جرم نسوز
جرم نسوز شامل خاک‌های سیلیسی، خاک‌های اسپینل، جرم روکش تاندیش، جرمهای آلومینایی و … هستند و برای نسوزکاری کوره‌های القایی، پاتیل‌ها، تاندیش‌ها، ساخت بلوک‌های کوره، تعمیرات تاندیش، پاتیل و کوره مورد استفاده قرار می‌گیرند. اکثریت جرمهای ریختنی بر پایه سیمان‌های آلومینات کلسیم (CAC) هستند. هیدراتاسیون سیمان سـریع بوده در هنگـام مخلـوط کـردن جـرم ریختنـی بـا آب شـروع شـده و هیـدرات‌هـای مختلـف آلومینـات کلسـیم بـا دمـا تشکیل می‌شوند که به نسبت آب و ناخالصی‌هـا بسـتگی دارد. رطوبت نسبی و مقـدار SiO2/CaO فـاکتور بسـیار مهمـی در انـدازه گیـری مقدار ویسکوزیته فاز مایع بوده که بر خـواص اسـتحکام گـرم و مقاومـت خمشـی نسـوز تـأثیر زیـادی خواهـد داشت.
مزایا و مشخصات جرم نسوز
دارای مشخصاتی چون استحکام فشاری و خمشی بالا، خواص ترمومکانیکی مناسب، مقاومت به شوک حرارتی مناسب، مقاومت به خوردگی و سایش مناسب و خواص رئولوژیکی و قابلیت نصب مناسب می‌باشند.
کاربرد جرم نسوز
در کوره های صنعتی و صنایعی مرتبط با فلزات آهنی و غیرآهنی، شیمیایی و پتروشیمی،شیشه و سرامیک، آلومینیم، مواد معدنی و سیمان مورد استفاده قرار می‌گیرند.
انواع جرم نسوز
جرم نسوز اسپینلی
این جرم نسوز به دلیل وجود فاز‌های اسپینلی دارای دیرگدازی بالا بوده و به علت پایین بودن ضریب انبساط حرارتی اسپینل، مقاومت به شوک حرارتی آن از سایر دیرگدازها مطلوب‌تر و از نظر میل ترکیبی و خاصیت شیمیایی خنثی است. به دلیل مقاومت در برابر سرباره‌های اسیدی و قلیایی برای تولید انواع فولادها و چدن‌های آلیاژی، فولادهای ساده کربنی، فولادهایی با نقطه ذوب بالا، فولادهای نسوز و ضد سایش توصیه می‌شود.
جرم نسوز آلومینایی (Alumina Refractory)
پایه اصلی این جرم‌ها آلومینا (Al2O3) است. آلومینای مصرفی در جداره کوره القایی باید حداقل از ۸۰ درصد اکسید آلومینیم برخوردار باشد که از مقاومت حرارتی بالاتری نسبت به خاک سیلیسی برخوردار است، ولی قیمت بالاتری نیز نسبت به آن دارد. این دیرگداز از نظر میل ترکیبی و خواص شیمیایی خاصیت خنثی دارد و در مقابل سرباره‌های اسیدی و بازی مقاوم است به همین دلیل برای ذوب چدن و فولاد مورد استفاده قرار می‌گیرد.
جرمهای آلومینایی با استفاده از مواد مرغوب وارداتی و تکنولوژی روز دنیا، علاوه بر کیفیت فوق العاده دارای قیمت مناسب و رقابتی هستند.
جرمهای پیشرفته
جرمهای پیشرفته از خواص بسیار قابل توجهی نسبت به اجرام معمولی برخوردارند از جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.
- قابلیت طراحی خاص برای هر مشتری و هر تجهیز طبق درخواست مشتریان
- نصب راحت و سریع به خصوص در جرمهای گانینگ (پاشیدنی) و جرمهای Self Flow یا خود روان (بدون نیاز به ویبره)
- مقاومت‌های منحصر بفرد در مقابل سایش؛ تابش، خزش، نفوذ مواد خورنده و دیر گدازی از جمله جرمهای Sic، کرومیتی و . . .
