|
STUDIUL COMPARATIV AL CARAMIZII CLASICE SI CARAMIZII SILICA "H"
1. Prelevarea epruvetelor pentru determinarile de laborator.
Materialele refractare silica utilizate pentru captusirea cuptoarelor de cocsificare, sosesc de la furnizor la beneficiar, in loturi distincte, functie de zona necesara captuselii cuptorului, astfel ele pot fi destinate : inzidirii vetrei cuptorului si inzidirii peretilor laterali .
Rezultatele prezente in acest capitol au fost obtinute pe probe prelevate din :
- caramizi refractare silica H primite de la beneficiar inainte de utilizare ;
- caramizi refractare silica clasice folosite pana acum 3 ani la captusirea bateriilor de cocsificare.
Epruvetele au fost prelevate dintr-un lot de caramizi destinate inzidirii vetrelor cuptoarelor, iar alte epruvete din doua loturi reprezentand caramida destinata inzidirii peretilor laterali ai cuptoarelor de cocsificare, determinarile caracteristicilor fizico-chimice si mecanice au fost prelevate prin carotare astfel :
a) din prima caramida, cea destinata inzidirii vetrei s-au extras 3 epruvete ;
Fig. 1 Epruvete prelevate ( carotate) din caramizi destinate captuselii vetrei cuptorului
b) din a doua si a treia caramida , destinate inzidirii peretilor laterali ai cuptorului, s-au extras cate 3 epruvete;
Fig. 2 Epruvete prelevate ( carotate) din caramizi destinate captuselii peretilor laterali
a cuptorului
Dupa extragerea epruvetelor din cele trei caramizi, destinate determinarilor de laborator, cele 9 epruvete obtinute au fost ajustate dimensional la capete prin taiere .
Fig. 3 Dimensionarea celor 9 epruvete prin taiere
In urma prelucrarilor efectuate asupra epruvetelor, s-a obtinut dimensionarea acestora : forme cilindrice cu diametrul de 49.9 mm.
Dupa prelevarea si dimensionarea epruvetelor, urmatoarea etapa de pregatire pentru determinarile de laborator consta in uscarea epruvetelor.
Uscarea se realizeaza prin introducerea epruvetelor intr-o etuva avand un domeniu de lucru intre 0-200 ºC. Timpul necesar uscarii epruvetelor este de 24 h.
Fig. 4 Uscarea in etuva a epruvetelor.
2. Determinarea proprietatilor fizico - chimice si mecanice.
2.1 Determinarea densitatii si poprzitatii.
Epruvetele au fost supuse masuratorilor de densitate aparenta, porozitate si capacitate de absortie. Masuratorile au fost efectuate cu balanta hidrostatica de tip cl.2 ( Japonia).
Echipamentul de laborator mai prevede si urmatoarele componente :
- pompa de vid care asigura un vid de max. 0,1 mm Hg ;
- recipient metalic in care se obtine vidul (porozimetru), cu capacitate corespunzatoare pentru 20 de probe, prevazut cu robinete care asigura legatura cu pompa de vid, vaccumetrul, atmosfera si un robinet pentru introducerea lichidului de absortie ;
- vas colector pentru retinerea pierderilor de lichid din recipient sau a pierderilor de ulei din pompa ;
- etuva cu domeniul 0-200ºC ;
Procedura de lucru
Metoda de determinare consta in cantarirea probei uscate, saturarea ei cu lichid (prin vidare), urmata de cantarirea probei saturate cu lichid, in aer si in lichid. Pentru materialele stabile fata de apa, saturarea probelor se face cu apa, iar pentru materialele instabile fata de apa saturarea se face cu petrol.
a) porozimetru b) balanta hidrostatica
Fig. 7 Echipamente de laborator utilizate la determinarile fizico - chimice
Probele se introduc in porozimetru, se porneste pompa de vid si se mentine o presiune de maxim 20mm Hg timp de 40 min. Se introduce apoi lichidul de absortie si se mentin probele inca 20 minute. Epruvetele saturate cu lichid se cantaresc apoi in aer si in lichid.
Calcul :
1.Porozitatea aparenta, exprimata in procente, se calculeaza cu formula :
Pap = W3 - W1 / W3 - W2 x 100 (%) , (1)
in care : W1 - masa probei uscate, in g ;
W2 - masa probei saturate cu lichid, cantarita in lichid, in g ;
W3 - masa probei saturate cu lichid, cantarita in aer, in g .
2. Densitatea aparenta, exprimata in g/cm3, se calculeaza cu formula :
Dap = W1 / W3 - W2 x d (g/cm3), (2)
in care : W1, W2, W3 - au aceeasi semnificatie ca la relatia (1)
d - densitatea lichidului de absortie, in (g/cm3).
