خاک نسوز یا گل آتشخوار

خاک نسوز یا گل آتشخوار، یک نوع رس است که می توانند بدون ترک برداشتن و یا زجاجی شدن، در برابر آتش مقاومت کند. این حرارت معمولاً حرارت یک کوره می باشد که بر اساس استاندارد برای خاک نسوز، دمایی برابر با
يکشنبه، 18 مهر 1395
تخمین زمان مطالعه:
پدیدآورنده: علی اکبر مظاهری
موارد بیشتر برای شما
خاک نسوز یا گل آتشخوار
خاک نسوز یا گل آتشخوار

 

مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون




 
خاک نسوز یا گل آتشخوار، یک نوع رس است که می توانند بدون ترک برداشتن و یا زجاجی شدن، در برابر آتش مقاومت کند. این حرارت معمولاً حرارت یک کوره می باشد که بر اساس استاندارد برای خاک نسوز، دمایی برابر با 1500 درجه ی سانتیگراد دارد. به هر حال، در عمل، خاک های نسوز مورد استفاده در صنعت، نه تنها باید در برابر دماهای بالا مقاوم باشند، بلکه باید در برابر شوک های ناشی از گرم شدن و سرد شدن متوالی نیز مقاوم باشند. این ماده حاوی حداقل 18 % تا 30 درصد و گاهاً بیش از 30 % آلومیناست. این ماده ترکیبی از خواص رس ها و آلومینا را دارد. محصولات تولید شده از خاک نسوز، آجر نسوز نامیده می شود و در بسیاری از بخش های صنعتی، مورد استفاده قرار می گیرد. خاک نسوز معمولا به صورت بسترهای رسوبی در جریان های زغال سنگی، یافت می شود. اکثر خاک نسوزها، حالت پلاستیک دارند اما عموماً وجود خاک های رسی غیر پلاستیک و فلینتی به همراه این مواد موجب می شود تا این مواد قابلیت پلاستیک کمی داشته باشند.
تاریخچه
صنعتگران اهمیت دوام و دیرگدازی آجرهای نسوز را در بسیاری از فرایندهای متالورژیکی، از اوایل انقلاب صنعتی و حتی قبل از آن، فهمیدند. در هند، در میانه ی قرن نوزدهم، از آجر نسوز وارد کشور شد. اگر چه در سال 1859، شرکت Burn شروع به تولید آجر نسوز در داخل کرد. البته این آجرها تا سال 1875، متداول نشدند. در این زمان، برای اولیه بار، از این آجرها در کوره ی نسوز بنگال هند استفاده شد و نتیجه ای مناسبی نیز داد. از آن به بعد، آجر نسوز تولید شده در این کارخانه، بوسیله ی سایر بخش ها نیز، مورد استفاده قرار گرفت. در سال های بعدی، شرکت های دیگری نیز این آجرها را در هند تولید کردند. نسل های جدید این آجرها، قابلیت استفاده در نسل جدید روش های تولید آهن و سایر صنایع را دارای می باشند.
معیار استفاده
خاک نسوز عمدتا از کائولن، مواد گیاهی خام، پیریت، آهک، منیزیا، مواد قلیایی، اکسید تیتانیم و آهن تشکیل شده است. این مسئله موجب می شود تا رنگ این ماده، از سفید، خاکستری، قهوه ای و مشکی، متغیر باشد. اما از لحاظ مینرالی، رنگ از لحاظ استفاده، مشکلی ایجاد نمی کند. مهم ترین خواص که این ماده را از سایر مینرال ها، متمایز می کند، به صورت زیر است:
پلاستیسیته: این ماده برخلاف خاک چینی، پلاستیک است اما انواع مختلفی از خاک نسوز وجود دارد که غیر پلاستیک هستند. این نوع از خاک های نسوز، حاوی رس های فلینتی می باشند.
شرینکیج: علارغم پلاستیسیته ی بالا، شرینکیج این ماده حین خشک کردن و پخت پایین است.
دیرگدازی: این ماده دیرگداز است و دمای ذوب آن در حدود 1740 درجه می باشد.
زجاجی شدن: این ماده زجاجی نمی شود، حتی در صورتی که در دماهای بالا، حرارت دهی شود.
ترکیب شیمیایی: اجزای اصلی این ماده، عبارتند از آلومینا (18-40 %)، سیلیس و اکسید منیزیم. میزان آلومینا، در مورد خاک نسوز فلینتی، بالاتر است. همچنین مواد فلاکسی از جمله اکسیدهای سدیم، پتاسیم و کلسیم در این ماده اندک هستند. این مسئله به دلیل وجود اتمسفر کاهشی ایجاد شده به دلیل جریان های آبی در زیر بستر زغال سنگی، می باشد.
استفاده ها و مشخصات
