ديرگدازها (6)

کاربرد مواد ديرگداز

مواد ديرگداز به عنوان محافظ براي پوسته ي کوره و پاتيل استفاده مي شوند.اين مواد بدنه ي کوره و پاتيل را در برابر دماهاي بسيار بالا محافظت مي کنند.در واقع ديرگدازها براي آسترکاري کوره هاي دما بالا، رآکتورها و ديگر واحدهاي توليد استفاده مي شوند.
ديرگدازها به دليل برخورد با مواد شيميايي و تحمّل فشارهاي مکانيکي، سايش پيدا مي کند و تخريب مي شوند.اين فشارهاي مکانيکي باعث پديد آمدن ترک هاي زيادي در ديرگداز مي شود که در نهايت ديرگداز تخريب مي شود.اين ترک ها معمولا به دلايل زير رخ مي دهد:
1)بوجود آمدن و رشد ترک
2)تخريب ماده
3)خزش
4)و...
وسايل مورد استفاده در متالوژي بايد توانايي مقاومت در برابر حملات سرباره، ايروژن حاصل از اجزاي مايع، شک حرارتي و ديگر نيروهاي تخريبي را داشته باشند.انتخاب ديرگداز براي آسترکاري اين وسايل همواره از ميان ترکيب هاي متنوعي از مواد با کيفيت بالا انجام مي شود.همچنين توجه به ابعاد اين آسترها نيز مهم است زيرا ابعاد بزرگ باعث کاهش کارايي وسيله مي شود.
به دليل افزايش رقابت هاي صنعتي، توسعه ي ديرگدازها با سرعت زياد در حال انجام است.اين سرعت در توسعه به خاطر فشارهاي وارده براي بهبود خواص ديرگدازها پديد آمده است.نتايج حاصل از تحقيقات در اين زمينه باعث مي شود فرآيندهاي متالوژي عالي عملي گردد.اين تحقيقات عمدتا بر روي دو مسئله تأکيد دارد؛ يکي افزايش طول عمر ديرگدازها و ديگري افزايش قابليت اطمينان به اين مواد.

فولاد و آهن

صنعت فولاد و ذوب آهن مصرف کننده ي عمده ي مواد ديرگداز است.تقريبا 70 درصد ديرگداز توليدي در اين صنعت مصرف مي شوند.
در بخش هاي مختلف پروسه ي توليد فولاد شرايط متفاوتي از لحاظ دما،وجود يا عدم وجود سرباره و گازهاي سولفوردار وجود دارد. به دليل اينکه هر بخشي از اين صنايع داراي شرايط کاري خاصي است بنابراين ديرگدازهايي با گريدهاي مختلف براي اين بخش ها تهيه شده است.
انتخاب ديرگدازها براي آسترکاري يک کوره همواره براساس ترکيبي معين از ماده ي ديرگداز انجام مي شود.در واقع علاوه بر ترکيب ديرگداز، اندازه ي آجرهاي توليدي از اين ديرگدازها نيز به گونه اي است که ماکزيمم کاربري از آنها گرفته شود.
سايش گزينشي در مواضع خاص رخ مي دهد.اين سايش در آسترهاي در تماس با سرباره اتفاق مي افتد که براي جلوگيري از اين نوع خوردگي انتخاب مواد با دقت فراواني انجام مي شود.همچنين علاوه بر انتخاب صحيح نوع ديرگداز نحوه ي اعمال آن نيز مهم مي باشد.
صنعت فولاد ديرگدازها را براي کاربردهاي متنوعي استفاده مي کند.که اين کاربردها عبارتند از:
1)کوره بلند (blast furnace)
2)کوره ي ذغالي (Coke owen)
3)پاروهاي تورپدو (Tor pedo ladles)
4)کوره ي اکسيژن دهي فولاد (Basic oxygen Furnace)
5)کوره ي قوس الکتريکي (electric arc Furnace)
6)کوره ي دوقلوي فولاد سازي (Twin Hearth Furnace)
7)کوره ي بهينه سازي انرژي (onergy Optimizing Furnace)
8)پاروهاي تصفيه ي ثانويه (Secon dory Rifining Ladles)
9)جدارهاي ساخته شده از فولاد زنگ نزن (Stanless Steel Vessles)
10)دريچه هاي تنظيمي ساخته شده از ديرگدازها (Slide gate Refractories)
11)ديرگدازهاي بکارفته در تانديش ها (Tandish Refractories)
12)کوره ي القايي (Induction Rurnace)
گستره ي وسيعي از ديرگدازها مورد استفاده در کوره ي اکسيژن دهي فولاد از جنس منيزيا- گرافيتي هستند.ديرگدازهاي منيزيا- گرافيتي از منيزياي زنيتر شده يا فيوزد ساخته مي شوند.که در آن از بايندرهاي قيري يا زرين استفاده مي شود.
يک محصول ديرگداز با کيفيت بالا هنگامي که به همراه ساپورت فلزي مناسب استفاده شود مي تواند محصولاتي با کارايي بالا پديد آورد. به طور نمونه وار، عناصر عمده اي که به همراهي ديرگدازها در خطوط توليد فولاد کاربرد دارند را در زير بيان مي کنيم.

