Tűzállóanyag olvasztó ívkemencében alkalmazott oxidáló fej tartóssága növelési lehetőségeinek vizsgálata

MISKOLCI EGYETEM MŰSZAKI ANYAGTUDOMÁNYI KAR Energia– és Minőségügyi Intézet Tüzeléstani és Hőenergia Intézeti Tanszék

Tűzállóanyag olvasztó ívkemencében alkalmazott oxidáló fej tartóssága növelési lehetőségeinek vizsgálata

Szakdolgozat

Készítette:

Rimóczi Roland BSc anyagmérnök hallgató

Konzulensek: Prof. Dr. Szűcs István, egyetemi tanár Csutak István, okl. kohómérnök

2015. május

2

MISKOLCI EGYETEM Műszaki Anyagtudományi Kar Energia- és Minőségügyi Intézet

UNIVERSITY OF MISKOLC

Faculty of Materials Science and Engineering Institute of Energy and Quality Affairs

H-3515 Miskolc-Egyetemváros, HUNGARY

E-mail: [email protected]

Tel: +36-46-565-108 Fax: +36-46-431-820

Tüzeléstani és Hőenergia Intézeti Tanszék

SZAKDOLGOZAT FELADAT

Rimóczi Roland Anyagmérnöki szak, BSc hallgató részére

A diplomaterv témája: kádkőolvasztó ívkemencében alkalmazott oxidálófej tartóssága növelési lehetőségeinek vizsgálata Feladatok: 1. Ismertesse a MOTIM Kádkő Kft. termelési tevékenységét és termékeit, az ívkemencék fő szerkezeti egységeit, és feladatait, valamint a kádkő gyártásának folyamatait. 2. Üzemi adatok alapján határozza meg az olvadék fúvatására használt oxidálófejek igénybevételét, elhasználódási mechanizmusát és tartósságát. 3. Végezzen laboratóriumi vizsgálatokat az oxidálófejek szilárdságának javítására 4.

Tegyen javaslatot az oxidálófejek tartósságának növelési lehetőségeire.

Konzulens:

Dr. Szűcs István, egyetemi tanár Csutak István, okl. kohómérnök

A diplomaterv beadásának határideje:

2015. május 8.

Miskolc, 2014.október 03.

Prof. Dr. Palotás Árpád intézetigazgató, egyetemi tanár

3

EREDETISÉGI NYILATKOZAT

Alulírott Rimóczi Roland, a Miskolci Egyetem Műszaki Anyagtudományi Karának BSC hallgatója büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában kijelentem és aláírásommal igazolom, hogy ezt a szakdolgozatomat meg nem engedett segítség nélkül, saját magam készítettem, és a szakdolgozatomban csak az irodalomjegyzékben felsorolt forrásokat használtam fel. Minden olyan részt, melyet szó szerint, vagy azonos értelemben, de átfogalmazva más forrásból átvettem, egyértelműen a forrás megadásával megjelöltem.

Miskolc, 2015. május 8. ……………………………… a hallgató aláírása

4 Tartalomjegyzék

1. Bevezetés ..........................................................................................................................6 2. A MOTIM Kádkő Kft. tevékenységének bemutatása ..................................................7 3. A MOTIM Kádkő Kft. tűzálló idomjainak gyártási folyamata ...................................8 3.1. KORVISIT termékcsalád kifejlesztése ...........................................................................8 3.2. A ZIRKOSIT termékcsalád kifejlesztése ........................................................................8 4. A MOTIM Kádkő Kft. által gyártott termékek ............................................................9 4.1. ZIRKOSIT-S32 jelű termék ............................................................................................9 4.2. ZIRKOSIT-M36 jelű termék .........................................................................................10 4.3. ZIRKOSIT-Y41 jelű termék .........................................................................................10 4.4. ZIRKOSIT termékek gyártása és kémiai összetétele ....................................................11 5. A MOTIM Kádkő Kft. által gyártott termékek vizsgálata ........................................18 5.1. Izzadási hajlam ..............................................................................................................18 5.2. Üvegszinti korrózió vizsgálata ......................................................................................19 5.3. Buborékképződési hajlam meghatározása.....................................................................20 6. Az elektromos ívkemence ..............................................................................................21 6.1. Az ívkemence felépítése ................................................................................................21 6.2. A kemence energiaellátása..........................................................................................23 6.3. A kemence felújítása és indítása ................................................................................23 7. Az oxidálófej ...................................................................................................................24 7.1. Az oxidálófej technológiai szerepe ...............................................................................24 7.2. Az oxidálófej készítése ..................................................................................................25 7.3. Az oxidálófej elhasználódási mechanizmusa ................................................................28

5 7.4. Javaslat a fej geometriájának pozicionálására ...............................................................29 7.5. Az oxidálófejek élettartama ..........................................................................................31 7.6. Az oxidálófejek tartósságának vizsgálatából levonható következtetések .....................40 8. Cirkon alapú próbatestekkel végzett kísérletek ..........................................................40 8.1. MOTIM recept alapján, szálas anyaggal készült próbatestek .......................................40 8.2. MOTIM recept alapján, szálas anyag kihagyásával készült próbatestek ......................42 8.3. Az eredeti MOTIM recept alapján készült szálas anyaggal és anélkül készített próbatest sorozat összehasonlítása .......................................................................................43 8.4. A cirkon alapú próbatestekkel végzett kísérletek eredményeinek összegzése ..............46 9. Korund alapú próbatestekkel végzett kísérletek .........................................................47 9.1. Kis átmérőjű korund szemcséket tartalmazó próbatestek .............................................49 9.2. Kis átmérőjű korund és mullit szemcséket tartalmazó próbatestek ..............................49 9.3. Kis átmérőjű mullit szemcséket tartalmazó próbatestek ...............................................50 9.4. A korund alapú próbatestek nyomószilárdsági vizsgálata ............................................50 9.5. Korund alapú próbatestek nyomószilárdság eredményeinek kiértékelése ....................52 9.6. A korund alapú próbatestekkel végzett vizsgálatok eredményei ..................................53 10. Összefoglalás, javaslatok .............................................................................................54 11. Irodalomjegyzék ...........................................................................................................56

6

1. Bevezetés Dolgozatomban a mosonmagyaróvári MOTIM Kádkő Kft. fő termékcsaládja, az Al2O3 ZrO2 – SiO2 alapú (AZS), „ZIRKOSIT” márkanevű tűzállóanyag idomok gyártása közben fellépő egyik technológiai problémájának – az oxidáló fejek gyors elhasználódása – megoldásával foglalkoztam. Az alumínium- cirkónium- szilikát alapú tűzálló anyagok elektromos ívfényes kemencében történő olvasztása közben az elektródák anyagából - az öntött tűzálló idomok minőségét jelentősen csökkentő – karbon részecskék jutnak be az olvadék fázisba. Ezek eltávolítása érdekében, az elektródák kiemelését követően, 4÷6 perces időtartamban, 6 bar túlnyomású oxigént fúvatnak a fürdőbe az adag lecsapolása, formába öntése előtt. Az 18002100 oC-os hőmérsékletű olvadékba az oxigént olyan tűzálló betonból készített fúvófejjel juttatják, amely három sugárra osztja a gáz térfogatáramát. A drága, nagy tűzállóságú oxidáló fej a fúvatási idő alatt gyakran olyan gyorsan tönkremegy, hogy az utóbbi időkben sokszor az első fúvatási periódust sem lehetett komoly üzemzavar nélkül befejezni. Vizsgálataink célja – a fentiekből kiindulva – olyan fúvófej konstrukció és tűzálló beton kialakítása volt, amellyel az oxidáló fejek tartóssága biztonsággal növelhető. A kutatás első fázisában az oxidáló fejek üzemi alkalmazási körülményeit, az eddigi tartóssági adatait és a gyors elhasználódás mechanizmusát, a tönkremenetel fő okait tanulmányoztuk. Ezek során kiderítettük, hogy az oxidáló fejek gyors elhasználódását alapvetően nem a nagyhőmérsékletű olvadék korróziós hatása, hanem a fúvatáskor a tűzálló beton anyagában – többféle hatás következtében – ébredő akkora mechanikai feszültségek okozzák, amelyek nagyobbak, mint a fúvató fej anyagának szilárdsága. Ezek ismeretében javaslatot dolgoztunk ki az oxidáló fejek szerkezeti kialakításának és az elkészítési technológiájának a korszerűsítésre. Laboratóriumi vizsgálatokat végeztünk a tűzálló beton keverék összetételének és elkészítésének optimalizálása érdekében. Ezek eredményeképpen nagyobb szilárdságú – az ipari gyakorlatban várhatóan jelentősen hosszabb élettartamú oxidáló fejek készíthetők.

7

2. A MOTIM Kádkő Kft. tevékenységének bemutatása

Magyarországon elsőként 1934. június 18-án indult meg a timföldgyártás Mosonmagyaróváron. 10 év alatt már az eredeti kapacitás 10-szeresét érte el a termelés. A gyárat 1948-ban államosították, de ennek ellenére a kapacitás növelése és a technológia fejlesztése tovább folytatódott. 1951-ben kezdődött a fehér korund, majd 1957-ben az olvadékból öntött tűzálló idomok gyártása. 1963-ban lett a gyár Magyar Alumíniumipari Tröszt tagvállalata. A cég fokozatosan nagyobb hozzáadott értéket képviselő termékekkel jelent meg a piacon. 1965-től kezdődött az AZS olvadékból öntött tűzálló idomok gyártása oxidálás nélkül. 1968-tól alumínium-szulfátgyártás, majd 1980-től olvasztott mullit, 1986-tól olvasztott spinell gyártás. 1986-tól kezdődött az AZS olvadékból öntött tűzálló idomok gyártása oxidálással a vállalat saját szabadaloma alapján. A társaságot 1991-ben Kft-vé alakították, majd 1995-ben privatizálták, 1996. március 1-én pedig részvénytársasággá alakult. 2000-ben a MOTIM Zrt. igazgatósága úgy határozott, hogy a fejlesztések felgyorsítása és a vállalat hatékonyságának növelése érdekében szervezeti változásokat hajt végre. Három, korábban profit-centerként működő üzletágat jogilag is önálló társasággá alakítottak. Így alakult meg a MOTIM Kádkő Kft., amely tényleges tevékenységét ezen felállásban 2001. január 1-én kezdte meg. A cég a világ egyik vezető olvadékból öntött tűzállóanyag gyártója. Gyártókapacitása eléri az évi 10000 tonnát. A cég az olvadékból öntött tűzállóanyag gyártás területén több évtizedes tapasztalattal rendelkezik. Két alapvető termékcsaládja a ZIRKOSIT és KORVISIT, melyeket a későbbiekben fogok részletezni. Termékeit elsősorban az üvegolvasztó és kerámiaipari kemencék tűzálló anyagaként, valamint az acélipari hevítő kemencék kopásálló béléseként használják. Fontos piaca továbbá a magnéziumipar, ahová a magnézium-elektronizáló és olvasztó cellák anyagát szállítják. Az általuk gyártott termékek minősége világviszonylatban is kiemelkedő mivel ISO 9001:2008as és ISO 14001:2004-es szabvány szerint tanúsított minőségbiztosítási rendszerrel rendelkeznek [1]. A cég árbevételének több mint 90%-a az exportból származik. Hagyományos piacaik Közép- és Nyugat-Európa, de minden kontinensen jelen vannak termékeinkkel, így Amerikában és a Távol-Keleten is [1].