- انعطاف در دانسیته و تولید جرمهای عایق پیشرفته از جمله جرمهای Low Iron (کم آهن) و جرمهای سبک شاموتی، پرلیتی و بابل آلومینایی
جرم نسوز آلومینایی کم سیمان
استفاده از جرم های نسوز آلومینایی به علت نصب آسان و خواص دیرگدازی بالای آن در اغلب صنایع گسترش یافته است. از پارامترهای مطرح در تهیه این نوع نسوز، ترکیب نسوز، آب و سیمان بکار رفته در آن است. جرم کم سیمان آلومینایی از بوکسیت ایرانی و آلومینای خالص با مقادیر مختلفی از ترکیب پایه نسوز، افزودنی و نیز سیمان تهیه می‌شود و مقادیر بهینه پارامترهای فرایندی تولید با استفاده از ریز ساختار، خواص مکانیکی و دانسیته نهایی نمونه‌ها بدست می‌آید. نتایج میکروسکوپ الکترونی روبشی، تست مقاومت به شوک حرارتی و استحکام سنجی در دمای اتاق نشان داده که نمونه‌های دارای مقادیر مشابهی از میکروسیلیس به لحاظ کیفیت ساخت و خواص مکانیکی دارای خواص بهتری نسبت به نمونه‌های دارای آلومینای تبولار بوده و این می‌تواند به دلیل کمک فاز سیلیسی در زینترینگ دما پایین جرم بدون کاهش استحکام سیمانی حین فرایند گرمایش باشد.
جرم نسوز اسیدی سیلیسی بر پایه اکسید بور
کوره‌های القایی بدون هسته که امروزه در صنعت چدن ریزی استفاده می‌شوند، تا ظرفیت‌های ۶۵ تن دارای جداره‌های نسوز به ضخامت ۸ سانتیمتر تا ۲۰ سانتیمتر هستند. معمولی‌ترین جداره نسوز برای این کوره‌ها، خاک نسوز خشک اسیدی از جنس کوراتزیت دانه بندی شده است. این نسوزها از دانه‌های گوشه دار با دانه بندی صفر تا چهار میلیمتر برای کوره‌های تا ظرفیت ۱۵ تن چدن، و صفر تا هفت میلیمتر برای کوره‌های بالاتر از ۱۵ تن هستند. خلوص سیلیس این نسوزها بالاتر از ۵/۹۸ درصد و دانه‌های (پودر) کمتر از ۰/۰۷ میلیمتر ( زیر الک ۲۰۰ مش) حدود ۱۸ تا ۲۸ درصد است. مشهورترین عامل زینتر کننده دیرگداز فوق اکسید بور بوده که می‌توان از اسید بوریک هم به عنوان یک منبع وجود اکسید بور استفاده کرد. جداره این کوره‌ها عموماً به وسیله‌ی شابلون یک بار مصرف کوبیده می‌شود که عمل کوبیدن را می‌توان به وسیله کوبه دستی، کوبه‌ی بادی یا ویبراتور انجام داد که هر مورد روش خاص خود را دارد. در این روش چون شابلون هنگام کوبیدن و زینتر شدن خاک نسوز، جداره را پوشانده است، امکان نظارت و کنترل چشمی جداره وجود ندارد. در صورتی که اگر روش شابلون دائمی استفاده شود، این امکان فراهم می‌شود که جداره کوره را تا موقعی که کوره با فلز مذاب پر می‌شود مشاهده کنند.
