اصول مربوط به دیرگدازها

 

مقدمه

دیرگدازها موادی هستند که دارای نقطه ذوب بالایی می باشند و خواص آنها موجب می شود تا این مواد به عنوان مانعی در برابر با حرارت عمل کنند. دیرگدازها در تولید نواحی و یا سطوح خاص مناسب می باشند، مخصوصاٌ در کوره ها و بویلرها. دیرگدازها در این بخش ها می توانند موجب مینیمم شدن اتلاف های ایجاد شده، شوند. اجزای اصلی مربوط به هر ماده ی دیرگداز ممکن است ترکیبات منفرد مانند آلومینا، سیلیس یا مولایت و یا یک ترکیبی از این مواد باشند. میزان دیرگدازی نه تنها بواسطه ی قیمت تعیین می شود، بلکه همچنین بواسطه ی طبیعت کار و یا کارایی در یک موقعیت خاص نیز تعیین می شود. مخصوصاً کارایی مربوط به یک دیرگداز به کیفیت و میزان سه فاز جامد، گاز و مایع و همچنین تخلخل ها، بستگی دارد. این مورد نشاندهنده ی خواص نهایی مربوط به یک ماده ی دیرگداز می باشد.
یک اتصال خام بواسطه ی مخلوط سازی اندازه های مختلف از مواد دیرگداز ایجاد می شود. این مواد دارای خواص و استحکامی هستند که در طی پخت و یا عملیات حرارتی تغییر می کند. میزان دیرگدازی به خواص شیمیایی، فیزیکی، مینرالی و گرمایی بستگی دارد.
عموماً مواد دیرگداز بر اساس موارد زیر در نظر گرفته می شوند:
پارامترهای فرایندی مانند پروفایل دمایی، حالت عملیات، محیط شیمیایی و ... .

ویژگی های کیفی مورد انتظار

بهترین روش ها برای مهندسی و کاربرد به نحوی که خواص فیزیکی، شیمیایی، مکانیکی و گرمایی نهایی با کاربرد، قابل مقایسه باشد.
مواد دیرگداز در دو شکل مختلف مورد استفاده قرار می گیرند یعنی محصولات شکل دار و محصولات بی شکل.

دیرگدازهای شکل دار

متداول ترین شکل ماده ی دیرگداز در واقع آجرهای مستطیلی است. به هر حال، دیرگدازها در انواع مختلفی از شکل ها و اندازه ها موجود می باشند.

دیرگدازهای بی شکل

یک گروه از مواد دیرگداز وجود دارد که می توان آنها را به صورت یکپارچه اعمال کرد. این گروه از مواد دیرگداز، مواد مونولیتیکی نامیده می شوند. تمام دیرگدازهای بی شکل دارای قابلیت تشکیل آسترهای بدون درز می باشند و از این رو، این مواد را مواد مونولیتیک می گویند.
دیرگدازهای بدون شکل به صورت پودری تولید می شود. این مواد در واقع قابلیت ریخته گری شدن و ایجاد جرم های کوبیدنی، جرم های پلاستیک و ... را دارا می باشند.
جرم های کوبیدنی ابتدا با آب و یا هر مایع دیگری مخلوط می شوند و سپس به صورت دستی و یا با دستگاه، کوبیده می شوند. این کار با چکش سنگین انجام می شود.
جرم های تزریقی در واقع از میان یک ماشین تزریق می شوند. در واقع ماده ی اولیه که به صورت پودری است با آب مخلوط می شود و از سوراخ نازل خارج می شود. در واقع این نوع از جرم ها به سطحی که اعمال می شوند، می چسبند و موجب تشکیل یک آستر مناسب می شوند.
جرم های پلاستیک از مواد آماده ی مخلوط سازی تشکیل شده اند که به صورت دستی به کوره اعمال می شوند و موجب تشکیل یک آستر می شود.

طبقه بندی

اجزای اصلی مربوط به هر ماده ی دیرگداز ممکن است ترکیبات منفرد مانند آلومینا، سیلیس یا مولایت و یا یک ترکیبی از این مواد باشند. دمای ذوب آنها به صورت زیر است:
سیلیس (دی اکسید سیلیکون)- 1723 درجه ی سانتیگراد.
آلومینا (Al_2 O_3)- 2050 درجه ی سانتیگراد
مولایت (ترکیبی از آلومینا و سیلیس) – 1996 درجه ی سانتیگراد.
مقادیر نسبتاً کم از اکسیدهای سدیم و پتاسیم و سایر مواد معدنی مانند کلسیم اکسید، منیزیم اکسید، تیتانیم دی اکسید و اکسید آهن موجب افزایش تشکیل فاز مایع در دماهای پایین می شود. از این رو، وجود این اکسیدها در مواد دیرگداز باید محدود شود تا بدین صورت دمای ذوب افت نکند.