8

3. A MOTIM Kádkő Kft. tűzálló idomjainak gyártási folyamata

A MOTIM Kádkő Kft-nél olvadékból öntött idomok gyártása szigorú technológiai előírás szerint történik. A többlépcsős gyártási folyamat során az ellenőrzött, nagytisztaságú alap- és segédanyagokból összeállított keveréket elektromos ívkemencében megolvasztják, majd az olvadékot oxidálják és az idomok tervezett alakjának megfelelő formákba öntik. Meghatározott körülmények között történő lehűlést követően a formákat kibontják, majd a szükséges tisztítási és megmunkálási lépések után az egyenként ellenőrzött idomokat kemencévé összeépítik, azaz montírozzák. Az így összeállított kemencéket vagy kemencerészeket a vevő képviselői személyesen ellenőrizhetik. A műszaki átvétel után az idomokat a rendeltetési helynek és a szállítási módnak megfelelően csomagolják, és a megrendelőhöz szállítják. Az idomok beépítését montírozási fényképek és rajzok segítik [1, 2].

3.1. KORVISIT termékcsalád kifejlesztése MOTIM 1957-ben hozta forgalomba α-korund alapú olvadékból öntött tűzálló idomait. Jelenleg KORVISIT-A márkanév alatt egy továbbfejlesztett terméket kínál, mely jó korrózióállósága és alacsony buborékképző hajlama miatt ideálisan alkalmazható az üvegolvasztó kádak alacsonyabb hőmérsékletű zónáiban. A KORVISIT-AB a KORVISIT-Ahoz hasonlóan korundalapú termék, kristályszerkezetét tekintve azonban αβ-típusú.

3.2. A ZIRKOSIT termékcsalád kifejlesztése Az ipari igények növekedésével párhuzamosan a MOTIM 1965-ben egy új termékcsaládot hozott létre. Ezek az AZS típusú tűzálló idomok, melyet a korszerű nagyteljesítményű üvegolvasztó kádakban használnak. A MOTIM különböző Al2O3, ZrO2 és SiO2 tartalmú tűzálló idomokat gyárt, melyeket ZIRKOSIT márkanéven hoznak forgalomba. Ez egy nagyon bevált termék, mivel az évtizedek során igazolta kiváló megfelelőségét az ipari alkalmazásokban. A ZIRKOSIT idomokban magas α-korud és baddeleyit tartalom biztosítja a tűzállóságot, míg a szilícium-oxid és alacsony alkáli tartalom üveges fázist képez, mely javítja

9 a hőlökésállóságot. A technológia fejlődésével a termékfejlesztés sem állhatott meg, így fejlesztette ki a cég 1986-ban az olvadék oxidációs eljárást. A MOTIM jelenleg három különböző összetételű AZS típusú tűzálló idomot kínál, melyből a felhasználó üveggyárak választhatják ki a kemence adott helyére legjobban megfelelő és legköltségkímélőbb összetételű idomot [1, 2].

4. A MOTIM Kádkő Kft. által gyártott termékek Mint az előző fejezetben is láthattuk, a vállalatnak két fő termékcsaládja van, de mivel csak a ZIRKOSIT márkanevű termékek gyártásánál használnak oxidálófejet, így a továbbiakban csak ezzel a termékcsaláddal fogok foglalkozni. 4.1. ZIRKOSIT-S32 jelű termék A ZIRKOSIT-S32 a MOTIM legkisebb cirkon-dioxid tartalmú, legszélesebb körben alkalmazott AZS típusú oxidált olvadékból öntött tűzálló anyaga. A ZIRKOSIT-S32 idomokat hosszú ideje jó eredményekkel használják az üvegipari kádak alacsonyabb és magasabb hőmérsékletű részeiben egyaránt. Alkalmazzák üvegolvasztó kemencék felépítményének, fenékpadozatának, oldalfal mögé falazásának, munkakádainak, kifolyó csatornáinak, speciális idomjainak [1,2].

1. ábra. A ZIRKOSIT-S32 jelű termék kémiai és ásványi összetétele [1]

10 4.2. ZIRKOSIT-M36 jelű termék A ZIRKOSIT-M36 közepes cirkon-dioxid tartalmú AZS típusú oxidált olvadékból öntött tűzálló anyag, mely a MOTIM folyamatos fejlesztő tevékenységének következtében 1999 óta áll az üvegipari felhasználók rendelkezésére. A ZIRKOSIT-M36 jobb teljesítményt nyújt, mint a ZIRKOSIT-S32, ugyanakkor olcsóbb, mint a nagyobb cirkon-oxid tartalmú ZIRKOSIT-Y41. Olyan helyeken alkalmazzák, ahol az alacsonyabb cirkon-dioxid tartalmú AZS tűzálló anyagokénál nagyobb teljesítményre van szükség, de a magasabb cirkon-dioxid tartalmú tűzállóanyag alkalmazása költség oldalról korlátozott, vagy műszakilag nem indokolt. Alkalmazzák üvegolvasztó kádak oldalfalának, felépítményének, munkakádjainak tűzálló falazataként [1].

2. ábra. A ZIRKOSIT-M36 jelű termék kémiai és ásványi összetétele [1]

4.3. ZIRKOSIT-Y41 jelű termék A ZIRKOSIT-Y41 a MOTIM legmagasabb cirkon-dioxid tartalmú, oxidált AZS típusú olvadékból öntött tűzálló anyaga. Ezt a terméket a világ vezető üvegipari felhasználói is sikerrel alkalmazzák az üvegolvasztó kádak legnagyobb igénybevételnek kitett helyein is 1986 óta. A ZIRKOSIT-Y41 a MOTIM legmagasabb cirkon-dioxid tartalmú, oxidált AZS típusú olvadékból öntött tűzálló anyaga. Ezt a terméket a világ vezető üvegipari felhasználói is sikerrel alkalmazzák az üvegolvasztó kádak legnagyobb igénybevételnek kitett helyein is

11 1986 óta. Az üvegolvasztó kádak alábbi helyeire javasolt beépíteni: gát, átfolyó, oldalfalak, árokkövek, elektródakövek, buborékoltató idomok [1].

3. ábra. A ZIRKOSIT-Y41 jelű termék kémiai és ásványi összetétele [1]

4.4. ZIRKOSIT termékek gyártása és kémiai összetétele A gyártás fő lépései [1]:

 Megrendelés  Formalap gyártás  Alapanyagok bemérése  Keverék összeállítása  Adagolás, olvasztás  Oxidálás  Meleg-bontás  Hideg-bontás  Anyagvizsgálat  Megmunkálás  Montírozás  Csomagolás és szállítás.

12 A 4. ábrán a ZIRKOSIT termékek gyártásának folyamata látható. A termékek fő komponenseit az 1. és a 2. táblázatban foglaltam össze.

1. táblázat. A MOTIM Kádkő Kft-ben gyártott kádkövek alkalmazott összetétele [1, 2]

ZIRKOSIT-S32

ZIRKOSIT-M36

ZIRKOSIT-Y41

Kémiai összetétel (m/m %) Al2O3

51,15

48,95

45,35

ZrO2

32,6

36,2

41

SiO2

14,8

13,5

12,3

Na2O

1,2

1,05

1,05

2. táblázat: ZIRKOSIT típusú kádköveknél felhasznált alapanyagok [1, 2]

Betétanyagok Timföld

Betétanyag összetétele Al2O3

98%

ZrO2

66%

SiO2

33%

ZrO2

99%

Na2CO3

96,50%

Na2SO4

0,25%

NaCl

1%

Cirkonhomok Cirkonkoncentrátum

Szóda

Visszaadagolt retúr anyagok

ZIRKOSIT-töret

13

4. ábra. ZIRKOSIT termékek gyártásának folyamatábrája [1]

14 Minden gyártási folyamat első lépése a megrendelés beérkezése. A megrendeléskor beérkező dokumentumokban megtalálható a leöntendő kemence részletes kemencerajza. A kemencerajzban minden egyes tűzálló idom meg van számozva, mivel mindegyiknek eltérő követelményeknek kell megfelelnie, így egyik sem egyforma. A kádkövek nemcsak alak és méret szerint különbözőek, hanem összetétel és lunkertartalom szerint is. A kemencetervező mérnök dönti el, hogy melyik helyre milyen összetételű és lunkertartalmú kádkő a megfelelő, a követelmények teljesítése és a költség függvényében. Miután beérkezett a megrendelés, azt számítógépes programmal kirajzolják és ellenőrzik, majd az esetleges kiszűrt hibákat azonnal javítják. Ha a gyártás elkezdéséhez minden paramétert megfelelőnek találtak, ellenőrzött rajzzal rendelkeznek, és a felek meg tudtak egyezni, kezdődhet a gyártás. A gyártás első lépéseként a megfelelő tisztaságú és szemcseméretű homokot kell előkészíteni, ezért a beérkező homokot síkszitán osztályozzák három féle frakcióra. A durvaszemcsés homokot fúvatáshoz használják fel a termék tisztítása során, míg a finomszemcsés anyagot töltőhomokként, fúvató homokként, KORVISIT gyártásnál adalékanyagként, vagy pedig vízüveggel keverve, majd szén-dioxiddal szárítva beömlő gyártásához alkalmazzák. A közbülső frakciót műgyantával és katalizátorral megfelelő arányban összekeverik, formalap keretbe tömörítik, majd nagyfrekvenciás kemencében kisütik. Miután kihűlt, méretre vágják, majd héjragasztóval összeragasztják, így készítve el az öntendő idomok formáját. Formakészítésnél figyelembe kell venni a térfogati zsugorodást, ezért mindig olyan mérőeszközöket használnak, aminek kalibrálásakor belekalkulálták a zsugorodást.

