השפעת מיקרוסטרוקטורה על חוזק טמפרטורה גבוהה של לבני מגנזיה-כרום

על ידי שינוי תכולת הרכיבים בלבנים עקשן, חוזק הטמפרטורה הגבוהה ומבנה המיקרו נלמדים, והתוצאות מראות שניתן לשפר את חוזק הטמפרטורה הגבוהה ביעילות על ידי שליטה בספינל המשני
1. הקדמה
לבני מגנזיה-כרום יש עמידות טובה בפני קורוזיה וחוזק טמפרטורות גבוהות, והן נמצאות בשימוש נרחב בציוד זיקוק משני כגון RH ו-AOD.
מובן כי למבנה ולכמות הספינל המשני הנוצרים במהלך תהליך הסינטר יש השפעה רבה על שיפור חוזק הטמפרטורה הגבוהה של לבני מגנזיה-כרום. נהוג להאמין שספינל משני זה נוצר וגדל על ידי סינטר פאזה נוזלית המכילה SiO2 ו- CaO, כך שהוא לא מושפע רק מהרכיבים העיקריים MgO ו- Cr2O3, אלא גם מהרכיבים המשניים כגון CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3. .
על ידי שינוי היחס בין חומרי הגלם המשמשים ותכולת רכיבי העזר, הוכנו הדגימות, נחקרו חוזק הטמפרטורות הגבוהות והמיקרו-מבנה ונדונו הגורמים המשפיעים לשיפור חוזק הטמפרטורות הגבוהות. הדוח הוא כדלקמן.
2. מדגם בדיקה
לבני מגנזיה-כרום משולבות למחצה הוכנו על ידי שינוי יחס ההרכב של חומרי הגלם מתחת ל-1 מ"מ, ששימשו כדגימות בדיקה. מדגם א' הוא המדגם הבסיסי. דגימות B ו-C מפחיתות את המגנזיה-כרום המאוחד ומגבירות את היחס בין תחמוצת כרום למגנזיום מאוחד, בעיקר מפחיתות את הרכיבים המשניים של Al2O3 בתוספת Fe2O3. בדגימות D ו-E, הצטמצם מגנזיה-כרום מאוחד כדי להגדיל את שיעור עפרות הכרום ולהקטין את שיעור המגנזיה הממוזגת, כך שתכולת Al2O3 בתוספת Fe2O3, SiO2 ו- Cr2O3 גדלה מעט.
דגימות בדיקה אלו נוצקו ל-150 מ"מ × 75 מ"מ × 50 מ"מ באותם תנאי יציקה, ונורו בטמפרטורה גבוהה במיוחד בכבשן מנהרה.
3. תוצאות הבדיקה
לדגימות B ו-C יש נקבוביות נמוכה וצפיפות צבר גבוהה, וחוזק הלחיצה נוטה לרדת, אך חוזק הטמפרטורה הגבוה עולה. עבור דגימות D ו-E, המאפיינים והחוזק הפיזיקליים נשארים קבועים, וחוזק הטמפרטורה הגבוהה עולה עם עליית עפרות הכרום.
התפלגות Fe ו-Cr נמצאה בחלק הבהיר של תמונת SEM. ההנחה היא שהתפלגות Al זהה בעצם ההתפלגות של שלבי Cr ו-Fe. בכל זיהומי המדגם, Al2O3 ו-Fe2O3 יחד עם Cr2O3 מהווים את שלב הספינל של Mg(Cr, Al, Fe)2O4. ההבדל בין הדגימות הוא שבהשוואה לדגימה A, לדגימה C יש יותר Cr ופחות תוכן Fe. לדוגמא E יש רכיב Fe גדול ורכיב Cr קטן.
לגבי התפלגות Si ו-Ca, בכל הדגימות, התקיים שלב בו Si, Ca ו-Mg חופפים בקרבת הספינל המשני. על פי תוצאות הניתוח הנקודתי, ההנחה היא ש-CaMgSiO4 ו-Mg2SiO4 בשלב המרוכז נמצאים ביחס משקל של 80:20. בדגימות D ו-E נמצאו פחות Ca ויותר Mg, והיחס בין השלבים היה CaMg2SiO4:Mg2SiO4=16:84. בהשוואה למדגם A, Si ו-Ca מופצים באופן נרחב.
4. ניתוח
חוזק הטמפרטורה הגבוה של הדגימות B ו-C שנוספו עם תחמוצת כרום נחשב כנובע מהעובדה שהספינל המשני עשיר ב-Cr. ההנחה היא שדגימות B, C, Al2O3 ו- Fe2O3 פחתו, וכמות Cr2O3 בספינל המשני עלתה. כפי שמוצג באיור 2 ובאיור 3, MgCr2O4 קשה להתמוסס לתוך CaMgSiO4 בטמפרטורה גבוהה, ולכן נהוג להאמין כי פירוק ספינל משני מעוכב, וחוזק בטמפרטורה גבוהה מוצג.
בדגימות D ו-E להן נוספה עפרות כרום, שקעה שלב עם נקודת התכה גבוהה יותר עקב עלייה בכמות SiO 2 . כתוצאה מכך, ההנחה היא שכמות הפאזה הנוזלית המופקת בטמפרטורה גבוהה מצטמצמת, פירוק הספינל המשני מדוכא, וחוזק הטמפרטורה הגבוהה נשמר.
5. מסקנה
חוזק הטמפרטורה הגבוהה ומבנה המיקרו של הדגימות עם תכולת רכיבי עזר בלבנים שונו. על פי תוצאות הבדיקה, משערים שהספינל המשני לא התמוסס ונעלם, ולכן הוא הצליח לשמור על חוזק טמפרטורה גבוהה.
בהתבסס על תוצאות מחקר זה, צפוי כי יפותחו חומרים בעלי חוזק משופר בטמפרטורה גבוהה כדי לשפר את חיי השירות של הכבשן.