مواد خام اسپینلی(منیزیم آلومیناتی)(3)

مزایای اسپینل آماده نسبت به اسپینل درجا( )
چندین مثال وجود دارد که در آنها تشکیل اسپینل در محیط(درجا) انجام می شود. مثلا در برخی از دیرگدازهای ریختنی از این روش استفاده می شود که احتمالا به دلیل کاهش هزینه ها انجام می شود.به هر حال این روش دارای اشکالات فراوانی است. تشکیل اسپینل از آلومینا و منیزیا باعث می شود تا انبساط حجمی بزرگی پدید آید.از لحاظ تئوری این انبساط حجمی 13 درصد می باشد(محاسبات بر اساس دانسیته ی نسبی انجام شده است). این در حالی است که در عمل این انبساط در حدود 5 درصد می باشد که هنوز هم عدد بزرگی است و ریزساختار نمی تواند با آن سازگار شود و ساختار ترک بر می دارد.پودر نرم سیلیس مانند میکروسیلیس در اغلب موارد استفاده می شود تا عمل زینترینگ در حالت مایع تقویت گشته و اجازه داده شود تا مقداری از تغییر حجم بوسیله ی دفرمگی قطعه خنثی شود.به هر حال فاز شیشه ای باقی مانده اثر زیادی بر روی استحکام گرم دارد(همانگونه که در جدول 1 دیده می شود).
اثر افزایش اسپینل و استفاده از میکروسیلیس بر روی خواص ترمومکانیکی در شکل 1 و به صورت نموداری نشان داده شده است.
در جداره های پاتیل دیرگدازهای ریختنی تولید کننده ی اسپینل دارای مزایایی هستند. در واقع انبساط حجمی اتفاق افتاده در حین تشکیل اسپینل در این ریختنی ها در محیط باعث می شود تا لایه ی سطحی آن ها متراکم شود همچنین فاز شیشه ای تشکیل شده به دلیل افزودن میکروسیلیس به این دیرگدازها انعطاف پذیری مکانیکی جرم ریختنی را افزایش می دهد. این افزایش انعطاف پذیری می تواند از ترک خوردن آستر دیرگداز در طی حمل ونقل پاتیل جلوگیری کند.عموما به دلیل اینکه دیواره های پاتیل نسبت به ته آن کمتر در معرض ایروژن هستند، استحکام گرم پایین این ریختنی های در جا فاکتور تاثیرگذاری نمی باشد. به هر حال پر وخالی شدن پاتیل و جریان متلاتم می تواند باعث سریع تر شدن ایروژن در دیواره های جانبی شود. همچنین دیرگدازهای دارای اسپینل در جا که دارای درصد سیلیس بیشتری هستند، بیشتر متحمل ایروژن می شوند.
در اشکال قالب گیری شده، پدید آمدن اسپینل پس از قالب گیری ترجیح داده نمی شود زیرا افزودنی های منیزیایی موجود در آنها هیدراته می شوند. همچنین بسیاری از اشکال پیش قالب گیری شده در جاهایی استفاده می شوند که میزان ایروژن بالاست(مثلا در نقاط خروجی، نقاط ضربه خور و...). کاهش مقاومت به ایروژن در دیرگداز های حاوی اسپینل درجا باعث کاهش عمر دیرگداز شده و هزینه ی عملیات را بالا می برد.
کاربردها
افزودنی های اسپینلی به طور چشم گیری کارایی دیرگداز های آلومینایی را افزایش می دهند و کمک می کند تا هزینه ها کاهش یابد. به طور نمونه کاربردهای اسپینل در آسترکاری پاتیل های فولاد، لایی های ضربه گیر( impact pads)، مخروط های تخلیه( purging cones) و بلوک های دیوار، نازل ها، wearsو آب بندها، lances و دریچه های کناری است.سایر کاربردهای اسپینل در صنعت شیشه سازی است.به هر حال در این کاربرد ها ترکیبات اسپینلی استوکیومتری ترجیح داده می شوند.
