Monolitik Refrakter Malzemelerde Temel Özelliklerin Detaylandırılması 1.Giriş Monolitik Refrakter Malzemelerin Teknik Bilgi Formları (Data Sheet) malzemelerin laboratuar koşullarında Standardlara uygun olarak yapılmış test sonuçlarına göre tanımlayan dokümanlardır.bu dokümanlarda malzemelerin verilen özellikleri, kullanım yerindeki çalışma koşulları ve operasyon kriterlerine göre malzeme seçiminde kullanılmaktadır.kısacası Malzeme Teknik Bilgi Formları doğru seçim yapmak amacıyla hazırlanmış ve o malzemenin uluslararası Standardlara göre laboratuar koşullarında tanımlanmış karakteristiğidir.hiç bir zaman kullanıldığı yerde aynı teknik değerleri sağlayacağının garantisi anlamını taşımaz.sadece kullanım yerindeki çalışma kriterleri için karakteristiğinin uygun olup olmadığı konusunda inceleme yapmak için kullanılmalıdırlar 2.Temel Özelliklerin Detaylandırılması Monolitik Refrakter Malzemelerin Teknik Bilgi Formlarında belirtilen özelliklerin tanımlanması ve ne anlam taşıdığı sağlıklı seçim yapabilmek için çok önemlidir.bu özelliklerin ifade ettiği anlamları aşağıda açıklanmıştır. Maksimum Servis Sıcaklığı Temiz bir sıcak gaz atmosferinde sadece yüzün ısıtılması durumunda müsaade edilebilecek en yüksek kullanım sıcaklığıdır.birden fazla yüzün ısıtılması, korozif gazların bulunması, mekanik yüklerin varlığı, toz ve curufun bulunması bu sıcaklığın düşmesi anlamını taşır. ASTM C 401 Refrakter betonların Sınıflandırmasına ait bir Standarttır.Bu standartta sınıflandırma Maksimum kullanım sıcaklığına göre yapılmaktadır.sınıflandırma kriteri ise ASTM C 417 standardına göre test edilerek bulunmuş Kalıcı Boyutsal Değişimin en fazla % 1,5 olduğu sıcaklıktır. Bu nedenle Maksimum Servis Sıcaklığı olarak belirtilen müsaade edilebilir sıcaklıkta malzemenin kalıcı boyutsal değişiminin % 1,5 den fazla olmaması gerekir. Hammadde Bazı Malzemede kullanılan ana hammaddenin tipi örneğin şamot, boksit andaluzit gibi Bağ Türü Monolitik Malzemelerde genellikle üç tip bağ türü vardır. 1. Hidrolik Bağ : Refrakter Çimento ile Sağlanır.Genel olarak Refrakter Betonlar hidrolik bağlı malzemelerdir. 2. Kimyasal Bağ : İnorganik malzemelere kullanılarak oluşturulan bağ yapısıdır.(örnek fosfat ve silikatlar)
3. Seramik Bağ : Refrakter hammaddelerin yüksek sıcaklıkta birbirleri ile yaptığı bağ yapısıdır.(örnek bağlama kili ile şamotun yüksek sıcaklıkta bağ yapması) Uygulama Biçimi Uygulama biçimi bir anlamda kullanım yöntemidir.monolitik Malzemelerin uygulama biçimleri aşağıdaki şekilde özetlenebilir. 1. Klasik Şişleme yöntemi ile döküm 2. Vibrasyon uygulayarak döküm 3. Kendiliğinden Akarak Yerleşme (Self Flow) 4. Dövme (Tabanca veya Çekiçle) 5. Püskürtme Yöntemi ile uygulama 6. Sıva şeklinde uygulama Kuru Malzeme İhtiyacı Birim hacim için gereken kuru malzeme miktarıdır. Refrakter betonlar suyla karıştırılarak uygulanan ve refrakter çimento içeren malzemelerdir.suyun belli bir kısmı 110-120 C da buharlaşarak refrakter bünyeden ayrılır.bu nedenle Kuru Malzeme ihtiyacı 110 C da kurutulmuş numunelerin hacim ağırlığı olarak düşünülmemelidir.kuru Malzeme İhtiyacı 110 C da kurutulmuş numunelerin hacim ağırlığından her zaman daha azdır.ancak püskürtme refrakterlerde (rebound loss) olarak tanımlanan uygulama kaybı bazen kuru malzeme ihtiyacı ile birlikte verilebilir.zaman zaman da döküm uygulaması sırasındaki operasyon kaybı olarak bilinen