آنچه باید در مورد ماده نسوز یا دیرگداز بدانید

ماده نسوز یا دیرگداز چیست؟

در تعریف جامع تر دیرگداز ها موادی با نقطه ذوب و نقطه خمیری شدن زیادند که قادر به حفظ خواص شیمیایی، فیزیکی و مکانیکی و ترمومکانیکی (خمشی، سایشی، شوک حرارتی و …) در شرایط کاربردی و در دمای بالا باشند. بدیهی است که اهمیت دیرگدازها فقط در پایداری حرارتی آن نیست، بلکه پایداری فیزیکی و شیمیایی آن در مقابل آثار مخرب محیط در دمای بالا نیز مطرح است. مثلا ممکن است نقطه ذوب یک دیرگداز حدود ۲۰۰۰ درجه سانتی گراد هم باشد، ولی نتواند مدت زیادی را در مقابل اثر سایشی و یا خوردگی مواد یا گازهای داغ دوام بیاورد.

مواد نسوز گران‌بها بوده و هر گونه تخریب در این مواد باعث کاهش شدید راندمان و افزایش هزینه‌ها در صنایع می‌گردند؛ بنابراین شناخت رفتار و مشخصات هر ماده‌ی دیرگدازی امری ضروری تلقی می‌گردد. این مواد در طیف گسترده ای از صنایع کاربرد دارند و جز کالاهای ضروری و پراهمیت محسوب می‌شوند. در این تصویر به کاربردهای رایج این مواد اشاره گردیده است.

کاربردهای مواد دیرگداز

مخروط زگر چیست و دمای زگر چه معنایی دارد؟

جهت تعیین نقطه خمیری شدن مواد دیرگداز یا دمای کوره، از مخروط دیرگداز به نام زگر (Seger) یا مخروط اورتون (Orton) استفاده می‌شود. ابتدا این مخروط در کوره مورد نظر قرار داده شده و بر اثر حرارت داخل کوره، از کمر خم می‌شود.  این اتفاق عمدتا در 1520 درجه سانتیگراد رخ می‌دهد.
به عبارت دیگر؛ عمده‌ی دیرگدازها دارای نقطه ذوب نیستند بلکه دمای خمیری یا نرم شدن دارند. دمای زگر توسط استاندارهای خاصی و به وسیله‌ی نمونه‌های مخروطی تعیین می‌شود و به دمایی اطلاق می‌شود که در آن نوک مخروط زگر در اثر حرارت دهی، با صفحه نگهدارنده مماس گردد. این مخروط‌ها بر حسب دمای کاری به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند و بر طبق تطابق دیرگداز با مخروط زگرهای مختلف، میزان پایداری حرارتی سنجیده می‌شود. علاوه بر این، مخروط زگر را می‌توان به عنوان معیاری برای کالیبره کردن کوره نیز دانست.

مخروط زگر

مواد اصلی تشکیل دهنده‌ی دیرگداز

این مواد بر پایه‌ی شش اکسید اصلی دیرگداز بوده و ترکیب بسیاری از آن‌ها کربن نیز حضور دارد. برای کاربردهای ویژه ممکن است علاوه بر این اکسیدها از کاربیدبور و نیتریدها نیز استفاده نمود.

6ماده اصلی تشکیل دهنده دیرگدازها

برای تولید دیرگدازها از مواد اولیه‌ی منیزیت، سیلیس، دولومیت، سلیمانیت، گرافیت، زیرکن، بوکسیت، پیروفیلیت، کرومیت، دیاتومیت، ورمیکولیت، اولوین و رس‌های دیرگداز استفاده می‌شود.

طبقه بندی مواد دیرگداز

دیرگدازها بر حسب دمای کارکرد، ماده‌ی تشکیل دهنده، رفتار واکنشی (شیمیایی) و … به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند. در ادامه به طور مختصر به چند معیار طبقه‌بندی اشاره می‌گردد.