Tehát

például

2%-os

zsugorodással

számított

kádkő

formájának

megtervezésekor olyan vonalzót használunk, aminek az osztásközeibe bele van kalkulálva ez a zsugorodás, azaz kis mértékben nagyobbak, mint az etalon. Miután elkészült a homokforma a beömlő nyílásokat azonnal leragasztják, ezzel megelőzve, hogy bármilyen idegen anyag oda bekerülhessen. Öntés előtt acél formaszekrénybe helyezik a homokformát, töltőhomokkal körülveszik, majd ráillesztik a beömlőket [2]. A gyártás következő fázisaként az alapanyagok mennyiségének számítógépes bemérése következik. Az alapanyagok a napi tartályból adagoló csigán keresztül jutnak a mérlegre, majd onnan az „S” lapátos keverőbe, ahol homogenizálják. A bemért alapanyagok mellett adagolásra kerül még bizonyos százalékban visszatérő, úgynevezett retúranyag is, mely a selejt darabok és a beömlők őrleményei [2].

15 Miután az olvasztandó anyagokat a számítógép nagyon pontosan kimérte, daruval juttatják a kemence szintjéhez, majd ott megfelelő mennyiségben adagolják a kemencébe és megolvasztják. Az olvasztás 3 fázisú ívkemencében történik általában 1,5 órán keresztül. Összetételtől függően különböző hőmérsékleteken megy végbe az olvasztás. Az olvasztási hőmérséklet 1800-2100 oC-ig terjed. Miután a betétanyagok megolvadnak, megvárják, még az olvadék lehűl 1800-1900 oC-ra, ezután olvadékba oxigénlándzsát merítenek és meghatározott ideig és nyomáson oxigéngázzal fúvatják [1, 2, 5, 16, 18].

5. ábra. Az alapanyagok megolvasztására szolgáló ívkemence a betétanyag adagolása után (bal felső kép), és olvasztás közben (jobb oldali és bal alsó kép)

16 Következő lépésként az olvadék formába töltése következik. Az öntés kb. 1800 oC-on történik. kitöltésre váró formákat görgős úton a kemence közelébe járatják, majd ott síneken mozgó távirányítású targonca segítségével a formákat a kemence öntőcsőre alá emelik. Ezután a kemencét megbillentik és kitöltik vele a formákat, ahol az olvadék vékony rétegben megdermed. Kis idő múlva úgynevezett melegbontást végeznek [2]. A melegbontást gyantakötésű homoklapba öntés után hajtják végre. Nagyjából fél órával az öntés után a kiöntött elemeket speciális fogó segítségével az acél formaszekrényből kiemelik, majd diatóma földdel töltött ládákba süllyesztik. A diatómában lassan hűlik ki a kádkő, ezért is hagyják abba pihentetni. A melegbontásig a kötőanyag a homoklapokból nagyrészt kiég. Amikor kiemelik a követ a homokból, így a homoklap nagy része visszahullik a töltőhomokba, csak kis része kerül a diatómával töltött ládákba, melyet a későbbiekben különböző sziták és szélszeparátorok segítségével kiszűrnek. A diatómával töltött ládákban minden egyes tűzálló idom kb. 14 napig hűlik, mire eléri a megfelelő hőmérsékletet. Az acél magszekrényben maradt töltő és formázóhomokot kihűlés után szintén osztályozzák, melynek nagy részét újra felhasználják töltőhomokként, kis része pedig a hulladéktárolóba kerül [2]. 14 nap hűlés után a köveket kiemelik a diatómával töltött hűtőládákból, a formamaradványokat töltőhomok és levegő keverékével eltávolítják. A hűtőládákból a hűtőanyagot kiszivattyúzzák, majd szeparálják. A homokban szegény diatóma visszakerül hűtőközegként, a homokban dús pedig megy lapsütésre [2]. Hidegbontás után még sok időt és költséget igénybevevő munka a megmunkálás, ezért hogy a hibás kövek megmunkálását megelőzzék, anyagvizsgálatnak vetik alá a követ. A zsugorodási üregeket, illetve az idom tömörségét roncsolás mentes módszerrel ellenőrzik. Egy izotóp által kibocsátott és az idomon áthatoló radioaktív sugárnyaláb intenzitását rácspontszerű elrendezésben mérik az idom különböző pontjain. A detektor által mért intenzitások értékét számítógépes kiértékelő program viszonyítja egy referenciaponton mért értékhez és abból következtet az idom tömörségére. Minden esetben ellenőrizzük az átfolyó, valamint az olvasztókád OL és EL oldalfal idomok tömörségét. Az adatok, valamint az üreg elhelyezkedését vizuálisan bemutató ábra a minőségbiztosítási rendszerben dokumentálásra kerül. A hibás darabokat is könnyedén ki lehet szűrni ezzel a roncsolás mentes vizsgálattal, így csak a teljesen ép darabokat küldik megmunkálásra [1]. Mivel a kádkő anyaga összetételének köszönhetően igen kemény, így nem könnyű megmunkálni sem. A kövek megmunkálása csak ipari gyémánt szerszámokkal lehetséges. A

17 tűzálló idomokat csiszoló-, vágó-, és fúró-gépeken munkálják meg. A gépek munkafejeit munka közben hűtővíz hűti, ami a lemunkált anyaggal együtt ülepítőbe kerül. A lemunkált anyag nem keverendő össze az eltávolított felesleges részekkel, amit külön gyűjtenek, majd újra felhasználják [1].

6. ábra. Kádkövek méretre vágás közben [1] A végső megmunkáláson átesett köveket egy erre a célra létesített csarnokban a munkatársak montírozzák, azaz összeállítják, melyet miután összeállították az egész kemencét, a vevők megnézhetik. Ezekről összeállításkor fényképek is készülnek, melyeket a kemencével együtt a felhasználóknak csomagolnak. Összeállítás után elkészül a csomagolási lista mely szerint történik a csomagolás [1].

7. ábra. Az összeállított kemencék 1]

18

5. A MOTIM Kádkő Kft. által gyártott termékek vizsgálata

Minden egyes leöntött tűzálló idomnál elvégeznek néhány vizsgálatot, amit külön dokumentálnak, és szállításkor egy példányt átadnak a vevőnek is, másik példányt pedig meghatározott ideig megőriznek. Ezeket a vizsgálatokat az alábbiakban részletezem.

5.1. Izzadási hajlam A kádkő izzadási hajlamának tanulmányozásához a Luiseville-i izzadási vizsgálat egy módosított változatát alkalmazzák az alábbi lépések szerint. A kádkő mintából gyémántfúróval és gyémánt vágókoronggal 35 mm átmérőjű 5 mm magas hengeres próbatesteket készítenek. A próbatesteket külön-külön 0,1 mm vastag 5% Au tartalmú platina lemezből hajlított tálkába helyezik és 1500 °C hőmérsékleten 72 órás hőntartással szuperkanthál kemencében hőkezelik. Mind a hőkezelés előtt, mind a hőkezelés után 0,01 g pontossággal mérik a próbatestek, valamint a platina tálkák száraz és vízbe merített tömegét. Az izzadás során bekövetkezett térfogatnövekedést a kiindulási térfogathoz viszonyítva százalékban adják meg [1].

8. ábra. „Izzadási hajlam” vizsgálatához előkészített hengeres próbatest [1]

19 5.2. Üvegszinti korrózió vizsgálata Az üvegkorróziós vizsgálatokat mésznátron üvegolvadékkal, statikus tégelymódszerrel végzik. A kísérletekhez 80 mm külső átmérőjű, 85 mm magas tégelyeket használnak, melyben a furat átmérője 40 mm, mélysége pedig 60 mm. A korróziós vizsgálatokhoz a mésznátron üvegcserépből a kísérleti tégelyekbe 100 – 100 g-ot mérnek be. A korróziós kísérleteket 1500 °C-on 96 órás hőntartással végzik. Az üvegkorrózió mértékének a meghatározásához a próbatesteket középen kettéfűrészelik. A kettévágott próbatestekről fényképeket készítenek, és mérik az üvegszinti korrózió mértékét, valamint a tégely falában az üvegbeszívódás nagyságát [1]. Az üvegszinti korrózió számítása az alábbi képlettel történik:

ahol:  D – üvegszinti korrózió, mm;  d1 – a tégely furatának átmérője a vizsgálat előtt, mm;  d2 – a tégely furatának megnagyobbodott átmérője az üveg felszínénél a vizsgálat után (mm)

9. ábra. Üvegszinti korróziós vizsgálat [1]

20 5.3. Buborékképződési hajlam meghatározása

A buborékképző hajlam tanulmányozásához az olvasztva öntött kádkő mintákból gyémántfúróval és gyémánt vágókoronggal kialakított 50 mm átmérőjű, kb. 50 mm magas hengeres próbatestek egyik véglapját gyémánt korongon síkra és fényesre csiszolják. Kiszárítás után a csiszolt felületre 40 x 40 x 5 mm-es üveglapokat helyeznek és szuperkanthál kemencében 1100 °C-ra hevítik. Egy órás hőntartás után a kemencében hagyják lehűlni a próbatesteket. Lehűlés után binokuláris mikroszkóppal megszámolják az üvegbe záródott buborékokat [1].

10. ábra. Mikroszkópos vizsgálatnál az üvegbe záródott buborékok [1]

21

6. A kádkőolvasztó elektromos ívkemence A kádkövek gyártása háromfázisú elektromos ívkemencében történik, ezért ebben a fejezetben a kemence felépítéséről és üzemeltetéséről fogok írni.

