دیرگدازها

ویژگیهای مهم دیرگدازها

1-دیرگدازی: مقاومت حرارتی مواد دیرگداز تابع ترکیب شیمیایی و ساختمان بلورین آن است. پایداری حرارتی دیرگدازهای آلومینیوم داربا درصد آلومین آن رابطه مستقیم دارد. به عنوان مثال خاک رس آتشخوار حاوی 18 تا 45 درصد اکسید آلومینیوم است و پایداری حرارتی آن 1600 تا 1750 درجه است. درصورتیکه پایداری حرارتی اکسید آلومینیوم تا 2050 درجه سانتی گراد می رسد.

2-مقاومت شیمیایی: این ویژگی مواد دیرگدازتابع ترکیب شیمیایی مواد اولیه ، تخلخل و ساختمان بلوری آنهاست. شرایط محیطی دیرگدازها که شامل تماس با مواد مذاب، گازها وبخار آب می گردد، موجب تسریع در واکنشهای شیمیایی می شود.
3-مقاومت در برابر شوکهای حرارتی: تغییرات سریع در دمای داخل کوره به شوک حرارتی معروف است. در مورد کوره های سیمان ، شوک پذیری آجر بدین صورت اندازه گیری می شود که آجر را در مدت 43 دقیقه به دمای 950 درجه می رسانند، سپس آنرا به طور ناگهانی در آب سرد یا در جریان هوای سرد قرار می دهند.

این کار تا آنجا ادامه می یابد که وزن آجر به نصف آن کاهش یابد. تعداد دفعات تکرار شده نشانگر ضربه پذیری آجر است.
4- مقاومت سایشی: در کوره های دوار ، مواد داخل کوره موجب ساییدگی مواد دیرگداز می گردد. در این حالت باید از موادی که مقاومت سایشی بالا دارند استفاده نمود.
5-عوامل دیگر: شامل تخلخل، هدایت گرما ، ساختمان بلوری و غیره.

طبقه بندی دیرگدازها

دیرگدازها را بر اساس شرایط شیمیایی محیط عمل، درجه دیرگدازی و یا ترکیب مواد اولیه طبقه بندی می کنند.

شرایط شیمیایی محیط عمل: بر این اساس دیرگدازها به سه گروه اسید ، خنثی و قلیایی تقسیم می شوند.

الف) دیرگدازهای اسیدی      دما(درجهسانتیگراد)                                         

1)آجر رسی آتشخوار              1750-1600

2)دیرگدازهای کائولی                   175

3)دیرگدازهای سیلیمانیتی            1816

4)دیرگدازها با آلومین بالا            1785

5)دیرگدازهایسیلیسی                  1700

ب)آجرهای فوق آلومینیوم:

1-50% Al2O3    2-60% Al2O3   3-70% Al2O3

4-80% Al2O3    5- 85% Al2O3   6-90%Al2O3

7-99% Al2O3

ج) دیرگدازهای قلیایی                 دما(درجه سانتیگراد)                                  

1)دیرگدازهای منیزیتی                     2200

2)دیرگدازهای دولومیتی                   2000

مواد اولیه دیرگدازها: دیرگدازها را به طور کلی با نام مواد اولیه همراه آنها می شناسند. بر این اساس دیرگدازها به انواع زیر تقسیم می شوند:

1- دیرگدازهای سیلیسی

2- دیرگدازهای منیزیتی

3-دیر گدازهای دولومیتی

4-دیرگدازهای گرافیتی

5-دیرگدازهای کرومیتی

6-دیرگدازهای بوکسیتی

7-دیرگدازهای سیلیمانیتی

8-دیرگدازها ی فورستریتی

9-خاک نسوز آتشخوار

10-دیرگدازهای کاربید سیلیس

11-دیرگدازهای آلومین

12-دیرگدازهای اکسید بریلیوم، اکسید سزیم، اکسید نیوبیوم، اکسید زیرکونیوم و اکسید تانتالیوم

دمای پایداری دیرگدازها: براین اساس دیر گدازها به سه گروه مهم تقسیم می شوند:

الف) دیرگدازهای حرارت پایین(1580 تا 1780 درجه) مانند آجر رسی آتشخوار و دیرگدازهای سیلیسی .