miktarlar da kuru malzeme ihtiyacına dahil edilebilmektedir.ancak bu tür durumlarda açıklayıcı bilgiler Teknik Bilgi Formlarında mutlaka bulunmalıdır. Uygulama Suyu İhtiyacı Kuru olarak temin edilen malzemelerin uygulaması için gerekli su miktarıdır.genellikle 100 kg kuru malzeme miktarı için kullanılması gereken litre olarak verilir. Refrakter betonların uygulamasında kullanılan su üç şekilde karşımıza çıkar.bunlar, 1. Hidrolik bağları oluşturmak için refrakter çimento ile tepkiyen su miktarı 2. Serbest Yoğrulma Suyu 3. Uygulama sırasında oluşan kapiler kanalcıklarda biriken su. Hidrolik bağları oluşturan su ancak 400-800 C da hidrolik bağların bozunması sonucu refrakter malzemeden ayrılır.serbest yoğrulma suyu ise 110 C da kurutma işlemi sonucunda bünyeyi terk eder.kapiler kanalcıklarda biriken suyun tamamı ise 250-300 C sıcaklık aralığında refrakter bünyeden uzaklaşmış olur.bu temel bilgiler malzemelerin kurutma ve temperleme işlemleri için mutlaka dikkate alınması gereken konulardır.
Refrakter betonların uygulama biçimlerine göre su miktarları da değişiklik gösterir.klasik şişleme yöntemi ile uygulama için gerekli su miktarı, vibrasyon uygulaması için gereken su miktarından her zaman daha fazladır.l.c. Refrakter betonların uygulaması özel durumlar haricinde mutlaka vibrasyonla yapılmalı ve kullanım suyu düşük seviyede olmalıdır. Uygulama için mutlaka mikser kullanılmalı ve ilgili talimatlara uyulmalıdır.self- Flow malzemelerin kullanım oranları L.C veya U.L.C. olması durumunda bile genelde vibrasyon uygulamalarına göre daha fazladır.ancak karıştırma için mutlaka yüksek devirli bir intensif mikser kullanılmalı ve karıştırma en az 4-5 dakika ve yüksek devirde olmalıdır.gerçekte tüm self flow refrakter betonlar daha az su kullanılarak ve uygun kıvam ayarlaması yapılarak vibrasyonla uygulanabilmektedirler. Tanecik Boyutu Malzemenin en büyük tanecik boyutu ve tanecik dağılım aralığını gösterir. Kimyasal Bileşim Ürünün kimyasal bileşimi genellikle ana bileşenler ve safsızlık olarak kabul edilen minör bileşenlerden oranlarından oluşur.örneğin Alumina Silikat Malzemelerde Al2O3 ana bileşen, alkaliler, Fe203 ve özellikle refrakter betonlar için Ca0 değeri de diğer bileşenlerdir.tio2, Si02 ve MgO genelikle özel bir durum olmadıkça belirtilmezler.ancak Bazik ürünlerde ise MgO, ve Cr203 ana bileşen, CaO ve SiO2 diğer önemli minör bileşenlerdir. Malzemenin hammadde bazı aslında kimyasal bileşimi şekillendirmektedir.refrakter betonlar için ise CaO oranı çimento miktarının bir göstergesidir.alkaliler, TiO2 ve Fe203 oranı ise hammaddenin safsızlıklarının karakteristiği hakkında bilgiler vermektedir. Hacim Ağırlığı Uygulaması yapılmış ve 110 C da kurutulmuş olan birim hacimdeki malzeme miktarıdır. Monolitik malzemenin ana hammaddesinin hacim ağırlığı, porozitesi ve tane dağılımı hacim ağırlığını doğrudan etkiler. Bir başka deyişle genel karakteristiğini ortaya koyar. Kullanılan su miktarının fazlalığı ve uygulama yöntemi ise hacim ağırlığına doğrudan etkileyen diğer faktörlerdir. Suyun fazla kullanılması hacim ağırlığını doğrudan etkiler ve malzemenin uygulama sonrası porozitesinin yüksek olmasına sebep olur.aşağıda Grafik.1. de su oranının değişmesi ile hacim ağırlığının nasıl değiştiği gösterilmiştir.bu değerler yüksek aluminalı düşük çimento içeren bir malzemeye ait olup uygulama şekli vibrasyonlu dökümdür.