6.1. Az ívkemence felépítése A kemencetest két részből áll: egy felső rögzített sapkából, és egy alsó hidraulikusan billenthető kemencetalpból (az olvadék csak ebben a részben van). A kemence kívülről 20 mm-es acélköpenyből épül fel. Belül pedig a saját anyagát használják tűzálló bélésként, melyből olvasztásonként ugyan kopik, de az olvasztott anyagból pótlódik is. A kemence alsó részéhez tartozik az úgynevezett öntőcsőr, melyen az olvadékot kiöntik, így öntéskor csak az alsó részt billentik. A kemence felső részén nyúlik be a kemencébe a három darab grafitelektróda. Ezeket az elektródákat mozgathatja automatikusan vezérlőelektronika is, de lehet manuálisan is mozgatni, amikor a helyzet úgy kívánja, például kemenceindításnál. A felső részen van még az adagolónyílás, melyen keresztül a kemencetestbe adagolják az betétanyagokat. A sapka közepén pedig még egy nyílás, amin keresztül az olvasztás végén automatika emeli bele az olvadékba az oxidáló fejet. A kemencetest alsó mozgatható része nemcsak hidraulikusan billenthető, hanem kerekeken ki is tolható. A kitolásnak csak a kemence leállása utáni felújításkor van szerepe. A kemencevezérlés a kemence felső részével egy síkban helyezkedik el. Itt lehet egy panelon az elektródákat vezérelni, ki-be kapcsolni, fel le mozgatni, akár automatikusan, akár manuálisan. Másik panel mutatja a kemence paramétereit, ebbe beleértve az olvasztási hőmérsékletet, beadagolt betétanyag mennyiséget, felhasznált energiát, stb. Ezen a panelon lehet még az adagolót vezérelni. A kemencével egy síkban van a számítógépes helyiség, mely minden adatot mutat és rögzít. A kemence teljesen biztonságos, üzemzavar soha nem fordult még elő, de mivel legfőbb dolog a biztonság, így fel kell készülni bármilyen problémára, üzemzavarra, hogy a baleseteket megelőzzük. Emiatt a kemence mellett van egy hatalmas gödör, melybe a kemence alsó mozgatható része egy pillanat alatt belebillenthető bármilyen nagyobb üzemzavar esetén, így elkerülve, hogy súlyosabb kárt okozzon. A kemence ellenben sokféle más típusú kemencével, nem üzemel állandóan, csak időszakosan. Egy hét olvasztást három hét kemencefelújítás követ. Majd miután elkészült következik a kemenceindítás, ami egy nagyon érdekes, ámde nem egyszerű folyamat [6, 7, 9, 10, 20, 23].

22

11. ára. A kemence felső része az elektródákkal és az oxidáló fejjel

Kemence-emelő hidraulika

12. ábra. A kemence alsó mozgatható része, láthatóak a kerekek és a billentő hidraulika

23 6.2. A kemence energiaellátása A kemencében való betétanyag megolvasztásához az energiát a három elektróda és a kemencébe adagolt betétanyag között keletkező és folyamatosan fenntartott ív adja. Tekintettel arra, hogy különösen a beolvasztás időszakában az ívhossz stabilizálása komoly szabályozástechnikai feladat, gyakori áramingadozásra kell számítani. A gyakorlatban a speciális, nagyfeszültségre kapcsolódó kemencéhez traszformátort és fojtótekercset, valamint primer oldalon nagyfeszültségű kapcsolót kell alkalmazni. Gondoskodni kell a mérő és védelmi áramkörök kialakításáról a mindenkori szabványoknak megfelelően, így a túláram- és túlfeszültség-védelemről, valamint nem utolsósorban az elégséges zárlati teljesítményű táphálózatról. A kemencetranszformátor szekunderoldala nagy áramú, általában sínezett kivitelű, amelyhez az elektródák mozgását követni tudó flexibilis csatlakozás kapcsolódik. Gondoskodni kell az áramvezetők mechanikai stabilitásáról, a mágneses tér okozta hatások csökkentéséről [3, 4, 8, 14, 17].

6.3. A kemence felújítása és indítása A kemence nem üzemel hosszú ideig, mint például egy üvegolvasztó kemence. Az elektromos ívkemence nagyjából 1-1,5 hétig olvaszt folyamatosan, majd leállítják, mivel a tűzálló falazata a nagy igénybevétel miatt erősen elkopik, és ezt újjá kell építeni. A falazat mellett még a grafit elektródák is folyamatosan kopnak, így a kemence újjáépítésekor ezeket is ellenőrizni kell, és ha szükséges, kicserélni. A külső acélburkolat vastagságának mérése is egy nagyon fontos feladat, mert ha véletlen kilyukad, nagy balesetet okozhat. Így ezt a paramétert sok helyen mérik, és ha 16 mm-nél kisebbre vékonyodott, akkor ki kell cserélni. A munkálatok elkezdése előtt a kemencét kiürítik, majd a kerekeinek segítségével kigurítják a felújításra szánt helyre. Az újjáépítés körülbelül 3 hetet vesz igénybe. Miután újjáépült a kemence visszatolják a helyére, rögzítik, bekészítik a betétanyagot és indulhat egy nehéz művelet, a kemenceindítás. Kemenceindításkor mivel por formájú a betétanyag, így nem tud benne ív keletkezni, ami megolvasztaná azt, mivel ív csak olvadékban keletkezik, mert csak az áramvezető. Ezenkívül a betétanyagnak por formájában a hővezetése is rossz, így az indítást grafitrúd segítségével oldják meg. Két darab grafit rudat raknak be a kemencetestbe az elektródák mellé. Amikor az elektródákra rákapcsolják az indítóáramot, a grafit rudakkal két elektródát össze kell kötni, azaz hozzányomni, így rövidzárat okozva. A grafitrúd ennek hatására felhevül, meggyullad, és a hősugárzásának köszönhetően a beadagolt alapanyag is

24 elkezd körülötte megolvadni, majd így kialakul az elektródák körül az olvadék, mely már vezeti az áramot és így az elektróda már tud olvasztani. Ez a folyamat minimum másfél órát vesz igénybe, de eltarthat akár egy egész műszakon keresztül is. Az elektródákat ilyenkor kézi vezérlésre kell kapcsolni és egyesével fel-le mozgatni kar segítségével [1, 2].

13. ábra. A kemence belső tere indítás előtt a rövidrezáró grafit rudakkal

7. Az oxidálófej A ZIRKOSIT márkanevű termékek gyártásánál oxidációt alkalmaznak, ami az oxidálófej segítségével megy végbe. Mivel dolgozatom fő témája az oxidálófej korai elhasználódása okainak felderítése, majd ezek alapján az élettartamának növelése, ezért ebben a fejezetben részletesen foglalkozok ezzel a technológiával. 7.1. Az oxidálófej technológiai szerepe Oxidálást csak ZIRKOSIT termékeknél végeznek, mivel ezeknek a tűzálló anyagoknak az összetételében több alkotó is jelen van viszonylag magas részarányban. Amikor másfél óra után megolvadt az összes alapanyag, a kemence felső részén levő nyílás tetejét kinyitják, majd az automatika beemeli az oxidáló fejet az olvadékba. Ezután 4 percen keresztül oxigént fúvatnak 6 bar nyomáson az olvadékba. Ez több célt szolgál, egyrészt

25 homogenizálja az olvadék alkotóanyagait, mivel azoknak sűrűsége között igen nagy a különbség, másrészt az olvadék karbon-tartalmát kiégeti. Az oxidálás végeztével ugyanúgy automatika emeli ki az oxidálófejet. Ilyenkor azt tapasztaljuk, hogy az oxidáló fej erősen elkopik, és lehűlés közben általában szét is repedhet. Emiatt az oxidálófejek néhány fúvatásnál többet nem bírnak ki [1, 2, 11, 12].

7.2. Az oxidálófej készítése Az oxidálófejet a MOTIM Kádkő Kft-nél készítik az alábbiakban felsorolt alapanyagokból. Az oxidáló fej alapanyagai:  SECAR 80 tűzálló cement  Cirkon-homok  Cirkon-töret  FIBERFRAX szálas tűzálló anyag  KORVISIT merevítő-rudak

Az oxidálófej alapanyagait betonkeverőbe adagolják, majd ott összekeverés után formákba töltik az így kapott betont. A forma két részből áll, mindkét felét töltés előtt XINTRONIC formaleválasztó anyaggal kennek be, így a beletöltött beton 1 napi levegőn való száradása után könnyedén szétszedhető. A betonformába való töltése után három darab korund merevítő rudat raknak a betonba, majd rázógépen 5 másodpercig rázzák a tömörítés érdekében. A formába előre meghatározott helyen van a 3 oxigéncsatornának a helye, ahova formatöltés előtt beteszik a 6 mm átmérőjű acélhuzalt, melyet 3 órával a töltés után eltávolítanak a menetes résszel együtt. Majd az egy napig tartó levegőn száradás után ellenállás fűtésű kemencébe teszik és meghatározott hőkezelési diagram szerint hőkezelik. Kétféle hőkezelést alkalmaznak, egyiket 2011-ig, másikat pedig a mai napig. A hőkezelési diagramokat a 16. és 17. ábrán mutatom be. [1, 2].

26

14. ábra. Az oxidálófej oxigénjáratainak sablonja (bal oldali kép), a forma alján 120o –onként elhelyezett nyílás (középső kép), és a formába helyezett minta (jobb oldali kép)

15. ábra. Az oxidálófej hosszmetszete

27

16. ábra. Oxidálófejek hőkezelési diagramja 2011-ig

17. ábra. Oxidálófejek hőkezelési diagramja 2011-től

28 7.3. Az oxidálófej elhasználódási mechanizmusa Az oxidálófejek működés közben szélsőséges körülményeknek vannak kitéve, mivel a fúvatást 1800 oC-on végzik. Kivétel után azt tapasztaljuk, hogy lehűlés közben szétreped, ami a nem megfelelő hőlökésállóságnak tudható be.

18. ábra. Az oxidálófej az olvadék fúvatása közben

19. ábra. Új oxidáló fej fúvatás előtt (bal oldali kép), fúvatás után kiemelve (jobboldali kép)

29

20. ábra. Elhasznált oxidálófej metszeteinek fényképe

7.4. Javaslat a fej geometriájának pozicionálására Eddigi tapasztalataink során rájöttünk egy nem elhanyagolható hibaforrásra, ami miatt az oxidálófej idő előtt tönkremehet. A hiba forrása az oxidálófej geometriájában keresendő. Egyrészt a készítése során csak az oxigénjáratok helye van pozicionálva, viszont a korund merevítőrudaké nincs, másrészt a korund merevítőrudak négyzet alakú profilja, aminek sarkai sajnos sokszor 90o helyett hegyesszögűek. Mint ismeretes, a csúcsok és élek feszültséggyűjtő helyek, ezért ezek mentén indul el a repedés, amint az a 20. ábrán látható.

Ennek a

problémának a kiküszöbölésére két javaslatunk van. Egyrészt a merevítőrudak 120 o-onkénti elhelyezése, másik a merevítőrudak nyocszög alakúra vágása. Ennek a javasolt két megoldásnak a 3D-s ábrája a 21. és 22. ábrán látható.

