تاثیر افزودن نانوذرات آلومینا بر خواص دیرگدازهای ریختنی پرآلومینا-کم سیمان خودجاری

فصلنامه علمی - پژوهشی مواد نوین

مقاله 4، دوره 8، شماره 29، آبان 1396، صفحه 29-42   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

سید حسین بدیعی^{* 1}؛ باران جمشیدی²؛ صاحبعلی منافی¹

¹دانشیار، گروه مهندسی مواد، واحد شاهرود، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد شاهرود، شاهرود، ایران

²فارغ التحصیل کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مواد،واحد شاهرود، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد شاهرود، شاهرود، ایران

تاریخ دریافت: 01 اسفند 1394،  تاریخ بازنگری: 23 مرداد 1395،  تاریخ پذیرش: 09 بهمن 1396 

چکیده

در این تحقیق، تأثیر افزودن نانوذرات آلومینا بر خواص دیرگدازهای ریختنی آلومینا بالای کم سیمان خودجاری بررسی شد. بدین منظور نانوذرات آلومینا جایگزین آلومینای راکتیو در ترکیب دیرگداز ریختنی گردید و خواص جریان یابی همانند میزان خودجاری بودن و زمان کارپذیری همچنین خواص فیزیکی و مکانیکی، ترکیب فازی و ریزساختار بدنه های دیرگداز ریختنی پس از خشک شدن در °C 110 و پخت در دماهای 1250 و °C 1450 مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که افزودن نانوذرات آلومینا تأثیر بسیار زیادی بر خواص جریان یابی و استحکام مکانیکی این نوع دیرگدازهای ریختنی دارد. به دلیل سطح ویژه بالای نانوذرات آلومینا افزودن آن باعث کاهش میزان خودجاری بودن و زمان کارپذیری ترکیب دیرگداز می شود. افزودن 1 درصد وزنی نانوذرات آلومینا ضمن حفظ خاصیت خودجاری بودن ترکیب دیرگداز ریختنی کم سیمان طبق استاندارد می تواند زمان کارپذیری مناسب را نیز برای این دیرگداز ریختنی فراهم کند. با افزودن نانوذرات آلومینا استحکام مکانیکی دیرگداز پس از خشک شدن به دلیل کاهش تخلخل ها افزایش می یابد. نتایج آنالیز فازی و بررسی های ریزساختاری نشان داد که فاز CA₆می تواند در اثر افزودن نانوذرات آلومینا در دماهای پایین (°C 1250) نیز تشکیل شود. به دلیل شکل ورقه ای فاز اتصالی هیبونیت تشکیل آن در بدنه دیرگداز ریختنی علی رغم افزایش تخلخل می تواند باعث افزایش استحکام مکانیکی این نوع دیرگدازها پس از پخت شود.

کلیدواژه‌ها

استحکام مکانیکی؛ خودجاری؛ دیرگداز ریختنی؛ کم سیمان؛ نانو آلومینا؛ هیبونیت

عنوان مقاله [English]

The effect of nano-alumina addition on the properties of high-alumina low-cement self-flowing refractory castables

نویسندگان [English]

H Badiee¹؛ B Jamshidi²؛ S Manafi¹

چکیده [English]

In this study, the effect of nano-alumina addition on the properties of high-alumina low-cement self-flowing refractory castables was studied. For this reason, the reactive alumina in the refractory castable composition was substituted by nano-alumina powder. Then, the self-flow characteristics such as; self-flow value and working time of high-alumina low-cement refractory castables were studied. Besides, the physical and mechanical properties, phase composition and microstructure of these refractory castables were studied after drying at 110 °C and firing at 1250 and 1450 °C. The results showed that the nano-alumina addition has a great effect on the self-flow characteristics and mechanical strength of these refractory castables. With addition of nano-alumina particles, the self-flow value and working time tends to decrease due to high surface area of nano-alumina particles. By use of 1 wt.% nano-alumina content in the castable composition, the alumina self-flowing castable with adequate working time can be obtained according to standard values of self-flowing castables. The decrease in porosity and, increase in mechanical strengths after drying is obtained by adding nano-alumina. The phase analysis and microstructure evaluations showed that CA₆ phase can be form at lower temperatures (1250 °C) with the addition of nano-alumina. CA₆ platy formation leads to increase of porosity in the microstructure. But, the because of bonding behavior of platy CA₆, the mechanical strengths are considerably increased after firing.

