تحضير وتوصيف المواد الخزفية المقاومة للصهر لتطبيقات مصافي النفط

الباحث

صفا لؤي جاسم

المشرف

شهاب احمد زيدان - ايناس محي هادي

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم العلوم التطبيقية / العلوم التطبيقية / تقانات المواد

الشهادة

دكتوراه

السنة

2024

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Refractory ceramics;Oil refinery;Thermal shock;Corrosion resistance

الحراريات هي مواد غير معدنية لها القدرة على مقاومة البيئات التي تتعرض لدرجة حرارة تصل إلى 1500 درجة مئوية ، وذلك لما تتميز به من خصائص كيميائية وفيزيائية مميزة. تعتمد هذه الخصائص على خصائص المواد الخام والتركيبات (التركيب الكيميائي والمعدني ، وحجم الجسيمات وتوزيع الشكل) وعملية التشكيل ودرجة حرارة التلبيد. تم تحضير السيراميك الحراري من كربيد السليكون (SIC) كمرحلة رئيسية مرتبطة بنسب وزنية مختلفة من الكاؤلين الابيض العراقي20,40,60,80(10/]7) بعد ذلك ، تم اضافة نسبتين وزنيتين للحجم المايكروي من wt%olize sl! )5,10( ونسبة وزنية واحدة للحجم النانوي للالومينا(0/1905) الى جميع مخاليط السيليكون كاربايد والكاؤلين وتم تشكيل العينات بطريقة الضغط المحوري بعد خلطها جيداً ثم تجفيفها وحرقها عند day حرارة 1300 درجة مئوية. وتم قياس الخواص الفيزيائية والميكانيكية والحرارية والتركيبية مثل (المسامية الظاهرة، امتصاص الماءء الكثافة الظاهرة، الفقد في الكتلة، و الانكماش ،(all (وحدات ويبل) ، (الموصلية الحرارية، الصدمة الحرارية والسعة الحرارية)، والخصائص الهيكلية (المجهر الإلكتروني الماسح SEM حيود الأشعة السينية ومجهر القوة الذرية AFM تم إجراء الاختبارات على السيراميك الحراري قبل وبعد إضافة المايكرو والنانو ألوميناعند نسبة الكاولين 7680 بدون إضافة مايكرو ونانو الومينا أدت إلى تقليل المسامية الظاهرية وامتصاص الماء من 30.17إلى 96917.95 ومن 16.31 إلى 967.07 بينما حدث زيادة في الكثافة الظاهرية وفقدان الكتلة والانكماش الخطي من 1.85 جم/سم3. إلى2.54 جم/سم3 من 1.21 % إلى 967.77 ومن 961.54 1 %3.34 وقد لوحظ انخفاض التوصيل الحراري مع زيادة نسبة الكاولين من 35 وات/م.ك إلى 13و/م.ك. وتزداد السعة الحرارية النوعية بزيادة طين الكاولين من 300 ي/كجم.ك إلى 700 ي/كجم. لكن إضافة مايكرو ألومينا بنسبة 9610 أدى إلى انخفاض المسامية الظاهرية إلى %9.443 وتقليل امتصاص الماء إلى 903.55 وكذلك إضافة النانو ألومينا بنسبة %5 أدى إلى انخفاض المسامية الظاهرة إلى %8.11 وامتصاص الماء إلى 968.63. الكثافة الظاهرية مع زيادة الألومينا الدقيقة إلى 2.66 جم /سم3، وكذلك زيادة ALS الفقد إلى 9,6 وزيادة الانكماش الخطي إلى %8.40. أظهرت النتائج أن إضافة الألومينا الدقيقة والنانو أدى إلى تحسين كفاءة الحراريات نتيجة ل درجة انصهار عالية. وهي مناسبة بشكل خاص للتطبيقات الصعبة. انخفاض الموصلية الحرارية من 35 إلى 15 وات/م ك. بنسبة 80, بالوزن من إضافة الكاولين. إضافة :Micro AIO بنسبة %10 يؤدي إلى تقليل التوصيل الحراري من 15 إلى 12 وات/م.ك. أظهرت نتائج مقاومة الصدمات الحرارية خصائص مقاومة عالية للصدماتء، حيث احتفظ المنتج بخصائصه aly يحدث أي كسر في العينات. يتضح من الصور SEM أن المسامية تقل عند إضافة الألومينا الدقيقة والمتناهية الصغرء وذلك لأن جزيئات الألومينا النانوية والدقيقة تملأ الفراغ بين جزيئات SIC والكاولين ثم بين الأطوار الأخرى. مما يقلل المسام. نانو الألومينا هي الأكثر be lis نظرا لصغر حجم الجسيمات النانوية، بالإضافة إلى تجانس توزيعهاء فتتغلغل بكفاءة إلى الجسم الحراري. أظهر AFM أن إضافة 780 وزن كاولين بدون إضافة الألومينا يؤدي إلى تقليل خشونة السطح ومتوسط حجم الحبيبات ومربع الجذر الرئيسي (RMS) نانومتر من 210.9 نانومتر إلى 93,30 نانومتر. من 814.175 نانومتر إلى 509.3 نانومتر ومن 377.0 إلى 100 نانومتر. إضافة ميكرو ونانو 4/203 بنسبة جذر المربع الرئيسي (RMS) نانومتر للألومينا الدقيقة من 93.30 نانومتر إلى 84.06 نانومتر. من 509.3 إلى 498.9 نانومتر ومن 100 إلى 87.15 نانومتر. أيضًا gill ألومينا من 93.30 إلى 35 نانومترء ومن 509.3 إلى 498.9 نانومترء ومن 100 إلى 41.8 نانومتر. في وحدات ويبل كانت القيم المثلى للعينات المحضرة من حيث تجانس العينة وأفضل الخواص الميكانيكية للخلائط المكونة من: %20 بالوزن كاولين، %80 بالوزن كربيد السيليكون و 5% بالوزن من نانو ألومينا