30

21. ábra. A javasolt oxidálófej geometriájának axonometrikus képe

22. ábra. A javasolt oxidálófej geometria alulnézetből

31 7.5. Az oxidálófejek élettartamának vizsgálata Az oxidálófejek tartósságát – a sikeres fúvatások számát - az üzemben gyűjtött adatok alapján vizsgáltam a 2010. május és 2014. augusztus közötti időszakra, amelyeket jellemző diagramjait a 23. – 38. ábrán szemléltetem.

Fúvatások száma 0 2010/május 2010/augusztus 2010/szeptember 2010/október 2010/november 2010/december 2011/január 2011/február 2011/március 2011/április 2011/május 2011/június 2011/július 2011/október 2011/november 2011/december 2012/január 2012/február 2012/március 2012/április 2012/május 2012/június 2012/július 2012/augusztus 2012/szeptember 2012/október 2012/november 2012/december 2013/január 2013/február 2013/március 2013/április 2013/május 2013/július 2013/augusztus 2013/szeptember 2013/október 2013/november 2013/december 2014/január 2014/február 2014/március 2014/április 2014/május 2014/június 2014/július 2014/augusztus

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

5,77 8,87

5,20 4,90 4,47

6,51 6,83 6,91 6,08 Tavasz: 5,0 6,38 Nyár: 8,8 6,25 Ősz: 6,8 Tél: 6,2

2010.05.2011.07. közötti átlag: 6,6

7,60 10,00 2,81 2,27 2,95 2,53 2,61 2,39 2,69 3,17 3,15 2,66 3,06 2,96 2,67 2,50 2,50 2,50 2,46 2,68 3,08 3,31 3,58 3,75 2,89 2,48 2,69 3,00 3,00 3,13 3,21 2,79 2,86 2,73 2,54 3,53

Új összetétel: 2011.10. - 2014.08. közötti átlag: 2,9

Tavasz: 2,9 Nyár: 3,1 Ősz: 2,7 Tél: 2,7

23. ábra. Az oxidálófejek átlagos élettartama ZIRKOSIT-S32 gyártásánál

32

Fúvatások száma 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

2010/május 2010/augusztus 2010/szeptember 2010/október 2010/november

Átlag: 6,6

2010/december 2011/január 2011/február 2011/március 2011/április 2011/május 2011/június 2011/július

24. ábra. A hosszabb ideig (23 óra) hőkezelt oxidálófejek élettartama ZIRKOSIT-S32 gyártásánál Fúvatások száma 0 2011/október 2011/november 2011/december 2012/január 2012/február 2012/március 2012/április 2012/május 2012/június 2012/július 2012/augusztus 2012/szeptember 2012/október 2012/november 2012/december 2013/január 2013/február 2013/március 2013/április 2013/május 2013/július 2013/augusztus 2013/szeptember 2013/október 2013/november 2013/december 2014/január 2014/február 2014/március 2014/április 2014/május 2014/június 2014/július 2014/augusztus

2

4

6

8

Átlag: 2,9

25. ábra. A rövidebb ideig (14 óra) hőkezelt oxidálófejek élettartama ZIRKOSIT-S32 gyártásánál

10

33

Fúvatások száma 0 2010/május 2010/augusztus 2010/szeptember 2010/október 2010/november 2010/december 2011/január 2011/február 2011/március 2011/április 2011/május 2011/június 2011/július 2011/október 2011/november 2011/december 2012/január 2012/február 2012/március 2012/április 2012/május 2012/június 2012/július 2012/augusztus 2012/szeptember 2012/október 2012/november 2012/december 2013/január 2013/február 2013/március 2013/április 2013/május 2013/július 2013/augusztus 2013/szeptember 2013/október 2013/december 2014/január 2014/február 2014/március 2014/április 2014/május 2014/június 2014/augusztus

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

4,9 8,3 5,4 5,8


5,3 4,6 4,7 4,8 4,0 3,0

Régi összetétel: 2010.05.hó-2011.07.hó átlag: 5,0 3,6 4,4 6,0

2,7 2,4 2,2 2,1 2,2 2,2 2,0 3,0 2,6

Új összetétel: 2011.10.hó - 2014.08.hó átlag: 2,5

2,1 2,5 3,2 2,9 2,4 2,4 1,9 2,4 2,8 3,0


3,1 2,8 2,9 2,6 2,5 2,2 2,2 2,0 2,8 2,2 2,8 1,6 2,8

26. ábra. Az oxidálófejek átlagos élettartama ZIRKOSIT-M36 gyártásánál

34


1

2

3

4

5

6

7

8

9

2010/május 2010/augusztus 2010/szeptember 2010/október

Átlag: 5,0

2010/november 2010/december 2011/január 2011/február 2011/március 2011/április 2011/május 2011/június 2011/július

27. ábra. A hosszabb (23 óra) ideig hőkezelt oxidálófejek élettartama ZIRKOSIT-M36 gyártásánál Fúvatások száma 0 2011/október 2011/november 2011/december 2012/január 2012/február 2012/március 2012/április 2012/május 2012/június 2012/július 2012/augusztus 2012/szeptember 2012/október 2012/november 2012/december 2013/január 2013/február 2013/március 2013/április 2013/május 2013/július 2013/augusztus 2013/szeptember 2013/október 2013/december 2014/január 2014/február 2014/március 2014/április 2014/május 2014/június 2014/augusztus

2

4

6

8

Átlag: 2,5

28. ábra. A rövidebb ideig (14 óra) hőkezelt oxidálófejek élettartama ZIRKOSIT-M36 gyártásánál

10

35

Fúvatások száma 0 2010/május 2010/augusztus 2010/szeptember 2010/október 2010/november 2010/december 2011/január 2011/február 2011/március 2011/április 2011/május 2011/június 2011/július 2011/október 2011/november 2011/december 2012/január 2012/február 2012/március 2012/április 2012/május 2012/június 2012/július 2012/augusztus 2012/október 2012/november 2012/december 2013/január 2013/február 2013/március 2013/április 2013/május 2013/július 2013/augusztus 2013/szeptember 2013/október 2013/november 2013/december 2014/január 2014/február 2014/március 2014/április 2014/május 2014/június 2014/július 2014/augusztus

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

3,58 3,70 4,24 4,16 3,81 3,47


3,36 3,16

Régi összetétel: 2010.05.hó-2011.07.hó átlag: 3,5

3,05 2,44 2,30 4,38 3,76 1,63 1,49 1,55 1,71 2,00 2,02 1,63 2,11 2,18 1,68 2,09 1,88 1,91 1,24

Új összetétel: 2011.10.hó-2014.08.hó átlag: 1,83

1,61 1,49 2,00 2,45 2,08 2,06 2,18


1,82 1,75 2,50 1,79 1,50 1,95 1,85 1,88 1,55 1,06 1,92 1,86

29. ábra. Az oxidálófejek átlagos élettartama ZIRKOSIT-Y41 gyártásánál

36


2

4

6

8

10

2010/május 2010/augusztus

Átlag: 3,5

2010/szeptember 2010/október 2010/november 2010/december 2011/január 2011/február 2011/március 2011/április 2011/május 2011/június 2011/július

30. ábra. A hosszabb ideig (23 óra) hőkezelt oxidálófejek élettartama ZIRKOSIT-Y41 gyártásánál

Fúvatások száma 0 2011/október 2011/november 2011/december 2012/január 2012/február 2012/március 2012/április 2012/május 2012/június 2012/július 2012/augusztus 2012/október 2012/november 2012/december 2013/január 2013/február 2013/március 2013/április 2013/május 2013/július 2013/augusztus 2013/szeptember 2013/október 2013/november 2013/december 2014/január 2014/február 2014/március 2014/április 2014/május 2014/június 2014/július 2014/augusztus

2

4

6

8

10

Átlag: 1,8

31. ábra. A rövidebb ideig (14 óra) hőkezelt oxidálófejek élettartama ZIRKOSIT-Y41 gyártásánál

37

9 8

Fúvatások száma

7 Hosszabb hőkezelés

6 5,0

Rövidebb hőkezelés

5 3,9 4 2,8

2,7

3

2,8 2,0

2 1 0 ZIRKOSIT-S32

ZIRKOSIT-M36

ZIRKOSIT-Y41

32. ábra. Hosszabb (23 óra) és rövidebb (14 óra) ideig hőkezelt oxidálófejek átlagos élettartama tavasszal 8,8 9 8 Hosszabb hőkezelés 7

6,2


Fúvatások száma

6

5 3,9 4 3,1 2,5

3

1,9 2 1 0 ZIRKOSIT-S32

ZIRKOSIT-M36

ZIRKOSIT-Y41

33. ábra. Hosszabb (23 óra) és rövidebb (14 óra) ideig hőkezelt oxidálófejek átlagos élettartama nyáron

38

9 8

Fúvatások száma

7

6,8

Hosszabb hőkezelés Rövidebb hőkezelés

5,5

6 5

4,1 4 2,7

2,7

3

1,9 2 1 0

ZIRKOSIT-S32

ZIRKOSIT-M36

ZIRKOSIT-Y41

34. ábra. Hosszabb (23 óra) és rövidebb (14 óra) ideig hőkezelt oxidálófejek átlagos élettartama ősszel 9 8

Fúvatások száma

7

Hosszabb hőkezelés

6,2


6 4,7

5 4 3

3,3 2,7 2,2

1,6

2 1 0 ZIRKOSIT-S32

ZIRKOSIT-M36

ZIRKOSIT-Y41

35. ábra. Hosszabb (23 óra) és rövidebb (14 óra) ideig hőkezelt oxidálófejek átlagos élettartama télen

39

9


8,8

8


Fúvatások száma

7 6,8

6

6,2

5 4

5,0

3

3,1

2,8

2

2,7

2,7

1 0 Tavasz

Nyár

Ősz

Tél

36. ábra. Hosszabb (23 óra) és rövidebb (14 óra) ideig hőkezelt oxidálófejek átlagos élettartama évszakonként ZIRKOSIT-S32 gyártásánál 9 8


Fúvatások száma

7


6

6,2

5

5,5 4,7

4 3

3,9 2,7

2

2,7

2,5

2,2

1 0 Tavasz

Nyár

Ősz

Tél

37. ábra. Hosszabb (23 óra) és rövidebb (14 óra) ideig hőkezelt oxidálófejek átlagos élettartama évszakonként ZIRKOSIT-M36 gyártásánál 9

