Tez özetleri Astronomi ve Uzay Bilimleri Anabilim Dalı

Sol-Jel İle Üretilmiş Spinel Katkılı Düşük Çimentolu Alüminalı Dökülebilir Refrakterlerin İncelenmesi

Magnezya-Alümina spinel refrakterler çelik, cam ve çimento sanayinde başarıyla kullanılmaktadırlar. Dünyada Magnezya-alümina spinel’e yönelişin en büyük nedeni, magnezya-krom tuğlaların çevre kirliliği oluşturması ve bu tuğlaların imhasında ödenen cezalardır. Bu nedenle magezya-alümina spinel refrakter tuğlalar, çevreye zarar verici nitelikleri bulunan manyezit - krom refrakterlerin yerini alarak kullanım alanı giderek artan bir malzemedir.

Düşük termal genleşme yani yüksek termal şok direnci, cüruf korozyonuna karşı yüksek dayanım, kimyasal kararlılık magnezya-alümina spinel refrakter tuğlaların en önemli malzeme karakteristikleridir.

Günümüzde özellikle çelik potalarda alümina zengin spinellerin uygulamaları, yukarıdaki üstün özellikleri ve bunun yanı sıra düşük maliyetleri nedeniyle başarılı sonuçlar vermekte ve tercih edilmektedir.

İlk etap çalışmalarında, sol-jel yöntemi kullanılarak magnezya-alümina spineli üretimi gerçekleştirilmiştir. Sol-jel yöntemiyle magnezya-alümina üretimi için, Alüminyum isopropoksit(AIP), dört boyunlu reaktörde 90 oC’deki suyla hidroliz edilmiş ve ardından HCl ilavesi ile pH=2,3’ e ayarlanarak peptize edilmiştir. Hazırlanan çözeltiye MgO(<63µm) ilavesi ile oluşturulan karışım 2 saat süreyle karıştırılmıştır. Bu karışım daha sonra 120 oC’de 8 saat bekletilerek çözeltinin jelleşmesi sağlanmış ardından 2 oC/dak. Isıtma hızıyla 550 oC’ye ısıtılmış ve 3 saat bekletilmiştir. Daha sonra 800, 1200 ve 1600 oC gibi farklı sıcaklıklarda ısıl işlem yapılmış ve MgAl2O4 (magnezya-alümina) spinelinin oluşumu gözlemlenmiştir.

İkinci etap çalışmalarında ise, Magnezya-Alümina (M-A) spinel katkılı düşük çimentolu dökülebilir refrakterlerin üretimi ve incelenmesi için deneysel çalışmalar yapılmış ve klasik dökülebilir refrakter üretim yöntemine göre; katkısız (A1), %5 serbest MgO katkılı (M5) ve %10 serbest MgO katkılı (M10) numuneleri üretilmiştir. Islatıcı ortam olarak su yerine, sol-jel yöntemiyle hazırlanmış böhmitik sol (çözelti) kullanılmıştır. Bunlardan başka bir de ıslatıcı ortam olarak sol-jel yöntemiyle hazırlanmış böhmitik sol + MgO tozu karışımının kullanıldığı (M+A) numunesi olmak üzere dört farklı tipte dökülebilir refrakterler hazırlanmıştır. M5’te toplam karışımın %5’i kadar MgO ve M10’da, toplam karışımın %10’u kadar serbest MgO bulunmaktadır. Serbest MgO, M+A’da sadece ıslatıcı ortamla birlikte gelmektedir.

Bu şekilde üretilen ve 1600 oC’de pişirilen refrakter betonlarda yer alan alümina ile magnezyanın in-sitü reaksiyonu sonucu Magnezya-Alümina spinel elde edilerek refrakter matris yapısı güçlendirilmiştir.

Elde edilen refrakter numunelerinin; açık gözenek, su emme, bulk yoğunluk ve basma mukavemeti gibi fiziksel ve mekanik testleri ile pota yöntemiyle cüruf-refrakter korozyonu testleri yapılarak dökülebilir refrakterlerin karşılaştırmalı olarak incelemeleri yapılmıştır.

Sol-jel ile M-A spinel üretimi amaçlanarak yapılan ilk deneme çalışmalarında, M-A spinel üretilememiş ancak yerine ince taneli başka bir ürün elde edilmiştir. Yapılan karakterizasyon çalışması sonucu, tabakalandırılmış çift hidroksit bileşimine sahip Meixnerite tozu elde edildiği tespit edilmiştir. Meixnerite, absorban malzeme olarak, sera gazlarının emisyonunu azaltıcı bir madde olarak kullanılmaktadır. Konunun önemi nedeniyle, literatürde son yıllarda bu konuda önemli oranda araştırma olduğu görülmektedir.

Sonuçlara bakıldığında, A1 numunesinin en düşük porozite, en yüksek mekanik mukavemet ve korozyon direnci göstererek diğer M5, ve M+A numuneleriyle karşılaştırdığımızda daha iyi bir numune olduğu görülmektedir.

%10 MgO içeren M10 numunesi A1 numunesine göre daha fazla porozite içermesine rağmen cüruf korozyon direnci içerdiği yüksek M-A spineli fazı nedeniyle A1 ile benzerlikler göstermektedir.