Refrakterler

23 Haziran 2016 | TEKNİK MAKALE 147. Sayı (Haziran 2016)

Faruk Bilal Seramik Elyaf ve Endüstriyel Ürün Yöneticisi Ravaber

“Refrakter” terimi Latince kökenli bir kelime olup, yüksek sıcaklıklara dayanıklı manasına gelmektedir.
Refrakter, yüksek sıcaklıklara (1200-2000 °C) dayanabilen, yüksek sıcaklıklarda ve bulunduğu atmosfer ortamında fiziksel ve kimyasal özelliklerini koruyabilen malzemelerdir; örneğin W, Ta, Mo, Nb gibi refrakter metaller... Bunlara “refrakter metaller” denilmesinin sebebi, çok yüksek ergime sıcaklıklarına sahip olmalarıdır. Bu özellik, bu metallerin yüksek sıcaklıklarda kullanılmalarına imkân verir.

Ateşe dayanıklı malzemenin (Refrakterlerin) tarihçesi uygarlık tarihi kadar eskidir. Ateşin bulunmasıyla birlikte, ateşe dayanıklı malzemeye gereksinim duyulduğu açıktır. O zamanlar ateş yakılan yerlerin çamur veya balçıkla sıvandığı arkeolojik kazılarda görülmektedir.

Refrakterlerin ilk olarak kullanımı, insanlığın metali üretebilmeyi başardığı zamanlara dayanır. Özellikle refrakterlerin ilk kullanımları, demiri ergitmek ve saflaştırmak için fırınların inşa edildiği zamana dayanır. Metal fırınlar yüksek sıcaklık elde edebilmek için yakıt yakılan yerlerdir. Bu nedenle bu fırınlar, üretilen ergimiş metali tutabilmek için yüksek ergime sıcaklığına sahip katı malzemelerle astarlanmalıdırlar. İlk olarak kullanılan refrakter astarları şüphesiz ki oksit flukslar içeren silisli kayalardır. Camların ergitilmesi için çok eski devirlerde kullanılan potalar ateş kili refrakteriyle astarlanmıştır. Bu sebepten, kilin kaliteli olarak ulaşabileceği bölgelerde, tabii ki diğer şartların da elvermesiyle cam endüstrisi gelişmiştir. Kuvartz içeren ilk refrakter tuğlalar, düşük kapasitede cam ve metal ergitme fırınlarının ihtiyacını birkaç yüzyıl karşılamıştır.

Dünyada refrakter malzemelerin tarihsel gelişimi 1820-1928 yılları arasında yoğunlaşmış ve 1945 seramik fiber ve fiber ürünlerinin ilk gelişimi başlamıştır.

Refrakterler, yapay olarak hammaddeden tek madde olarak üretilir ve doğal olarak oksitlerden meydana gelirler. Endüstride ateş ve alevin bulunduğu tesislerde tavlama ve indüksiyon eritme fırınlarında, metalürji fırınlarında ve silikat endüstrisinde, metallerin ve camların eritilmesi için, pota malzemesi olarak, termo elemanların korunmasında ve elektrikli ısıtıcıların yalıtım malzemesi olarak kullanılırlar.

Refrakter malzeme tüketen en önemli endüstri, yaklaşık yüzde 65’lik bir pay ile demir-çelik endüstrisidir. Diğer refrakter malzeme tüketen endüstri dalları ise cam endüstrisi yüzde 8, çimento sanayi yüzde 8 ve seramik endüstri yüzde 8 şeklinde dağılmaktadır. Diğer tüketim dalları ise demir-dışı metallerin üretiminde ve petrokimyasalların üretiminde ve diğerleri şeklinde dağılmaktadır. En büyük refrakter tüketicisinin demir-çelik endüstrisi olması dolayısıyla demir-çelik pazarında meydana gelen gelişmeler (tüketimin artması veya düşmesi) ve bu endüstri dalındaki teknolojik gelişmeler, refrakter endüstrisini yakından ilgilendirir.