Fúvatások száma

8 7


6


5 4 2 1

4,1

3,9

3

3,3

2,8 2

1,9

1,9

1,6

0 Tavasz

Nyár

Ősz

Tél

38. ábra. Hosszabb (23 óra) és rövidebb (14 óra) ideig hőkezelt oxidálófejek átlagos élettartama évszakonként ZIRKOSIT-Y41 gyártásánál

40

7.6. Az oxidálófejek tartósságának vizsgálatából levonható következtetések Az oxidálófejek élettartam diagramjainak kielemzése után a következő megállapításokra jutottam:  A hosszabb ideig tartó hőkezelés alkalmazásakor sokkal több oxidálást kibírt az oxidálófej  Az oxidálófejek élettartama télen és ősszel kis mértékben csökken  Az élettartam a különböző minőségek gyártásánál jelentősen változik, mivel különböző hőmérsékleten megy végbe a fúvatás

8. Cirkon alapú próbatestekkel végzett kísérletek Mint minden vizsgálatnál mely javító szándékú, alap mérést kell készíteni, melyhez viszonyíthatunk, így tehát először mi is az eredeti, MOTIM-nál alkalmazott recept alapján készítettünk próbatesteket. Próbatest-sorozatonként minden típusból 5-5 db készült, melyeket különböző módon hagytunk megkötni, majd a következő sorozatokban egyéb paramétereket is változtattunk, mint például az összetétel, víztartalom, rázás stb. Miután elkészültek a próbatestek és megszilárdultak, nyomószilárdság vizsgálat alá vetettük őket, majd diagramokban ábrázoltuk, kiértékeltük és következtetéseket vontunk le. Mindegyik típusú összetételből egy sorozatot készítettünk hősokk-állóság vizsgálatra is. A hősokk-állóság vizsgálatot 1500 oC-ra hevített kemencében végeztük többféle módon, melyeket minden sorozatnál külön részletezek.

8.1. MOTIM recept alapján, szálas anyaggal készült próbatestek A MOTIM receptje alapján próbatesteket 1-es sorozatszámmal jelöltük. Mindegyik próbatest ugyanazokból az alapanyagokból van, mint az eredeti oxidáló fej, de készültek rázás nélküli próbatestek is. Különböző megszilárdulásoknak vetettük alá őket, közülük volt, amelyik levegőn száradt, és volt olyan, amelyiket kemencében az eredeti MOTIM-féle hőkezelés utasításait követve hőkezeltünk. Egy sorozatot készítettünk hősokk-állóság vizsgálatra is. Ezek után nyomószilárdság vizsgálatnak vetettük alá őket. Majd kiértékeltük

41 diagramban és összefüggéseket vontunk le az ábrákból. A következő próbatest-típusokat készítettük el:

 1L sorozat: rázás nélkül készült, levegőn száradt próbatestek  1LR sorozat: rázással készült, levegőn száradt próbatestek  1K sorozat: rázás nélkül készült, kemencében hőkezelt próbatestek  1KR sorozat: rázással készült, kemencében hőkezelt próbatestek  1Kspec: hősokk-állóság vizsgálatra, rázás nélkül készült, levegőn száradt próbatestek A hősokk-állóság vizsgálatnál 2 db próbatest 4 órán keresztül 1500 oC-on volt. Ezek a próbatestek: 1Kspec05 és 1Kspec04. Az 1Kspec04-es próbatest a 4 órás folyamatos 1500 oCon való hőkezelés utáni kivétel során eltört. Másik 2 db próbatestet 4 rezzentésnek tettünk ki. Ezek a próbatestek az 1Kspec01 és 1Kspec02. Az 1Kspec02-es próbatest a 3. rezzentés után eltört. Végül a maradandó 1Kspec03-as próbatestet csak 2-ször rezzentettük, amit ki is bírt. Tehát az 5 db próbatestből 2 db eltört a hősokk-állósági vizsgálat során. Miután mindegyik próbatest készen állt a nyomószilárdság vizsgálatra, elvégeztük azt, melynek eredményei az alábbi diagramban láthatók. 35

Az eredeti MOTIM recept alapján, különbözö eljárások szerint készített minták átlagos nyomószilárdság értékei

30

Nyomószilárdság (Mpa)

24,26

25,05 22,82

25 20

17,20 15,52

15 10 5 0 1L

1LR

1K

1KR

1KSpec

39. ábra. Az eredeti MOTIM recept alapján készült minták nyomószilárdság értékeinek átlaga. A diagramban a teljes mértékben a MOTIM előírása szerint készített próbatest jele az 1KR, melyet világoskék ragyogással jeleztem. A sorozat összesített átlaga: 19 MPa

42  1L sorozat: rázás nélkül készült, levegőn száradt próbatestek  1LR sorozat: rázással készült, levegőn száradt próbatestek  1K sorozat: rázás nélkül készült, kemencében hőkezelt próbatestek  1KR sorozat: rázással készült, kemencében hőkezelt próbatestek  1Kspec: hősokk-állóság vizsgálatra, rázás nélkül készült, levegőn száradt próbatestek

8.2. MOTIM recept alapján, szálas anyag kihagyásával készült próbatestek

Ez az összetétel az eredeti recepttől csak kis mértékben tér el, kizárólag annyiban, hogy az összetételből kimaradt a szálas tűzálló anyag. Ezt a sorozatot a 2-es számmal illettük. E sorozatban is készítettünk különböző próbatest típusokat, melyekből itt is 5-5 db-ot készítettünk. Ez az összetétel mivel nagyon gyorsan köt, így nem sikerült rázott mintákat készíteni. Ilyen összetétellel készült mintatípusok:  2L sorozat: levegőn száradt próbatestek  2K sorozat: kemencében hőkezelt próbatestek  2Kspec sorozat: hősokk-állóság vizsgálatra készített, levegőn száradt próbatestek A hősokk-állósági vizsgálatnál 1500 oC-on 4 órán keresztül benntartottuk a 2Kspec05 és a 2Kspec04-es próbatestet. Mindkét próbatest kibírta a nagy hőmérsékletű hőkezelést. A 2Kspec01-es és 2Kspec02-es próbatesteket 4-szer rezzentettük, és mind a 4 rezzentést kibírta. A 2Kspec03-as próbatestet pedig 2-szeri rezzentésnek vetettük alá, és ez a próbatest is kibírta. Tehát a szálas anyag nélküli próbatestekből mind az 5 db kibírta a rezzentéseket. Ennél a sorozatnál is miután elkészültek teljes mértékben, nyomószilárdság vizsgálatra vittük, melynek eredményei a 40. ábrán diagramban láthatóak.

43

35

Az eredeti MOTIM recept alapján, szálas anyagot elhagyva, különböző eljárásokkal készített minták nyomószilárdságai

Nyomószilárdság (Mpa)

30 25

27,90 22,85 20,23

20 15 10 5 0 2L

2K

2KSpec

40. ábra. Szálas anyag nélkül készült próbatestek nyomószilárdsága. A sorozat összesített átlaga: 23,66 MPa A fenti diagramban szereplő jelölések jelentése:  2L sorozat: levegőn száradt próbatestek  2K sorozat: kemencében hőkezelt próbatestek  2Kspec sorozat: hősokk-állóság vizsgálatra készített, levegőn száradt próbatestek.

8.3. Az eredeti MOTIM recept alapján készült szálas anyaggal és anélkül készített próbatest sorozat összehasonlítása Az elkészített két sorozatot több szempontból is összehasonlítottam, így több következtetésre jutottam, melyekről az alábbiakban beszámolok, majd ezen tapasztalatok felhasználásával folytatom a további próbatest gyártást, és kísérleteimet. Az eddig végzett vizsgálataimat egy részletes diagramba rendeztem, mely alább látható, majd alatta részletesen leírom a következtetéseket.

44

35

Szálas anyaggal, és szálas anyag nélkül készült minták nyomószilárdság értékei

Nyomószilárdság (MPa)

30

27,90

24,26

25,05 22,82

25

22,85 20,23

20

17,20 15,52

15

10

5

0

1L

1LR

1K

1KR

1KSpec

2L

2K

2KSpec

41. ábra. Az eredeti recept alapján szálas anyaggal, és anélkül készült összes sorozat nyomószilárdság értékeinek átlaga. A diagramban a teljes mértékben a MOTIM előírása szerint készített próbatest jele az 1KR, melyet világoskék ragyogással jeleztem.

A diagramban szereplő jelölések jelentése:  1L sorozat: rázás nélkül készült, levegőn száradt próbatestek  1LR sorozat: rázással készült, levegőn száradt próbatestek  1K sorozat: rázás nélkül készült, kemencében hőkezelt próbatestek  1KR sorozat: rázással készült, kemencében hőkezelt próbatestek  1Kspec: hősokk-állóság vizsgálatra, rázás nélkül készült, levegőn száradt próbatestek  2L sorozat: szálasanyag nélkül készített, levegőn száradt próbatestek  2K sorozat: szálasanyag nélkül készített, kemencében hőkezelt próbatestek  2Kspec sorozat: szálasanyag nélkül, hősokk-állóság vizsgálatra készített, levegőn száradt próbatestek.

