ایجاد پیوند های فورستریت درجا با افزودن میکروسیلیس و سیلیسیم و نقش افزودن فروسیلیسیم بر خواص فیزیکی و مکانیکی نسوزهای منیزیا-فورستریت-کربن

محورهای موضوعی : سرامیک ها و مواد نسوز

مرجان منشی ¹ ( کارشناس ارشد، مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران )
احمد منشی ² ( استاد، مرکز تحقیقات مواد پیشرفته، دانشکده مهندسی مواد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف‌آباد، ایران )

تاریخ دریافت : 1398/02/06 تاریخ پذیرش : 1398/07/02 تاریخ انتشار : 1399/05/16

کلید واژه: میکرو سیلیس, سیلیسیم, آجر نسوز منیزیا-فورستریت-کربن, فروسیلیسم,

چکیده مقاله :

هنگام استفاده از آجرهای منیزیا کربن در خط سرباره(°C1600) اکسیداسیون کربن باعث ایجاد تخلخل و کاهش پایداری در مقابل خوردگی در این نسوزها میشود. در این پژوهش بررسی نقش افزودنی میکروسیلیس در ایجاد پیوند های نانو فورستریت درجا در نسوزهای منیزیا-فورستریت-کربن و افزایش این فاز با افزودن فروسیلیسیم در دمای بالا بوده که در شرایط کنترل شده، نانو فورستریت درجا (Mg2SiO4) درون آجر ایجاد گردد و به صورت یک پل ارتباطی ذرات MgO را به هم پیوند دهد. در این دسته از نسوزها، افزودن سیلیس جهت ایجاد فورستریت، باعث افزایش استحکام برزیلی (مقاومت در برابر رشد ترک) و کاهش اختلاف پتانسیل سیلیس در آجر-سرباره شده و نفوذ از سرباره به آجر را کاهش می دهد. در این راستا به ترکیب پایه منیزیا-کربن حاوی 3 درصد سیلیسیم(آنتی اکسیدان) و درصدهای مختلف میکروسیلیس(%10-1) ، 3 درصد فروسیلیسیم اضافه شد که در دمای بالا باعث افزایش میزان فورستریت با توجه به نتایج پراش پرتو ایکس بوده است. خواص فیزیکی و مکانیکی نمونه ها در دو دما پس از تمپر °C 250 و زینتر °C1600 بررسی شد. با بررسی نتایج در هر دو دما، استحکام مقاومت در برابر پیشرفت ترک افزایش نشان داد. اندازه دانه های کریستال های فورستریت با روش شرر اصلاح شده برابر 32 نانومتر و میزان فورستریت ایجاد شده به روش نسبت شیب ها هنگام افزودن فروسیلیسیم به ترتیب در 3، 5 و 10 درصد میکروسیلیس مقادیر 10، 14 و 22 درصد بوده است.

چکیده انگلیسی:

When using Magnesia-Carbon refractories in slag line (1600 C) oxidation produces porosity and corrosion. In this research, micro silica is added to produce in situ nano forsterite inside the brick and act as a binding between MgO grains. This increases Brazilian (strength resistant to crack growth) and lowers chemical potential of silica between brick-slag and decreases diffusion of slag. 3% silicon (anti-oxidant), 1-10 % micro silica and in 2nd series of samples ferrosilicon was added. XRD showed increase of forsterite formation with ferrosilicon. Physical and mechanical properties after tempering at 250 C and sintering at 1600 C were studied at this time. Strength and crack resistance improved. Modified Scherer Equation which showed crystal size, measured crystals of forsterite as 32 nm. Ratio of Slopes Method used to calculated 10, 14 and 24 % forsterite respectively at 3, 5 and 10 % micro silica addition to yhe bricks. It shows that increase in silica, increase potencial of forsterite formation.

منابع و مأخذ:

 [1] N. Schmitt, Y. Berthaud & J. Poririer, "Tensile behaviour of magnesia carbon refractories", Journal of the European Ceramic Society, Vol. 20, pp. 2239-2248, 2000.

 

[2] S. Zhang & W. E. Lee, "Influence of additive on corrosion resistance and corroded microstructure of MgO-C refractories", Journal of the European Ceramic Society, Vol. 21, pp. 2393-2405, 2001.

 

[3] S. K. Sadrnezhaad, Z. A. Nemati, S. Mahshid, S. Hosseini & B. Hashem, "Effect of Al antioxidant on the rate of oxidation of carbon in MgO–C refractory", Journal of the American Ceramic Society, Vol. 90, pp. 509-519, 2007.

 

[4] Z.  Nemati, S. K. Sadrnezhaad & H. R. Ahmadi Mooghari, "Effect of ferrosilicon, silicon and aluminium antioxidants on microstructure and mechanical properties of magnesia-graphite refractory", Refractories Applications & News, Vol. 10, pp. 17-23, 2005.

 

[5] A. S. Gokce, C. Gurcan, S. Ozgen & S. Aydin, "The Effect of Antioxidants on the Oxidation Behaviour of Magnesia-Carbon Refractory Bricks", Journal of Ceramics International, Vol. 34, pp. 323-330, 2008.

 

[6] M. L. Silvia Camelli "Analysis of wear mechanism of MgO-C slag line bricks for steel ladles," Internationale Feuerfest-Kolloquium, 2006.

 

 [7] S. K. Sadrnezhaad,Bagheri, & S. Mahshid, "Effect of Si antioxidant on the rate of oxidation of carbon in MgO-C refractory," Vol. 24, pp. 357, 2011.

 

[8] M. Faghih, E. Karamian & A. Monshi, "Investigation of Nanoparticles of Carbon and Calcined Alumina on Mechanical and Corrosion Properties in MgO-C Refractories", Advanced Materials Research, Vol. 829, pp. 665-669, 2013.

 

[9] ا. منشی و م.  ظریفی، " بررسی اثر افزودنی‌ها به سرباره جهت جلوگیری از خوردگی نسوز منیزیت-کربنی"، فصلنامه علمی پژوهشی مهندسی مواد مجلسی، دوره 3، شماره 1، صفحه، 45-49. 1388.

 

 [10] س. علیزاده، ا.  منشی و ا.کرمیان " بررسی اثر استفاده مجزا و هم‌زمان از پیوند دهنده‌های فسفاتی، سیلیکاتی و بوراتی بر خواص فیزیکی و مکانیکی دیرگدازهای یکپارچه منیزیا-کربن"، فصلنامه علمی پژوهشی مهندسی مواد مجلسی، دوره 9، شماره 4، صفحه 223-215. 1395.

 

[11] A. Monshi & P. F. Messer,"Ratio of slopes method for quantitative X-ray diffraction analysis", Journal of material science, Vol. 26, pp. 3623-3627, 1990.

 

[12] A. Monshi, M. R. Foroughi & M. R. Monshi, "Modified Scherrer Equation to Estimate More Accurately Nano-Crystallite Size Using XRD" World Journal of Nano Science and Engineering, Vol. 2, No. 3.  2012.