دیرگداز

با سلام خدمت دوستان و همراهان همیشگی پارس بوته. امروز هم با یک مطلب آموزشی دیگر در خدمت شما هستیم. دیرگداز یا مواد نسوز (refractory material) یکی از محصولات پرکاربرد در صنعت ریخته‏ گری هستند که در واقع موادی هستند که مقاوم در برابر درجه حرارت های بالا بوده و در طی این فرآیند خواص فیزیکی و شیمیایی خود را حفظ می کنند.

عمده مصرف این مواد در صنعت ذوب در کوره ها و هرجا که نیاز به تحمل درجه حرارت های بالا می باشد است. در مطلب زیر بیشتر با تعریف، کاربرد، ویژگی‏ ها، طبقه‏ بندی، روش تهیه دیرگداز در صنعت ریخته‏ گری آشنا می‏ شویم پس با ما همراه باشید.

دیرگداز چیست

برای تعریف و بیان ویژگی‏ های آن، باید گفت: به‏ طور کلی در علم مواد، دیرگداز (refractory material) یا نسوز (یا ماده نسوز) به ماده ‏ای گفته می‏شود که دربرابر تجزیه در اثر حرارت یا واکنش‏ های ‏شیمیایی مقاومت خوبی از خود نشان می‏ دهد.

لازم به ذکر است که ویژگی‏ های یک دیرگداز متاثر از چندین عامل است

• ریزساختار
• نوع و خلوص مواد اولیه
• فرایند ساخت
• عوامل و شرایط محیطی

این مواد ترکیبات غیرآلی و غیرفلزی هستند که ممکن است متخلخل یا غیرمتخلخل باشند و کریستالی‏ بودن آن ها بسیار متفاوت است: آن ها ممکن است کریستالی، چندکریستالی، آمورف یا کامپوزیت باشند. معمولاً از اکسیدها، کاربیدها یا نیتریدهای عناصر زیر تشکیل می‏شوند: سیلیکون، آلومینیوم، منیزیم، کلسیم، بور، کروم و زیرکونیوم.

مواد تشکیل دهنده ذیرگداز

دیرگدازها توسط استاندارد ASTM C71 تحت عنوان «مواد غیرفلزی با خواص شیمیایی و فیزیکی مناسب دماهای بالاتر از 1000 درجه فارنهایت (811 کلوین، 538 درجه سانتیگراد)» تعریف می ‏شوند. در واقع برای کاربردهایی با چنین دمایی کاملا مواد مطلوبی هستند.

لازم به ذکر است که این مواد برپایه شش اکسید -Sio₂ -Zro₂  Al₂o₃-MgO ,CaO -Cr₂o₃و ترکیبات آنها بنا نهاده شده‏اند. موادی‏که ماده خام دیرگدازها هستند نیز شامل منیزیت، بوکسیت، سیلیس، دولومیت، رس‌های دیر‏گداز، پیروفیلیت، سیلمانیت، کرومیت، گرافیت، زیرکون، ورمیکولیت و دیاتومیت و اولوین می‏شوند.

تهیه دیرگداز

عموما روش تهیه دیرگدازها به چند دسته تقسیم می‏شود:

• فرایند پرس خشک (Dry Press Process).
• ریخته‏ گری ذوب‏ شده (Fused Cast).
• قالب گیری دستی (Hand Molded).
• شکل‏ گرفته (Formed).
• شکل نگرفته (Non-Formed).
• دیرگدازهای خشک شکل نگرفته (Un-formed dry refractories)

اندازه و شکل دیرگداز

اندازه و شکل دیرگداز در اشکالی استاندارد و خاص ساخته و تولید می‏ شوند. اشکال استاندارد دارای ابعادی است که مطابق با قراردادهای مورد استفاده توسط سازندگان نسوز (یا دیرگداز) است و به طور کلی برای کوره‏ ها قابل استفاده است.

اشکال استاندارد معمولاً آجرهایی هستند که دارای ابعاد استاندارد 4.5×2.5×9 اینچ و یا 229×114×64 mm هستند و آن با عبارت «معادل یک آجر» تعیین می‏شود.

