توسعه زیرساختهای فولادسازی از طریق بهبود خواص دیرگدازهای آندالوزیتی کربنی با افزودنیهای آلومینیوم و سیلیسیم

هزینه های مرتبط با تعمیرات و خرید مواد نسوز در صنعت فولادسازی به دلیل دماهای بالا و فرآیندهای حرارتی و نیاز به حافظت از تجهیزات در برابر خوردگی و فرسایش از مهمترین هزینه های این صنعت محسوب می شود. مواد نسوز باید توانایی تحمل دماهای بسیار بالا، فشار و شرایط خورنده را داشته باشند تا تجهیزات و کوره ها به درستی عمل کنند با این حال فرسایش این مواد در طول زمان اجتناب ناپذیر است و نیاز به تعویض و تعمیرات مداوم دارد که باعث افزایش هزینه ها میشود یکی از راهکارهای موثر برای کاهش هزینه های مربوط به نسوز استفاده از مواد دیرگداز پیشرفته است این مواد با داشتن طول عمر و استحکام بالاتر، زمان بین تعمیرات را افزایش میدهند و هزینه های ناشی از توقفات مکرر تولید و تعمیرات را کاهش می دهند ،همچنین مواد دیرگداز جدید با ترکیبات بهینه شده میتوانند مقاومت بیشتری در برابر دما و شرایط خورنده داشته باشند که این امر موجب کاهش نرخ مصرف نسوز و هزینه های فولادسازی می شود، همچنین به بهبود و توسعه صنعت فولادسازی کمک می کند. بنابراین نسوزهای پیشرفته نقش حیاتی در افزایش کارایی و طول عمر این تجهیزات ایفا میکنند واضح است که امکان استفاده از یک نوع ماده که همه خواص مورد نظر را برآورده سازد وجود ندارد. از آنجا که نمیتوان مادههایی یافت که همه خواص را داشته باشند باید به دنبال روشی برای ترکیب مواد و بهینه سازی خواص بود یکی از روشهای بکار گرفته شده برای بهرهمندی از خواص متنوع مواد مختلف در کنار یکدیگر ساخت کامپوزیتها است. در سالهای اخیر دیرگدازهای آندالوزیت-کربن به دلیل ویژگیهای منحصر به فردشان مانند مقاومت عالی در برابر شوک حرارتی و خوردگی، کاربرد وسیعی در صنایع فولادسازی پیدا کرده اند. آندالوزیت در دمای ۱۴۰۰ درجه سانتیگراد شروع به تبدیل شدن به مولایت میکند و تا دمای ۱۶۰۰ درجه سانتی گراد به ترکیبی حاوی ۸۰ درصد مولایت و ۲۰ درصد فاز شیشه تبدیل میشود افزایش میزان فاز مولایت که با انبساط حجمی نیز همراه است ضریب هدایت حرارتی را کاهش داده و باعث افزایش مقاومت به شوک پذیری در دیرگدازهای آندالوزیتی و کاهش انتقال حرارت میشود. گرافیت بدلیل عدم ترشوندگی توسط مذاب، نقش موثری در عدم نفوذ پذیری مذاب دارد. نقطه ضعف مهم دیر گدازهای که شامل جزء کربنی هستند مقاومت ضعیف در برابر اکسید شدن گرافیت و اتصالات کربنی کاهش خواص فیزیکی و مکانیکی دیرگداز میباشد به منظور افزایش مقاومت به اکسیداسیون موادی به نام آنتی اکسیدانت به ترکیب دیرگداز اضافه میشود. ترکیباتی از فلزات و آلیاژهای آنها از جمله Mg Al Mg-Al Si-Al و کاربیدهایی مانند کاربید سیلیسیم و ترکیبات پایه بور به عنوان آنتی اکسیدانت بکار گرفته شده اند. در راستای ارتقای خواص بدنه های آندالوزیت - کربن، استفاده از عوامل آنتی اکسیدانت در افزایش استحکام گرم و مقاومت در برابر اکسیداسیون امری اجتناب ناپذیر است، اما مکانیزم تاثیر آن در دیرگدازهای مختلف تا حدودی متفاوت میباشد. رهنمایی و همکارانش نقش پودر فلزی آلومینیوم بعنوان آنتی اکسیدانت در بدنه دیرگداز آندالوزیت-کربن مورد بررسی قرار دادند. بر اساس بررسیهای سایر محققان کاربید آلومینیوم از دمای حدود ۶۵۰ درجه سانتیگراد در بدنه دیرگداز امکان تشکیل دارد تشکیل کاربید آلومینیوم (C۴AI) به صورت سوزنی شکل در دماهای بالای پخت و ایجاد اتصال بین اجزاء، منجر به افزایش استحکام بدنه های نسوز میشود. استلینگ و همکارانش در سال ۲۰۱۵ اکسیداسیون شدید کربن در دمای بالا را بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که این امر منجر به ایجاد تخلخل افت تراکم و کاهش استحکام و خواص ویژه کربن در نسوزهای یکپارچه بوکسیت کربنی میشود. یکی از روشهای مقابله با این مشکل استفاده از موادی تحت عنوان آنتی اکسیدانت، نظیر آلومینیوم سیلیسیم و ترکیبات آنها است که از ایجاد تخلخل و افت تراکم جلوگیری می کند. کرمیان و همکارانش در مطالعه ای دریافتند که افزودن سیلیکون یا فروسیلیکون به مواد دیرگداز آلومینا سیلیکاتی-کربنی، افزایش خواص مکانیکی (۴-۳) برابری را در پی داشته و همچنین مقاومت به شوک حرارتی نمونه ها نیز با افزودن سیلیکون به مواد دیرگداز آلومینا سلیکاتی کربنی افزایش یافته است. طبق بررسیهای کرمیان و همکاران افزودن ۵ درصد وزنی سیلیسیم و ۵ درصد وزنی فروسیلیسیم سبب افزایش اتصالات بین ذرات شده که این امر منجر به افزایش استحکام و تراکم گردیده است. تریپادی و همکاران جهت کنترل دمای مناسب عملیات حرارتی برای تشکیل فاز ،مولایت، نمونه بوکسیتی عملیات حرارتی شده با خلوص بالا را در دماهای متفاوت تهیه کرده و با توجه به الگوی تفرق اشعه ایکس دریافتند از دمای ۱۰۵۰ درجه سانتی گراد به بالا پیکهای مربوط به فاز مولایت رویت شده و در دمای ۱۲۵۰ درجه سانتی گراد به وضوح پیکهای مولایت خود را نشان داده اند. هدف پژوهش حاضر رسیدن به بهینه مقادیر پودر فلزی آلومینیوم و فرو سیلیسیم (افزودنیهای فلزی) و بررسی تاثیر همزمان آنها در بدنه آندلوزیت کربنی (۹۰) درصد وزنی آندلوزیت دانه بندی شده و ۱۰ درصد وزنی پودر کربن سیاه و از طرفی شرایط حرارت دهی مناسب برای دستیابی به بالاترین استحکام مکانیکی فشاری سرد و تراکم وزن مخصوص) میباشد.

کلیدواژه ها:

نسوز آندالوزیت ، آلومینیوم ، فروسیلیسم ، استحکام مکانیکی