عنوان پایان‌نامه
اثرات مدول سیلیس روی عملکرد آجرهای منطقه پخت کوره سیمان
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندهای جداسازی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1024.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 49050
- تاریخ دفاع
- ۰۴ مرداد ۱۳۹۰
- دانشجو
- مروارید عزیزیان
- استاد راهنما
- سیدمحمدعلی موسویان
- چکیده
- به دلیل وجود درجه حرارت های متفاوت، در نقاط مختلف سیستم پخت سیمان، به ویژه کوره و انجام واکنش های شیمیایی-حرارتی گوناگون، عمر آجر نسوز در این سیستم، متفاوت است و حداقل عمر، مربوط به آجرهای منطقه ی پخت می باشد. از جمله عوامل شیمیایی، نسبت مقادیر SiO2به (Al2O3+Fe2O3) موجود در مواد جاری در منطقه ی پخت (کلینکر) است، که عملا مقدار مطلوب آن، که موسوم به مدول سیلیس (SM) است، در حدود 5/2 - 4/2 است. به دلایلی، در بسیاری کارخانه ها، این مقدار بین 2 تا 3 تغییر می کند. انحراف از این مقدار می تواند منجر به کاهش طول عمر آجر های منطقه ی پخت شود. در این تحقیق، نمونه های بسیاری، از کارخانه های سیمان ایران، با خصوصیات متفاوت و مشترکات فراوان فراهم گردید و نهایتا 5 نمونه از آن ها که عبارت بودند از: کلینکر سیمان آبیک (57/2SMAB=)، سیمان سفید شمال (35/5SMSW=)، سیمان خاکستری شمال (38/2SMSG=)، کوره ی شماره ی 6 سیمان تهران (77/2SMT6=) و کوره ی شماره ی 8 سیمان تهران (08/3SMT8=)، انتخاب شدند. سپس، در مرکز تحقیقات فرآورده های نسوز پارس (در شهر یزد) و مرکز تحقیقات شرکت RHI- بزرگترین تولید کننده ی فرآورده های نسوز دنیا- (در شهر لئوبن- اتریش)، آزمایش های کوتینگ و پودر بر روی نوعی آجر منیزیت-اسپینلی (ANKRAL R2) صورت گرفت. در آزمایش پودر (در دمای 1300 و 1400 درجه ی سانتیگراد)، مشاهده شد که نمونه های SW و T8 (دارای بالاترین مدول سیلیس)، پس از خارج کردن از کوره، متلاشی شده بودند؛ در حالی که سایر نمونه ها از استحکام خوبی برخوردار بودند. این نتیجه به دلیل آن بود که فاز مایع تشکیل شده در نمونه ی مدول سیلیس پایین و در نتیجه، چسبندگی میان ذرات آن (هم بین ذرات کلینکر و هم میان ذرات کلینکر و آجر) در مقایسه با نمونه ی مدول سیلیس بالا بیشتر بوده است. در این آزمایش، با بالا رفتن دمای نمونه ها از C1300? به C1400?، شاهد تخریب بیشتر نمونه های متلاشی شده بودیم. در نتیجه، احتمالا با بالا رفتن دمای آزمایش، میزان واکنش های صورت گرفته بین اجزای آجر و کلینکر و نیز، فازهای دارای افزایش حجم، بیشتر شده و باعث متلاشی شدن بیشتر قرص ها شده بودند. در نهایت، بر اساس نتایج XRF و XRD نمونه های آزمایش پودر، دیده شد که فازهای اولیه ی اسپینل مربوط به آجر منیزیت-اسپینل، به طور کامل از بین رفته و جای خود را به فازهای غنی از آهک مثل (Ca4Al2Fe2O10) داده بودند. فاز اصلی باقی مانده، پریکلاز بود، که جزء اصلی آجر نسوز بود. فازهای دیگری که دیده شد، عبارت بودند از : فاز لارنیت (Ca2SiO4)، کلسیم سیلیکات (Ca2SiO4)، ماینیت (Ca12Al14O33) و نیز فازی به شکل کلسیم منیزیم آلومینیوم سیلیکات (Ca20Al26Mg3Si3O68)، که محتوی آن در نمونه های دارای مدول سیلیس بالا که متلاشی شده بودند (SW و T8)، بیشتر بود. احتمالا متلاشی شدن قرص های این نمونه ها، مربوط به تشکیل این فاز در آن ها و افزایش حجم ناشی از آن در بافت قرص بوده است. بررسی نمونه های آزمایش کوتینگ (در دماهای1400، 1450 و 1500 درجه ی سانتیگراد)، با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی SEM، نشان داد که هر چه مدول سیلیس بالاتر رفت (نمونه ی SW، T6 و T8)، میل ترکیبی اجزای آجر با کلینکر کمتر شد و در نتیجه، کوتینگ پذیری و تشکیل کوتینگ و در نهایت ضخامت کوتینگ کمتر گردید. از طرف دیگر، هرچه مدول سیلیس پایین تر بود (نمونه ها ی SG و AB)، مقدار فاز مایع و نفوذ آن در آجر، افزایش یافت و فرسایش سریع تر و عمیق تر ریز ساختار آجر را در پی داشت. البته در مقایسه ی برخی نمونه ها با یکدیگر، نتیجه گرفتیم که در بررسی پدیده ی فرسایش، بعضی از پارامترهای خاص هر کارخانه (مانند نسبت قلیایی ها به سولفور و محتوی MgO کلینکر)، می تواند نقش عمده ای در فرسایش آجر داشته باشد.