جرم نسوز سیلیسی
این جرمهای عموماً مقاومت مطلوبی در برابر سرباره‌های حاوی اکسیدهای آهن، سیلیسیم، آلومینیم و کروم داشته و از دیگر ویژگی‌های بارز آن، هدایت حرارتی پائین این جرم‌ها است. از این رو جرمهای نسوز سیلیسی جهت کوره‌های القائی با ظرفیت‌های متفاوت و برای تولید چدن و فولادهای ساده کربنی مناسب بوده و با توجه به نوع مذاب و درجه حرارت کاربردی به چهار گروه تقسیم بندی می‌شوند. جرمهای سیلیسی با توجه به درجه خلوص Sio2 مصرفی، سختی یکنواخت، مقاومت به خوردگی بالا و سرعت کم کرسیتالیزاسیون مورد توجه است.
جرم نسوز سنگین
جرم نسوز سنگین در مقایسه با جرم عایق سبك، دارای دانسیته بالاتر و درصد بیشتری از آلومینا است. انواع جرمهای نسوز سنگین ریختنی و پاشیدنی خود را (سری SD-DC) را جهت استفاده برای کاربردهای دمای بالا تولید می‌کنند. این محصولات دارای سیستم گیرش هیدرولیک بوده و شامل انواع جرمهای با سیمان معمولی، جرمهای کم سیمان و جرمهای فوق کم سیمان هستند. انواع مختلفی از این محصولات بر پایه ترکیبات آلومینایی و آلومینوسیلیکاتی نیز تولید و عرضه شدهاند.
برخی از این جرمهای ریختنی جهت نصب به روش پاششی با چسبندگی بالا و کمترین میزان جدایش طراحی و عرضه شدهاند.
جرمهای ریختنی نسوز با سیمان نسوز فوندو
جرم ریختنی نسوز
مخلوطی از دانه‌های نسوز و یک سیمان هیدرولیک نسوز را گویند. این مخلوط، هنگام به کارگیری، با آب آمیخته شده و در محل ریخته کوبیده یا پاشیده می شود. جرم های ریختنی بطور کلی دو نوع اند.
- سنگین : جرمهای ریختنی سنگین یک ساختار یکپارچه فشرده بوجود می‌آورند که دارای استحکام است و ضربه وسایش و بار را در دماهای بالا تحمل می‌کند.
- سبک : جرمهای ریختنی سبک یک ساختار متخلخل و در نتیجه عایق می‌سازند.
جرمهای ریختنی نسوز متنوعی با انواع دانه‌های نسوز برای کاربردهای مختلف ساخته می‌شود. آنچه که در اینجا مورد نظر است دانه‌های نسوزی است که با سیمان نسوز فوندو یک جرم ریختنی را تشکیل می‌دهند. متداولترین این دانه‌های نسوز، خاک نسوز پخته شده یا شاموت است. جرم ریختنی ساخته شده با شاموت و سیمان نسوز فوندو تا حداکثر ۱۳۰۰ درجه سانتی گراد کاربرد دارد. در صورتی که علاوه بر شاموت در جرم ریختنی دانه‌های سبک مثل پرلیت، ورمیکولیت، دیاتومیت پخته شده، پوزولان، سرباره و از این قبیل هم استفاده شود این جرم ریختنی سبک خواهد شد و در محل کاربرد بصورت عایق عمل خواهد کرد.
جرم نسوز منولیتیکی
نسوزهای منیزیت کرومیت در صنایع مختلفی مانند فولاد، مس، سیمان و … استفاده می‌شوند که ضایعات این نسوزها به دلیل دارا بودن یون کروم شش ظرفیتی سمی و آلوده کننده محیط زیست هستند. بنابراین بازیابی این نسوزها حائز اهمیت است. از باطله‌های نسوز منیزیت کرومیتی کنورتر صنعت مس دو نوع جرم در سیستم معمولی با درصد سیمان ۲۵ و ۱۸ (CC1,CC2) و دو بتن دفلو کوله با درصد سیمان ۱۰ و ۵ (LCC,MCC) تهیه می‌شود و خواصی چون دانسیته، تخلخل، استحکام، همچنین مطالعات ریزساختاری و مطالعه رفتار این بتنها در مواجه با مس مذاب مورد بررسی قرار می‌گیرد. بررسی خواص بتن‌های ساخته شده از اگریگیت باطله منیزیت کرومیت و مقایسه آنها با بتن‌های شاموتی مصرفی در قاشقک‌های صنعت مس حاکی از این امر است.