1. بر اساس کاربرد و مورد مصرف
2. بر اساس روش نصب (برای مواد مونولیتیک)
3. بر اساس نوع عملیات نهایی (غوطه ور شده، عملیات حرارتی شده)
4. بر اساس روش تولید(ذوب، پرس، اکستروژن، ریخته‌گری، تولید الیاف متخلخل)
5. بر اساس جز شیمیایی یا رفتار واکنشی نظیر دیرگداز آلومینایی، منیزیایی، کربنی و …
6. بر اساس وضعیت دیرگداز در هنگام تحویل به مصرف کننده (مونولیتیک، شکل دار)
7. بر اساس میزان تخلخل (برای متراکم کمتر از 45% حجمی و برای متخلخل بیشتر از 45% حجمی)
8. بر اساس ماده اولیه‌ی تشکیل دهنده (سنتز شده یا ماده مرکب، طبیعی، خام و پیش زینتر شده، ذوبی یا زینتری و …)
9. بر اساس نوع اتصال (اتصال سرامیکی با پخت در دمای کمتر از 800درجه سانتیگراد، اتصال شیمیایی، معدنی، هیدرولیک (گیرش در دمای اتاق)، آلی و ذوب شده)

طبقه‌بندی مواد دیرگداز بر حسب واکنش شیمیایی

برای اطمینان از عملکرد صحیح دیرگداز، لازم است شناخت صحیحی از رفتار واکنشی ماده‌ی دیرگداز داشته باشیم در غیر اینصورت ماده‌ی دیرگداز در دفعات اول دچار خوردگی و در نهایت تخریب خواهد شد. از دید شیمیایی این مواد به سه دسته‌ی اسیدی، قلیایی و خنثی تقسیم شده‌اند.

در سرباره‌ها اگر نسبت مولی CaO/SiO₂ کمتر از 1 باشد، سرباره اسیدی و اگر از 2 بیشتر باشد سرباره قلیایی است و در محدوده‌ی میانی میزان کمی خورندگی برای اکسیدهای اسیدی و قلیایی وجود دارد.

دسته بندی مواد دیرگداز بر حسب شکل

رایج‌ترین تقسیم‌بندی موجود برای دیرگدازها، بر حسب شکل ظاهری ‌آن‌هاست که شامل چهار دسته‌ی زیر می‌شود:

1- محصولات دیرگداز شکل‌دار

 دیرگدازهای شکل دار در قالب و سایز مشخصی تولید شده و پس از آن آماده مصرف می‌شوند. این گروه از محصولات شامل دیرگدازهای متخلخل و شکل‌دار نیز می‌شوند. نحوه‌ی تولید این دیرگدازها عمدتا به سه شکل زیر است:

1. روش پرس خشک (Dry Dress Process)
2. ریخته گری مذاب (fused Cast)
3. قالب‌گیری دستی (hand Moldes)

  این دسته از دیرگدازها شامل طیف بسیار وسیعی از محصولات می‌شوند که از شناخته‌شده‌ترین آن‌ها می‌توان به آجرها اشاره نمود. آجرهای دیرگداز انواع گوناگونی دارند که از پرکاربردترین آنها می‌توان به آجرهای سیلیسی، آلومینایی، منیزیایی، کربنی، دولومیتی، کرومیتی، زیرکنیایی، فورستیریتی، آهکی و .. اشاره نمود. برای دست‌یابی به خواص بهتر در این آجرها، مخلوطی از ترکیبات نامبرده نیز در ساخت محصول به کار برده می‌شوند. 

از دیگر محصولات دیرگداز شکل‌دار به مواردی نظیر کاپلاک، نازل، راهگاه، بوته، آنکر و … می‌توان اشاره نمود. 

2- محصولات دیرگداز ویژه

این دسته از محصولات عموما به شیوه‌های معمول تولید نمی‌شوند بلکه برای تولید آن‌ها از روش‌های نوین‌تر مانند پرس ایزواستاتیک، رسوب‌دهی از فاز بخار و .. استفاده می‌شود. این مواد به اندازه‌ی آجرها کاربرد گسترده ندارند و در مقیاس کمتری عرضه می‌شوند. محصولات ویژه به هر دو شکل متراکم و متخلخل وجود دارند و علاوه بر مواد اکسیدی از مواد غیراکسیدی مانند بوریدها و یا نیتریدها تولید می‌گردند. از جمله این محصولات می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

9

دقیــقه مطالعه

نازل تاندیش چیست؟ نکات مهم هنگام خرید و استفاده

نازل تاندیش قطعه ای دیرگداز است که به منظور هدایت مذاب از تاندیش به قالب ریخته گ...

