Examination of Microstructural Characteristics and Mechanical Properties of MgO-MgAl2O4 Composite Refractories with the Addition of Hercynite

Year 2014, Volume: 14 Issue: 3, 523 - 529, 01.12.2014

Tuba Aksoy Cemil Aksel Taner Kavas

Abstract

The incorporation of spinel particles (MgAl2O4) into MgO improves thermal shock resistance and thereby service life of refractories. In this work, hercynite (FeAl2O4) additions at different ratios has been examined to improve mechanical properties of MgO-spinel composites at different spinel ratios. The relationships between mechanical properties and microstructural variables have been investigated in detail. The important parameters improving the mechanical properties of MgO-Spinel-Hercynite composite refractory materials have been determined as follows: i) as the microcracks formed in the structure come across either with the additives or pores; crack branching and deviation of interlinking microcrack network or crack arresting occur, ii) the trend of fracture type has been converted from transgranular to intergranular fracture with additives, iii) grain size of MgO decreases significantly, as compared to pure MgO material with additives, iv) the density values increase with increasing amount of additives. © Afyon Kocatepe Üniversitesi 1. GirişMgO-krom refrakter malzemelerde, Cr2O3’den üretilen toksin Cr+6 iyonlarının deride alerji, ülser ve kanserojen etkisinden dolayı endişe yaratması, krom içermeyen alternatif MgO-spinel refrakter malzemelerin kullanılması ihtiyacını da gündeme getirmiştir [1]. Çimento fırınında kullanılan magnezya-krom tuğlalardan kaynaklanan çevresel kirliliğin çözümlenmesi için son 20 yıldır krom

Keywords

MgO; MgAl2O4; spinel; FeAl2O4; hercynite; composite; refractories; characterisation; mechanical properties

Hersinit İlaveli MgO-MgAl2O4 Kompozit Refrakterlerin Mekanik Özelliklerinin ve Mikroyapısal Karakteristiklerinin incelenmesi(025783) (523-529)

Abstract

MgO’e spinel (MgAl2O4) partikülleri ilavesi, refrakterlerin ısıl şok direncini ve dolayısıyla kullanım ömrünü arttırmaktadır. Bu çalışmada farklı oranlarda spinel içeren MgO-spinel kompozitlerin mekanik özelliklerini iyileştirebilmek için değişik oranlarda hersinit (FeAl2O4) ilave edilmiş, mekanik özellikler ile mikroyapısal değişimler arasındaki ilişkiler detaylı olarak araştırılmıştır. MgO-Spinel-Hersinit kompozit refrakter malzemelerin mekanik özelliklerini arttıran önemli parametreler: i) yapıda oluşan mikroçatlakların katkı tanelerinin üzerine geldiğinde birbirlerine bir ağ şeklinde bağlanarak dallanması, sapması veya gözeneğe ve katkı ilavelerine ulaştığında durması, ii) kırılma tipinin katkı ilaveleriyle taneiçi kırılmadan taneler-arası kırılmaya doğru dönüşme eğilimi göstermesi, iii) kristal tane boyutunun MgO’e göre artan katkı ilaveleriyle önemli ölçüde azalması, iv)yoğunluk değerlerinin katkı miktarıyla yükselmesi olarak belirlenmiştir

Keywords

MgO; MgAl2O4; spinel; FeAl2O4; hersinit; kompozit; refrakterler; karakterizasyon; mekanik özellikler

References

• ASTM C1161-90, Standard Test Method for Flexural Strength of Advanced Ceramics at Ambient Temperature, Annual Book of ASTM Standards, Volume 15.01, Pages 327-333, 1991.
• ASTM D790M-86, Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials, Annual Book of ASTM Standards, Volume 08.01, Pages 290-298, 1988.
• Bray, D.J., Toxicity of Chromium Compounds Formed in Refractories, Bull. Amer. Ceram. Soc., Volume 64, Issue 7, Pages 1012-1016, 1985.
• Bartha, P., Magnesia Spinel Bricks - Properties, Production and Use, Proc. Int. Symp. Refractories, Refractory Raw Materials and High Performance Refractory Products, eds. X. Zhong et al., Pergamon, Hangzhou, Pages 661-674, 1989.
• Davidge, R.W. and Tappin, G., The Effective Surface Energy of Brittle Materials, Journal of Materials Science, Volume 3, Pages 165-173, 1967.
• Evans, R.M., Magnesia-Alumina Spinel Raw Materials Production and Preparation, Am. Ceram. Soc. Bull., Volume 72, Issue 4, Pages 59-63, 1993.
• Gonsalves, G.E., Duarte, A.K. and Brant, P.O.R.C., Magnesia-Spinel Brick for Cement Rotary Kilns, Am. Ceram. Soc. Bull., Volume 72, Issue 2, Pages 49-54, 1993.
• Griffith, A.A., The Theory of Rupture, Proceedings of the First International Congress for Applied Mechanics, Pages 55-63, 1924.
• Lui Huillin, “Properties of magnesia-hercynite brick”, China’s Refractories, 17 [1], 26-28, 2008.
• Larson, D.R., Coppola J.A. and Hasselman, D.P.H. Fracture Toughness and Spalling Behaviour of High- Al2O3 Refractories, J. Am. Ceram. Soc., Volume 57, Issue 10, Pages 417-421, 1974.
• Mendelson, M.I., Average Grain Size in Polycrystalline Ceramics, J. Am. Ceram. Soc., Volume 52, Pages 443- 446, 1969.
• Pablo M. Botta, Estaban F. Aglietti, José M. Porto López, “Mechanochemical synthesis of hercynite”, Materials Chemistry and Physics, 76, 104-109, 2002.
• Shulong Ma, Yong Li, Jialin Sun , Yue Li, Wenbin Xia Advanced Materials Research, Preparation and Properties of MgO-MgAl2O4-FeAl2O4 Bricks in Cement Kiln, 250 [25], 554-560, 2011.