1) زير اجاقي (Sub bearth)

زيراجاقي کوره داراي عمري طولاني در مقايسه با ديگر اجزاي خط توليد فولاد است.اين قطعه تنها در مواقعي عوض مي شود که نشت آب از آن زياد باشد.و يا آستر آن بشدّت آسيب ديده باشد.آستر زيراجاقي معمولا از آجرهاي منيزيايي با کيفيت بالا ساخته مي شود.

2) بخش اصلي کوره (Working hearth)

بخش اصلي کوره را بايد به گونه اي آسترکاري کرد که بتواند در مقابل دماهاي بالا، سيکل هاي دمايي و برخورد قطعات بزرگ شارژ کوره، مقاومت کند.کوره هاي امروزي از انواع ديرگدازهاي مونوليتيک ساخته مي شوند.در اين نوع ديرگدازها، پودر مواد ديرگداز (معمولا ديرگدازها بر پايه ي MgD)به صورت يک مخلوط درآورده مي شود.و بر روي جداره ي ديوار اعمال مي شود.البته در برخي از کوره ها ترجيح داده مي شود که از آجرهاي عايق استفاده شود.اين نوع آجرها عمدتا از نوع منيزياي پخته شده و اشباع شده با قير است.

ديواره هاي کناري

در ناحيه ي ديوار کناري 3 نقطه ي مهم وجود دارد.اين سه نقطه عبارتند از:
1) خط سرباره
2) نقاط داغ
3) مکان قرارگيري و فرود آمدن مواد شارژ شده به کوره
خوردگي متعادل و متوازن آستر نسوز يکي از معيارهاي انتخاب نوع ديرگداز مصرفي براي يک نقطه ي معني است از اين رو براي حفظ اين عمل ما نيازمند اين هستيم که نوع ديرگداز و ضخامت آن را با توجه به مکان قرارگيري آن در کوره انتخاب کنيم.در اکثر کوره هاي از محصولات منيزيا-گرافيتي براي آسترکاري ديواره ها استفاده مي شود.همچنين عملکرد اين کوره ها تحت تأثير ميزان بازي بودن مواد اوليّه و درصد گرافيت است.عملکرد اين کوره ها به طور محسوس با افزايش اندازه ي کريستال هاي منيزيا افزايش مي يابد.و حد نهايي آن استفاده از منيزياي فيوزد است.افزايش درصد گرافيت نيز همين اثر را دارد.اگر چه فقط کربن در ساختار بسيار مهم مي باشد.

ديواره ي کناري اصلي

اين مکان ها در ميان نقاط داغ واقع شده است.دماي اين مکان هاي بسيار بالاست.
فاکتورهاي عمده ي تأثيرگذار بر روي کاربرد ديرگدازها عبارتند از: دما، نفوذ سرباره است.
در کوره هايي که با آب سرد و خنک سازي مي شوند، ديرگدازهاي منيزيا-گرافيتي با حداقل مقدار کربن 10 درصد مناسب است.

نقاط داغ

سايش اتفاق افتاده در نقاط داغ مانند سايشي است که در ديواره ي کناري اصلي اتفاق مي افتد.امّا به خاطر دماي بالاي بوجود آمده بوسيله ي شعله ي مستقيم،اين سايش تشديد مي شود.در اين مکان ها ديرگدازهاي منيزيا-گرافيتي با کيفيت بالا و درصد گرافيت 20 درصد ترجيح داده مي شوند.در اين ديرگدازها هم از کريستال هاي با سايز بزرگ و هم از منيزياي فيوزد استفاده مي شود.در مکان هاي قرارگيري مشعل هاي سوخت -اکسيژن (oxy-fuel Burners)،اکسيداسيون کربن اين نوع ديرگدازها رخ مي دهد (محيط هاي اکسايشي)و اين مسئله ممکن است با استفاده از پودر نرم فلزات کاهش يابد.

