تحقیق مقاله مواد دیر گداز و نسوز

مواد دیر گداز و نسوز

مواد دیر گداز به مواد معمولاً غیر فلزی گفته می شود که می توانند در درجه حرارتهای بالا پایدار باشند . بنابراین مواد نسوز باید قابلیت حفظ خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مورد نظر را در درجه حرارتهای بالا و شرایط محیط عمل داشته باشند .

قدرت پایداری در درجه حرارتهای زیاد اگر چه یک عامل تعیین کننده برای گروه بندی یک ماده به عنوان یک دیر گداز می باشد ولی با این حال انتظار می رود که ماده نسوز در مقابل نیروهای مخرب دیگری که احیاناً در شرایط عمل رو به رو می شوند نیز مقاوم باشد . عوامل مخرب عبارتند از سایش ، ضربه ، ضربه های حرارتی ، حمله شیمیایی و بار مکانیکی زیاد در درجه حرارت بالا . موارد استعمال گوناگون مواد نسوز و شدت وضعیت نسوز را برای ارضای آن شرایط روشن می گرداند تعداد محصولات نسوز که با توجه به ترکیبات متنوع و نامحدود موارد موارد دیر گداز مختلف به دست می آید آنقدر زیاد است که برای بحث در مورد این محصولات ، باید مواد نسوز را طبقه بندی نمود .

نسوزها را به چندین طریق می توان بندی کرد ولی مناسبترین آنها بر پایه ترکیبات کلی و در درجه دوم شرایط فیزیکی و خواص مشخصه آنها می باشد .

نمونه های اولیه آجر نسوز شامل موارد زیر است :

آجرهای آلومینو سیلیکاتی

آجرهای بازی

آجرهای سیلیسی

آجرهای عایق بندی

 نسوزهای مخصوص : C-Sic –Zro2  زیرکن – بریدها و نیتریدها

البته آجرها قبلاً شکل داده شده و معمولاً قبل از مصرف در درجه حرارت بالا حرارت داده می شوند ولی در بعضی موارد گرما ندیده و با پیوند های شیمیایی محکم می گردند مانند گروهی از آجرهای دو لومیتی و منیزیتی زفت اندود شده که اساس به هم پیوستگی آنها اتصالات شیمیایی است .

آجرها از نظر ابعاد و شکل خارجی نیز طبقه بندی می شوند و معمولاً به صورت اندازه های استاندارد و شکل های مخصوص به کار می روند که در قسمت شکلهای استاندارد آجرها مفصلاً به آنها خواهیم پرداخت .

از نگاهی دیگر می توان محصولاتی را که در دماهای بالا (بین 600 تا 2000درجه سانتیگراد ) در دستگاههای و کوره ها در صنایع مختلف به کار گرفته می شوند را به عنوان دیر گدازها توصیف کرد و می توان چهار گروه از موارد دیر گداز را به صورت زیر از یکدیگر متمایز کرد :

محصولات شکل دار (آجرها)

 محصولات بی شکل که مونولیتیک نیز نامیده می شوند (جرم های سازه ای و تعمیراتی و مواد اتصال دهنده )

 محصولات ویژه (المانهای سازه ای)

 محصولات عایق

از آنجایی که نقطه خمیری شدن مواد نسوز در بکارگیری آنها همیت به سزایی دارد نمونه آزمایشی ان را به صورت مخروطهای زیگر می سازند و ابتدا در آزمایشگاه نقطه خمیری شدن آن را بدست می آورند . مخروط زیگر یک مخروط سه گوش مثلث القاعده باریک و بلندی می باشد و روی قاعده اش در کوره آزمایش قرار داده می شود . مخروط بر حسب ترکیب خود در درجه حرارت معینی نرم و سرش به سمت قاعده خم می گردد . در موقع آزمایش با بهره گیری از نمودارهای استاندارد که درجه حرارت خمیری شدن آنها معلوم است ، درجه حرارت کوره را به تدریج بالا می برند و زمانی که نمونه آزمایشی نرم و خمیری گردید در مقایسه با مثلاً سه مخروط استاندارد دیگر که یکی وا رفته و دیگری خم گشته و سومی هنوز نرم نشده به درجه حرارت خمیری شدن ماده نسوز مورد آزمایش پی می برند .

