Dayanıklı - Refractory - Wikipedia

Bu makale ısı direnci hakkındadır. Diğer kullanımlar için bkz. Refrakter (belirsizliği giderme).
Refrakter tuğlalar bir torpido arabası erimiş demiri çekmek için kullanılır

Bir refrakter malzeme veya dayanıklı ısı, basınç veya kimyasal saldırı ile ayrışmaya dirençli olan ve mukavemetini ve formunu yüksek seviyede tutan bir malzemedir sıcaklıklar.[1] Refrakterler inorganik, metalik olmayan, gözenekli ve heterojendir. Tipik olarak aşağıdaki malzemelerin oksitleri veya oksitleri gibi karbürler, nitrürler vb. silikon, alüminyum, magnezyum, kalsiyum, ve zirkonyum.[2] Niyobyum, krom, zirkonyum, tungsten renyum, tantal gibi erime noktaları> 1850 ° C olan bazı metaller de refrakter olarak kabul edilir.[3].

ASTM C71 refrakterleri "... 1.000 ° F (811 K; 538 ° C) üzerindeki ortamlara maruz kalan yapılar için veya sistem bileşenleri olarak uygulanabilir kılan bu kimyasal ve fiziksel özelliklere sahip metal olmayan malzemeler" olarak tanımlar.[4]

Refrakter malzemeler kullanılır fırınlar, fırınlar, çöp yakma tesisleri, ve reaktörler. Refrakterler ayrıca potalar ve cam ve metal dökümü için ve roket fırlatma yapıları için alev deflektör sistemlerinin yüzeyini kaplamak için kalıplar.[5] Bugün demir çelik endüstrisi ve metal döküm sektörleri üretilen tüm refrakterlerin yaklaşık% 70'ini kullanmaktadır.[6]

Isıya dayanıklı malzemeler

Refrakter malzemeler kimyasal ve fiziksel olarak yüksek sıcaklıklarda stabil olmalıdır. Çalışma ortamına bağlı olarak, şunlara dayanıklı olmalıdırlar. termal şok, olmak kimyasal olarak etkisiz ve / veya belirli aralıklara sahip termal iletkenlik ve katsayısının termal Genleşme.

oksitler nın-nin alüminyum (alümina ), silikon (silika ) ve magnezyum (magnezya ) refrakter imalatında kullanılan en önemli malzemelerdir. Refrakterlerde genellikle bulunan diğer bir oksit, kalsiyum (Misket Limonu ).[7] Ateş killeri refrakter imalatında da yaygın olarak kullanılmaktadır.

Refrakterler karşılaştıkları koşullara göre seçilmelidir. Bazı uygulamalar özel refrakter malzemeler gerektirir.[8] Zirkonya malzemenin aşırı yüksek sıcaklıklara dayanması gerektiğinde kullanılır.[9] Silisyum karbür ve karbon (grafit ) bazı çok şiddetli sıcaklık koşullarında kullanılan diğer iki refrakter malzemedir, ancak bunlar ile temas halinde kullanılamazlar. oksijen, yapacakları gibi oksitlemek ve yan.

İkili bileşikler gibi tungsten karbür veya Bor nitrür çok dirençli olabilir. Hafniyum karbür bilinen en dirençli ikili bileşiktir, erime noktası 3890 ° C.[10][11] üçlü bileşik tantal hafniyum karbür bilinen tüm bileşikler arasında en yüksek erime noktalarından birine sahiptir (4215 ° C).[12][13]

Kullanımlar

Ateşe dayanıklı malzemeler aşağıdaki işlevler için kullanışlıdır:[14][2]

  1. Sıcak bir ortam ile içeren bir kabın duvarı arasında termal bir bariyer görevi görür
  2. Sıcak ortam nedeniyle fiziksel baskılara dayanır ve damar duvarlarının erozyonunu önler
  3. Korozyona karşı koruma
  4. Isı yalıtımı sağlamak

Refrakterlerin çok sayıda faydalı uygulaması vardır. Metalurji endüstrisinde, refrakter fırınlar, fırınlar, reaktörler ve metal ve cüruf gibi sıcak ortamları tutan ve taşıyan diğer kapları astarlamak için kullanılır. Refrakterler, ateşlemeli ısıtıcılar, hidrojen dönüştürücüler, amonyaklı birincil ve ikincil dönüştürücüler, kırma fırınları, yardımcı kazanlar, katalitik kraking üniteleri, hava ısıtıcıları ve kükürt fırınları gibi diğer yüksek sıcaklık uygulamalarına sahiptir.[14]

Refrakter malzemelerin sınıflandırılması

Refrakterler, aşağıdakilere göre birden çok şekilde sınıflandırılır:

  1. Kimyasal bileşim
  2. Üretim yöntemi
  3. Füzyon sıcaklığı
  4. Refrakterlik
  5. Termal iletkenlik

Kimyasal bileşime göre

Asidik refrakterler

Asidik refrakterler genellikle asidik malzemelere karşı dayanıklıdır ancak bazik malzemeler tarafından kolayca saldırıya uğrar ve bu nedenle asidik ortamlarda asidik cüruf ile kullanılır. Silika, alümina ve ateş kili tuğlası refrakterleri gibi maddeleri içerirler. Hem alümina hem de silikaya saldırabilen dikkate değer reaktifler hidroflorik asit, fosforik asit ve florlu gazlardır (örneğin HF, F2).[15] Yüksek sıcaklıklarda asidik refrakterler ayrıca kireçler ve baz oksitlerle reaksiyona girebilir.

  • Silika refrakterler % 93'den fazla silikon oksit (SiO2) içeren refrakterlerdir.2). Asidiktirler, yüksek termal şok, akı ve cüruf direncine ve yüksek dökülme direncine sahiptirler. Silika tuğlalar, demir çelik endüstrisinde fırın malzemesi olarak sıklıkla kullanılmaktadır. Silika tuğlanın önemli bir özelliği, erime noktasına kadar yüksek yükler altında sertliği koruyabilmesidir.[2]
  • Zirkonya refrakterleri esas olarak zirkonyum oksitten (ZrO2). Düşük ısı iletkenliğine sahip oldukları, erimiş camla kolayca ıslanmadıkları ve erimiş camla düşük reaktiviteye sahip oldukları için genellikle cam fırınlarında kullanılırlar. Bu refrakterler aynı zamanda yüksek sıcaklık yapı malzemeleri uygulamalarında da kullanışlıdır.
  • Alüminosilikat refrakterler esas olarak alüminadan oluşur (Al2Ö3) ve silika (SiO2). Alüminosilikat refrakterler yarı asidik, havai fişek kompoziti veya yüksek alümina içerikli kompozit olabilir.[açıklama gerekli ][16]

Temel refrakterler

Temel refrakterler cüruf ve atmosferin temel olduğu alanlarda kullanılır. Alkali malzemelere karşı kararlıdırlar ancak asitlere tepki verebilirler. Ana hammaddeler, magnezya (MgO) yaygın bir örnek olan RO grubuna aittir. Diğer örnekler arasında dolomit ve krom-magnezya bulunur. Yirminci yüzyılın ilk yarısında, çelik yapım süreci yapay olarak kullanıldı periklaz (kavrulmuş manyezit ) bir fırın kaplama malzemesi olarak.

  • Manyezit refrakterler ≥% 85 magnezyum oksitten (MgO) oluşur. Kireç ve demir açısından zengin cüruflara karşı yüksek cüruf direncine, güçlü aşınma ve korozyon direncine ve yük altında yüksek refrakterliğe sahiptirler ve tipik olarak metalürji fırınlarında kullanılırlar.[17]
  • Dolomit refrakterler esas olarak kalsiyum magnezyum karbonattan oluşur. Tipik olarak, dolomit refrakterleri dönüştürücü ve arıtma fırınlarında kullanılır.[18]
  • Magnesia-krom refrakterler esas olarak magnezyum oksit (MgO) ve krom oksit (Cr2Ö3). Bu refrakterlerin refrakterliği yüksektir ve korozif ortamlar için yüksek toleransa sahiptir.

Nötr refrakterler

Bunlar cürufların ve atmosferin asidik veya bazik olduğu ve hem asitlere hem de bazlara kimyasal olarak stabil olduğu alanlarda kullanılır. Ana hammaddeler R'ye aittir ancak bunlarla sınırlı değildir.2Ö3 grubu. Bu malzemelerin ortak örnekleri şunlardır: alümina (Al2Ö3), chromia (Cr2Ö3) ve karbon.[2]

  • Karbon grafit refrakterler esas olarak karbondan oluşur. Bu refrakterler genellikle yüksek derecede indirgeyici ortamlarda kullanılır ve yüksek refrakterlik özellikleri onlara mükemmel termal stabilite ve cüruflara direnç sağlar.
  • Kromit refrakterler sinterlenmiş magnezya ve kromadan oluşur. Yüksek sıcaklıklarda sabit hacme, yüksek refrakterliğe ve cüruflara karşı yüksek dirence sahiptirler.[19]
  • Alümina refrakterleri ≥% 50 alüminadan oluşur (Al2Ö3).