Refrakterler şekilli olarak üretilip satılabildiği gibi (örneğin tuğlalar) şekilsiz olarak da üretilip satılabilirler (monolitik refrakterler). Şekilsiz refrakter malzemeler (dökülebilir, kalıplanabilir, sıvanabilir, püskürtülebilir) kullanıldıkları yerde şekillendirilebilir ve genellikle fırın astar tamiratlarında kullanılırlar. Günümüzde kullanılan refrakterlerin çoğu hala kil esaslı alüminasilikat (silisli ateşkili, ateş tuğlası ve alüminalı ateşkili) ve alümina (andalusit, mullit ve boksit esaslı) tuğlalardır. Alüminasilikat tuğlalar günümüzde üretilen ağırlıkça yüzde 50’sine karşılık gelirler.

Refrakter malzemeler birçok özelliklerine göre sınıflandırılabilirler. Bu sınıflandırma, refrakterlerin kimyasal ve mineralojik içeriklerine (asidik, bazik, nötr), kullanılan hammadde çeşitlerine (kil, kil içermeyen), ateşe dayanıklılıklarına veya refrakterlik ısısına, nihai ürün şekillerine (Sulu, yaş, yarı yaş, kuru, ergitilerek döküm yolu ile şekillendirme) veya ürünün fiziksel şekline, kullanım alanına ve refrakter malzemedeki bağlanmanın yapısına göre yapılabilir.

Refrakter üretiminde kullanılan hammaddeler “Doğal” ve “Sentetik” hammaddeler olarak ikiye ayrılırlar. Doğal refrakter hammaddeler, doğal olarak bulundukları şekilde kullanılan hammaddelerdir. Sentetik hammaddeler ise üretiminde kullanılacakları refrakterlerin kullanım sıcaklıklarından daha yüksek sıcaklıklarda kalsine, sinterleme ve ergitme (sıvalaştırma) işlemleri ile elde edilirler. Sentetik hammaddeler birkaç özel üretici tarafından üretilir ve genellikle belirli partikül boyut dağılımına sahiptir veya ince toz halindedir.

Refrakter Malzemelerden Beklenen Özellikler
- Yüksek sıcaklıklarda, ergimeden ve deforme olmadan, yani şekil değiştirmeden ve boyut değişikliği olmadan kararlılığını sürdürme ve kullanılabilme
- Fırına yapılacak şarj ve yüklenen malzemelerin ağırlığına, darbelerine, sürtünmelerine, mekanik aşınma ve tüm mekanik etkilere karşı düşük ve yüksek sıcaklıkta dayanım gösterebilme
- Ani ısı değişimlerine, yani termal şoka dayanıklılık
- Isıtma ve ergitme sonucunda ortaya çıkan metal buharları, sıcak gazlar, sıvı metal ve cüruf ile reaksiyona girmeme
- Düşük termal genleşme
- Fırın içi astar refrakterleri için en az miktarda porozite istenirken, yalıtım refrakterleri için yüksek poroziteli yapı istenir. Bunun sebebi, astarda termal iletkenliğin ve korozyonun birlikte düşürülmek istenmesi, yalıtımda ise tamamen termal iletkenliğin düşük olması gerektiğindendir.
- Termal iletkenlik özelliği normalde düşük olması istenirken, dışarıdan ısıtmalı pota ocaklarının refrakterlerinde özel olarak yüksek olması istenir. Kısaca, gerektiğinde yüksek, gerektiğinde ise düşük termal iletkenlik sağlayabilmelidir.
- Ucuz ve ekonomik olmalıdır.



Kaynaklar
- Refrakterler ve Endüstriyel Fırınlar, Öğretim Görevlisi Adem Şahin
- Refrakter Malzemeler, Doç. Dr. Osman Ünal
- Overview of Refractory Materials 2012 Instructor: A. Bhatia, B.E
- Cement and Refractories Dr. Vishnu Sondhiya
- Refractories, Khinyaram Kakar
- Refractories, Dhruv Dattani
- Refractories, Charlie Chong- Fion Zhang
- Rafractory Materials, Rahul Mitra
- Refrakter Malzemeler, Prof. Dr. Senol Yılmaz & Prof. Dr. H. Özkan Toplan&Doç. Dr. A. Sükran Demirkıran.

 

---

R E K L A M