کلیدواژه‌ها [English]

Castable refractory, Hibonite, Low-cement, Nano-alumina, Self-flow

مراجع

1- T.M. Souza, A.P. Luz, M.A.M. Brito and V.C. Pandolfelli, “In situ elastic modulus evaluation of Al2O3–MgO refractory castables”, Ceramics International, Vol. 40, pp. 1699-1707, 2014.

2- C. Gogtas, H.F. Lopez and K. Sobolev, “Role of cement content on the properties of self-flowing Al2O3 refractory castables”, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 34, pp. 1365-1373, 2014, .

3- P.C. Evangelista, C.Parr and C.Revais, “Control of formulation and optimization of self-flow castables based on pure calcium aluminates”, Refractories Applications and News, Vol. 7, pp. 14-18, 2002.

4- B.Myrhe and A.Hundred, “On the influence of super fines in high alumina castables”, XXXIXth International Colloquium refractories, Eurogress, pp.184-188, 1996.

5- R.G. Pileggi, A.R.F. Pardo and V.C. Pandolfelli, “CN Refractories”, special refractories, Vol. 6, 38, 2002.

6- A.P. Luz, M.M. Miglioli, T.M. Souza, S. Hashimoto, S. Zhang and V.C. Pandolfelli, “Effect of Al4SiC4 on the Al2O3.SiC.SiO2.C refractory castables performance, Ceramics International, Vol. 38, pp. 3791-3800, 2012.

7- J.E. Funk and D.R. Dinger, “Particle Size Control for High-Solids Castable Refractories”, Am. Ceram. Soc. Bulletin, Vol. 73, pp. 66-69, 1994.

8- D.Y. Miyaji, T. Tonnesen and J.A. Rodrigues, “Fracture energy and thermal shock damage resistance of refractory castables containing eutectic aggregates”, Ceramics International, Vol. 40, pp. 15227-15239, 2014.

9- J. M. Auvray, C. Gault and M. Huger, “Microstructural changes and evolutions of elastic properties versus temperature of alumina and alumina-magnesia refractory castables”, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 28, pp. 1953-1960, 2008.

10- T.M. Souza, M.A.L. Braulio, A.P. Luz, P. Bonadia, V.C. Pandolfelli, Ceramics International, 38, 2012, 3969.

11- E. Prestes, J. Medeiros, D.T. Gomes, J.L.B.C. Veiga and V.C. Pandolfelli, “Hot-erosion of nano-bonded refractory castables for petrochemical industries”, Ceramics International, Vol. 39, pp. 2611-2617, 2013.

[12] V. Kumar, V.K. Singh, A. Srivastava and P.H. Kumar, “Auto-combustion processed high alumina cement and its implementation as bauxite based low cement castables”,Ceramics International, Vol. 40, pp. 16767-16777, 2014.

[13] E.Y. Sako, M.A.L. Braulio and V.C. Pandolfelli, “The corrosion and microstructure relationship for cement-bonded spinel refractory castables”, Ceramics International, Vol. 38, pp. 2177-2185, 2012.

[14]S. Maitra and S. Das, “Effect of TiO2 on the properties of ultralow-cement alumina-spinel castables”, Refractories and Industrial Ceramics, Vol. 47, pp. 63-67, 2006. 

[15] A.G. Tomba Martinez, A.P. Luz, M.A.L. Braulio and V.C. Pandolfelli, “Creep behavior modeling of silica fume containing Al2O3–MgO refractory castables”, Ceramics International, Vol. 38, pp. 327-332, 2012.

[16] S. Mukhopadhyay and P.K. Das Po, “Effect of preformed and in situ spinels on microstructure and properties of a low cement refractory castable”, Ceramics International, Vol. 30, pp. 369-380, 2004.

[17] P. Gehre, C.G. Aneziris, D. Veres, C. Parr, H. Fryda and M. Neuroth, “Improved spinel-containing refractory castables for slagging gasifiers”, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 33, pp. 1077-1086, 2013.