خط سرباره

طبيعت خورنده ي گداز آورهايي چون فلئوريت داراي اثر نامطلوبي در بخش خط سرباره دارد.در اين مکان ها، ديرگدازهاي با منيزياي با کيفيت استفاده مي شود که اين ديرگدازها معمولا داراي کريستال هاي درشت هستند يا از منيزياي فيوزد در آنها استفاده شده است. در مکان هايي که سرباره داراي مقادير بالايي اکسيد آهن باشد، منيزيا-گرافيتي را با استفاده از افزودن، افزودني هاي فلزي محافظت مي کنند.

دريچه هاي مشعل و خروجي سرباره

در اين مناطق از کوره سايش بوسيله ي اکسيداسيون و برخورد سرباره اتفاق مي افتد.در اين مناطق نيز ار ديرگدازهاي منيزيا-گرافيتي با افزودني هاي فلزي استفاده مي شود.

سقف

سقف کوره ي قوس الکتريکي داراي سيستم آب گرد است.و از اين رو در اين مکان ها نياز به استفاده از ديرگدازهاي با کيفيت بالا نيست.فاصله ي ميان الکترودها در اين کوره بوسيله ي مواد مونوليتيک يا اشکال پيش ساخته پر مي شود براي ساختن ورودي الکترودها معمولا از آجرهاي نسوز استفاده مي شود.مواد مورد استفاده در اين مکان ها نيازمند تحمل شک حرارتي بالا هستند.و همچنين بايد مقاومت به سايش خوبي داشته باشند.ديده شده است که ديرگدازهاي آلومينايي در اين مکان ها داراي عملکرد خوبي هستند.
در جاهايي که سقف کوره آجرچيني مي شود، بار گرمايي بالايي بر آن وارد مي شود و همچنين نفوذ سرباره و مواد مذاب در آن بيشتر است.مواد عمليات حرارتي شده ي با بايندر فسفاتي به خاطر مقاومت خوب در برابر تکّه تکّه شدن و نفوذ سرباره و مواد مذاب، براي سقف مناسب مي باشند.

نازل ها

گستره ي وسيعي از نازل هاي بر پايه ي زيرکون (سيليکات زيرکونيوم)و زيرکونيايي پايدار شده وجود د ارد.اين نازل ها در اندازه و شکل هاي متنوع ساخته شده اند.

صنعت مس

در صنعت مس آجرهاي کروميتي-منيزيايي با پيوند مستقيم (Chrom Brick Direct Bonded) متداولترين نوع ديرگدازي است که رد سراسر دنيا استفاده مي شود.
توده ي مذاب مس با استفاده از ذوب کننده هاي تابشي (Flash Smelters) و کوره ي انعکاسي (reverberatory Furnaces: کوره هايي که گرما را از سقف به سوي مواد در حال گداختن منعکس مي کند)
کوره هاي تابشي (Flash Furnace) داراي مزاياي بيشتري نسبت به کوره هاي انعکاسي است.مخصوصاً اين کوره ها مصرف سوخت کمتري دارند و محصول بيشتري توليد مي کنند.
انواع ديگر از ذوب کننده ها و ادوات مورد استفاده در صنعت مس عبارتند از:
1)کوره ي ايسا (Isa Furnace)
2)کنورتورهاي اسميت پير (Pieree smith Convertors)
3)کوره هاي پالايش آنودي (Anode refining Furnaces)
4)کوره هاي دوّار نگهدارنده (Rotary Holding Furnace)
5)کوره هاي قوس الکتريکي تميز کننده ي سرباره (Cleaning electric Arc Furnace Slag)
6)و...
فرآيند تولدي مس يا به صورت سنتّي و يا به صورت پيشرفته انجام مي شود که در هر دو نوع از اين فرآيندها ديرگدازهاي کروميتي-منيزيايي استفاده مي شوند.اين مواد به همراه مواد آلومينوسيليکاتي براي آسترکاري خطوط توليد استفاده مي شوند.همچنين براي استرکاري اين بخش هاي گستره ي وسيعي از ملات ها (mortars)و مواد مونوليتيک وجود دارد.