Hacim Ağ ırlığ ı - - S u Oranı İliş k is i 7 6 5 5 5,5 6 6,5 4 4 4,5 3 2 3,03 3,00 2,93 2,90 2,87 2,82 1 0 1 2 3 4 5 6 Su Oranı % 4 4,5 5 5,5 6 6,5 Hacim Ağırlığı g / cm 3 3,03 3 2,93 2,9 2,87 2,82 Grafik 1.Hacim Ağırlığı Su Oranı İlişkisi Soğukta Kırılma (Basma) Mukavemeti Laboratuar koşullarında ilgili Standard yöntemlerine göre hazırlanmış test numuneleri 110 C da kurutulur.kurutulmuş numunelerin üzerine yük uygulaması sonucu kırıldığı noktada birim yüzeye uygulanmış yük miktarıdır.ayrıca Kurutulmuş numuneler değişik sıcaklıklarda pişirildikten sonra da bu mukavemet testi yapılmaktadır.örneğin 800 C (Hidrolik bağların en zayıf olduğu nokta) 1000 C (Seramik bağların oluşmaya başladığı nokta) ve diğer kullanım ve sınıflandırma sıcaklıkları. Monolitik malzemelerde kullanılan ana hammaddenin porozitesi, ürünün tane dağılımı mukavemet değerlerini doğrudan etkiler yani karakteristiğini ortaya koyar.kullanılan su miktarı ve uygulama yöntemi ise aynı hacim ağırlığında olduğu gibi mukavemeti doğrudan etkileyen faktörlerdir.aslında fazla su ile ve uygun yöntemle uygulanmamış malzemenin hacim ağırlığı düşerken koflaşacağı ve bu malzemenin mukavemet değerinin de düşeceği açıktır.bu da gösteriyor ki hacim ağırlığı ile mukavemet arasında birbirine doğrudan bağlı bir ilişki mevcuttur.
Aşağıda Grafik.2. de su oranının değişmesi ile S.B.M değerlerinin nasıl değiştiği gösterilmiştir.bu değerler yukarda belirtilen yüksek aluminalı düşük çimento içeren bir malzemeye ait olup uygulama şekli yine vibrasyonlu dökümdür. S.B.M.Su Oranı İlişkisi 120 100 80 S.B.M N / mm2 60 40 115 102 89 72 58 50 20 4 4,5 5 5,5 6 6,5 0 Grafik 2 Soğukta Basma Mukavemeti Su Oranı İlişkisi Kalıcı Boyutsal Değişim Standardlara göre hazırlanmış test numunelerinin, istenen herhangi bir sıcaklığa ısıtılıp soğutulmasından sonra oluşan kalıcı boyut değişimlerinin yüzde olarak ifade edilen miktarıdır.bu özellik de hacim ağırlığı ve mukavemet değerlerin de olduğu gibi ana hammaddenin artan sıcaklıklardaki davranışına, ürünün tane dağılımına, kullanım suyu ve uygulama yöntemine doğrudan bağlıdır.ana hammadde olarak kullanılan boksit ve andaluzitin sıcaklık artışı ile genleşme özelliği, şamotun ise büzülme özelliği ortaya çıkar.korundun ise sıcaklık karşısında çok kararlı bir davranışı vardır. Isıl İletkenlik Isı aktarım hesaplamaları için kullanılan katsayıdır.yine aynı şekilde üründe kullanılan hammaddenin karakteristiğine ve hacim ağırlığı ile doğrudan ilgisi vardır.hacim ağırlığı yüksek olan iyi yerleşmiş malzemede ısı aktarım hızı daha yüksektir. Kullanılan ana hammaddelerden genel karakteristik olarak boksit şamot