آجر نسوز: ترکیبی از خواص دیرگدازی بالا و خاصیت زجاجی شدن پایین، موجب شده است تا این ماده، ماده ای مناسب برای تولید آجرهای دیرگداز باشد. آجرهای دیرگداز کاربردهایی را در آسترکاری بویلرها، کوره های سیمان، کوره های بلند، کوره های شیشه سازی و ... پیدا کرده اند. عملکرد آسترهای دیرگداز در دیواره ی کوره، نه تنها مقاومت در برابر دمای بالاست، بلکه در واقع مقاومت در برابر نوسانات دمایی، جلوگیری از نفوذ مذاب، جلوگیری از بروز سایش، ایروژن و تخریب بوسیله ی مواد مذاب موجود در کوره، نیز می باشد. در کل، این ماده از لحاظ شیمیایی نباید با مواد مذاب موجود در کوره واکنش دهد. عمر مفید آسترکاری های دیرگداز به طور قابل توجهی بر روی بهره وری مربوط به یک کوره و اقتصاد مربوط به یک کارخانه، مؤثر می باشد. در واقع علت این مسئله این است که هر بار این آسترکاری ها از کار بیفتند، نیاز است تا جایگزینی انجام شود که این مسئله علاوه بر هزینه های مربوط به جایگزینی، موجب ضرر و زیان ناشی از خاموش شدن سیستم را نیز در بر دارد.
برای تولید آجرهای نسوز از خاک نسوز، خاک نسوز با مواد آلومینایی مانند کیانیت، سیلیمانیت و یا بوکسیت مخلوط می شوند و تحت عملیات خردایش و سایش قرار می گیرند. آب به میزان مناسب به این مخلوط افزوده می شود و دوغاب حاصله به منظور انجام فرایند پیرشدن، رها می شود. توده ی پیرسازی شده، سپس با کمک اکسترودر، آب گیری شده و به صورت کیک در می آورد. این کیک قالب گیری شده و به صورت آجر در می آید. سپس آجرهای خام در دمایی در حدود 1200 تا 1400 درجه حرارت دهی و پخت می شوند.
شرینکیج پایین به این آجرها کمک می کند ات شکل خود را حفظ کرده و بدون ترک خوردن، در برابر دمای بالا، مقاومت کنند. پلاستیسیته یکی از معیارهای مهم این نوع رس می باشد. در واقع با وجود پلاستیسیته این خاک، دیگر نیازی به افزودن رس های پلاستیک وجود ندارد. زجاجی شدن اندک موجب می شود تا آجر نسوز به طور مؤثر در برابر دماهای بالای موجود در کوره ها، مقاومت کند بدون آنکه حتی به صورت جزئی، ذوب شود. برای کاربردهای که در آنها نیاز به مقاومت در برابر دمای بالا مورد نیاز است، میزان آلومینای مربوط به خاک نسوز ممکن است با افزودن مقادیری ماده ی محتوی آلومینای بالا مانند بوکسیت، افزایش یابد. البته در این حالت، دمای پخت مورد نیاز برای این آجرها، بالاتر است.
آلومینا همچنین یک ماده ی دیرگداز است و میزان بالاتر از این ماده، موجب می شود تا خاصیت دیرگدازی بهبود یابد. اما مقادیر بالای آلومینا، همچنین به معنای دمای پخت بالاتر برای آجر و در نتیجه هزینه های تولید بالا می باشد. بنابراین، خاک نسوز با آلومینای بالا، برای تولید آجرهایی ترجیح داده می شوند که در شرایط دما بالا کاربرد دارند. MgO به دلیل دمای ذوب بالا، دیرگدازی خوبی دارد. طبیعت نمگیری این ماده موجب می شود تا نتوان از آن در کاربردهای دما بالا استفاده کرد. در واقع محصولات مورد استفاده تحت این شرایط در معرض بخارات آب نیز قرار دارند.
اکسید آهن در دمای نسبتاً پایین ذوب می شود و در صورتی که همراه این اکسید آهن، اکسید تیتانیوم نیز وجود داشته باشد، در دماهای بالا در کوره، شیشه های آهن تیتانات تشکیل می شود و این مسئله موجب ایجاد بلیستر بر روی آجرهای دیرگداز می شود. در این حالت، میزان تخلخل آجر نیز افزایش می یابد. صنایع هند ترجیح می دهند تا میزان اکسید آهن موجود در خاک نسوز، کمتر از 1-3 % باشد. مواد قلیایی و آهک نیز موجب کاهش دمای ذوب محصول می شود و از این رو باید حذف شوند.
اندازه ی دانه یک معیار حیاتی در این مورد نیست و ذرات نسبتاً درشت را می توان در این کاربرد، استفاده کرد. در هنگام ذوب شدن، این ذرات در هم نفوذ می کنند و توده ای پیوسته فشرده تشکیل می دهند.
2. ساگارهای کوئوردیریتی