فرآيند ذوب (Smelting Proces)

جداره هاي اوليّه که براي ذوب کردن از آنها استفاده مي شود، کوره هاي تابشي، کوره هاي انعکاسي و يا کوره هاي قوس الکتريکي هستند.آستر اين کوره ها عمدتاً تحت حمله ي سرباره و گازهاي گوگرد دار قرار مي گيرند.سرباره ي موجود در اين فرآيند مقادير بالايي اکسيد آهن و سيليس دارد که هر دوي اين مواد با ديرگدازهاي منيزيايي واکنش مي دهند و منيزيوفريت (Magnesio-Ferrite)و فورستريت تشکيل مي شود.همچنين سولفور موجود در اتمسفر گازي نيز با منيزيا واکنش مي دهد و سولفات منيزيم تشکيل مي شود.همه ي واکنش هاي اتفاق اتفاده در اين نوع ديرگدازها با انبساط حجمي همراه است و همين امر موجب ترک خوردن بخش پشتي سطح در حال برخورد با سرباره مي شود. ترک هاي بوجود آمده نهايتاً موجب آسيب ديدن آستر ديرگداز مي شوند.
ديرگداز از کروميت-منيزيايي با پيوند مستقيم (Magnesite chrome refractories direct bonded)براي استفاده در مکان هايي که در برخورد با سرباره ي مس است، ترجيح داده مي شود.اين نوع ديرگداز تحمل بيشتري در برابر سرباره هاي اسيدي دارد.

کنورتور:

کنورتور مورد استفاده در صنعت مس نيز مانند کوره ي فرآيند ذوب بايد توانايي استقامت در برابر سرباره و گازهاي سولفوردار را داشته باشد.بنابراين شرايط محيطي ديرگدازهاي مورد استفاده در اين صنعت نيز مانند ديرگدازهاي مورد استفاده در کوره است.در اين محل نيز بايد از ديرگدازهاي منيزيا-کروميتي با استحکام، در دماهاي بالا و مقاوم در برابر شک هاي حرارتي، استفاده شود.
کوره ي آندي (Anode Furnace)
سرباره ي کمي در کوره ي آندي وجود دارد.امّا آستر ديرگداز موجود در اين کوره در تماس با مذاب مس و اکسيد مس است.(مس مذاب نفوذپذيري بالايي دارد).نفوذ مذاب مس در ديرگدازهاي اين بخش موجب پديد آمدن ترک هايي مي شود که در نهايت اين ترک ها باعث تخريب ديرگداز مي شوند.
کوره پالايش سرباره (Slag cleaning Furnace)
اين کوره به خاطر کار با سرباره، نيازمند داشتن ويژگي هاي خاصّي است.ديرگدازهاي مورد استفاده در اين بخش بايد رسانايي گرمايي مناسبي داشته باشند (رسانايي گرمايي بالا).مواد کروميتي-منيزيايي با بايندر مستقيم ديرگدازي است که براي آسترکاري اين بخش مصرف مي شود.در واقع اين ديرگدازها به خاطر نفوذپذيري کم سرباره در آنها و مقاومت خوب در برابر سرباره استفاده مي شوند.

صنعت آلومينيوم

ديرگدازهاي مورد استفاده در صنعت آلومينيوم عموماً در چندين وسيله مورد استفاده قرار مي گيرند اين وسايل عبارتند از:
1)کوره هاي پخت آنودي (Anode Beking Furnace)
2)کوره هاي نگهدارنده/ذوب (Melting/Holding Furnace)
3)کوره هاي القايي (Induction Furnace)
4)پاروها (ladles)و مجاري پالايش (launders)
معمولي ترين ديرگدازهاي مورد استفاده در صنعت آلومينيوم عبارتند از:
1)خاک نسوز با کارايي بالا (Super duty Fire cly)و آجرهاي پرآلومينا
2)آجرهاي پرآلوميناي با بايندر فسفاتي
ويژگي هاي خاص مورد نياز براي ديرگدازهاي صنعت آلومينيوم عبارتند از:
1)مقاومت در برابر نفوذ آلومينيوم
2)استحکام بالا
3)مقاومت به خوردگي بالا
گستره ي وسيعي از محصولات ديرگداز براي برطرف شدن نيازهاي مختلف صنعت آلومينيوم به خدمت گرفته مي شود.ديرگدازهايي که در تماس با آلومينيوم هستند از نوع ديرگدازهاي ريختني با سيمان کم و يا بسيار کم هستند.اين ديرگدازها داراي خاصيت عايق کاري هستند.و به صورت محصولاتي با دانسيته ي بالا توليد مي شوند. اين محصولات نه تنها با آلومينا واکنش نمي دهند بلکه با مذاب آلومينا ترشوندگي ندارند.