مواد اصلی دیر گداز

مواد دیر گداز بر پایه شش اکسید اصلی Sio2,AL2O3 ,Mgo ,cao,cr2o3 ,zro2 و ترکیبات بین انها که اخیراً اغلب در ترکیب با کربن نیز هستند ، قرار دارند .(شکل 1)

علاوه بر کربن و کاربید سیلسیم مقدار کمی کاربید بور (B4C) و نیتریدها (si3N4) و (BN) نیز برای کاربردهای ویژه به مجموعه فوق اضافه می شود . این مواد و ترکیبات اصلی بواسطه این حقیقت که در  دماهای بالا ذوب می شوند ، اهمیت دارند . (جدول 1) به منظور درک رفتار پیچیده نرم شوندگی مواد چند فازی ساخته شده از مواد دیر گداز ، می توان به دیاگرام های فازی مراجعه کرد .

شناسایی بر اساس رفتار شیمیایی

شناخت رفتار واکنشی یا مواد شیمیایی مواد دیر گداز برای اطمینان از کاربرد صحیح این محصولای اهمیت زیادی دارد . بیشترین سازگاری این مواد با سرباره ها و ذرات معلق که جزیی از محصولات فرایند هستند مطرح است تاکمترین واکنش را داشته باشند و در نتیجه ، فرسایش حاصل از خوردگی کاهش می یابد . ا ز دیدگاه شیمیایی مواد دیر گداز با عنوان اسیدی ، قلیایی و یا تقریباً خنثی نامگذاری می شود .         

اجسامی که مواد دیر گداز مورد حمله قرار می دهند نیز اغلب بر اساس رفتار واکنش شیمیایی نام گذاری می شوند . در رابطه با سرباره ها نسبت مولی cao/cio2 پایین تر از یک ، به عنوان سرباره اسیدی و نسبت دو و بالاتر به عنوان سرباره قلیایی مطرح هستند . محدوده میانی برای هر دو نوع اکسیدهای قلیایی و اسیدی مقدار کمی خورنده است .

طبقه بندی مواد دیرگداز

طبقه بندی مواد دیرگداز بر اساس تک تک ویژگی های اصلی آنها که معمولاً دارای محدودیت هستند انجام می شود . مواد اولیه مصرفی ، همچنین روش های ساخت و کاربرد ، فاکتورهای دیگری هستند که معیارهای طبقه بندی مواد دیرگداز را تشکیل      می دهند .

خواص زیر به عنوان معیارهای دیگری برای تعیین ویژگی های مواد دیر گداز بکار      می روند :

- طبقه بندی گروهی بر طبق اجزای شیمیایی اصلی (یعنی AL2O3 یا Mgo)

نوع ماده  اولیه اصلی (طبیعی ،سنتز شده یا ماده مرکب ، بعنی پیش زینتر شده و نپخته ، کلیسینه شده ، زینتر شده یا ذوب شده )

 نوع اتصال (سرامیکی با پخت در دمای کمتر از 800 درجه سانتیگراد ، شیمیایی ، معدنی با واکنش در دمای بیشتر از 800 درجه سانتیگراد ، هیدرولیک ، ((گیرش در دمای اتاق )) و آلی و ذوب شده )

 نوع عملیات نهایی (عملیات حرارتی شده تا دمای 800 درجه سانتیگراد و غوطه ور شده)

 وضعیت هنگام تحویل (شکل دار ، بی شکل)

 تخلخل واقعی (مرتکم > 45% حجمی ، عایقی حرارتی <  حجمی )

 روش نصب (برای مواد بی شکل )

 مورد مصرف

کاربردهای مواد دیر گداز

محصولات دیر گداز برای کاربردهای زیر مورد استفاده قرار می گیرند :