[18] S. Otroj, M. R. Nilforushan, A. Daghighi and R. Marzban, “Impact of Dispersants on the Mechanical Strength Development of Alumina-Spinel Self-flowing Refractory Castables”, Ceramics – Silikáty, Vol. 54, pp. 284-289, 2010.

[19] L.A. Dı´az and R. Torrecillas, “Hot bending strength and creep behaviour at 1000–1400 C of high alumina refractory castables with spinel, periclase and dolomite additions”, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 29, pp. 53-58, 2009.

[20] A.P. Silva, A.M. Segadães, D.G. Pinto, L.A. Oliveira and T.C. Devezas, “Effect of particle size distribution and calcium aluminate cement on the rheological behaviour of all-alumina refractory castables”, Powder Technology, Vol. 226, pp. 107-113, 2012.

[21] T.M. Souza, A.P. Luz and V.C. Pandolfelli, “Magnesium fluoride role on alumina–magnesia cement-bonded castables”, Ceramics International, Vol. 40, pp. 14947-14956, 2014.

[22] L.A. Dı´az, R. Torrecillas, A.H. de Aza and P. Pena, “Effect of spinel content on slag attack resistance of high alumina refractory castables”, Journal of the European Ceramic Society, Vol. 27, pp. 4623-4631, 2007.

[23] N.M. Rendtorff, N.E. Hipedinger, A.N. Scian and E.F. Aglietti, “Zirconia Reinforcement of Cement Free Alumina Refractory Castables by Two Routes”, Procedia Materials Science,  Vol. 1, pp. 403-409, 2012.

[24] D.G. Pinto, A.P. Silva, A.M. Segadães and T.C. Devezas, “Thermomechanical evaluation of self-flowing refractory castables with and without the addition of aluminate cement”, Ceramics International, Vol. 38, pp. 3483-3488, 2012.

[25] S. Otroj, R. Marzban, Z.A. Nemati, N. Sajadi and M.R. Nilforushan, “Behaviour of Alumina-Spinel Self-flowing Castables with Nano-Alumina Particles Addition”, Ceramics – Silikáty, Vol. 53, pp. 98-101, 2009.

[26] S. H. Badiee, S. Otroj, “Non-cement refractory castables containing nano-silica: Performance, microstructure, properties”, Ceramics - Silikáty, Vol. 53, pp. 297-302, 2009.

[27] S. H. Badiee and S. Otroj, The Effect of Nano-Titania Addition on the Properties of High-Alumina Low-cement Self-flowing Refractory Castables, Ceramics - Silikáty, Vol. 55, pp. 319-325, 2011.

[28] س.ح . بدیعی،س.اطرج، "بررسی تاثیر نانوذرات منیزیا بر خواص دیرگدازهای ریختنی کم سیمان آلومینا بالای خودجاری"، مجله تحقیقات موا دنانو کامپوزیتی، دوره 2، شماره 6، ص 97-104، زمستان 1389.

[29] M. Nouri-Khezrabad, M.A.L. Braulio, V.C. Pandolfelli, F. Golestani-Fard and H.R. Rezaie, “Nano-bonded refractory castables”, Ceramics International, Vol. 39, pp. 3479-3497, 2013, .

[30] M. Nouri-Khezrabad, A.P. Luz, F. Golestani-Fard, H.R. Rezaie and V.C. Pandolfelli, “Citric acid role and its migration effects in nano-bonded refractory castables”, Ceramics International, Vol. 40, pp. 14523-14527, 2014.

[31] ا.رحیمی،ا. منشی، ر.ا.عمادی،  "بررسی اثر اندازه دانه کاربید سیلیسیم در تولید جرم ریختنی نسوز خیلی کم سیمان برای صنایع فولاد،" مجله علمی پژوهشی مواد نوین، دوره1، شماره 2، ص 21-28،زمستان 1389.

[32] س.بیگلر، ح. سرپولکی، ع.نعمتی ، ع. سوری، "بررسی ریزساختار و ویژگی‌های جرم‌های ریختنی دیرگداز اسپینل درجا حاوی افزودنی ZrSiO₄،" مجله علمی پژوهشی مواد نوین، دوره2، شماره 2، ص 97-108،زمستان 1390.