توصيفگر ها :
آجرنسوز , منيزيا -كروميت , فازهاي سيليكاتي , تشكيل اسپينل
چكيده فارسي :
مواد نسوز بهعنوان يكي از زيرشاخههاي مهم مواد مهندسي، به دليل برخورداري از ويژگيهاي برجستهاي نظير مقاومت بالا در برابر شوكهاي حرارتي، پايداري شيميايي و مكانيكي، و دوام در برابر سربارهها و گازهاي خورنده، همواره موردتوجه محققان و صنايع مختلف قرار گرفتهاند. از آنجا كه اكثر سربارههاي حاصل از فرآيندهاي تصفيه ثانويه آهن و ذوب فلزات غيرآهني ماهيت قليايي دارند، آجرهاي نسوز منيزيا-كروم به دليل سازگاري شيميايي بالا در برابر اين محيطها، كاربرد گستردهاي در اين صنايع يافتهاند. در پژوهش حاضر، تركيب شيميايي و ريزساختار شش نمونه از آجرهاي نسوز منيزيا-كروميت توليد داخل مورد بررسي قرار گرفته و تأثير آن بر خواص اين آجرها تحليل شده است. آناليزهاي ريزساختاري و شيميايي با بهرهگيري از ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM)، طيفسنجي انرژي پرتو ايكس (EDS)، نقشهبرداري پراكندگي عناصر (X-Ray Mapping) و پراش پرتو ايكس (XRD) انجام شد. همچنين براي ارزيابي خواص فيزيكي نمونهها، آزمونهايي شامل مقاومت فشاري سرد، تخلخل و چگالي ظاهري، مقاومت به شوك حرارتي، استحكام خمشي و رفتار انبساط حرارتي انجام گرديد. يافتهها نشان داد كه حضور همزمان اكسيد منيزيم و اكسيد كروم در ساختار آجرها، موجب بهبود انعطافپذيري و افزايش مقاومت آنها در برابر شوكهاي حرارتي و مكانيكي ميشود. درصد وزني سيليكا (SiO₂) نيز نقش مهمي در خواص عملكردي آجرها ايفا ميكند؛ افزايش بيش از حد SiO₂ منجر به شكلگيري فازهاي سيليكاتي با نقطه ذوب پايين ميشود كه ميتوانند پيوند منيزيا–كروم را ضعيف كرده و مقاومت حرارتي و شيميايي آجر را كاهش دهند. تحليل نتايج نشان داد كه درصد MgO در برخي نمونهها در محدوده مرجع (55–65٪) قرار داشت، اما مقادير Cr₂O₃ و SiO₂ اغلب از حد بهينه فاصله داشتند، كه بر تشكيل فازهاي اسپينلي پايدار و مقاومت حرارتي و مكانيكي تأثيرگذار است. آناليز XRD حضور فازهاي پريكلاز و اسپينل همراه با مقادير قابلتوجهي فازهاي سيليكاتي را نشان داد و تصاوير SEM ريزساختار متراكم و پيوسته با تركها و تخلخلهاي پراكنده را آشكار ساخت. آزمونهاي مكانيكي و حرارتي نشان داد كه نمونههايي با نسبت MgO (55–65٪) و Cr₂O₃ بيشتر از 15% عملكرد بهتري از خود نشان داده و نمونههاي با كمبود كروم يا افزايش سيليكا دچار كاهش مقاومت و يكپارچگي ساختاري شدند. مقايسه با دادههاي مرجع شركتهاي Mehr، Pars، GITA و Refrasmith نشان داد كه برخي نمونهها از نظر تركيب شيميايي و خواص فيزيكي از شرايط ايدهآل فاصله دارند، كه ميتواند موجب كاهش عمر مفيد و عملكرد نامطلوب در شرايط صنعتي شود. اين پژوهش نشان ميدهد كه تركيب بهينه اكسيدهاي اصلي، ريزساختار يكنواخت و توزيع مناسب فازها نقش كليدي در بهبود خواص مكانيكي و حرارتي آجرهاي نسوز داشته و ميتواند راهنمايي كاربردي براي طراحي و توليد نسوزهاي صنعتي با دوام و عملكرد بالا باشد.
چكيده انگليسي :
Refractory materials, as an important subcategory of engineering materials, have always been of interest to researchers and various industries due to their outstanding properties such as high resistance to thermal shock, chemical and mechanical stability, and durability against slags and corrosive gasses. Since most slags from secondary iron refining and non-ferrous metal smelting processes are alkaline in nature, magnesia-chrome refractory bricks have found widespread application in these industries due to their high chemical compatibility with these environments. In the present study, the chemical composition and microstructure of six domestically produced magnesia-chromite refractory brick samples were investigated, and their impact on the properties of these bricks was analyzed. Microstructural and chemical analyzes were performed using a scanning electron microscope (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), elemental mapping (X-Ray Mapping), and X-ray diffraction (XRD). Additionally, tests including cold crushing strength, porosity and bulk density, thermal shock resistance, flexural strength, and thermal expansion behavior were conducted to evaluate the physical properties of the samples. The findings showed that the simultaneous presence of magnesium oxide and chromium oxide in the brick structure improves their flexibility and increases their resistance to thermal and mechanical shocks. The weight percentage of silica (SiO₂) also plays a significant role in the functional properties of bricks; excessive increases in SiO₂ lead to the formation of low-melting-point silicate phases that can weaken the magnesia-chrome bond and reduce the brickʹs thermal and chemical resistance. Analysis of the results showed that the percentage of MgO in some samples was within the reference range (55-65%), but the values of Cr₂O₃ and SiO₂ were often far from the optimum, which affects the formation of stable spinel phases and thermal and mechanical resistance. XRD analysis revealed the presence of periclase and spinel phases along with significant amounts of silicate phases, while SEM images showed a dense and continuous microstructure with scattered cracks and pores. Mechanical and thermal tests showed that samples with a higher MgO content (55-65%) and Cr₂O₃ greater than 15% performed better, while samples with low chromium or increased silica experienced reduced strength and structural integrity. Comparison with reference data from Mehr, Pars, Gita, and Refr Smith companies showed that some samples deviated from ideal conditions in terms of chemical composition and physical properties, which could lead to reduced lifespan and undesirable performance in industrial settings. This research shows that the optimal composition of main oxides, uniform microstructure, and appropriate phase distribution play a key role in improving the mechanical and thermal properties of refractory bricks and can provide practical guidance for the design and production of durable and high-performance industrial refractories.