شکل دهی دیرگدازها

ماشین های شکل دهی نمونه واری که برای تولید آجرهای شکل دار استفاده می شوند، به صورت زیر می باشد:
1. پرس دینامیک فشاری (مثلا پرس اصطکاکی): شکل 1 و تصویر 2 را ببینید. 2. پرس استاتیک فشاری (مثلا پرس هیدرولیک روغنی): شکل 3 و تصویر 4 را ببینید. 3. پرس ایزواستاتیک (پرس ایزواستاتیک سرد (CIP): شکل 5 و تصویر 6 را ببینید. از آنجایی که هر ماشین شکل دهی که در تصاویر مشاهده می شود، دارای مزیت ها و محدودیت هایی می باشد، یک نوع مناسب از ماشین ها بر اساس نوع محصول و حجم تولید، انتخاب می شود. نوع 1 و 2 که در واقع پرس های تک محوره ی مکانیکی هستند، از قالب استفاده می کنند. این قالب ها به طور گسترده ای در تولید آجرهای دیرگداز اولیه استفاده می شوند. ز آنجایی که یک تغییر اندک در دما یا رطوبت به طور قابل توجهی بر روی پلاستیسیته ی ترکیب اثرگذار است، تهویه ی هوا برای اطمینان حاصل کردن از یکنواختی محصول، مورد نیاز می باشد. بنابراین، تهویه ی هوا، موجب می شود تا دیرگدازهای شکل دهی شده، با حداقل میزان نوسان در کیفیت، تولید شود. نوع سوم که در حقیقت پرس چند محوره ی نامحدود می باشد، از قالب های رابری استفاده می کند. این قالب ها اجازه می دهند تا محصولات هموژنی تولید شوند. این مسئله حتی زمانی مشاهده می شود که نسبت طول به قطر بزرگ باشد. به طور خاص، این نوع از پرس ها (CIP) برای تولید دیرگدازهای شکل دار مورد استفاده در فولادسازی مانند تیوب های طولانی مورد استفاده در ریخته گری پیوسته، استفاده می شوند.
در سال های اخیر، گرافیت فلسی شکل، ذرات بسیار ریز و ... به صورت روزافزون به عنوان ماده ی اولیه برای تولید دیرگدازها، استفاده می شوند. وقتی یک ترکیب از این مواد با سایر مواد خام در یک پرس تک محوره تشکیل می شود، ایجاد حالت لایه ای افزایش می یابد. به منظور حل این مشکل، یک پرس تحت خلأ توسعه یافته است که امکان گازگیری از ترکیب در قالب را مقدور می سازد. در برخی موارد، پرس به گونه ای اصلاح می شود که اجازه ی استفاده از ادوات خلأ مقدور می شود. استفاده از پرس مجهز به خلأ منجر به امکان تولید آجرهایی با طول حداکثر یک متر را مقدور می سازد.
با توجه به افزایش اندازه ی محصول و افزایش دانسیته ی بالک، ماشین های شکل دهی بزرگتری مورد استفاده قرار می گیرد. به منظور کاهش در میزان کار ماهیچه ای مربوط به شکل دهی، ماشین های شکل دهی اتوماتیک گسترش یافته اند. با توجه به پیشرفت تکنولوژی هیدرولیک روغنی در سال های اخیر، پرس اصطکاکی معمولی با پرس هیدرولیک روغنی جایگزین شد. بنابراین، کنترل اتوماتیک دقیق ابعاد محصول و دانسیته ی بالک گسترش یافته است. این بهبودها موجب کاهش زمان سیکل قالب گیری و افزایش بهره وری شده است.
علاوه بر این، باید از تکنولوژی رباتیک تشکر کرد که در حقیقت موجب اتوماتیک شدن فرایند تولید شده است. اخیراً بررسی های در حال انجام بر روی ابعاد و دانسیته ی بالک محصولات بعد از تشکیل، به حالت اتوماتیک تبدیل شده است. امروزه، این غیر متداول نیست که کارخانه های تولید دیرگداز به صورت کاملا اتوماتیک تبدیل شوند.
همانگونه که قبلا گفته شد، یک مثال نمونه وار از کاربرد پرس ایزواستاتیک سرد (CIP) تولید تیوب هایی است که در ریخته گری پیوسته ی فولاد مورد استفاده قرار می گیرند. از آنجایی که این تیوب ها یک دیرگداز شکل دار مهم در تعیین کیفیت فولاد ریخته گری شده می باشد، باید دقت بالایی در زمینه ی تولید آن به عمل آید. یک مثال از این مورد، تهویه ی هوای مربوط به محیط فرایند شکل دهی می باشد. از آنجایی که یک تغییر اندک در دما یا رطوبت به طور قابل توجهی بر روی پلاستیسیته ی ترکیب اثرگذار است، تهویه ی هوا برای اطمینان حاصل کردن از یکنواختی محصول، مورد نیاز می باشد. بنابراین، تهویه ی هوا، موجب می شود تا دیرگدازهای شکل دهی شده، با حداقل میزان نوسان در کیفیت، تولید شود. به عنوان یک حقیقت باید گفت که تغییر از حالت ساده ی مربوط به تهویه ی هوا به سیستم های تهویه ی توسعه یافته منجر به بهبود انحراف استاندارد یک چنین اندیس های کیفیت مانند دانسیته ی بالک و تخلخل به میزان 20 % می شود.

