Evaluation of Thermal Conductivity and Spreading Behavior of Magnesite Refractory Bricks Depending on Production Parameters

Abstract

This study investigated the thermal conductivity and thermal diffusivity properties of magnesite bricks produced at different pressures (1400, 1500 and 1600 kg/cm²) and different thicknesses (20 mm, 30 mm and 40 mm). The measurements were carried out in the temperature range of approximately 24-25.6 °C and the temperature coefficient of resistance (TCR) remained approximately constant (around 0.00466 K-¹) for all samples. According to the data obtained, as the pressure increases, the density of the bricks increases and the porosity decreases. This leads to an increase in thermal conductivity. Especially the highest thermal conductivity (20.25 W/m-K) and thermal diffusivity (0.57 m²/s) values were obtained for the bricks produced at 1600 kg/cm² pressure and 20 mm thickness. In terms of thickness, a general decrease in the coefficient of thermal diffusivity was observed with increasing thickness. This indicates that thicker structures show more resistance to thermal energy transfer. For example, the lowest thermal diffusivity value (0.19 m²/s) was recorded for the 30 mm thick specimen under 1400 kg/cm² pressure. In conclusion, magnesite bricks' thermal performance varies depending on the applied pressure and the geometric thickness. Denser and more conductive bricks are obtained under high pressure, while heat dissipation is limited as the thickness increases. Therefore, the selection of refractory material should be optimized by considering these two parameters.

Bu çalışmada, farklı basınçlarda (1400, 1500 ve 1600 kg/cm²) ve farklı kalınlıklarda (20 mm, 30 mm ve 40 mm) üretilen manyezit tuğlaların ısıl iletkenlik ve ısıl yayılım özellikleri incelenmiştir. Ölçümler yaklaşık 24-25,6 °C sıcaklık aralığında gerçekleştirilmiş ve tüm numuneler için sıcaklık dayanım katsayısı (TCR) yaklaşık 0,00466 K-¹ civarında sabit kalmıştır. Elde edilen verilere göre, basınç arttıkça tuğlaların yoğunluğu artmakta ve gözenekliliği azalmaktadır. Bu da ısıl iletkenlikte artışa neden olmaktadır. Özellikle en yüksek ısıl iletkenlik (20,25 W/m-K) ve ısıl yayılım (0,57 m²/s) değerleri, 1600 kg/cm² basınçta ve 20 mm kalınlıkta üretilen tuğlalarda elde edilmiştir. Kalınlık açısından, artan kalınlıkla birlikte termal difüzyon katsayısında genel bir azalma gözlenmiştir. Bu, daha kalın yapıların termal enerji transferine daha fazla direnç gösterdiğini göstermektedir. Örneğin, en düşük termal difüzyon değeri (0,19 m²/s), 1400 kg/cm² basınç altında 30 mm kalınlığındaki numune için kaydedilmiştir. Sonuç olarak, manyezit tuğlaların termal performansı uygulanan basınca ve geometrik kalınlığa bağlı olarak değişmektedir. Yüksek basınç altında daha yoğun ve daha iletken tuğlalar elde edilirken, kalınlık arttıkça ısı dağılımı sınırlanmaktadır. Bu nedenle, refrakter malzeme seçimi bu iki parametre dikkate alınarak optimize edilmelidir.