Üretim yöntemine göre

  1. Kuru pres işlemi
  2. Fused cast
  3. El kalıplı
  4. Oluşturulmuş (normal, ateşlenmiş veya kimyasal olarak bağlı)
  5. Biçimlendirilmemiş (monolitik-plastik, tokmaklama ve püskürtme kütlesi, dökülebilir malzemeler, harçlar, kuru titreşimli çimentolar.)
  6. Şekillendirilmemiş kuru refrakterler.

Şekilli

Bunların standart ölçüleri ve şekilleri vardır. Bunlar ayrıca standart şekillere ve özel şekillere ayrılabilir. Standart şekillerin çoğu refrakter imalatçıları tarafından uyumlu boyutlara sahiptir ve genellikle aynı tipteki fırınlar veya fırınlar için geçerlidir. Standart şekiller genellikle standart boyutu 9 olan tuğlalardır × ​4 1⁄2 × ​2 1⁄2 inç (230 × 114 × 64 mm) ve bu boyuta "bir tuğla eşdeğeri" denir. "Tuğla eşdeğerleri", bir endüstriyel fırına bir kurulum yapmak için kaç tane refrakter tuğla gerektiğini tahmin etmede kullanılır. Duvarlar, çatılar, kemerler, borular ve dairesel açıklıklar vb. Üretmek için üretilen farklı boyutlarda standart şekil aralıkları vardır. Fırınlar içindeki belirli konumlar ve belirli fırınlar veya fırınlar için özel şekiller özel olarak yapılır. Özel şekiller genellikle daha az yoğundur ve bu nedenle standart şekillerden daha az yıpranır.

Şekillendirilmemiş (monolitik refrakterler)

Bunların belirli bir şekli yoktur ve sadece uygulama üzerine şekil verilir. Bu türler daha çok monolitik refrakter olarak bilinir. Yaygın örnekler plastik kütlelerdir, Tokmak kütleleri, harçlar, püskürtme kütleleri, taşlama karışımları, harçlar vb.

Sıklıkla kullanılan kuru titreşim astarları İndüksiyon fırını astarlar da monolitiktir ve kuru bir toz olarak satılır ve taşınır, genellikle belirli özellikleri değiştirmek için diğer kimyasalların ilaveleriyle birlikte bir magnezya / alümina bileşimiyle. Ayrıca, yüksek fırın astarlarında daha fazla uygulama buluyorlar, ancak bu kullanım hala nadirdir.

Füzyon sıcaklığına göre

Refrakter malzemeler aşağıdakilere göre üç tipte sınıflandırılır: füzyon sıcaklığı (erime noktası).

  • Normal refrakterler 1580 ~ 1780 ° C'lik bir füzyon sıcaklığına sahip (örneğin, Ateş kili)
  • Yüksek refrakterler 1780 ~ 2000 ° C'lik bir füzyon sıcaklığına sahip (örneğin, Kromit)
  • Süper refrakterler > 2000 ° C'lik bir füzyon sıcaklığına sahip olanlar (örn. Zirkonya)

Refrakterliğe dayalı

Refrakterlik, yüksüz yüksek sıcaklıkta belirli bir yumuşama derecesine ulaşmak için bir refrakterin çok fazının özelliğidir ve bir pirometrik koni eşdeğer (PCE) testi. Refrakterler şu şekilde sınıflandırılır:[2]

  • Süper görev: 33–38 PCE değeri
  • Yüksek görev: 30–33 arasında PCE değeri
  • Ara görev: 28–30 arasında PCE değeri
  • Düşük görev: 19–28 arasında PCE değeri

Termal iletkenliğe dayalı

Refrakterler şu şekilde sınıflandırılabilir: termal iletkenlik iletken, iletken olmayan veya yalıtkan olarak. İletken refrakter örnekleri SiC ve ZrC iken, iletken olmayan refrakter örnekleri silika ve alüminadır. İzolasyon refrakterleri arasında kalsiyum silikat malzemeleri, kaolin ve zirkonya bulunur.

İzolasyon refrakterleri, fırın duvarlarından ısı kaybı oranını azaltmak için kullanılır. Bu refrakterler, ısıl iletkenliği en aza indirmek için refrakter tuğlada eşit olarak dağıtılmış küçük, tekdüze gözeneklerin arzulanan gözenekli yapısı ile yüksek gözeneklilik derecesine bağlı olarak düşük ısıl iletkenliğe sahiptir. İzolasyon refrakterleri ayrıca dört türe ayrılabilir:[2]

  1. Isıya dayanıklı uygulama sıcaklıkları ≤ 1100 ºC olan yalıtım malzemeleri
  2. Dayanıklı uygulama sıcaklıkları ≤ 1400 ºC olan yalıtım malzemeleri
  3. Yüksek refrakter uygulama sıcaklıkları ≤ 1700 ºC olan yalıtım malzemeleri
  4. Ultra yüksek refrakter Uygulama sıcaklıkları ≤ 2000ºC olan yalıtım malzemeleri