ب)دیرگدازهای حرارت متوسط(1780 تا 2000 درجه) مانند دیرگدازهای سیلیمانیتی، بوکسیتی، کائولینیتی و فورستریتی.

ج)دیرگدازهای حرارت بالا(بیش از 2000 درجه) همچون دیرگدازهای گرافیتی، کاربیدی، سیلیسی، آلومینی و منیزیتی.

دیرگدازهای آلومینیوم سیلیکاته

این دیرگدازها عمدتا از اکسید آلومینیوم و سیلیس تشکیل شده اند. میزان اکسید آلومینیوم از حداقل 25% (شاموت ضعیف) تا 100% (نسوزهای کروندومی) تغییر می کند.

تقسیم بندی نسوزهای آلومینو سیلیکاتی:

الف) آجرهای شاموت:

1- آجر ضعیف  2- آجر متوسط  3- آجر نیمه سیلیسی

4-آجر خوب  5- آجر ممتاز

ساختمان نسوز یک کوره کک سازی 

 ب)آجرهای فوق آلومینیوم:

1-50% Al2O3    2-60% Al2O3   3-70% Al2O3

4-80% Al2O3    5- 85% Al2O3   6-90%Al2O3

7-99% Al2O3

مواد اولیه

مواد اولیه دیرگدازهای آلومینیوم سیلیکاته عبارتند از :

1- خاکهای رس آتشخوار 2- بوکسیت 3- کانیهای سیلیمانیت، آندالوزیت و کیانیت.

پایداری حرارتی این دیرگدازها به درصد اکسید آلومینیوم مواد اولیه بستگی دارد.

کاربرد

آجرها و کاشیهای ساخته شده از خاک رس آتشخوار در محیط های اسیدی مورد استفاده قرار می گیرند. این دیرگدازها در کوره های ذوب آهن، کوره های حرارتی سرامیکی، کوره های تولید حرارت، دیگهای بخار، مخازن شیشه ای ، شومینه ها و همچنین در پیش گرم کننده ها مورد مصرف دارند.

بخش بزرگی از آ جرهای دیرگداز ساخته شده از خاک رس آتشخوار در کوره های بلند به مصرف میرسند.

استخراج سطحی خاکهای نسوز رسی

 دیرگدازهای با آلومین بالا دیرگدازهای با آلومین بالا خود به چند نوع تقسیم میشوند که عبارتند از دیرگدازهای سیلیمانیتی، مولیتی و بالاخره دیرگدازهای با آلومین بالا.

مواد اولیه: عبارتند از سیلیمانیت، آندالوزیت، کیانیت، بوکسیت وکروندوم.دمای ذوب این دیرگدازها به میزان اکسید آلومینیوم موجود در مواد اولیه بستگی دارد. هر اندازه درصد اکسید آلومینیوم اولیه بیشتر باشد، دمای خمیری شدن نیز به همان نسبت بیشتر خواهد بود.

 موارد مصرف

دیرگدازهای سیلیمانیتی و مولیتی در محیط های اسیدی و دیرگدازهای کروندومی در محیط های خنثی مورد استفاده قرار می گیرند. مقاومت حرارتی و سایشی این دیرگدازها از خاکهای رس آتشخوار بیشتر است و از آنها در حرارتهای بالاتر استفاده می شود.

مصارف مهم این دیرگدازها در کوره های دوار آهن و سیمان، آجر و آستربندی کوره های بلند، کوره های الکتریکی ذوب فولاد و کوره های ذوب آلومینیوم است.

کوره کلاهکی برای پخت آجرهای آلومینیومی در حرارت بالا

دیرگدازهای سیلیسی

دیرگدازهای سیلیسی حاوی بیش از 90% سیلیس هستند. بر اساس طبقه بندی استاندارد، دیرگدازهای سیلیسی حاوی : آلومین به میزان کمتر از 1.5%، اکسید تیتانیوم به مقدار کمتر از 0.2 % ، اکسید آهن (هماتیت) تا کمتر از 2.5% و اکسید کلسیم به مقدار کمتر از 4% هستند.

مواد اولیه: شامل رگه های کوارتز ، کوارتزیت و ماسه سنگ سیلیسی می شود.