بیشتر بخوانید: فرآیندهای شکل دهی سرامیک ها (1)

علاوه بر این، دیرگدازهای در مخلوط های بچ اولیه، کنترل می شوند. به هر حال، در ریخته گری تیوب های دیرگدازی که در ریخته گری پیوسته ی فولاد استفاده می شوند، ابعاد قطعات به دقت کنترل شوند. هر یک از تیوب ها که از کل فرایند عبور می کنند، دارای کارت شناسایی می باشند. اخیراً به منظور حذف و یا مینیمم کردن فرایندهای اضافی از نقطه نظر کاهش میزان مصرف انرژی و حفاظت از محیط زیست، تکنولوژی شکل دهی دقیق بر اساس استفاده از قالب های رابری بهینه، توسعه یافته است. در این زمینه، برخلاف سایر آجرهای کوره، تیوب های مورد استفاده در ریخته گری پیوسته ی فولاد، یه گونه ای بهینه سازی شده اند که موجب جریان یافتن مناسب فولاد می شوند. این کار بر اساس شبیه سازی انجام می شود.

پخت

کوره های پخت به کوره های پیوسته (مثلا کوره های تونلی : تصویر 7) و کوره های بچ یا غیر پیوسته (تصویر 8) تقسیم بندی می شوند. دمای پخت که در حقیقت با توجه به نوع آجر، تغییر می کند، در گستره ی 1000 تا 1800 درجه ی سانتیگراد، می باشد. از نقطه نظر کنترل کیفیت، این ضروری است که آجرها را با توجه به نمودار پخت مناسبی حرارت دهی و سرد کرد که برای هر نوع از آجر، تدوین شده است. حرارت دهی نامناسب و یا سرد کردن نامطلوب، ممکن است موجب بروز ترک در آجرها شود. این را باید گفت که این مناسب است که دمای داخل کوره یکنواخت باشد. در واقع به دلیل اندازه ی فیزیکی کوره، دمای داخل کوره تا حدی متغیر است. به طور خاص، تفاوت در دماهای میان بخش های بالایی و پایینی کوره و میان دیواره ها و مرکز کوره، مشکل آفرین است. تولیدکننده های دیرگدازها، بر روی یک تعداد از معیارها عمل کرده و بهبودهای قابل توجهی را برای به حداقل رساندن تفاوت دمایی، ایجاد می کنند.
بهبودهای انجام شده بر روی کوره های پخت از نقطه نظر تولید، به طور قابل توجهی بر روی سه مسئله تمرکز دارد: استفاده از سوخت های جدید، صرفه جویی در انرژی و اتوماتیک کردن عملیات های کوره. دغدغه ها در مورد سوخت مورد استفاده در کوره ها، موجب شده است تا زغال سنگ به طور قابل توجهی بوسیله ی نفت سنگین جایگزین شود تا بدین صورت کنترل دمایی بهتر بر روی کوره ایجاد شود. بعدها، نفت سنگین نیز بوسیله ی گاز طبیعی جایگزین شد تا بدین صورت میزان انتشار گاز دی اکسید کربن کاهش یابد. استفاده از گاز طبیعی همچنین این مسئله را مقدور می کند که دمای کوره به طور دقیق تر کنترل شود.
با توجه به صرفه جویی در انرژی، اکثراً از مشعل های با بازده بالاتر استفاده می کنند تا بتوانند به صورت مؤثر از حرارت استفاده کنند. این مسئله با وقوع بحران اقتصادی بیشتر مورد توجه قرار گرفت. به عنوان یک نتیجه، مصرف انرژی ویژه بر واحد وزن آجر، به صورت قابل توجهی کاهش یافت. در سال های اخیر، این مسئله بوجود آمده است که میزان مصرف انرژی ویژه دیگر کاهش نیافته است و تغییرات بیشتری در دمای پخت ایجاد شده است. تمام این موارد ضرورتاً موجب بهبود ارزش افزوده ی آجر و اجرای فرایندهای تولید با حجم پایین دیرگدازها در اندازه ها و تنوع های مختلف شده است.
با توجه به اتوماتیک شدن عملیات های کوره، پیشرفت های قابل توجهی در این زمینه انجام شده است. با بهبود قابلیت اطمینان ادوات کوره، این ممکن شده است که فرایند کشش و جلوبردن به صورت اتوماتیک انجام شود. علاوه بر این، کنترل دمای کوره که قبلا با کمک کارگران انجام می شد، حال به صورت اتوماتیک انجام می شود. امروزه کوره های پخت به صورت خودکار کار می کنند.
یک کار که هنوز به صورت اتوماتیک در نیامده است، بارگذاری آجرها بر روی ماشین های پخت است. در مورد آجرهای مورد استفاده برای کوره های سیمان که در حقیقت استانداردسازی شده و دارای شکل معین و اندازه ی خاص می باشند، بارگذاری اتوماتیک بر روی ماشین های پخت به صورت اتوماتیک و با استفاده از ربات انجام می شود. برای سایر انواع آجرها، که دارای شکل مختلف می باشند بارگذاری با دست انجام می شود.