ve andaluzitten daha yüksek, korund ise boksitten daha yüksek ısı aktarım hızına, dolayısı ile ısıl iletkenliğe sahiptir. Bu temel özelliklerin tesbiti için kullanılan uluslararası test yöntemleriı ise şöyle ise aşağıda verilmiştir. Test Edilecek Özellik Test Standardı Hacim Ağırlığı ASTM C 134 PRE R 9 Tane Dağılımı ASTM C 92 PRE R 25 Su İhtiyacı-Test Numunesi Hazırlama ASTM C 862 PRE R26.1.2.3.4 Kimyasal Bileşim ASTM C 573 PRE R 24 Soğukta Kırılma Mukavemeti ASTM C 133 PRE R 27 Kalıcı Boyutsal Değişim ASTM C 113 PRE R 28.1 Isıl İletkenlik ASTM C 417 PRE R 32 Malzeme Teknik Bilgi Formlarının aslında o malzemenin bir tür kimlik kartı olduğu açıktır Bu teknik kimliğin tanımlanması doğal olarak laboratuarlarda yapılacak testler ile mümkündür.bu testler de uluslar arası kabul görmüş test yöntemleri. olmalıdır.testlerin yapılacağı laboratuarlar da test yöntemlerinde belirtilen araç, gereç ve diğer tüm koşulları sağlayan laboratuarlar olmak zorundadır.bir başka deyişle test yapılacak laboratuarlar dünyanın neresinde olursa olsun, test için gerekli aynı koşulları sağlamak zorundadırlar ki: bulunacak test sonuçları birbiri ile karşılaştırılabilecek durumda olsunlar. Aynı koşullarda yapılmayan testlerden elde edilecek sonuçların karşılaştırılmasının hiçbir anlamı yoktur. Testler aynı koşullar sağlanarak yapılmış olsa bile belli sapmaların olması kaçınılmazdır.nitekim standartların son bölümlerinde laboratuarlar arası oluşabilecek fark ile detaylı açıklama her zaman mevcuttur.test sırasında elde edilen sonuçlar da bile sapmalar görülebilmektedir.bu nedenle istatistik yöntemler uygulanarak sapmalar hesaplanmakta ve bunların kabul edilebilir sınırları belirtilmektedir. Laboratuarlar arası değer sapmaları için, standartlar bazen konuyu tarafların mutabakatına bırakmaktadır.(örneğin kimyasal analizde alumina-al2o3 değeri gibi) Teknik Bilgi Formlarında en alt tarafta tüm firmalar, verilen değerlerin laboratuar test değerleri olduğunu ve kullanılan hammaddelerin özelliklerinde olabilecek dalgalanmalar nedeni ile makul sınırlar içinde değişkenlik gösterebileceğini, bunun doğal sonucu olarak da kesin spesifikasyon olarak kullanılamayacağını belirtirler.bu doğru bir yaklaşımdır.
4. Sonuç Malzeme Teknik Bilgi Formlarının aslında o malzemenin bir tür kimlik kartı olup malzemelerin laboratuar koşullarında Standardlara uygun olarak yapılmış test sonuçlarına göre tanımlayan dokümanlardır. Kullanıldığı yerde aynı teknik değerleri sağlayacağının garantisi anlamını taşımaz.sadece kullanım yerindeki çalışma kriterleri için karakteristiğinin uygun olup olmadığı konusunda inceleme yapmak için kullanılmalıdırlar.