایه ی WFA دو برابر شده است.همچنین برای مدول شکست سردومدول شکست گرم این مقاومت در آجر تبولار بیشتر است.کمترین استحکام در آجربر پایه ی WFA خالص تنها مربوط به aggregate(کلوخه)خود WFA نیست بلکه مربوط به پیوند سرامیکی درآجر بعد از پخت میشود. همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است یک شکافی بین aggregate(کلوخه) و زمینه در آجر WFA وجود دارد که کمتر به استحکام پخت کمک میکند.

شکل 5 مدول شکست گرم وسرد در آجرها شکل 4 استحکام خمشی سرد در آجرها

در شکل 7 نتایجی از آزمون مقاومت به سایش نشان داده میشود،که نشان میدهد آجر آلومینای تبولار خالص بهترین نتیجه را در اتلاف ماده تنها با 4/4cm3 میدهد، که این مقدار نیمی از آجر WFA خالص است.پیوند سرامیکی و به طور طبیعی چقرمگی بهتر در آلومینای تبولار این نتیجه به شدت تقویت میکند.استفاده از آلومینای تبولار وآلومینای ذوب سفید(WFA) با aggregates(کلوخه های) درشت به بهتر شدن مقاومت به سایش کمک نمی کند.

شکل 7 مقاومت به سایش در آجرها شکل 6 ریز ساختاری از آجر WFA خالص
C704) ( ASTM شکاف سطحی بین دانه های WFA وزمینه را نشان میدهد

همانطور که در شکل 8 میبینید، آجرهای شامل آلومینای تبولار در دمای بالای 5 تا 7 نتایج بهتری را نشان میدهند.اینگونه عملکرد معمولا تحت شرایط قابل پذیرش از قبیل چگونگی آزمون سختی مطرح شده است.استفاده از الومینای تبولار و WFAمی تواند به مقاوت شوک حرارتی کمک کند، و این احتمالا به دلیل گسترش ………. بین aggregates(کلوخه) آلومینای تبولار وWFA است.با این حال،این روش به قدری سخت است که به عنوان یک روش ایده ال برای بررسی تفاوت بین اجرهای مشابه قابل درک نیست.

رفتار خزش در این آجرها در دمای 1500 درجه سانتی گراد بعد از گذشت 20,15,10 و25 ساعت در شکل 6 نشان داده شده.نتایج نشان میدهد که آجرهای آلومینای تبولارخالص و WFA خالص عملکرد بهتری از آجرهای متشکل از آلومینای تبولار و WFA دارد.در اینجا مخلوط کردن کلوخه ها
(aggregate) به رفتار آجر بهبود نمی بخشد که این برخلاف مقاومت به شوک حرارتی است.انبساط متفاوت از کلوخه های (aggregate) آلومینای تبولار و WFA ممکن است به تغییر شکل تحت بار کمی بالاتر کمک کند.

شکل 9 مقاومت به خزش آجرها در دمای شکل 8 مقاومت شوک حرارتی آجرها
1500 درجه سانتی گراد (1300درجه سانتی گراد)

4- مقاومت در بابر سرباره
در شکل 10 آجرها را پس از آزمون خوردگی حاصل از سرباره گاز کننده زغال سنگ نشان میدهد،این به وضوح دیده میشود که نفوذ سرباره در این آزمون سخت تر از فرسایش است.همانطور که در شکل 11 نشان داده شده است با افزایش تبولار آلومینا در آجرها مقاومت نفوذ سرباره بر این اساس بهبود می یابد.تخلخل ظاهری کمتر و دانسیته بیشتر وپیوند سرامیکی بهتره آجرهای شامل تبولار به مقاومت در برابر سرباره کمک میکند. در این آزمون آجر سخت Cr2O3 فرسایش(ساییدگی) کمتر و نفوذ کمتر را به خوبی نشان میدهد.