کاربرد

دیرگدازهای سیلیسی به دلیل تغییرات پلی مورفی که موجب ایجاد تغییراتی در حجم می گردد مصارف محدود دارند. مقاومت سایشی دیرگدازهای سیلیسی در سطح بالاست و به همین علت است که در محیط های اسیدی به کار می روند. پیش از این از آجرهای سیلیسی دربخش سقفی کوره های روباز و الکتریکی استفاده می شده است. اکنون به سبب ایجاد تغییرات عمده در فن آوری تهیه فولاد و کوره های الکتریکی ، میزان مصرف آجرهای سیلیسی کمتر شده است.

دیرگدازهای منیزیتی

مواد اولیه: منیزیت مهمترین ماده اولیه برای ساخت دیرگدازهای منیزیتی است.

موارد مصرف: این دیرگدازها در محیط های قلیایی استفاده می شوند. بیشترین مصرف آنها  در صنعت فولادسازی، کوره های الکتریکی کوره های روباز است. مصارف دیگر آنها در کوره های سیمان و ذوب مس و نیکل است.

دیرگدازهای دولومیتی

دیرگدازهای دولومیتی از سنگ دولومیت که به نسبت ، ارزان است ساخته می شوند.

مواد اصلی تشکیل دهنده این دیرگدازها اکسیدهای منیزیوم و کلسیم است. این دیرگدازها دمای 1700 درجه سانتی گراد و فشار ایستابی بالا را تحمل می نمایند و مقاومت در برابر شوکهای حرارتی آنها کم است.

دیرگداز کرومیتی

بیشترین بخش آجرهای کرومیتی را کرومیت تشکیل می دهد. ترکیب شیمیایی کرومیت در نسوزها عبارت است از :

Cr2O3= 40% تا 30% و  Al2O3=25% تا 32%

بالا بودن میزان ناخالصی موجب پوک شدن آجر خواهد گردید که برای پیشگیری از پوکی مقدار کمی پریکلاز به پودر دانه بندی شده می افزایند.

پیش از این در کوره های فولاد و ذوب مس از آجرهای کرومیتی استفاده می شده است.

دیرگدازهای گرافیتی

این دیرگدازها از گرافیت و مقدار کمی خاک رس چسبنده تهیه می شوند. کاربرد این دیرگدازها در دهانه، دیواره و قسمت شکمی کوره های بلند است. مصارف دیگر آن در ساخت بوته های ریخته گری و پاتیل است.

دیرگدازهای کاربید سیلیسیوم

این دیرگدازها از کاربید سیلیسیوم ساخته می شوند. مخلوط ماسه ، سیلیس، کک، نمک و خاک اره در کوره الکتریکی تا دمای 2700 درجه حرارت داده می شود. نمک موجب تبخیر مواد زاید کک و ماسه سیلیسی می گردد. خاک اره باعث ایجاد تخلخل می شود و اکسید کربن تولید شده از طریق خلل و فرج آن بیرون می رود.

 ویژگی های مهم آجرهای کاربید سیلیسیوم

این ویژگیها عبارتند از : بالا بودن مقاومت حرارتی و سایشی، مقاومت خوب در برابر شوکهای حرارتی ، مقاوم بودن در برابر خاکستر و سرباره های اسید و خنثی و بالاخره بالا بودن ضریب انتقال حرارتی.

مصارف مهم کاربید سیلیسیوم به عنوان دیرگدازها شامل: بوته های ذوب فلزات ،کوره های حرارت مستقیم، دیگهای بخار و قطعات با مقاومت الکتریکی بالا می گردد.

دیرگدازهای زیرکونیا وزیرکون

دیرگدازهای زیرکونیا از اکسید زیرکونیوم ساخته می شوند. خصوصیات مهم آن عبارتند از : دارا بودن مقاومت بالای حرارتی و سایشی و مقاومت در برابر شوکهای حرارتی یا سرباره های قلیایی. اما به سبب بالا بودن قیمت آن از این دیرگداز به طور محدودی استفاده می شود.

اکسید زیرکونیا خاصیت انبساط حرارتی غیرمعمولی دارد و از این رو برای کنترل این پدیده مقدار کمی از اکسیدهای منیزیوم یا کلسیم به پودر زیرکونیا می افزایند.