3. Capacitatea de absortie, exprimata in procente, se calculeaza cu formula :
Abs = W3 - W1 / W1 x d x 100 (%), (3)
in care : W1, W2, W3 - au aceeasi semnificatie ca la relatia (1)
d - densitatea lichidului de absortie, in (g/cm3);
In urma determinarilor efectuate pe cele 9 epruvete, am obtinut urmatoarele rezultate, aceastea fiind inregistrate in tabelul 1 si comparativ cu rezultatele caramizilor silica clasice, tabelul 2 :
Tabelul 1: Rezultate experimentale privind masuratorile pe epruvetele din
caramizile silica H neutilizata.
|
Lot caramida |
Nr. epruveta |
Masa epruveta
|
Porozitate aparenta (%) |
Densitate aparenta (g/cm3) |
Capacitatea de absortie (%) |
||
|
W1 (g) |
W2 (g) |
W3 (g) |
|||||
|
Vatra |
1 |
216.3 |
111.8 |
228.5 |
10.45 |
3.25 |
6.7 |
|
2 |
216 |
110.6 |
227.1 |
10.72 |
3.21 |
6.8 |
|
|
3 |
215.0 |
110.3 |
227.0 |
10.28 |
3.23 |
6.7 |
|
|
Perete lateral drept |
4 |
191.6 |
105.3 |
210.7 |
12.71 |
3.01 |
9.6 |
|
5 |
193.2 |
106.6 |
212.3 |
11.83 |
3.06 |
9.3 |
|
|
6 |
192.3 |
106.1 |
211.5 |
12.68 |
3.03 |
9.5 |
|
|
Perete lateral stang |
7 |
197 |
107.3 |
213.1 |
11.77 |
3.14 |
9.2 |
|
8 |
193.8 |
106.7 |
212.4 |
12.32 |
3.09 |
9.1 |
|
|
9 |
194 |
107.2 |
212.8 |
11.91 |
3.10 |
9.1 |
|
Tabelul 2: Rezultate experimentale privind masuratorile pe epruvetele din caramizile
silica clasice .
|
Lot caramida |
Nr. epruveta |
Masa epruveta
|
Porozitate aparenta (%) |
Densitate aparenta (g/cm3) |
Capacitatea de absortie (%) |
||
|
W1 (g) |
W2 (g) |
W3 (g) |
|||||
|
Vatra |
1 |
188,1 |
108,2 |
206,6 |
18,8 |
1,91 |
9,8 |
|
2 |
186,7 |
107,4 |
205,3 |
19,0 |
1,91 |
9,9 |
|
|
3 |
186,0 |
107,0 |
204,6 |
19,0 |
1,91 |
9,9 |
|
|
Perete lateral drept |
4 |
178,1 |
102,9 |
200,9 |
23,3 |
1,82 |
12,8 |
|
5 |
179,5 |
103,7 |
202,7 |
23,4 |
1,81 |
12,9 |
|
|
6 |
175,4 |
101,3 |
198,3 |
23,6 |
1,81 |
13,0 |
|
|
Perete lateral stang |
7 |
177,7 |
102,8 |
200,5 |
23,3 |
1,82 |
12,8 |
|
8 |
179,6 |
103,9 |
202,0 |
22,8 |
1,83 |
12,5 |
|
|
9 |
177,2 |
102,6 |
199,3 |
22,8 |
1,83 |
12,5 |
|
In urma rezultatelor obtinute putem concluziona faptul ca, caramida silica H este net superioara caramizii clasice datorita unei densitati mari obtinute pe epruvetele cercetate.
Altfel spus o densitate mare induce materialului refractar o porozitate mica ce implica:
- rezistenta mecanica mare;
- rezistenta la coroziune ridicata;
- rezistenta la schimbari bruste de temperatura
Porozitatea mare inregistrata la epruvetele caramizilor silica clasice provoaca materialului refractar o instabilitate in timpul exploatarii prin urmatoarele cauze :
- socurilor termice, mecanic;
- abraziunii- coroziunii;
- coroziune chimica.
2.2. Determinarea rezistentei compresiunii la rece
Rezistenta la compresiune la rece reprezinta sarcina maxima pe unitatea de suprafata aplicata in conditii specifice la rece ( temperatura ambianta ), la care poate rezista un produs refractar inainte de rupere. Produs refractar dens reprezinta acel produs a carui porozitate totala, este mai mica de 45%. Aplicarea pe o epruveta de dimensiuni cunoscute in conditii specificate a unei sarcini de compresiune crescand progresiv pana la ruperea epruvetei, adica pana cand nu mai poate suporta o noua crestere de sarcina. Rezistenta la compresiune la rece se calculeaza plecand de la valoarea maxima a sarcinii la rupere si suprafata medie a sectiunii transversale pe care aceasta sarcina este aplicata. Pentru efectuarea determinarii rezistentei la compresiune la rece a epruvetelor s-a folosit o presa hidraulica care cuprinde un dispozitiv care permite sa se masoare cu o exactitate de 2± % la sarcina aplicata pe epruveta.