شکل 11 عمق نفوذ سرباره گازکننده شکل 10 آجرها بعد از آزمون سرباره گازکننده زغال سنگ
زغال سنگ به آجرها
در ازمون خوردگی در برابر سرباره شکست روغن،همانطور که در شکل 12 نشان داده شده است هر دو فرسایش سرباره و نفوذ شدید هستند.همانطور که در شکل 13 می بینید بین همه ی آجرها، آجر تبولار الومینا کمترین سایش (فرسایش) و نفوذ را دارد و افزایش محتوای آلومینا در آجرها با مخلوط aggregate(کلوخه) باعث بهبود مقاومت به سایش میشود.بعد از آزمون خوردگی gehlenite
(ژهلینت)،Ca2Al2SiO7))،CA2(CaO,2Al2O3)،CaO(عنصر جزئی)،V2O5 وفاز شیشه ای غنی از NiO وV2O5 درسرباره و محدوده ی تحول مشاهده شده است که در شکل 14 میبینید.V2O5 وNiO شکل گیری فاز مذاب را در دمای پایین تقویت میکند،که بطور دقیق شدت فرسایش سرباره،به منظور تعیین نفوذ سرباره،محتوای SiO2 از سطح آجر به سمت داخل توسط EDXA درSEM اندازه گیری شده است.در نتیجه همانطور که در شکل 15 می بینید، نشان میدهد که نفوذ سرباره در آجرهای تبولار آلومینا در دمای T100و T75 قبل از فاصله12mm از سطح آجر وقتی که آجرWFA خالص هنوز محتوایSiO2 بالایی حتی در عمق15mm دارد،متوقف میشود.تبولار آلومینا نه تنها به فرسایش (سایش)سرباره بلکه به مقاومت در برابر نفوذ سرباره نیز بهبود می بخشد.آجرCr2O3 همچنین دارای مقاومت به سایش و خوردگی نفوذی در مقابل سرباره شکست روغن است،که حتی در مقایسه با آجرهای کوراندوم کمی بهتر است….

شکل 13 فرسایش آجرها بعد از آزمون شکل 12 آجرها بعد از آزمون سرباره شکست روغن
سرباره شکست روغن

شکل 15 محتوای SiO2 در آجرهای شکل 14 ریزساختار آجر T50 بعد از آزمون
در فاصله مختلف از سطح سرباره شکست روغن
خلاصه
مطالعات وسیع بر روی تبولار آلومینا و WFA برای آجرهای کوراندوم خلوص بالا نشان داد که تبولار آلومینا عموما می تواند به عملکرد آجرها و آماده سازی با عملکرد متعادل تر بهبود یابد که نتایج آن به طور خلاصه در زیر آمده است.
* آجرهای شامل تبولار آلومینا در طول تولید آجر واکنش پذیری زینترینگ بالایی را از خود نشان میدهند که نتایج حاصله به چگالی بهبود می بخشد.
* آجرها شامل تبولار آلومینا دانسیته حجمی بالا و تخلخل ظاهری کمی دارند.
* آجر تبولار آلومینا استحکام فشاری سرد تصفیه نشده و همچنین بالاترین مدول الاستیک گرم را در دمای 1500 درجه سانتی گراد دارد.
* آجر تبولار آلومینا بالاترین مقاومت به خوردگی را دارد.
* آجرهای شامل تبولار آلومینا خلوص بهتری از آجرها با پایه ی WFA در مقاومت به خوردگی ومقاومت به خوردگی نفوذی در مقابل سرباره حاصل از شکست روغن و گازکننده زغال دارند.
* کاربردهایی از تبولار آلومینا وWFAبه طور کلوخه می تواند به مقاومت شوک حرارتی آجرهای کوراندوم بهبود بخشد.
* آجرهای WFA و تبولار آلومینا خالص عملکرد خوبی بر روی مقایسه مقاومت به خزش بر حسب مخلوطی از aggregate(کلوخه) دارد.

سپاسگذاری
نویسنده در ادامه میخواهد قدر دانی کند ازLuoyang Institute of Refractories Research,China
برای این سعی در پشتکار برای به انجام رساندن این سنجش دارد.

منابع:
1.Richard C.Johnson, Michael S. Crowley, State of the Art Refractory Linings for Hydrogen Reforming Vessel, Proceedings of UNTECR , 05,p926-929
2.Hu Baoyu, Rebonded Corundum Brick from Sintered Alumina, Refractories, 31(14), 214-217,1997
3.K.S.Kwong , J.Bennet, C. Powell, The Improvement of Slagging Gasifier Refractories, Proceedings of UNITECR. 05,p949-953