پرداخت نهایی

پس از انجام فرایندهای زیر، یک فرایند ماشین کاری بر روی آجرها انجام می شود تا بدین صورت ابعاد دقیق و مناسب در آنها ایجاد شود. عموماً آجرها به صورت دستی و با ماشین های خاص، پرداخت می شوند. این مسئله به دلیل این موضوع انجام می شود که آجرهای مورد استفاده بوسیله ی مصرف کننده های مختلف، دارای ابعادی مختلفی و شکل های متفاوتی هستند. در حال حاضر، تولید کننده های مواد دیرگداز از خطوط تولید یو شکل، سیستم های تولید سلولی و ... کارگران متخصص استفاده می کنند تا بدین صورت بهره وری را افزایش دهند. تحت محیط های غالب که هدفشان تولید ابعاد و گریدهای مختلف است، خط تولید یو شکل و سیستم های سلولی بر اساس کار دستی انجام می شود. از این رو، این به نظر سخت می رسد که فرایند نهایی به طور کامل اتوماتیک شود.
خلاصه ای از بهبودهای انجام شده در زمینه ی کنترل کیفیت و بهره وری
چیزهایی که تاکنون گفته شد، به صورت زیر خلاصه می شوند:
• بهبود در کنترل کیفیت
o توزیع یکنواخت ذرات ریز و بسیار ریز به عنوان مواد اولیه
o جلوگیری از جدایش ترکیب مواد
o پایدارسازی پلاستیسیته ی ترکیب بوسیله ی تهویه ی هوای خوب
o جدایی از وابستگی نسبت به مهارت اپراتور و حرکت به سمت اتوماسیون
o بهبود در روش های تکنولوژی اطلاعات
• بهبود در بهره وری
o کاهش در زمان سیکل و زمان تولید
o کاهش در محصولات درجه ی دوم
o اتوماسیون و صرفه جویی در کارگران بوسیله ی استفاده ی بهینه از تکنولوژی اطلاعات
برخلاف فلزات، بیشتر دیرگدازها از ذرات تشکیل شده اند بدون آنکه به دمای ذوب برسند. این بدین معناست که وقتی ناخالصی هایی با ترکیب مخلوط می شوند، هیچ اقدام مؤثری برای کاهش ترک خوردن و یا عیوب داخلی، انجام نمی شود. بنابراین، این مهم است که کنترل کیفیت را بر روی هر یک از بخش های فرایند انجام دهیم. برای اتمام این کار، تولیدکننده های مواد دیرگداز بررسی هایی را در حین انجام فرایند انجام داده اند. این کار با استفاده از انواع مختلفی از سنسورها انجام شده است. با وجود این، هنوز هم بهبودهای قابل توجهی می تواند در این زمینه ایجاد شود. در مورد بهره وری، در حقیقت آنها به دنبال تولید پیوسته می باشند.

نتیجه گیری

صنعت دیرگداز تلاش های زیادی به منظور استفاده از ابداعات فنی در ایجاد تغییرات سریع در فرایندهای فولاد سازی انجام داده است و توانسته است تا ارزش افزوده ی محصولات سرامیکی، افزایش یابد. به عبارت دیگر، تولیدکننده های دیرگداز انواع مختلفی از فرایندهای تولید را توسعه داده اند و همچنین مواد جدیدی توسعه داده اند. ما اعتقاد داریم که در آینده، تحقیق و توسعه در صنعت دیرگداز منجر به استفاده از محصولات جدید بوسیله ی مشتری ها و ارائه ی بازخوردهای مشتری به تولیدکننده ها می شود.
با توجه به مشکلات محیطی مانند گرم شدن جهانی، صنعت دیرگداز این چالش های مهم را تشخیص داده اند. در این زمینه، ما فکر می کنیم که این صنعت باید نه تنها به فکر بازیافت دیرگدازهای ضایعاتی باشد، بلکه باید در فکر کاهش ضایعات صنعتی نیز باشد.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Recent technology of refractories production/ Tsuneo KAYAMA and et al.