بیشتر بخوانید: مواد دیرگداز (1)

دیرگدازهایی که اجزای اصلی آنها آلومینا، سیلیس و یا ترکیبی از آنهاست، ممکن است در گروه زیر قرار گیرند:
دیرگدازهای خاک نسوز و یا گل آتشخوار
دیرگدازهای با میزان آلومینای بالا
دیرگدازهای سیلیسی
دیرگدازهای مولایتی
دیرگدازهای خاک نسوز و یا گل آتشخوار
خاک نسوز و یا گل آتشخوار در واقع آلومینیوم سیلیکات های هیدراته ای هستند که به صورت طبیعی بوجود آمده اند. این مواد به اندازه ی کافی خالص می باشند و از این رو، می توان آنها را به عنوان مواد اولیه در تولید دیرگدازها استفاده کرد. مینرال اصلی در خاک نسوز، کائولینیت می باشد. در حالی که سایر مینرال های رسی ممکن است وجود داشته باشند، فرمولاسیون کلی این ماده عبارتست از: Al_2 O_3.2SiO_2.2H_2 O. وقتی کائولینیت تا دماهای بالا حرارت داده می شود، دیرگدازی حاصل می شود که دیگر آب ندارد و از لحاظ تئوری حاوی 45.9 % آلومینا و 54.1 % سیلیس است.
گل آتشخوار پلاستیک و نیمه پلاستیک همانگونه که از نام آن فهمیده می شود، در زمان مخلوط سازی با آب، دارای میزان پلاستیسیته ی متفاوتی است. این مسئله فاکتور مهمی در تولید آجرهای خاک نسوز می باشد زیرا خاک نسوز پلاستیک با سهولت بیشتری در فرایند شکل دهی می شود و به صورت فاز اتصالی عمل می کند. این نوع از گل آتشخوار دارای میزان ناخالصی بیشتری می باشد.

دیرگدازهای سیلیسی

آجرهای سیلیسی از مواد اولیه ای تولید شده اند که در اصل حاوی کوارتز می باشند. در طی مراحل اولیه ی پخت، کوارتز آلفا ابتدا به کوارتز بتا تبدیل می شود که این انتقال در دمای 573 درجه ی سانتگیراد انجام می شود. نرخ آهسته ی حرارت دهی در این گستره از دما ضروری است تا بدین صورت از ترک خورد نمونه جلوگیری شود. در این استحاله، انبساط گرمایی 0.9 % مشاهده می شود. از آنجایی که دمای پخت از 1426 درجه ی سانتیگراد بالاتر است، ذراتی که در شرایط سرویس دهی قرار داده می شوند، حاوی مقادیری کریستوبالیت می باشند (خواص کریستوبالیت تحت تأثیر نوسان دمایی نیست و از این رو، دمایی ایجاد می شود که از 600 درجه ی سانتیگراد، پایین تر نیست). در این حالت، مقادیری کوارتز تبدیل نشده، هنوز هم وجود دارد.
دیرگدازهای با آلومینای با یا پر آلومینا
آجرهای پر آلومینا به عنوان مواد دیرگداز چند منظوره برای محیط های خشن، مورد استفاده قرار می گیرند. این مواد به طور گسترده ای در صنایع فولاد سازی مانند سقف کوره های الکتریکی، پایه ها و مانیفلدهای کوره ها، استفاده می شوند. همچنین کاربردهای دیگر این مواد استفاده از آنها در کاربردهای با استحکام بالا می باشد. صنعت آلومینیوم و شیشه نیز از دیرگدازهای پر آلومینا برای محافظت از مذاب، استفاده می کنند.
بیشتر دیرگدازهای پر آلومینا، بر طبق میزان آلومینا، طبقه بندی می شوند. این میزان از آلومینا می تواند در گستره ی 50 تا 99 % باشد. این دیرگدازها با مقادیر 50، 60، 70، 80 ، 85 و 90 % آلومینا تولید می شوند. دو طبقه بندی از دیرگدازهای پر آلومینا، بواسطه ی ریزساختاری که دارند، متمایز می باشند. این مواد در حقیقت فاز تک کریستالی هستند. در واقع این دو گروه عبارتند از:
دیرگدازهای مولایتی
دیرگدازهای کوراندومی
دیرگدازهای مولایتی
مولایت در حدود 72 % آلومینا به 28 % سیلیس دارد. روش های تولید نیز به گونه ای طراحی می شوند که موجب ماکزیمم شدن تشکیل ترکیب مولایت (3 آلومینا- 2 سیلیس) گردد. به هر حال، میزان کریستال های مولایتی که در یک دیرگداز تشکیل می شود، به میزان خلوص مواد اولیه ی مورد استفاده و فرایند تولید وابسته است، مخصوصاً شرایط پخت. بنابراین، تمام آجرهای پر آلومینا با حدود 70 % آلومینا ممکن است حاوی فاز مولایت باشند.
دیرگدازهای مولایتی دارای پایداری حجمی استثنایی و استحکام در دماهای بالا می باشند. این مواد برای تولید سقف کوره های الکتریکی، کوره بلند و بخش احتراق کوره بلند، واگن های فلزی داغ، و ساختارهای مورد استفاده در کوره های تانکی شیشه، مناسب می باشند.

دیرگدازهای کوراندومی

طبقه بندی از مواد دیرگداز با 99 % آلومینا، دیرگدازهای کوداندومی نامیده می شوند. این دیرگدازها از آلومینای فاز آلفا تک فاز و پلی کریستال تشکیل شده اند.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.