- Refrakter malzemeler, yüksek sıcaklıklara dayanabilen ve genellikle metal veya seramik endüstrilerinde kullanılan özel malzemelerdir. “Refrakter” terimi, bu malzemelerin yüksek sıcaklıklarda termal şoklara, aşınmaya ve kimyasal bozulmalara karşı direnç gösterme yeteneğine vurgu yapar.
- Bu malzemeler genellikle ısıya dayanıklı özelliklere sahip oldukları için fırınlar, ocaklar, metal eritme fırınları, seramik fırınları, kilnler ve benzeri uygulamalarda kullanılır.
- Çalışma şartları bu kadar değişken olabilen bir başka malzeme türü yoktur. Bu nedenle, her türlü çalışma şartlarına uyabilen bir refrakter yapımı da mümkün değildir.
Refrakter malzemeler genellikle aşağıdaki ana gruplara ayrılır:
- Oksitler: Bu grupta alümina (alüminyum oksit), silika (silikon dioksit), zirkonya (zirkonyum dioksit) gibi oksit bazlı malzemeler bulunur.
- Karbitler: Karbürler, metal ve karbonun birleşimi olan malzemelerdir. Örnekler arasında tungsten karbür ve silikon karbür bulunabilir.
- Silikatlar: Bu grup, kil ve talk gibi malzemeleri içerir. Genellikle seramik endüstrisinde kullanılırlar.
- Alüminatlar: Bu grupta alüminyum oksit (alümina) içeren malzemeler yer alır.
Refrakter Malzeme Performansı
Refrakter malzemelerin performansını etkileyen birkaç önemli faktör bulunmaktadır. Bu faktörler, malzemenin özellikleri, dayanıklılığı ve kullanım alanlarını belirler. İşte refrakter malzemeleri etkileyen bazı temel unsurlar:
- Kimyasal Bileşim: Refrakter malzemelerin kimyasal bileşimi, dayanıklılıklarını ve özelliklerini büyük ölçüde belirler. Oksitler, karbürler, silikatlar ve diğer bileşenlerin oranları malzemenin özelliklerini etkiler.
- Kristal Yapı: Refrakter malzemelerin kristal yapısı, malzemenin dayanıklılık, ısı iletimi ve diğer fiziksel özellikleri üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Kristal yapı, malzemenin yüksek sıcaklıklara dayanıklılığını belirleyen bir faktördür.
- Tane Büyüklüğü ve Yapısı: Malzemenin tane büyüklüğü, yoğunluğu ve yapısal özellikleri, sıcaklık değişimlerine ve termal şoklara karşı direncini etkiler. İyi bir tane yapısı, malzemenin mekanik dayanıklılığını artırabilir.
- Sinterleme Koşulları: Refrakter malzemeler, genellikle yüksek sıcaklıklarda sinterleme işlemine tabi tutulur. Sinterleme koşulları, malzemenin yoğunluğu, porozitesi ve kristal yapısı üzerinde etkili olabilir.
- Katılaşma ve Soğuma Hızı: Refrakter malzemelerin üretimindeki katılaşma ve soğuma hızları, malzemenin içsel gerilmelere maruz kalma derecesini etkiler. Hızlı katılaşma veya soğuma, termal şoklara karşı direnci artırabilir.
- Kullanım Sıcaklığı ve Ortamı: Refrakter malzemeler, belirli sıcaklık ve ortam koşullarında kullanıldığı için, bu koşullar malzemenin performansını etkiler. Yüksek sıcaklıklarda kullanım veya kimyasal etkileşimler, malzemenin dayanıklılığını etkileyebilir.
- Yoğunluk ve Porozite: Porosite, özellikle izolasyon amacıyla imal edilen refrakterler ve gaz üfleme tuğlaları gibi özel refrakterler haricindeki refrakterler için, istenmeyen bir faktördür.
Refrakterler Üzerine Etki Eden Bazı Gazlar
Bazı gazlar refrakter malzemeler üzerinde olumsuz etkilere neden olabilir. İşte refrakter malzemeleri etkileyebilecek bazı gazlar:
- Su Buharı (H2O): Su buharı, yüksek sıcaklıklarda bazı refrakter malzemeler üzerinde hidrojen oluşturarak malzeme bozulmasına neden olabilir. Ayrıca su buharının varlığı, malzemenin hidrasyonuna yol açabilir.
- Oksijen (O2): Oksijen, yüksek sıcaklıklarda oksidasyon reaksiyonlarına neden olarak refrakter malzemelerin aşınmasına ve bozulmasına yol açabilir. Bu durum, özellikle metal oksit içeren refrakter malzemeler için geçerlidir.
- Hidrojen (H2): Hidrojen, yüksek sıcaklıklarda malzemelerin çatlamasına ve zayıflamasına neden olabilir. Ayrıca, hidrojenin bazı refrakter malzemeler üzerinde redüksiyon reaksiyonlarına neden olması mümkündür.
- Hidrojen Klorür (HCl): Hidrojen klorür, metal oksitleri çözebilir ve bu da refrakter malzemelerin çözünmesine ve aşınmasına neden olabilir.
- Florürler (F2): Flor gazları, bazı refrakter malzemeleri aşındırabilir ve çözebilir. Flor gazları, genellikle kimyasal saldırılara karşı dirençli malzemelerde kullanılmaz.
- Kükürt Dioksit (SO2) ve Karbon Dioksit (CO2): Bu gazlar, bazı refrakter malzemelerin sülfat ve karbonat tuzlarına dönüşmesine neden olabilir, bu da malzemenin bozulmasına yol açabilir.