از موارد مصرف این دیرگداز که مهم هم می باشد، کاربرد آن در ساخت بوته های ذوب عناصر کمیاب، لعاب و شیشه سازی را می توان نام برد.

دیرگداز زیرکونی از کانی زیرکون ساخته می شودو مصرف این دیرگداز بیشتر در مخازن شیشه ای است.

دیرگدازهای فورستریتی

این دیرگدازها عمدتا از فورستریت ساخته می شوند، مقاومت حرارتی آنها زیاد بوده ، تغییرات حجم در کمترین میزان است و در مقابل سرباره های قلیایی مقاوم هستند.

مصرف عمده آنها در سقف کوره های فلزی و مخازن شیشه ای است.

کاربرد مواد نسوز یا دیرگدازها

محیط و شرایط استفاده از دیرگدازها به عوامل متعددی بستگی دارد از جمله: درجه حرارت محیط، ترکیب شیمیایی مواد مذاب، میزان تغییرات دما ، ترکیب شیمیایی گازهای ایجاد شده و قیمت آجر یا مواد دیرگداز.

کوره های ذوب آهن

مواد نسوزمورد مصرف در کوره های ذوب آهن و فولاد از بهترین نوع خاک نسوز با کنترل کیفی دقیق انتخاب می شود.با توجه به تغییر و تنوع شرایط بهره برداری و سرویس در قسمتهای مختلف کوره های ذوب آهن ، لایه کاری نسوز در این کوره ها باید واجد شرایط خاص باشد.

آجرهای به کاررفته در بخش بالائی کوره ضمن اینکه نیازی به مقاومت در درجه حرارتهای خیلی بالا ندارد باید دارای ویژگیهای خاصی باشد که در طول روشن شدن کوره مقاومت در برابر حرارت، سایش ، ضربه و شوکهای حرارتی را داشته باشد.

مقاومت در برابر سایش از جمله خواصی است که باید آجرهای بخش بالائی دیواره دارا باشند. حرارت بحرانی در این منطقه بین 700 الی 1200 درجه فارنهایت می باشد. در نتیجه آجرهای خاص از نوع مقاوم در برابر تجزیه گازکربنیک باید مورد استفاده قرار گیرد.

درجه حرارت در قلب کوره بالاترین مقدار را داشته و خورندگی سرباره عامل بسیار مهمی در این قسمت است. مواد نسوز به کار رفته در این قسمت باید در برابر خوردگی مقاوم و همچنین دارای خواص دیرگدازی بالا باشند.

دیگهای بخار

عملکرد مواد نسوز در دیگهای بخار متفاوت بوده و به طور کلی شامل موارد زیر می باشد:

1- محدود ساختن حرارت تشعشع

2- نگهداری محفظه احتراق در درجه حرارت مطلوب

3- ایجاد اغتشاش ، ایجاد مسیر عبور گازهای گرم

4- پیشگیری از نشت گرما به بیرون

در دیگهای بخار ، مواد نسوز عموما جهت لایه کاری محفظه های احتراق ، دیوارهای معلق و طاق گنبدی ، پانلها و لایه کاری دیواره ها و کف دودکشها مورد استفاده دارند.

صنایع شیشه سازی

رشد سریع صنعت شیشه سازی و مصرف رو به افزایش شیشه در جهان امروز، نیاز به توسعه صنایع شیشه سازی را افزایش می دهد.

انتخاب صحیح مواد نسوز برای کوره های ذوب شیشه عامل بسیار مهمی در طول عمر کوره ها محسوب می شود که به شرح زیر است:

تاج کوره :به طور استاندارد برای ساخت تاج کوره از آجر سیلیسی استفاده می شود.امروزه آجرهای سیلیسی پرس شده برقی استفاده فراوانی در ساخت تاج کوره های ذوب شیشه دارند.در اینجا دقت در اندازه ابعاد اجرها و صافی سطح آجر اهمیت فراوانی دارد. ملاط مورد استفاده برای این آجرها ، ملاط نوع سیلیسی بالا می باشد.