طی دهه‌های اخیر، توجه ویژه‌ای به دیرگدازهای مونولیتیک به دلیل عدم نیاز به هرگونه عملیات برای شکل دادن و عملیات پیش از پخت معطوف شده است و همچنین تمایل به استفاده از فاز اسپینل آلومینا – منیزیا (MgAl2O4) به دلیل خواص مطلوبی همچون بهبود خواص مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی سرباره افزایش یافته است. با توجه به تأثیر بسیار زیاد مواد ریز و خیلی ریزدانه بر خواص دیرگدازهای ریختنی و از طرفی با گسترش فناوری نانو در زمینه‌های مختلف مهندسی مواد، اخیراً تحقیقات گسترده‌ای در مورد استفاده از ذرات نانو برای دیرگدازهای ریختنی آغاز شده است. در ساخت و نسل جدیدی از جرمهای نسوز مونولیتیکی بدون سیمان، فاز اسپینل در ابعاد نانو در زمینه نسوز و از طریق واکنش درجا بین مواد اولیه ایجاد می‌شود. تشکیل نانو اسپینل درجا تأثیر چشمگیری در کنترل انبساط ناشی از این فرایند دارد.
نسوزهای منیزیت ـ کرومیتی
در نسوزهای منیزیت ـ کرومیتی، حضور کروم در کنار منیزیا باعث افزایش انعطاف‌پذیری آجر شده و بنابراین مصونیت آن را در مقابل تنش‌های وارده و نیز شوک حرارتی، بیشتر می‌کند. ولی اتصال سیلیکاتی به هر حال محدودیت‌هائی را برای آجر نسوز، از نظر ترمومکانیکی و شیمیائی، ایجاد می‌کند. آجرهای منیزیت ـ کرومیتی به سه دسته تقسیم می‌شوند.
- آجر منیزیت ـ کرومیتی اتصال مستقیم (Direct Bond)
- آجر منیزیت ـ کرومیتی اتصال سیلیکاتی (Silica Bond)
- آجر منیزیت ـ کرومیتی اتصال اسپینلی
آجرهای فوق از لحاظ ترکیب شیمیائی با هم یکسان بوده و فقط تحت شرایط غیر یکسان پخت به هر کدام از گروه‌ها تبدیل می‌شوند. مثلاً اگر فرآیند تولید آجر نسوز طولانی باشد و افزایش دما به‌صورت جزئی صورت بگیرد تا کروم به اندازه کافی نرم شده و بیشتر اثر کند، در اثر پخت آجر منیزیت ـ کرومیت اتصال مستقیم تولید خواهد شد. ولی اگر افزایش دما در فرآیند پخت آجر نسوز سریعاً صورت گیرد، فاز سیلیکات موجود در ترکیبات به آرامی، دانه‌های MgO در خود شناور کرده و آجر با انعطاف‌پذیری بسیار خوب اتصال سیلیکاتی به وجود می‌آید. آجرهای اتصال سیلیکاتی بر عکس آجرهای اتصال مستقیم که ترد و شکننده هستند، دارای قدرت انعطاف‌پذیری خوبی بوده و برای مناطق حساس کوره مثلاً منطقه رینگ یا مناطق oval کوره مناسب به نظر می‌رسد. آجرهای اتصال اسپینل، حالتی مابین دو آجر مورد نظر بالا هستند. آجرهای اتصال سیلیکا باند در مقابل حمله عوامل مزاحم خیلی حساس هستند ولی آجرهای اتصال مستقیم به علت تردی و تراکم دانه‌های MgO در روی آجر، آجر را در مقابل نفوذ عوامل مزاحم، حفاظت می‌کنند.