• نازل ریخته‌گری (قطعه‌ای دیرگداز که به منظور هدایت مذاب از تاندیش به قالب ریخته گری مداوم (Continious Casting Machine) در کف تاندیش قرار می گیرد)
• فیلتر سرامیکی (جهت جلوگیری از ورود ناخالصی‌های مذاب به درون قالب ریخته‌گری استفاده می‌شود و در صنعت فولاد کاربرد بسیاری دارد)
• آنکر و کاپلاک نسوز (این محصولات جهت نگهداری و اتصال مواد عایق به سطح کوره یا پاتیل‌ها استفاده می‌گردند)
• واشر دیرگداز (برای آب‌بندی و درزگیری دیگ‌های بخار، لوله‌ها و مخازن سوخت استفاده می‌شود)

• محصولات غیراکسیدی (نیترید بور-نیترید سیلیسیم)

از جمله مواد غیراکسیدی که در صنایع دیرگداز مصرف می‌شوند، می‌توان به نیترید بور، کاربید سیلیسیم، اشاره کرد که با توجه خواص و ویژگی‌های منحصر به فردشان دارای کاربردهای گسترده‌ای هستند. عموما این محصولات جز دیرگداز‌های ویژه محسوب می‌گردند.

3- مواد دیرگداز بی شکل (مونولیتیک‌)

محصولات مونولیتیک (monolitic) به مخلوط‌هایی میگویند که شامل اگریگیت و یک یا چند چسب باشد. مونولیتیک‌ها ممکن است حاوی الیاف سرامیکی، آلی و فلزی باشند. این محصولات جهات تعمیرات، درزگیری و اتصالات و سازه‌های مونولیتیک مصرف می‌شوند.

3-1 طبقه بندی دیرگدازهای بی شکل

 دیرگدازهای مونولیتیک بر حسب نحوه مصرف به سه دسته‌ی جرم‌های نسوز کوبیدنی و پلاستیک، جرم های ریختنی و جرم‌های پاشیدنی تقسیم می‌شوند و در حین کاربرد شکل داده می‌شوند. در ادامه انواع مواد نسوز بی شکل آورده شده است:

9

دقیــقه مطالعه

با انواع جرم نسوز بیشتر آشنا شوید

انواع جرم نسوز ( خاک نسوز )  که از  آن ها به عنوان جرم‌های کوره هم یاد...

4- محصولات دیرگداز عایق

این دسته از دیرگدازها دارای تخلخل حجمی و بیشتر هستند و اصلی‌ترین کاربرد آن‌ها جلوگیری از هدررفت حرارت در صنایع است. انتخاب یک محصول عایق به عوامل زیادی نظیر میزان تخلخل، شکل محصول، دمای کارکرد، محیط کوره و … دارد. یک دسته از این محصولات شامل آجرهای عایق هستند و دسته‌ی دیگر از الیاف سرامیکی فله ساخته می‌شوند که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره می‌گردد.

9

دقیــقه مطالعه

پتوی نسوز یا سرامیکی (مشخصات و کاربرد و تولید)

عایق‌های سرامیکی به دلیل مقاومت حرارتی بالا و دانسیته کم کاربردهای متنوعی در صنا...

کشورهای تولید کننده دیرگداز

تولید مواد دیرگداز همواره به عنوان کالایی استراتژیک مطرح بوده است و تکنولوژی پیشرفته تولید فرآورده های دیرگداز در دنیا منحصر به چند کشور صنعتی است. با رشد و توسعه صنایع متالورژی در ایران، که تقریبا مصرف کننده ۷۰ درصد مواد دیرگداز کشور است، تولید فرآورده های نسوز مورد توجه قرار گرفت.

جمع بندی

در این مقاله به تعریف علمی و رایج ماده نسوز یا دیرگداز پرداختیم؛ از کاربردهای این مواد در صنایع مختلف گفتیم و انواع ماده دیرگداز را به صورت کلی نام بردیم. مواد نسوز برحسب کاربرد و نوع متریال، دسته‌بندی‌های مختلفی دارند که در مقاله به آن‌ها اشاره شد اما رایج‌ترین نوع دسته بندی، بر اساس شکل این محصولات است که به 4 دسته دیرگدازهای شکل دار، بی شکل، ویژه و عایق تقسیم می‌شوند و نگارش این مقاله بر اساس همین دسته‌بندی صورت گرفته است.