45 A diagramból látható, hogy a legnagyobb nyomószilárdság értéket akkor értük el, amikor szálas anyag nélküli, kézi döngöléses, majd kemencében hőkezelt mintát készítettünk (2K sorozat). Ez a nyomószilárdság érték 27,9 MPa. A legrosszabb értéket viszont a rezzentéses mintát eltekintve akkor kaptuk, amikor ugyanehhez a mintához szálas anyagot is kevertünk (1K sorozat). A nyomószilárdság növekedés tehát igen jelentős, 62,3%-os ha kihagyjuk a szálas anyagot. Ezenkívül látható, hogy a levegőn száradt próbatesteknél (1L és 1LR sorozat) felesleges a rázás, mivel így szinte nem is növelünk a nyomószilárdság értékén. Viszont a kemencében hőkezelt próbatesteknél már egészen más a helyzet. Itt a rázással készült próbatesteknek jelentősen, 32,67%-al megnövekedett a nyomószilárdságuk. Ebből azt a következtetést vonhatjuk le, hogy a rázás növeli a próbatest nyomószilárdságát. Mivel készült olyan próbatest-sorozat, melynek összetétele és elkészítése teljes mértékben megegyezik a MOTIM-nál készített oxidáló fejével, így ehhez is tudunk viszonyítani. Ez az 1KR sorozat, amit a fenti diagramokban világoskék körvonallal vettem körbe, hogy jól látható legyen. Ehhez a próbatesthez viszonyítva, ha elhagyjuk a szálas anyagot és nem rázzuk, 22,26%-os nyomószilárdság növekedést értünk el. Ez már számottevő eredmény, így ezen tapasztalatok felhasználásával haladunk tovább. A 3. táblázatban összehasonlítottam azokat a sorozatokat, melyekből készült szálas anyagot tartalmazó, és szálas anyag nélküli változat is, majd a jobb szélső oszlopban feltüntettem a nyomószilárdság változást a szálas anyagot tartalmazó próbatesthez képest. Tehát a táblázatból egyértelműen megállapítható, hogy ha nem keverünk hozzá szálas tűzálló anyagot, körülbelül 25%-os nyomószilárdság növekedést érünk el, emellett a rezzentéses vizsgálatból is kiderült, hogy sokkal jobban a hősokk-állósága a szálas tűzálló anyag nélküli mintának. 3. táblázat. Szálas anyagot tartalmazó, és anélküli minták összehasonlítása nyomószilárdság különbség alapján, százalékos különbségben megadva

Készítés módja Kézi döngöléses, levegőn száradt Kézi döngöléses, kemencében hőkezelt 1500 fokon rezzentett

Szálas anyagot tartalmazó, Mpa

Szálas anyag nélküli, Mpa

Nyomószilárdság változás a szálas anyagot tartalmazóhoz képest, %

24,26

22,85

-6,17

17,2

27,9

62,2

15,52

20,23

30,34

46 8.4. A cirkon alapú próbatestekkel végzett kísérletek eredményeinek összegzése Az alábbi pontokban összegzésként összefoglalom a cirkon alapú próbatestekkel végzett kísérleteim eredményeit, és az ebből levonható következményeket:  Hőkezelt próbatestek esetén a rázással készült próbatesteknek átlagosan 33%-al nagyobb a nyomószilárdságuk, mint a rázás nélkülieknek, tehát a rázás javítja a tömörséget;  Ha elhagyjuk a szálas anyagot az összetételből, sokkal jobb lesz a hősokkállóság, mivel tömörebb lesz az anyag, viszont készítéskor sokkal hamarabb megszilárdul  Az eredeti MOTIM recept és technológia alapján készített próbatesteknek 22,82 MPa az átlagos nyomószilárdsága, tehát ez az etalon, és ehhez képest a szálas anyag nélkül készített, kézi döngöléses, hőkezelést kapott mintának 22%-al volt nagyobb a nyomószilárdsága, tehát ismét bebizonyosodott, hogy nem érdemes szálas anyagot használni, mert rontja a hideg nyomószilárdságot  A rezzentéses vizsgálatok során kiderült, hogy a szálas anyagot tartalmazó próbatest kevésbé jól bírja a hősokkállóságot, mivel kevésbé tud a próbatestben üveges fázis képződni, ami javítaná a próbatest hősokkállóságát  A cirkon alapú próbatesteknek alacsony a tömörsége, ami sok előnyös tűzálló tulajdonság rovására megy, ez a 42. ábrán jól látható.

42.

ábra.

Tűzálló

anyagok

tulajdonságainak változása a porozitás függvényében [13, 15, 24] Az ábrán látható betűk jelentése: a)

Korrózió

b)

Hősokkállóság

c)

Hőtágulás

d)

Halmazsűrűség

e)

Szilárdság

f)

Hővezető képesség

g)

Rugalmassági modulus

h)

Hideg nyomószilárdság

47

9. Korund alapú próbatestekkel végzett kísérletek Az előző, cirkon alapú próbatestekkel végzett kísérletek során kiderült, hogy a cirkon alapanyagú próbatestek nem megfelelőek erre a célra, mivel hamar tönkremennek, emellett alacsony a tömörségük, ami az alacsony nyomószilárdsági adatokból is visszavezethető. A korai tönkremenetel egyik okának többek között a ZrO2 különböző hőmérsékleteken történő kristályrács-átalakulását tulajdonítottuk (43. ábra.).

43. ábra. A ZrO2 kristályrácsának átalakulásai [5] A ZrO2 térfogata a lehűlés közben főleg a négyszög-rácsból monoklin-rácsra történő átváltozáskor jelentősen csökken. Mivel bőven 1170 oC fölé emelkedik az oxidálófej hőmérséklete 1-1 oxidálás alkalmával, így ezzel a problémával is számolnunk kell. A monoklin rácsú ZrO2 térfogata 5 %-al nagyobb, mint a kockarácsú ZrO2 térfogata [22, 25]. Ennek következtében a próbatest gyártást teljesen új alapokra helyeztük. Ezen belül legfőképpen a próbatest anyagának teljes mértékben való megváltoztatását értem. Mivel a térfogatváltozásból adódó égető problémát orvosolnunk kellett, így a cirkon továbbiakban történő felhasználása csak akkor lenne lehetséges, ha a kristályátalakulással járó térfogatváltozást stabilizálnánk, ami azt jelenti, hogy néhány százalékban MgO, CaO, Y2O3, CeO vagy egyéb ritkaföldfém-oxidokat adagolunk hozzá olyankor, amikor 2370 oC felett, kockarácsú formában van [6, 19, 21]. Ezt kivitelezni mind a próbatest gyártás, mind az oxidálófej gyártás során szinte lehetetlen, ezért így más alapanyagot kellett keresnünk, aminek a tűzállósággal szembeni tulajdonságai hasonlóan jók, viszont nincs jelentős térfogatbeli változása és tömörebb tűzálló beton készíthető belőle. A választásunk így a korundra és mullitra esett, mivel hasonló tűzállósági tulajdonságaik vannak, de nincs hirtelen térfogatváltozásuk. El is készítettünk három féle összetételű próbatest sorozatot. Mindhárom

48 sorozatú próbatestnek nagy szemcsés korund az alapja, melyhez kis szemcseátmérőjű tűzálló anyagokat adtunk. Egy-egy sorozaton belül 5-5 darab próbatest készült, melynek felét hagytuk levegőn száradni, felét kemencében hőkezeltük, majd nyomószilárdsági vizsgálat alá vetettük őket. Az előző cirkon alapú próbatestekkel való vizsgálatok során kiderült, hogy rázással jobb tömörséget, ezáltal nagyobb hideg nyomószilárdság értéket érünk el, így az összes próbatestet formába töltés után ráztuk.

44. ábra. Az 50 Hz frekvenciájú, 5 mm amplitúdójú rázógép, rajta a korund próbatestekkel

45. ábra. Rázás utáni korund próbatestek: jól látható a kiszivárgott szuszpenzió a próbatestek aljánál

49 9.1. Kis átmérőjű korund szemcséket tartalmazó próbatestek Ennek a sorozatnak a 3-as jelzőszámot adtuk. A sorozaton belül elkészült 5 darab levegőn száradt próbatest (3L1-3L5) és 5 darab kemencében hőkezelt próbatest is (3K1-3K5). A kemencében való hőkezelésen nem változtattunk, tehát maradt az eredeti, MOTIM-nál alkalmazott hőkezelés. A próbatestek összetétele a 4. táblázatban láthatók:

4. táblázat. Kis átmérőjű korund szemcséket tartalmazó próbatestek összetétele Anyag EKR-C 1-3

Részarány, m/m % 30

1 kg anyagra számítva, g 300

EKR-C 0-1 EKR-C 0-0,5 SECAR 80

20 11 30

200 110 300

Víz

9

90

9.2. Kis átmérőjű korund és mullit szemcséket tartalmazó próbatestek Ebben a sorozatban is ugyanúgy 5-5 próbatestet készítettünk, mint az előzőben, és ugyanúgy hőkezeltük, viszont a kis szemcsés korund mellett kis szemcsés mullitot is adagoltunk hozzá. A mullitnak jobb a hősokk-állósága és kisebb a hőtágulása, mint a korundnak, ennek érdekében „ötvöztük” a korunddal. A próbatest sorozat összetétele az 5. táblázatban látható:

5. táblázat. Kis átmérőjű korund és mullit szemcséket tartalmazó próbatestek összetétele

EKR-C 1-3


EKR-C 0-1

20

200

EKR-C 0-0,5

5,5

55

Mullit

5,5

55

SECAR 80

30

300

Víz

9

90

Anyag


50 9.3. Kis átmérőjű mullit szemcséket tartalmazó próbatestek A próbatestekből szintén 5-5 darab készült, teljesen megegyezően az előző kettővel, kivéve, hogy az aprószemcsés hozzáadott anyag kizárólag mullit. A sorozat összetétele az 6. táblázatban látható. 6. táblázat. Kis átmérőjű mullit szemcséket tartalmazó próbatestek összetétele

EKR-C 1-3


EKR-C 0-1

20

200

Mullit

11

110

SECAR 80

30

300

Víz

9

90

Anyag


9.4. A korund alapú próbatestek nyomószilárdsági vizsgálata A nyomószilárdsági vizsgálatot egyetemünk Műszaki Földtudományi Karának Bányászati

és

Geotechnikai

Intézeti

Tanszékének

műhelyében

egy

VEB

WERKSTOFFPRÜFMASCHINEN LEIPZIG típusú nyomószilárdság vizsgáló géppel végeztük, melynek maximális terhelhetősége 350 kp/cm2.

46. ábra. VEB WERKSTOFFPRÜFMASCHINEN LEIPZIG típusú nyomószilárdság vizsgáló gép

51

Korund alapú próbatestek nyomószilárdság értékeinek átlaga 60

52,75 48,5

Nyomószilárdság, MPa

50

46,94

46,76

3K

4L

47,43

45,29

40

30

20

10

0 3L

4K

5L

5K

Próbatest sorozat jele

47. ábra. Korund alapú próbatestek átlagos hideg-nyomószilárdság értékei A diagramban a próbatest sorozat jelek jelentései az alábbiak:  3L: Korund mátrixú, kis szemcseátmérőjű korundot tartalmazó levegőn száradt próbatestek  3K: Korund mátrixú, kis szemcseátmérőjű korundot tartalmazó kemencében hőkezelt próbatestek  4L: Korund mátrixú, kis szemcseátmérőjű korundot és mullitot tartalmazó levegőn száradt próbatestek  4K: Korund mátrixú, kis szemcseátmérőjű korundot és mullitot tartalmazó kemencében hőkezelt próbatestek  5L: Korund mátrixú, kis szemcseátmérőjű mullitot tartalmazó levegőn száradt próbatestek  5K: Korund mátrixú, kis szemcseátmérőjű mullitot tartalmazó kemencében hőkezelt próbatestek A diagramban piros árnyékkal jelöltem a legmegfelelőbb összetételt, ami a kis szemcséjű korund és mullit hozzáadásával, hőkezeléssel szárított próbatestsorozat.