- Abstract
- Life time of bricks in a burning system of cement factory is different, because of different temperatures in different parts of the system and different thermal reactions. The least life time belongs to Burning Zone. One of the most important chemical factors is Silica ratio (SiO2/ (Al2O3+Fe2O3)) of clinker which is passing through Burning Zone. Appropriate value for this ratio is 2.4-2.5. Because of some reasons, this ratio changes between 2 and 3 in most of cement factories. Deviation from this value can result in lower life time for bricks of Burning Zone. In this research, several clinker samples from Iran cement factories, with similar or different properties were gathered. Finally, 5 samples were collected: Abeyek Cement (SMAB=2.57), Shemal White Cement (SMSW=5.35), Shemal Gray Cement (SMSG=2.38), Tehran Cement-Kiln6 (SMT6=2.77), and Tehran Cement-Kiln9 (SMT8=3.08). Afterwards, Coating and Powder tests on a Magnesia-Spinel brick (ANKRAL R2) were conducted in two research centers: Pars refractory Research Center (in Yazd) and RHI Technology Center- the biggest producer of refractory worldwide- (in Leoben-Austria). In Powder test (in 1300?C and 1400?C), we observed that T8 and SW samples (with the highest SMs) were destroyed, while the other samples (SG, AB, T6) had good conditions. This result was due to higher formed liquid phase in the samples with lower SMs and adherence between sample particles (between clinker particles and also between clinker and bricks particles). In this experiment, we observed higher destruction of samples by elevating temperature from 1300?C to 1400?C. Therefore, we concluded that reactions between bricks and clinker particles and phases with volume expansion had probably increased with elevating temperature. Finally, based on the XRF and XRD results of powder samples, we investigated that primary phase of brick, Spinel, had changed to high-content of CaO phases like (Ca4Al2Fe2O10). The main remained phase was Priclase, which was the main content of brick. Other phases were observed: Larnite (Ca2SiO4), Calcium Silicate (Ca2SiO4), Mayenite (Ca12Al14O33), and a phase of Calcium Magnesia Aluminum Silicate (Ca20Al26Mg3Si3O68) which its content in high-SM destroyed samples (T8 and SW) was higher than the others. We concluded that destruction of these samples had probabely been a result of this phase formation and its volume expansion in tablets. Investigation of Coating samples (in 1400, 1450, and 1500?C), by means of Optical Microscope and Scanning Electron Microscope showed that in high-SM samples (SW, T8, and T6) reaction affinity of brick’s particles with clinker was low and coating formation decreased. On the other hand, in lower SMs (AB, SG), amount of liquid phase and its infiltration in brick increased and corrosion of brick was faster and deeper. In comparison of some samples we found out that some particular factors of specific factory (eg. SAR or MgO content of clinker) can have considerable effects on brick’s corrosion.