برای بیان منفعت های مالی مواد خام مصنوعی با خلوص بالا و دیرگداز های اسپینلی محاسبات قیمتی برای کف یک پاتیل فولاد در زیر آورده شده است. در واقع این بخش از دیرگداز مونولیتیک تشکیل شده است و نمونه ای است که به یک کارخانه ی خاص مربوط نمی باشد و در اکثر کاررخانه ها با این مورد مواجه هستیم.ارقام بر اساس یک تخمین و مقایسه ی انجام شده بر روی قیمت های دیرگداز های ریختنی که به طور عموم در این بخش کاربرد دارند بدست آمده است.عمر مفید این آستر ها نیز بر اساس تجربه بیان شده است(6). اگر چه میزان قیمتدیرگدازهای تولیدی از مواد اولیه ی مصنوعی با خلوص بالا ، بالاتر است ولی عمر مفید این آستر ها از انواع دیگر بیشتر است و قیمت ویژه ی این دیرگداز هابه ازای هر تن فولاد تولیدی- همانگونه که در جدول 2 آورده شده است- کمتر است.البته در مدل بالا میزان هزینه ی نگهداری و تعمیرات لحاظ نشده است.و باید به این نکته نیز توجه داشت که هزینه ی نگهداری و تعمیرات دیرگداز های اسپینلی کمتر است.اگر چه قیمت دیرگداز های اسپینلی بالاتر است ولی به دلیل افزایش عملکرد این هزینه جبران می شود.
مواد جدید
از میانه ی دهه ی 1990 تاکنون کارهای فراوانی برروی اعمال ریختنی های دیرگداز بوسیله ی پمپ و... انجام شده است. این روش ها باعث می شود تا توانایی توایدگننده در اعمال مخلوط های مقاوم به نرخ برش بالا رود میزان بالایی از این مخلوط ها را میکروسیلیس تشکیل میدهد که علت آن کاهش تنش برشی می باشد. در واقع با افزودن میکروسیلیس تنش برشی کاهش یافته و می توان دیرگداز را بوسیله ی فشار پمپ و بدون پدید آمدن پدیده ی دیلاتانسی اعمال کرد.به دلیل وجود سیلیس و برخی دیگر از ترکیبات میزان استحکام گرم قطعات توایدی با این مواد کاهش می یابد. از این رو تلاش های فراوانی بر روی تولید و توسعه ی سیستم های ریختنی با خلوص بالا انجام شده است که خاصیت دیلاتانسی نداشته باشند، انجام شده است.آزمایشات بر روی مواد زمینه ای باخلوص بالا که به صورت پودر نرم هستند منجر به تولید و توسعه ی محصولات اسپینل-آلومینایی رآکتیو( )شده است.این محصولات جدید را می توان به عنوان جایگزین اجزای دیرگداز اسپینل-آلومینایی به به صورت پودر نرم تهیه می شوند استفاده کرد.و مزیت آنها در این است که این مواد تنش های برشی کمی بوجود آورده و می توان آنها را بدون مقاومت بالایی پمپ کرد.
نتیجه گیری
اسپینل های منیزیم آلومیناتی با کیفیت بالا عملکرد دیرگدارهارا در کاریردهای مختلف بالا می برند. اسپینل های غنی از منیزیا در ابتدا برای دیرگدازهای با پایه ی منیزیا استفاده می شده اند.و به طور فراوان در کوره های سیمان کاربرد داشته اند.به دلیل آنکه اسپینل های غنی از آلومینا و با خلوص بالا از دهه ی 1990 به بعد به صورت تجاری در دسترس بوده اند، افزودن این مواد به دیرگداز های آلومینایی مخصوصا دیرگداز های مونولیتیک افزایش یافته است. هر دو نوع این افزودنی ها باعث می شود تا مقاومت دیرگداز در برابر سرباره افزایش یافته و خواص ترمومکانیکی بهبود یابد. این مسئله هزینه ی تولید را کاهش می دهد. مقادیر کم افزودنی های اسپینلی مزیت های بیشتری از خود نشان می دهد. توسعه هایی که اخیرا انجام شده است باعث شده تا مواد ریختنی اسپینل-آلومینایی با دیلاتانسی پایین و قابل پمپ کردن تولید شود که در آنها از افزودنی های سیلیسی استفاده نشده است و از این رو خواص دیرگداز اسپینلی حفظ می گردد.
در گذشته ازتکنولوژی های جدید مانند پمپ کردن و... برای اعمال مواد آلومینایی با خلوص بالا استفاده می شده است.جدیدا محصولات اسپینل-آلومینایی رآکتیوی تولید شده است که آنها را نیز می توان با این روشها و بدون آنکه دیلاتنسی بوجود بیاید اعمال کرد.