52 9.5. Korund alapú próbatestek nyomószilárdság eredményeinek kiértékelése A 7. táblázatban összehasonlításra kerültek a különféle összetételek a MOTIM-nál alkalmazott összetétellel. Jobb oldalon a MOTIM-os összetételhez képesti javulást tüntettem fel.

7. táblázat. Különböző összetételek nyomószilárdságai a MOTIM-nál alkalmazott összetételhez hasonlítva Átlagos nyomószilárdság, MPa

Nyomószilárdság növekedés az etalonhoz képest , %

MOTIM-összetétel

22,82

-

Szálas anyag nélküli, kézi döngöléses, cirkon alapú próbatestek

27,9

22,26

45,29

98,46

52,75

131,15

Összetétel

Korund mátrixú, kis szemcseátmérőjű mullitot tartalmazó kemencében hőkezelt próbatestek Korund mátrixú, kis szemcseátmérőjű korundot és mullitot tartalmazó kemencében hőkezelt próbatestek

A 7. táblázatból látható eredmények alapján a korund mátrixú sorozattal nemcsak a MOTIM-nál alkalmazott összetételhez képest értünk el jelentős javulást, hanem a cirkon alapú sorozat legjobbjának bizonyult sorozatához képest is. Elmondhatjuk, hogy míg az előző cirkon alapú sorozattal 22,26 %-os növekedést értünk el, addig a korund mátrixú sorozatban a 131,15 %-os javulásra tettünk szert. Szemléltetésképpen feltüntettem a korundos sorozat legrosszabbra sikerült tagját is, ami annak ellenére, hogy sorozatában a legrosszabb, még így is 98,46 %-al jobb nyomószilárdsági értékkel rendelkezik, mint amit a MOTIM-nál alkalmaznak.

53 9.6. A korund alapú próbatestekkel végzett vizsgálatok eredményei Az alábbi pontokban részletezem a korund alapú próbatest sorozatokkal elvégzett vizsgálatok kiértékelése során kapott eredményeket, melyeket figyelembe véve és alkalmazva kísérleteimet tovább folytatom.  A korund alapú próbatest a nagyobb tömörsége miatt jelentősen nagyobb hideg nyomószilárdság értékkel rendelkezik, mint a cirkon alapú próbatestek  A korund alapú próbatestek közül a legnagyobb hideg nyomószilárdság értéket a kis szemcseátmérőjű korundot és mullitot tartalmazó próbatestekkel értünk el  A MOTIM Kádkő Kft-nél 15 % vizet kevernek a tűzálló betonhoz, mi a korund alapú próbatesteknél csak 9 % vizet adtunk az alapanyaghoz, de ez is soknak bizonyult, mivel már rázáskor kifolyt a formák alján a víz, és 1 hónap elteltével sem száradt ki a próbatest teljes egészében  A korund alapú próbatesteknek nagyobb hőmérsékletű, és hosszabb idejű kemencében való hőkezelésre van szüksége  A korund alapú próbatestek jobban bírják a hősokkállóságot, mivel nincs nagy térfogatváltozással járó kristályrács átalakulása, szemben a cirkonnal

54

10. Összefoglalás, javaslatok Az oxidálófej élettartamával felmerülő probléma megoldását többféle nézetből közelítettük meg. Egyrészt mechanikai, másrészt kémiai szempontból. ezeket fogom az alábbiakban részletezni. Kémiai megoldásnak az alapanyagok összetételének megváltoztatását értem. dolgozatomban erre tettem néhány kísérletet, melyek eredményeit bár a fejezetek végén, úgy a cirkon alapú, mint a korund alapú próbatesteknél mindig összefoglaltam, de némi kiegészítéssel az utolsó részben újra összefoglalom, és az oxidálófej élettartamának növelését célzó néhány javaslattal egészítem ki. Kísérleteim alapján az összetétel változtatásokkal kapcsolatos észrevételeim tehát a következők:  A

jelenleg

alkalmazott

cirkon

alapú

oxidálófej

nem

elég tömör,

ennek

következményeként pedig a hideg nyomószilárdsága alacsony  A cirkon alapú oxidálófej szétrepedhet a kristályrács átalakulása miatt, ami 1170 oCon megy végbe. Ilyenkor a térfogata hirtelen kb. 3%-al megnő, és ez hozzájárul az anyagban keletkező belső feszültség felerősödéséhez, ami az oxidálófej szétrepedését okozza. Ezt üzemi körülmények között is tapasztaltam.  Ha maradunk a cirkon alapú oxidáló fejnél, javasolt a szálas tűzálló anyagot kihagyni az alapanyagokból, mivel méréseim során bebizonyosodott, hogy csökkenti a hideg nyomószilárdságot mivel nem tud elkeveredni kellőképp, ezenkívül szintén vizsgálatokkal bebizonyosodott, hogy a hőlökésállóságot is jelentősen rontja, mivel gátolja az üveges fázis kialakulását, ami az oxidálófejet védi a hőlökés-állósággal szemben  Mind cirkon, mind korund alapú oxidálófejnél a beton formába töltése után rázással kell tömöríteni, mivel így jobb tömörséget érhetünk el, mint kézi tömörítés esetén  A korund alapú próbatesteknél a kis szemcseátmérőjű korundot és mullitot tartalmazó bizonyult a legjobbnak, mivel ezzel az összetétellel az üzemben alkalmazott összetételhez képest több mint 130 %-ot javul a hideg nyomószilárdság  Korund alapú próbatestek sokkal tömörebbek, így nem elég az üzemben a cirkon próbatestekre alkalmazott hőkezelés, mivel még ezután is marad víz a tűzálló betonban, így ennek a problémának megoldására egy teljesen új, az eddigiektől eltérő hőkezelést javaslunk, mely a 2011-ig alkalmazott hőkezeléshez hasonló, csak a 120 o

C-on való hőntartást tovább kell végezni, hogy a betonban levő víz el tudjon távozni.

55 Mechanikai megközelítésen az oxidálófej geometriájának megváltoztatását értem. A geometria kis mértékű megváltoztatásával is lehet az oxidálófej élettartamát növelni. Ezt úgy érhetjük el, ha az oxidálófejben lévő korund rudak geometriáján változtatunk, és elhelyezését előre meghatározzuk. Mint a 40. ábrán is látható, a repedések a korund merevítőrudak mentén indulnak el. Ez azért van, mert a sarkok és élek feszültséggyűjtő helyek. Erre kétféle megoldást javasolunk. Egyik megoldás, hogy a négyzet szelvényűre vágott korund merevítő rudakat nyolcszög alakúra kell vágni, így jelentősen csökkenek az élek szögei, ami a feszültség jobb eloszlását eredményezi. Másik javaslatunk, hogy a korund merevítőrudakat úgy kell elhelyezni az oxidálófejben, hogy annak élei minél messzebbre essenek az oxigéncsatornáktól és az oxidálófej külső palástjától.

56

11. Irodalomjegyzék 1. MOTIM Fused Cast Refractories kézikönyv 2. Kádkő Kft. Környezeti zajterhelésének vizsgálata, Hargitainé Polreisz Veronika, Széchenyi István Egyetem, Győr, 2007 3. http://kgyv-ivkemence.blog.hu/ (2014. augusztus 20.) 4. Innovation in Electric Arc Furnaces, Yuri N. Toulouevski - Ilyaz Y. Zinurov, Berlin Heidelberg, 2010, ISBN 978-3-642-03800-6 5. Inside Dental Technology, AEGIS Communications, 2012 March 6. http://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=4790#back (2014. október 24.) 7. Advances in Ceramics - Electric and Magnetic Ceramics, Bioceramics, Ceramics and Environment - Prof. Costas Sikalidis, Sanghai, 2011 , ISBN 978-953-307-350-7 8. Industrial and Process Furnaces - Peter Mullinger, Barrie Jenkins, USA, 2014, ISBN13: 978-0-08-099377-5 9. Industrial Furnaces, Sixth Edition. W. Trinks, M. H. Mawhinney, R. A. Shannon, R. J. Reed and J. R. Garvey, 2004, Canada, ISBN 0-471-38706-1 10. Materials Handbook, Dr. François Cardarelli, USA, 2008, ISBN-13: 9781846286681 11. Refractories Manufacturing NESHAP: Industry Profile, Methodology, and Economic Impact Analysis, Lisa Conner, USA, 2001 12. Refractories Handbook, Charles A. Schacht, USA 13. Handbook of Refractory Practice, Harbison-Walker 14. High Temperature Experiments in Chemistry and Materials Science, Ketil Motzfeldt, Norway, 2013, ISBN: 9781118457696 15. The importance and testing of density / porosity / permeability / pore size for refractories, M B Berger, The Southern African Institute of Mining and Metallurgy Refractories 2010 Conference 16. INDUSTRIAL COMBUSTION TESTING, Charles E. Baukal, Jr., USA, 2011, ISBN:978-1-4200-8528-0 17. Ulmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2007, ISBN: 9783527306732 18. E. R. Begley, P. O. Herndon: “Zirconia – Alumina – Silica Refractories,” in A. M. Alper (ed.): High Temperature Oxides part 4, Academic Press, New York 1971 19. S. C. Carniglia, G. L. Barna: Handbook of Industrial Refractories Technology. Principles Types, Properties and Application, Noyes Publ., Park Ridge, N.J., 1992

57

20. Technology of Monolithic Refractories, Plibrico Japan Comp., Tokyo 1984 21. L. D. Hart (ed.): Alumina Chemicals Science and Technology Handbook, American Ceramic Society, Inc., Westerville 1990 22. S. Kienow: “Refractory Materials,” , 1979 23. “Ceramics and Glasses,” Engineering Materials Handbook, vol. 4, The Materials Information Society, 1991 24. Recent Progress on Castable Refractories,“ Taikabutsu Overseas ,1989 25. J. Kriegesmann (ed.): DKG– Technische keramische Werkstoffe, Lose-BlattSammlung Wirtschaftsdienst, Köln 1989.

Tűzállóanyag olvasztó ívkemencében alkalmazott oxidáló fej tartóssága növelési lehetőségeinek vizsgálata

Recommend Documents