جداره دستگاههایی که فرایند های حرارتی دارند (کوره های ذوب ، پخت و عملیات حرارتی ) و مخازن حمل مذاب

 ساخت قطعات طراحی شده (محصولات ویژه)

 بازیافت گرما (ژنراتورها و رکوپراتورها )

 عایق کاری گرمایی

صنعت آهن و فولاد بزرگترین مصرف کننده محصولات دیر گداز خصوصاً دیرگدازهای بی شکل (مونولیتیک) است . طول عمر ، قابل دسترس بودن و اقتصادی بودن هر پوشش دیرگدازی وابسته به :

کیفیت و انتخاب صحیح محصولات دیرگداز

 نصب صحیح (شیوه طراحی و نصب )

 شرایط کار کرد

این نیازها همکاری بین اپراتور دستگاه یا کوره ، سازنده مواد دیر گداز و شرکت های مهندسی سازنده دستگاهها یا کورهها را می طلبد . امروزه محصولات دیرگداز اغلب برای کاربدهای ویژه طراحی می شوند .

فرایند تولید مواد دیرگداز

به طور کلی روشهای ذیل در ارتباط با تولید محصولات دیرگداز بکار گرفته می شوند:

تولید محصولات به روش سرامیکهای درشت دانه و به اندازه دانه حدود 6میلیمتر و در موراد خاص حدود 25 میلیمتر (آجرها و مواد دیرگداز بی شکل )

 تولید محصولات به روش سرامیکهای ریزدانه با استفاده از مواد اولیه سرامیکی با اندازه دانه ریز حدود 1 میلیمتر (آجرها و قطعات فرمی)

 تولید مواد دیر گداز به روش ذوب (محصولات ریخته گری ذوبی )

 تولید محصولات متخلل ، مثلاً آجرهای دیر گداز عایق

 تولید مواد سرامیکی الیافی

تولید به روش سرامیکهای درشت دانه

به طور کلی این روش به مراحل ذیل تقسیم می گردد :

آماده سازی  Preparation

 شکل دادن shaping

 خشک کردن

 عملیات حرارتی تا دمای 800 درجه سانتیگراد

 عملیات نهایی

 بسته بندی و حمل و نقل

آماده سازی

آماده سازی شامل خردایش مواد اولیه از طریق خرد کردن یا آسیاب کردن همه مواد به اندازه مورد نظر به وسیله طبقه بندی و سرند کردن «الک کردن » و سپس ایجاد یک مخروط شکل پذیر بر اساس ماده اولیه خاص و اندازه ذرات مورد نیاز است که با اختلاط همگن توسط آب و یا یک چسب مناسب این مرحه کامی می شود . بنا به دلایل اقتصادی فقط 3 تا 4 فراکسیون دانه ها برای تهیه مخلوط استفاده می شود . (دانه درشت – دانه متوسط – دانه ریز کوچکتر از 11/. میلی متر ) برای دستیابی به ماکزیمم تراکم ذرات در حین فرایند شکل دادن مثلاً برای بتونهای دیر گداز منحنی های دانه بندی به صورت تئوریکی و عملی برای دانه های تا 1 میلی متر تهیه می شوند . این منحنی های اندازه دانه همچنین تا حدی تاثیر شکل دانه (مکعبی ،نوک تیز ،گرد) را رعایت می کنند . همچنین بهبود مقاومت در برابر شوک حرارتی می تواند با افزایش در صد دانه های درشت به جای دانه های متوسط با دانه بندی مواد اولیه بدون فراکسیون دانه های درشت به جای دانه های متوسط با دانه بندی مواد اولیه ای بدون فراکسیون دانه های متوسط ایجاد شود . خصوصیات مخلوط و در نتیجه محصول نهایی می تواند به طور خاصی بوسیله انتخخاب توزیع اندازه دانه تحت تاثیر قرار        می گیرد . برای این محصولات همچنین امکان ساخت آنها از انواع مواد اولیه به وسیله تغییر اندازه دانه های تک تک مواد اولیه وجود دارد .