- Alkaliler: Alkaliler refrakter yüzeyinde sırlaşma ve camsılaşma meydana getirir ve tuğlanın bozulmasına neden olur. Soda ve Potas en çok görülen ve en etkin olan alkalilerdir.
Cüruf
Cüruf, metal üretimi sırasında, özellikle demir ve çelik üretiminde ortaya çıkan yan üründür. Metal cevherlerinde bulunan kireç, silika, alümina ve diğer mineral maddeler, metalin ergimesi ve rafinasyonu sırasında ayrılır ve cüruf olarak adlandırılan bir madde oluşturur. Cürufun refrakter üzerindeki en olumsuz etkisi, onunla reaksiyona girmesidir.
Cüruf, genellikle eritme işlemlerinde kullanılan fırın veya ocaklarda oluşur. Bu malzeme, metalin saf hali elde edilirken metalin yüzeyinde bir tabaka oluşturur. Cüruf, genellikle camlaşmış bir yapıya sahiptir ve metalin içerisinde bulunan ve metalin kullanım özelliklerini olumsuz etkileyebilecek istenmeyen bileşenleri içerir.
Demir ve çelik üretiminde, cüruf, yüksek sıcaklıklara dayanıklı özelliklere sahip refrakter malzemelerle temas eder. Bu refrakter malzemeler, cürufun metali kontamine etmesini ve metalin kalitesini düşürmesini engellemeye yardımcı olur. Cürufun kontrolü ve yönetimi, metal üretimi süreçlerinde önemlidir.
Cürufun, refrakter üzerindeki kimyasal etkisinin yanında, fiziksel olarak da olumsuz etkileri vardır. Akışkan bir cüruf, refrakter gözenekleri içine kolayca sızma yapar. Bunun yanında yoğun bir cürufun bazı koruyucu faydaları da vardır. Örneğin: Konvertörlerde cüruf ile yıkanamayan kısımların aşınması daha fazla ve çabuk olmaktadır. Bir diğer örnek ise eriyik çelik veya maden üzerinde battaniye görevi yapması ve ısı kapılarını azaltmasıdır.
J.F Clement isimli bir refrakter uzmanının yıllar önce söylediği:
“Eğer mümkün olsa ve refrakterlerin ilk görüldüğü günden bugüne kadar kullanılan milyonlarca ölüm nedenlerinin bir kaydını tutsak, çoğunun azrailinin, eriyik halindeki cüruf, metal veya cam olduğunu görürüz.” sözü de cürufun refrakter üzerindeki etkisini açıklamaktadır.
Refrakter Tuğlalar
Kelime olarak inatçı, dayanıklı manasına gelen ve Yüksek sıcaklıklara ve bu sıcaklıklardaki gaz, sıvı ve katı maddelerin fiziksel ve kimyasal etkilerine karşı koyabilen ” refrakter malzemeler” çoğunlukla özel preslerde şekillendirildikten sonra kullanılırlar. Şekilli refrakter kısaca REFRAKTER TUĞLALAR olarak isimlendirilir.
Fırın tipi, çalışma şartları ve üretimin cinsine göre değişik tip ve kalitede refrakter tuğla kullanılması gerekmektedir.
- Alümina-Silikat Tuğlalar: Alümina-Silikat tuğlaların sınıflandırılması ihtiva ettikleri Al2O3 yüzdesine göre yapılır. Al2O3 oranı yükseldikçe refrakterlik de yükselir. Günümüz demir-çelik sanayisinde, torpidolarda, sıcak metal potalarında, çelik döküm potalarında, tandişlerde tav çukurlarında ve daha pek çok bölge ve sistemde alümina miktarı %45-50 olan Alümina-Silikat tuğlalar kullanılmaktadır.
- Magnezit Tuğlalar: Magnezit tuğlaların termal şok direnci düşük ancak bazik cüruflara karşı direnci çok iyidir. Magnezit esaslı refrakter tuğlalar su ve nemden korunmalıdır, aksi halde bozulurlar. En çok kullanıldığı yerler elektrik ark ocakları, konvertörler ve çimento döner fırınlarıdır.
- Dolomit Tuğlalar: Dolomit, bünyesinde bol miktarda CaO bulunan bir maddedir. Refrakterlik kazandıran özelliği de CaO olması. Fakat yan etki olarak havanın neminden kolayca etkilenir ve tuğla yapısı bozulabilir.
- Kromit Tuğlalar: En önemli özelliği asidik ve bazik cüruflara karşı çok yüksek direncidir.
- Silika Tuğlalar: Silika Tuğlaların en önemli özelliği ise mükemmel olan yük altındaki refrakteridir. Saf silika(kuartz) hemen hemen erime noktasına çok yakın sıcaklıklarda dahi yüke karşı yüksek bir direnç gösterir. En kötü özelliği ise düşük sıcaklıklarda göstermiş oldukları yapı dağılması ve parçalanmasıdır.
- İzole Tuğlalar: Isı kaybının minimuma indirilmesinin çok önemli olduğu sistemler için izole tuğlalar imal edilmektedir. Bu tip tuğlaların izole etkisi yapılarında bol miktarda bulunan hava boşluklarından (Porlar) kaynaklanmaktadır.
- Karbon Tuğlalar: Karbon tuğlaların en yaygın şekilde kullanıldığı yer yüksek fırınlardır. Karbon tuğla üretiminde; bağlama maddesi olarak karışıma zift veya katran ilave edilmekte, bu harman preslerde şekillendirilerek tuğla elde edilmektedir.
Yorumlar