Refractories are non-metallic materials with the ability to resist environments that are exposed to a temperature of 1500◦C, because of their distinctive chemical and physical properties. These properties depend on the characteristics of raw materials and formulations (chemical and mineralogical composition, particle size and shape distribution) the forming process and the firing temperature. Refractory ceramics were prepared from Silicon Carbide (SiC) as a main phase bonded with a different weight percentages of Iraqi White Kaolin (20, 40, 60 and 80 wt%). After that, two weight percentages of micro size of alumina (5, 10 wt%) and one weight percentage of nano size of alumina (5 wt%) were added to all SiC-Kaolin mixtures. The samples were shaped by the axial pressing method after mixing well, then dried and fired at 1300°C. The physical, mechanical, thermal, and structural properties were measured such as (apparent porosity, water absorption, apparent density, loss in mass, and linear shrinkage), (Weibull modules), (thermal conductivity, thermal shock and heat capacity), and structural properties (scanning electron microscope SEM, X-Ray diffraction and atomic force microscope AFM). The tests conducted for refractory ceramic before and after add micro and Nano Alumina. When the kaolin ratio is 80% without adding micro and nano Al2O3 lead to reduce the apparent porosity and water absorption from 30.17 to 17.95 % and from 16.31 to 7.07 % respectively while occurred increasing in apparent density, loss in mass and linear shrinkage from 1.85g/cm3 to 2.54g/cm3, from 1.21% to 7.77% and from 1.54% to 3.34%. respectively It was noticed that thermal conductivity decreasing with increasing of kaolin ratio from 35 w/m.k to 13 w/m.k and the specific heat capacity increased with increasing kaolin clay from 300 j/kg.k to 700 j/kg.k . But adding the Micro Alumina in ratio 10% led to decrease in apparent porosity to 9.443wt% also water absorption reduction to 3.55wt%, as well as addition Nano Alumina in ratio 5wt% led to decrease apparent porosity to 8.11wt% and water absorption to 8.63wt%. Apparent density with added micro alumina increasing to 2.66g/cm3 , also increases loss mass to 25.06 %, and an increase in linear shrinkage to 8.40 %.The outcome showed that the inclusion of micro and Nano Alumina addition improved the refractory efficiency due to its high melting point. It is particularly well suited to difficult applications where the refract. Thermal conductivity decreased from 35 to 15 W/m.K. at 80 wt % of Kaolin addition. Adding micro Al2O3 with a ratio of 10% led to thermal conductivity reduction from 15 to 12 W/m.K. Thermal shock resistance results showed high shock resistance properties, as the product retained its properties and no breakage occurred in the specimens. It is clear from the images SEM that the porosity decreases when adding micro and nano alumina, due to the nano and micro alumina particles filling the space between SiC and Kaolin particles, then between other phases, which reduces the pores. Nano alumina is the most efficient due to the small size of the nanoparticles, and the homogeneity of the distribution, so it penetrates efficiently into the refractory body. AFM showed that the Adding 80wt% Kaolin without add alumina leads to reducing the surface roughness, average grain size diameter and Root main square (RMS)nm from 210.9nm to 93.30nm, from 814.175nm to 509.3nm and from 377.0 to 100 nm. Respectively Adding micro and Nano Al2O3 with ratio 5wt% lead to reduce the the surface roughness, average grain size diameter and Root main square (RMS)nm for Micro alumina from 93.30 nm to 84.06nm, from 509.3 to 498.9 nm and from 100 to 87.15 nm. Also for Nano alumina from 93.30 to 35nm, from509.3 to 498.9nm and from 100 to 41.8 nm. Throw the Weibull modules, the result showed that The optimal values for the prepared specimens in terms of specimen homogeneity and the best mechanical properties were for the mixtures composed of a wight percentage of: 20 kaolin, 80 silicon carbide and 5 wt% nano alumina.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب