به نام خدا انواع نسوزها و کاربرد آنها
تعریف نسوزها و یا مواد دیرگداز: به موادی گفته می شود که نقطه خمیرشدن آنها بالاتر از 1520 درجه سانتیگراد باشد .
نقطه خمیرشدن را با مخروط زگرمی سنجند . مخروط های زگر ازمواد دیرگداز ساخته می شوند ودارای نقطه خمیرشدن مشخصی هستند .
برای تعیین نقطه خمیری شدن یک آجر دیرگداز معمولاً آنرا به شکل مخروط زگر با همان ابعاد استاندارد در آورده ودرکوره مخصوصی که بتوان اجسام را درحین حرارت دادن رویت کرد قرار می دهند .
دور نمونه را مخروط های زگر با شماره های مختلف می چینند. درحین بالا بردن دمای کوره ، دائماً وضعیت داخل را مشاهده می کنند . آنگاه نمونه مخروط ها را پس ازسرد شدن از کوره خارج می کنند ووضعیت مخروط های ذگررا مورد بررسی قرار می دهند . هر کدام ازمخروط ها که ازنظر خم شدن راس وقرار گرفتن آن درسطح قاعده به شکل نمونه در آمده باشد ، شماره دیر گدازی آجر مورد نظر با شماره آن مخروط زگر ( که قابل تبدیل به درجه سانتیگراد است ) مساوی خواهد بود .
جدول یک – شماره مخروطهای زگر ( seger ) واورتون ( Orton ) همراه با درجه حرارت معادل آنها برحسب سانتیگراد
آجرهای سیلیسی
این نوع آجرهاازنوع اسیدی هستند وماده اصلی آنها sio2 است که نقطه ذوب آن c1723 است. sio2 ، 98- 93 % این آجرها راتشکیل می دهند .
مواد اولیه آجرهای سیلیسی عمدتاً ازکوارتز یاکوارتزیت تشکیل می شود. کوارتزخالص درطبیعت چندان زیاد نیست وگران است . اما کوارتزیت که ازدانه های ریز کوارتز که به وسیله سیمان کوارتزی ( آمرف همراه با دانه های بسیار ریز ) به هم متصل شده اند تشکیل شده است . کوارتزیت به فراوانی درطبیعت وجود داشته ونسبتاً ارزان است . درساخت آجرهای سیلیسی بیشتر از کوارتزیتی که حدود % 98 سیلیس دارد استفاده می شود.
آهک سبب تشکیل فاز شیشه ای شده وباعث چسبندگی ذرات کوارتز به هم میشود وبه عنوان کانی ساز عمل می کند .
اما حضورمقدار کمی ازاکسیدهای دیگر نظیر AL2O3 باعث کاهش نقطه ذوب آجر وکم شدن مقاومت آن دردرجه حرارت های بالا می گردد. آهک برای آجرهای سیلیسی مفید اما AL2O3 وقلیایی ها مضرند .
بنابراین آهک برای آجرهای سیلیسی مفید اما AL2O3 وقلیایی ها مضرند .
کاربرد آجرهای سیلیسی
تاسال 1960 میلادی صنعت فولاد 75% کل آجرهای سیلیسی تولیدی را مصرف می کرد.صنایع دیگری که ازاین آجرها استفاده می کردند صنعت شیشه وصنعت کربن بودند اما رفته رفته مصرف این صنایع ازاجرهای سیلیسی کاهش یافت دلیل این کاهش درصنعت فولاد ازرده خارج شدن تولید فولاد به روش زیمنس مارتین وجایگزینی آن توسط روش L.D بود.
درمورد کوره های قوس الکتریکی که دارای سقف سیلیسی بودند اکنون توسط آجرهای آلومینای بالا تعویض شدند . همچنین درسقف کوره های ذوب مس که قبلاً ازآجرهای سیلیسی استفاده می شد، اکنون آجرهای قلیایی به کارمی روند .
آجرهای شبه سیلیسی با % 93- 88 سیلیس درژنراتورها وسقف کوره های عملیات حرارتی به کار می روند . مقاومت آنها دربرابر شوک حرارتی وثبات حجم ها آنها نسبت به آجرهای سیلیسی بهتر وارزانتر نیزمیباشد . این آجرها ازمخلوط ماسه ورس تهیه می شوند و برخلاف آجرهای سیلیسی درصورت تماس با سرباره سطحشان لعاب دار می شود وازنفوذ فلز به داخل آجر جلوگیری می شود.بنابراین کاربرد آجرهای شبه سیلیسی بیشتر از آجرهای سیلیسی میباشد.
آجر های آلومینیومی
این آجرها دارای درصد بالایی ازآلومین ( AL203 ) می باشند . آنها را ازمخلوط کائولن ، بوکسیت ، کروندوم که بیش از % 70 آلومین دارد تهیه می کنند . دمای پخت این آجرها حدود 1200 – 1800درجه سانتیگراد می باشد.
کاربرد
ازآجرهای نسوزآلومینیومی برای پوشش جداره درونی کوره های ذوب وفولاد استفاده می کنند . چون درمقابل مواد قلیایی مقاومند ، بنابراین ازآنها برای پوشش جداره درونی کوره های سیمان سازی وشیشه سازی نیز استفاده می شود.
آجرهای آلومینوسیلیکاتی
این آجرها ازسیلیس شروع شده وبه آلومینا ختم میشود. البته باید توجه داشت که آجرهای سیلیسی وآلومینایی که دوحد بالاوپائین این محدوده را تشکیل می دهند را نمی توان جزء آجرهای آلومینو سیلیکاتی درنظر گرفت . باتوجه به این نمودار نقطه ذوب سیلیس c1723 ونقطه ذوب آلومینا حدوداً c 2020 می باشد . این دو جسم دیرگداز درجه حرارت های c1590 و c 1840 یوتکتیک تشکیل می دهند درمورد سیلیس خالص افزودن 5الی 6 درصد آلومینا نقطه ذوب سیلیس را از 1723به1590 درجه سانتیگراد می رساند .
مولایت ترکیبی است به فرمول2Si02 .3AL2O3 با 72% آلومینا و درمورد نقطه ذوب آن قطعیتی وجود ندارد ( 1850- 1840 ) مرز بین دونوع آجر آلومینو سیلیکاتی را نشان می دهد . تمام مخلوط هایی که کمتر از % 72 – AL203 دارند اولین مایع درانها در 1590 ظاهر می شود درصورتی که تمام سیستم هایی که بیشتراز% 72 AL203 دارند نخستین مایع درآنها در1840 پدید می آید . درسیستم هایی که بیش از % 72 AL203 دارند در درجه حرارتهای پائین از 2 فاز مولایت وکوراندوم تشکیل میشوند. ودرسیستم هایی که کمتر از% 72 – AL203 دارند دردرجه حرارتهای پائین از 2 فازمولایت وتری دیمیت تشکیل می شوند .
تقسیم بندی آجرهای آلومینو سیلیکاتی
آجرهای خاک نسوز: 25-45% AL2o3
آجرهای سیلیمانیتی ( کیانیت ، آندالوسیت ): 45-65% AL2O3 آجرهای مولایتی : 65-75% AL2O3
آجرهای بوکسیتی: 75-90% AL2O3
آجرهای کوراندمی: 90-100% AL2O3
آجرهای خاک نسوز ( شاموتی )
موادخام مصرفی درساخت آجرهای خاک نسوز :
الف ) کائولان ( خاک چینی ) : این خاک پس ازپخت دارای رنگ سفید می باشد وپلاستیستیه ( شکل پذیری ) آن ازضعیف تا خوب می باشد.
ب ) Ball clay: این خاک رسوبی بوده ودارای ذرات بسیار ریزی است رنگ آن قبل ازپخت خاکستری وبعد ازپخت به رنگ سفید درمی آید وخاصیت پلاستیسیته آن عالی است .
د ) Fire clay( خاک نسوز) : این خاک پس ازپخت سفید رنگ نبوده ومعمولاً دارای ناخالصی های زیادی ازنوع کواتز ، قلیایی ها واکسیدهای آهن می باشد. پوسته ای وشیشه ای شدن آجر به علت وجود قلیایی هاست .
ج ) Flint clay: این خاک سخت وغیرپلاستیک است ودارای انقباض پخت کم می باشد .
آجرهای سیلیمانیتی ( کیانیت – آندالیست ) :
همه ی این مینرال ها ازنظر شیمیایی دارای ترکیب یکسانی هستند اما ازنظر کریستالوگرافی دارای ساختمان بسیارمتفاوت می باشند. ازنظراقتصادی مناسب تشخیص داده شد که ابتدا این سنگها را خرد کرده وسپس توسط ماده متصل کننده ( رس ) به صورت آجر دربیاورند. درمورد کیانیت وآندالوسیت این مسئله مطرح نشد زیرا کیانیت درهنگام حرارت دادن ، شدیداً منبسط شده وباعث ترک خوردن وخرد شدن می گردد . آندالوسیت هم اصولاً به صورت بلوک قابل استخراج نبود .
آجرهای مولایتی
مولایت درطبیعت به مقدار قابل توجهی وجودندارد . وبرای تهیه آن معمولاً ازمواد اولیه ای نظیر خاک های رسی (معمولاً کائولان ) وآلومینا استفاده می شود . ازنظر ساختمان کریستالی شبیه سیلیمانیت است وغالباً با آن یکی گرفته می شود .
آجرهای بوکیستی
این آجرهارا ازحرارت دادن مخلوط های مختلف بوکیست وکائولن تهیه می کنند . یکی ازراه های تهیه آن این است که ابتدا این مخلوط را درحدود C1560 می پزند ، سپس % 60 آنرا با % 40 ازمخلوط اولیه ( بوکسیت وکائولن ) آمیخته ودوباره دردرجه حرارت C1560 می پزند .
آجرهای کوراندومی
این آجرها ازکوراندومی که درطبیعت یافت می شود می سازند یا اززینترکردن آلومینای خالص تهیه می شوند . زینتر کردن : پرس گرم دردرجه حرارت های بالااست.
کاربرد آجرهای آلومینو سیلیکاتی
دربین آجرهای دیرگداز آجرها آلومینوسیلیکاتی بیشترین مصرف را دارند ودربین آجرهای فوق الذکر آجرهای شاموتی ( خاک نسوز) بیش ازسایرین مورد استعمال قرارمی گیرند .
جدول شماره(2) موارد استعمال دیرگدازهای آلومینوسیلیکاتی را نشان می دهد:
جدول شماره2- موارد استعمال دیرگدازهای آلومینوسیلیکاتی
آجرهای دیرگداز کربنی
الف) کک متالوژیکی ( یک سری پارامترها از قبیل مقدار خاکستر – گوگرد – میزان تخلخل و استحکام فشاری برای این کک باید در یک حد خاصی باشد)
ب) کک حاصل از تصفیه نفت خام که از کربن غنی است .
ج) گرافیت مصنوعی که از حرارت دادن کک حاصل از تصفیه نفت خام در درجه حرارت های بالا بدست می آید.
د) آنتراسیت نوعی ذغال است که در درجه حرارت 1200-1100تکلیس می شود .
مواد اولیه جهت ساخت این آجر به این صورت است :
کاربرد آجرهای کربنی
این آجرها در قسمت های مختلف کوره بلند به خصوص بوته و کف کوره به کار می روند . در کوره کوپل در قسمت بدنه و مجراهای خروجی مذاب به کار می روند .در صنایع فلزات غیر آهنی در کوره های گداز آلومینیوم به شکل کاتد و آند به کار می روند .
آجرهای منیزیتی
مصرف آجرهای منیزیتی بر خلاف آجرهای سیلیسی در صنعت فولاد در سال های اخیر افزایش یافته است (محفظه های (L.D آجرهای منیزیتی از اشکال مختلف منیزیت تهیه می گردد:
الف) منیزیتی که دارای بلورهای درشت است . در واقع محصول جامدی از کربنات منیزیم و کربنات آهن .
ب) منیزیت متراکم : بلورهای آن آنقدر ریز است که با میکروسکوپ دیده نمی شود در صورتی که این ماده در درجه حرارت های نسبتاً بالا کلسینه شود ماده بسیار خوبی برای تولید آجر منیزیتی است .
ج) بروسیت : نوع طبیعی هیدروکسیدمنیزیم است چون با مینرال های د یگر به مقدار زیاد مخلوط بوده باید قبل از استفاده در تولید آجر تخلیص گردد.
د) منیزیایی آب دریا : امروزه تمام منیزیایی مصرفی در انگلستان و آمریکا و ژاپن از آب دریا تآٌمین می شود.
و) منیزیت مرده یا غیر فعال یا کاملاً تکلیس شده منیزیتی است که دیگر با آب واکنش نمی دهد و برای تولید آجر مناسب است .
کاربرد آجرهای منیزیتی
در مخلوط کن های فلزات گرم
درکوره های قوسی
کوره های زمینس مارتین قلیایی
کوره های القایی
آجرهای دولومیتی
این آجرها از مینرالهای دولومیت به فرمول Camg(co3)2ساخته می شوند . این مینرال در صورت تکلیس کامل در دمای c1700و خارج شدن تمام گاز کربنیک آن یک مخلوط ساده cao,mgo تشکیل خواهد داد( تولید دولوما ) که دراین صورت تخلخل به %15 خواهد رسید ومحصول هفته ها می تواند بدون خراب شدن انبار شود .
کاربرد آجرهای دولومیتی
درکوره های زیمنس مارتین قلیایی ، کوره های قوس الکتریکی ، کوره های قلیایی اکسیژن .
آجرهای کورمیتی وکروم – منیزیتی
لفظ کرومیت به تمام سنگ معدن های کروم اطلاق می شود . قبلاً این مینرال به تنهایی برای ساخت آجرهای دیرگداز کرومیتی مورد استفاده قرار می گرفت اما اکنون مخلوط با منیزیا برای تهیه آجرهای کروم – منیزیتی ( بیشتر از % 50 کرومیت ) ومنیزیت – کرومیتی ( کمتر از% 50 کرومیت) به کار می رود .
کاربرد
موارد استعمال آجرهای منیزیت کرومیتی وکروم منیزیتی مشابه با موارد استعمال آجرهای منیزیتی است ( طبق جدول شماره 3 )
ناخالصی های موجود درسنگ معدن کرومیت را گانگ می گویند که باعث کم شدن دیرگدازی می شود. برای کم کردن حساسیت آجرها دربرابر اتمسفرهای متغیر با افزودن منیزیا به کرومیت می توان خواص آن را به مقدار زیادی بهبود بخشید .
جدول شماره( 3)موارد استعمال آجرهای کرم – منیزیتی ومنیزیت – کرمیتی
دیرگدازهای ویژه
این آجرها نوع خاصی ازآجرهای نسوزهستند ودرصنعت برای منظورهای ویژه ای کاربرد دارند. این آجرها ازترکیبات فلزات واسطه هستند . متداول ترین آجرهای این گروه عبارتند از : -آجرهای زیر کونیوم -آجرهای اکسید کروم-کوراندوم – آجرهای اکسید کروم
آجر زیرکونیوم
این آجر ازسولفات زیرکونیوم طبیعی باافزودن مقدار کمی آلومین به کوارتز تهیه می شود.بیشترین کاربرد آن درساختن کوره ذوب آلومینیوم, کوره مخزن شیشه مذاب وکوره های دارای دمای بالا می باشد .
همچنین ازذوب سولفات زیر کونیوم با آهک ناخالصی آن به همراه سیلیکات کلسیم جدا می شودومی توان اکسید زیرکونیومzro2 خالص بدست آورد.
Zro2 مقاومت گرمایی بالایی دارد به همین دلیل ازآن درساختن بوته های ذوب فلز درصنایع ذوب فولاد ودرراکتورهای اتمی به عنوان بازتاب دهنده نوترون استفاده میشود.
آجراکسید کروم – کوراندوم
این آجر ها دارای 5- 10% اکسید کروم II و I و 90 – 95 % اکسید آلومینیوم هستند ودرمقابل مواد قلیایی مقاومند. ازاین نوع آجر برای ساختن بخش درونی کوره بلند ذوب آهن استفاده می شود .
آجرهای اکسید کروم
این آجردارای % 95 اکسید کروم می باشد . برای تهیه آن از Cr203سنتزی استفاده می شود. ازآن درصنعت شیشه سازی درساختن کوره ذوب خمیرشیشه استفاده می شود.
منابع
کتاب نسوزها, انتشارات جهاد دانشگاهی سایت:www.refractories.com