Platanele presei trebuie sa aiba caracteristicile urmatoare :
a) duritatea Rockwell cuprinsa intre 58 HRC Si 62 HRC ;
b) toleranta de la planeitate de
c) textura superficiala (rugozitatea medie Ra) cuprinsa intre 0,8 µm si 3,2 µm
Platanul superior trebuie sa aiba o suprafata mai mica sau egala cu 100 cm2. El trebuie sa se sprijine pe o suprafata de sprijin care sa poata sa compenseze usoarele diferente de paralelism intre platan si epruveta.
Fig.10. Presa hidraulica destinata determinarii
rezistentei la compresiune la rece.
Mai sunt intalnite urmatoarele echipamente : subler, echer, etuva reglabila la (110 ± 5)°C, joja de adancime, placa de nivel.
Epruvetele pregatite trebuie sa
fie uscate cu grija, asezandu-le intr-o etuva incalzita la 110 ±
Procedura de lucru.
Se masoara cu exactitate de 0,1mm doua diametre sau mediane perpendiculare ale fiecarei suprafate. Se calculeaza suprafata initiala Ao a sectiunii transversale plecand de la media aritmetica a celor patru rezultate. Se aseaza epruveta sau adaptorul auxiliar care contine epruveta centrata intre platanele presei si fara sa se insereze o intercalare intre epruvete si platan.
Se alege scara de optim a sarcinii astfel incat sarcina de rupere previzibila sa fie mai mare cu 10 % fata de valoarea scarii. Se aplica sarcina in mod continuu fara intrerupere, cu o viteza de crestere de 1,0 MPa/s-1±MPa/s-1 pana la ruperea epruvetei adica pana nu mai poate suporta sarcina.
Rezistenta epruvetei la compresiune la rece σ, exprimata in megapascali, este egala cu :
σ = Fmax/Ao
unde :
Fmax - este sarcina maxima inregistrata, exprimata in newtoni ;
Ao - suprafata medie initiala a sectiunii transversale a epruvetei pe care este aplicata sarcina, exprimata in mm2.
Pentru determinarea rezistentei la compresiune la rece, s-au folosit cate o epruveta din fiecare lot de epruvete astfel :
a)epruveta numarul 2, reprezentand lotul caramizilor destinate inzidirii vetrelor cuptoarelor ;
Dupa efectuarea compresiunii, forta aplicata epruvetei numarul 2, a fost de 12.200 N.
inainte de compresiune dupa aplicarea compresiunii
Fig.11 Determinarea rezistentei la compresiune la rece a epruvetei nr.2
b) epruveta numarul 5, reprezentand lotul caramizilor destinate inzidirii peretilor laterali ai cuptoarelor . Dupa efectuarea compresiunii, forta aplicata epruvetei numarul 5, a fost de 8700 N.
inainte de compresiune dupa aplicarea compresiunii
Fig.12 Determinarea rezistentei la compresiune la rece a epruvetei nr.5
c) epruveta numarul 8, reprezentand lotul caramizilor destinate inzidirii peretilor laterali ai cuptoarelor. Dupa efectuarea compresiunii, forta aplicata epruvetei numarul 8, a fost de 9100 N.
inainte de compresiune dupa aplicarea compresiunii
Fig.13 Determinarea rezistentei la compresiune la rece a epruvetei nr.8
In urma determinarilor efectuate pe cele 3 epruvete, am obtinut urmatoarele rezultate, aceastea fiind inregistrate in tabelul 3 si comparativ cu rezultatele caramizilor silica clasice , tabelul 4 :
Tabel 3. Rezultate experimentale privind masuratorile pe epruvetele din caramizile
silica H inainte de a fi exploatate.
|
Lot caramida |
Nr. epruveta |
Rezistenta la compresiunea la rece (MPa) |
|
Vatra |
2
|
76,8 |
|
Perete lateral drept |
5
|
57,3 |
|
Perete lateral stang |
8
|
57,9 |
Tabelul 4: Rezultate experimentale privind masuratorile pe epruvetele din caramizile
silica clasice.
|
Lot caramida |
Nr. epruveta |
Rezistenta la compresiunea la rece (MPa) |
|
Vatra |
2
|
52,4 |
|
Perete lateral drept |
5
|
37,5 |
|
Perete lateral stang |
8
|
38,6 |
Comparand cele doua materiale refractare observam o rezistenta la compresiune mare a caramizii silica H. Datorita valorilor scazute a porozitatii inregistrate de catre epruvetele prelevate din caramida silica H, creste rezistenta materialului refractar la compresiune influentand pozitiv durabilitatea captuselii refractare a bateriilor de cocsificare. Ca si concluzie argumentam faptul ca rezistenta la compresiune depinde de porozitatea materialului refractar.
Rezistenta la compresiune a materialului refractar mai este data si de formarea in urma reactiei dintre CaO + SiO2 = wollastonit, care este un mineral de Ca. Impreuna cu tridimitul care cristalizeaza in sistem rombic, coeficientul de dilatare scade ceea ce imprima materialului refractar o rezistenta crescuta la socurile mecanice cat si termice.