یک توسعه ی اخیر در زمینه ی استفاده از گل آتشخوار، محصولی با نام ساگار کوئوردیریتی می باشد. این ماده از کوئوردیریت مصنوعی تولید می شود که دارای فرمول شیمیایی 〖Mg〗_2 〖Al〗_4 〖Si〗_5 O_18 می باشد. ساگار سینی هایی هستند که به عنوان بخش نشیمنگاهی در کوره ها مورد استفاده قرار می گیرد. این ماده در دمای بالاتر از 950 درجه ی سانتیگراد، زجاجی می شود و در یک گستره ی دمایی قابل توجه، پایدار می ماند. این پایداری تا دمای 1750 درجه ی سانتیگراد، ادامه دارد. این ماده دارای ضریب انبساط خطی و ضریب انبساط پیین، مقاومت استثنایی در برابر شوک حرارتی، استحکام مکانیکی بالا، قابلیت کار در اتمسفرهای کاهشی و اکسیدی و قابلیت تحمل تغییرات سریع دمایی می باشد. ساگار که از کوئوردیریت مصنوعی می باشد، دارای طول عمر 10 تا 15 سیکل گرمایی می باشد. کوئوردیریت مصنوعی از مخلوطی از خاک نسوز، گروگ (grog) ، پودر بوکسیت و تالک می باشد.
3. سیالون
این ماده در تولید سرامیک های سیالونی کاربرد دارند. سرامیک های سیالونی ترکیبی از سیلیکون، آلومینیوم، اکسیژن و نیتروژن هستند. این ماده در کاربردهایی استفاده می شود که نیاز است اسحکام مکانیکی دما بالا حفظ گردد. از جمله سایر ویژگی های این سرامیک، می توان به استحکام ویژه ی بالا، سختی و تافنس بالا، ضریب اصطکاک پایین و مقاومت به شوک حرارتی خوب، اشاره کرد. استفاده های ممکنه برای این ماده در تولید آجرها و مواد دیرگداز با قابلیت مقاومت در برابر فلزات مذاب، پوشش جوشکاری در موتورهای حرارتی، موتورهای توربین گازی، برش فلزات و ... می باشد. سیالون های اولیه می توانند به وابسته ی واکنش خاک نسوز و زغال سنگ در اتسمفر نیتروژن، تولید شوند.
4. آجرهای گرافیتی
در زمان های قدیم، آجرهای دیرگداز گرافیتی با استفاده از حرارت دهی مخلوطی از گرافیت به همراه خاک نسوز پلاستیک، تولید می شده اند. این آجرها در جاهایی کاربرد دارند که در آنها نیاز به مقاومت به خوردگی و حرارت بیشتری وجود دارد. این نوع آجرها، متداول نیستند.
5. بوته های با باند رسی
در مقایسه با کوره ها، بوته ها، را می توان کوره هایی نامید که اندازه ی کوچکتری دارند. این بوته ها، در زمانی مناسب هستند که بخواهیم مقادیر اندکی از محصولات مختلف را مخلوط نمود و بدین وسیله، آلیاژسازی کرد. این همچنین آسان تر است که یک بوته ی آسیب دیده را تعویض کرد نه آسترکاری یک کوره را. استفاده های عمده از بوته ها، در صنعت ریخته گری فلزاتی همچون فولادها، فلزات غیر اهنی (مانند برنج و آلومینیوم) و فلزات گران بها می باشد. عمر مفید بوته ها، به نوع موادی که در آنها ذوب می شوند و همچنین به نوع جنس بوته، وابسته می باشد. برای مثال، هر سیکل حرارتی برای ذوب کردن فلزات غیر آهنی، چند روز طول می کشد و در هر زمان، دما نیز در حدود 1500 درجه می باشد. این بوته ها، به طور پیوسته تحت شرایط شوک های حرارتی می باشند.
دو نوع بوته ی گرافیتی وجود دارد که بوته ی با باند رسی و بوته ی با باند سیلیسی نامیده می شوند. در نوع با باند رسی، از خاک نسوز استفاده می شود. برای تولید یک چنین بوته هایی، 40 تا 50 % گرافیت به همراه 20-30 % خاک نسوز، 25 % قراضه ی بوته و 5 % ماسه، مخلوط می شوند. گرافیت مورد استفاده در این کاربرد، حاوی 90 % FC می باشد و اندازه ی ذرات نیز زیر 150 میکرون می باشد.
به هر حال، در اوایل دهه ی 1950، مشتری ها ترجیح دادند تا نوع جدیدی از بوته ها، را مورد استفاده قرار دهند.

استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد. منبع مقاله :
Uses of Industrial Minerals, Rocks and Freshwater/ Kaulir Kisor Chatterjee



 

 



ارسال نظر
با تشکر، نظر شما پس از بررسی و تایید در سایت قرار خواهد گرفت.
متاسفانه در برقراری ارتباط خطایی رخ داده. لطفاً دوباره تلاش کنید.
مقالات مرتبط