دیواره ها ودریچه ها: در درجه حرارتهای متعادل و متوسط، آجرهای خاک نسوزو سیلیسی مصرف عمده دارند، درحالیکه در درجه حرارتهای بالاتر برای کوره های مدرن، مواد نسوز عالیتر از جمله آجرهای 90% آلومینا استفاده می شود.دیوارهای پائین وکف: در این قسمتها که بحرانی ترین قسمت کوره های شیشه ساز است، مواد نسوز گداخته شده سیلیکا، آلومینا، زیرکونیا استفاده می شود.

کوره های القائی

به طور عموم سه نوع کوره القائی وجود دارد:

1-کوره های بدون هسته با فرکانس بالا

2- کوره های با هسته با فرکانس پائین

3- کوره های بدون هسته با فرکانس پائین

در لایه کاری این کوره ها از آجرهای کرومیتی، منیزیتی و مواد نسوز یکپارچه با درصد آلومینیوم بالا استفاده می شود.

بوته های انتقال مواد مذاب

در صنایع ذوب آهن عموما آهن مذاب از کوره بلند توسط واگنهای حمل مذاب به نقاط دیگر منتقل می گردد. نوع کوچک آنها به صورت استوانه ای افقی است که دریچه ای در بالا دارد. ریختن مواد مذاب از این دریچه صورت می گیرد.

آجرهای نسوز جهت لایه کاری بوته ها عمدتا از نوع خاک نسوزبا ضخامت 13.5 الی 9 اینچ می باشد و معمولا از آجرهای سنگین استفاده میشود.

صنایع سرب

گداختن و تصفیه سرب شامل عملیات پیچیده ای است و مواد نسوز منتخب برای این کار باید بر اساس شرایط و موارد خاص انتخاب گردد. در کوره های بلند به طور کلی از آجرهای متوسط و عالی نسوز جهت لایه کاری بهره می گیرند.

کوره های آهک پزی

عمر مواد نسوز، عمدتا بسته به نوع سوخت، اندازه سنگها، تمیز بودن و سختی آنها، میزان هوای گرم و درجه حرارت سرویس می باشد.

بخش بالائی کوره که تحت شرایط سایش و ضربه قرار دارد عمدتا به مواد نسوز مقاوم در این شرایط نیاز دارد و باید از آجرهای Fireclay  که سخت و محکم و مقاوم در برابر سایش باشند استفاده شود. در کوره هائی که با تهویه طبیعی کار می کنند، آجرهای منطقه گرمتر نیاز به مقاومت در برابر درجه حرارت دارند.

نکته مهم در لایه کاری کوره ها استفاده از قلاب و آجرهای کلیدی است، که به صورت محکم و یکنواخت آجرها را نگهداری می کنند.

صنایع سیمان

تولید سیمان در دو فرایند خشک و تر صورت می گیرد. کوره های سیمان سازیها عموما مجهز به زنجیر ، جهت راهنمائی و هدایت دوغ آب هستند. در این کوره ها عمدتا از آجرهای نسوزFireclay وپاره ای از موارد، از مواد نسوز یکپارچه جهت لایه کاری استفاده می شود.

نگاهی به درون یک کوره دوار سیمان

منابع دیگر استفاده از مواد نسوز

سایر صنایع که در رابطه با مواد نسوز هستند عبارتند از:

تولید اسیدها

سمباده های ساختگی

کاربیدهای کلسیم

صنایع مینا کاری و لعاب

صنایع نفت و پالایش

صنایع فسفر

کوره های حمام نمک

صنایع دیرگداز در ایران

صنایعی که در ایران از مواد دیرگداز استفاده می کنند عبارتند از: ذوب آهن، فولاد،ذوب مس، شیشه سازی، انواع سرامیک، سیمان، آهک، ذوب فلزات، صنایع پتروشیمی و پالایش نفت.

ظرفیت تولید و نوع محصول دیرگداز کارخانه نسوز ایران

نام کارخانه                                         نوع دیرگداز

1-ذوب آهن اصفهان                      شاموتی – آجر دولومیتی– ویژه

2-فرآورده های نسوز ایران             آجرهای شاموتی، منیزیتی،

(اصفهان-مبارکه)                          آلومینیومی نوع ذخیره

3-نسوز مشهد                                آجر شاموتی

4-نسوز امین آباد (شهر ری)             آجر شاموتی و فرم دار

5-نسوز کمال آباد (تهران – جاده کرج)          شاموتی ، ملات و سیمان نسوز