صنعت سيمان

سيمان توليدي از مجموعه اي از کوره ها و خشک کن ها عبور مي کند.اين ادوات از کوره ي پخت کلينکر گرفته تا کوره هاي کلسينه کننده نيازمند به آسترکاري هستند.ديرگدازهاي مورد استفاده در صنعت سيمان در قسمت هاي زير مصرف مي شوند:
1)پيش کلسينه کننده ها (Per Calciners)
2)کوره ي دوار (rotary kiln)
3)سرد کننده ها (Coolers)
4)مجراها (Ducts)
کوره ي دوّار موجود در يک کارخانه ي سيمان به عنوان قلب آن کارخانه تلقّي مي شود.اين بخش به صورت مستقيم بر روي توليد کارخانه تأثير دارد.با توجه به محل احداث کارخانه و کيفيت مواد اوليّه، نوع ديرگدازهاي مصرفي در صنعت سيمان تغيير مي کند.
ديرگدازهايي که عموما در اين صنعت مصرف دارند عبارتند از:
1)دولوميت
2)اسپينل کروميت-منيزيايي (Magnesia-chrome Spinel)
3)اسپينل آلومينا-منيزيايي (Magnasia-Alumina Spinel)
4)خاک نسوز
5)پرآلومين
نواحي از کوره ي پخت که با کلينکر سروکار دارد را معمولا از ديرگدازهايي دولوميتي آسترکاري مي کنند.که در واقع مزاياي ديرگدازهاي دولوميتي در سراسر جهان مورد تأييد قرار گرفته است.اين مسئله آشکار شده است که سازگارترين ماده براي کوره ي کلينکر، دولوميت است.و همچنين اين ماده کوتينگ مناسبي ايجاد مي کند.اين ديرگدازها را با افزودن مقادير زياد از زيرکونيا در مقابل رشد ترک محافظت مي کنند.
بخش هاي مختلف کوره ي دوار از آجرهاي اسپينلي منيزيا-آلومينايي و آجرهاي پرآلومينا (45%-80Al2O3)آسترکاري مي شوند.آجرهاي اسپنلي منيزيا-آلومينايي داراي خواص ترمومکانيکي و ترموالاستيکي بالا هستند و آجرهاي پرآلومين نيز استحکام بالايي دارند.

صنعت شيشه

کوره هاي صنعت شيشه داراي شرايط کاري زير هستند:
1)دماي کاري بالا
2)نياز به عايق بودن
3)سرعت کشش بالا و سرعت ذوب پايين
4)بخارات خورنده و غبارت مواد اوليّه
ديرگدازهاي مورد مصرف در کوره هاي ذوب شيشه معمولا در نواحي زير مصرف مي شوند:
1)ذوب کننده (melter)
2)پالايش دهنده (refiner)
3)داگ هوس (Dog house)
4)خروجي هاي کوره
مواد ديرگداز زيرکونيايي براي استفاده شدن در کوره هاي ذوب شيشه مناسب هستند.زيرا اين ديرگدازها به آساني با شيشه مذاب ترشوندگي ندارند و همچنين واکنش کمي با مذاب شيشه دارند.
ذوب کننده / پالايش دهنده
ديرگدازهاي مورد نياز براي ساخت اين بخش ها بايد خواصي از جمله ي خواص زير داشته باشند:
1)مقاومت بالا در برابر بخارات قليايي
2)استحکام بالا در دماهاي بالا
3)مقاومت بالا در برابر خوردگي

سقف :

سقف کوره هاي ذوب شيشه از مواد ديرگداز عايق ساخته مي شوند تا ميزان اتلاف گرمايي کاهش يابد.
خواص مهم ديرگدازهاي مورد استفاده در اين بخش عبارتست از:
1)فاکتور سيلان (Flux Factor)بسيار پايين در دماهاي بالا(0.5>)
2)کوارتز باقيمانده ي بسيار پايين (0.5%>).اين مسئله باعث مي شود تا پايداري حجمي در دماي کاربري بالا رود.
3)مقاومت بالا در برابر بخارت قليايي

ريژنراتورها (Regenerators)

ريژنراتورها گذرگاه هاي تکي يا چندگانه اي است که براي بازيابي انرژي از آنها استفاده مي شود.
احتياج اساسي توليد کننده ي شيشه از يک ريژنراتور، ماکزيمم کردن گرماي بازيابي از گازهاي خروجي کوره و پيش گرم کردن هواي ورودي به کوره است.
براي اپتيم کردن بازيافت انرژي و افزايش طول عمر ديرگدازهاي مصرفي در اين ناحيه بايد ديرگدازهايي را انتخاب کنيم که خواص زيرا را دارند:
1)مقاومت بالا در برابر شک حرارتي
2)استحکام بالا در دماهاي بالا
3)مقاومت در برابر خزش در دماي کاربرد
4)انتقال گرماي بالا
منبع انگلیسی : www.PDHcenter.com
/ن