Refrakter ankraj

Tüm refrakterler, telle şekillendirilmiş ankrajlar, şekillendirilmiş metal gibi ankraj sistemleri gerektirir (örneğin, altı metal ) veya refrakter astarları desteklemek için seramik karolar. Çatılarda ve dikey duvarlarda refrakterler için kullanılan ankraj, yüksek sıcaklıklarda ve çalışma koşullarında bile refrakterlerin ağırlığını destekleyebilmeleri gerektiğinden daha kritiktir.

Yaygın olarak kullanılan ankrajlar, dairesel veya dikdörtgen kesitlere sahiptir. Dairesel kesitler, düşük kalınlıktaki refrakter için kullanılır ve birim alan başına daha az ağırlığı destekler; dikdörtgen kesit ise yüksek kalınlıktaki refrakter için kullanılır ve birim alan başına daha yüksek refrakter ağırlığı destekleyebilir. Ankraj sayısı çalışma koşullarına ve refrakter malzemelere bağlıdır. Bir ankraj malzemesi, şekli, miktarı ve boyutunun seçimi, refrakterin kullanım ömrü üzerinde önemli etkiye sahiptir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Ailsa Allaby ve Michael Allaby (1996). Yer Bilimleri Kısa Sözlüğü. Oxford Paperbacks Oxford University Press.
  2. ^ a b c d e f "Refrakterler ve Refrakterlerin Sınıflandırılması - IspatGuru". Alındı 6 Mart 2020.
  3. ^ "Refrakter Metal - genel bir bakış | ScienceDirect Konuları". www.sciencedirect.com. Alındı 23 Kasım 2020.
  4. ^ ASTM Hacmi 15.01 Refrakterler; Aktif Karbon, İleri Seramikler
  5. ^ Alev Saptırıcı Koruma Sistemi Korozyon Kontrolü için Refrakter Malzemeler: Benzer Endüstriler ve / veya Fırlatma Tesisleri Araştırması - Ocak 2009 - NASA
  6. ^ "Refrakter malzemeler ne kadar havalı?" (PDF). Güney Afrika Madencilik ve Metalurji Enstitüsü Dergisi. 106 (Eylül): 1-16. 2008. Alındı 22 Nisan 2016.
  7. ^ Groover, Mikell P. (7 Ocak 2010). Modern İmalatın Temelleri: Malzemeler, İşlemler ve Sistemler. John Wiley & Sons. ISBN  9780470467008.
  8. ^ Sonntag, Öpücük, Banhidi, Weber (2009). "Teknik Seramikler için Yeni Fırın Mobilyası Çözümleri". Uluslararası Seramik Forumu. 86 (4): 29–34.CS1 bakimi: birden çok ad: yazarlar listesi (bağlantı)
  9. ^ Roza, Greg (2009). Zirkonyum. Rosen Yayıncılık Grubu. ISBN  9781435850705.
  10. ^ Hugh O. Pierson (1992). Kimyasal buhar biriktirme el kitabı (CVD): ilkeler, teknoloji ve uygulamalar. William Andrew. s. 206–. ISBN  978-0-8155-1300-1. Alındı 22 Nisan 2011.
  11. ^ Hafniyum, Los Alamos Ulusal Laboratuvarı
  12. ^ McGraw-Hill bilim ve teknoloji ansiklopedisi: bir dizin dahil on beş ciltte uluslararası bir referans çalışması. McGraw-Hill. 1977. s. 360. ISBN  978-0-07-079590-7. Alındı 22 Nisan 2011.
  13. ^ "Hafniyum". Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica, Inc. Alındı 17 Aralık 2010.
  14. ^ a b Alaa, Hüseyin. "Refrakterlere Giriş" (PDF). Teknoloji Üniversitesi - Irak.
  15. ^ "Accuratus". Alüminyum Oksit, Al2O3 Seramik Özellikleri. 2013. Alındı 22 Kasım 2014.
  16. ^ Poluboiarinov, D.N. (1960). Vysokoglinozemistye keramicheskie i ogneupornye materialy. Moskova.
  17. ^ "Manyezit Refrakterleri". www.termorefractories.com. Alındı 6 Mart 2020.
  18. ^ "Dolomit tuğla ve magnezya dolomit tuğla". www.ruizhirefractory.com. Alındı 6 Mart 2020.
  19. ^ "Kromit Refrakterleri". termorefractories.com. Alındı 6 Mart 2020.