معادل آجر برای تخمین تعداد آجر نسوز مورد نیاز برای ساختن یک کوره صنعتی استفاده می شود. طیف وسیعی از اشکال استاندارد در اندازه های مختلف برای تولید دیوارها، سقف‏ ها، طاق‏ ها، لوله‏ ها و روزنه‏ های مدور و غیره وجود دارد.

اشکال خاص دیرگداز به طور خاص وجود دارند. برای مکان‏ های خاص در داخل کوره‏ ها و برای کوره‏ های خاص ساخته شده است. اشکال ویژه معمولاً چگالی کمتری دارند و بنابراین سختی کمتری نسبت به اشکال استاندارد دارند.

طبقه‏ بندی انواع دیرگداز

در این قسمت به طبقه‏ بندی دیرگداز می‏پردازیم. به طور کلی این محصولات به چند روش طبقه‏ بندی می‏ شوند که عبارتند از:

1-از نظر ترکیب شیمیایی (Chemical composition)

2- از نظر روش ساخت (Method of manufacture)

3-از نظر اندازه و شکل (Size and shape)

4-از نظر دمای همجوشی (Fusion temperature)

5-از نظر نسوز بودن(Refractoriness)

6-از نظر رسانایی حرارتی (Thermal conductivity)

دیرگدازها بر اساس دمای هم جوشی (نقطه ذوب) به سه نوع طبقه‏ بندی تقسیم می‏شوند.

• معمولی دمای هم جوشی 1580 تا 1780 درجه سانتی گراد دارند.
• نوع بالای دمای هم جوشی 1780 تا 2000 درجه سانتی گراد دارند. (مانند کرومیت)
• سوپر دمای هم جوشی بیش از 2000 درجه سانتی گراد دارند. (مثلاً زیرکونیا)

کاربرد دیرگداز

کاربرد دیرگداز در صنعت ریخته‏ گری بسیار وسیع است. از این رو، این مواد در صنایع متعددی استفاده می‏شود. صنایعی مانند : 1-صنایع آهن و فولاد

2- صنایع فلزات غیرآهنی

3- صنایع شیشه

4-صنایع پتروشیمی

5-صنایع پالایشگاهی

6-نیروگاه‏ ها

7-کوره‏ های صنایع سرامیک

8-توربین‏ های گازی

9-راکتورهای هسته‏ ایی

10-صنایع سیمان و آهک

11-صنایع کوره‌های زباله‏ سوز.

از دیرگدازها در کوره‏ های ذوب فلزات و برای گرم کردن در خطوط انتقال مذاب و سرباره، و غیره بکار گرفته می‏شود. و در صنایع غیرفلزی همانند گرمکن‌ها، ریفورمرهای هیدروژنی، ریفورمرهای اولیه و ثانویه آمونیاک، کوره‌های کراکینگ، زباله سوزها، بویلرها، واحدهای کراکینگ کاتالیستی، کک‏سوزی، کوره‌های گوگرد و غیره از آنها استفاده می‏شود.

دیرگدازها برای عملکردهای زیر نیز مفید هستند:

• به عنوان یک مانع حرارتی بین یک محیط داغ و دیواره یک ظرف.
• تحمل تنش های فیزیکی و جلوگیری از فرسایش دیواره عروق در اثر محیط گرم.
• محافظت در برابر خوردگی.
• ارائه عایق حرارتی.

دیرگدازها کاربردهای دیگری در دماهای بالا دارند مانند هیترهای آتش‌زا، اصلاح‌کننده‌های هیدروژنی، اصلاح‌کننده‌های اولیه و ثانویه آمونیاکی، بخاری‌های هوا، و کوره‌های گوگرد و غیره. از اهمیت این مواد می‏ توان به کوره ‏ها اشاره کرد که تحت تاثیر آن هاست.

هرچه کیفیت این مواد بالاتر باشد، عمر و راندمان کوره‏ نیز بالاتر می‏رود. در کنار این موارد نصب صحیح این مواد در کوره‏ ها نیز، سبب بهبود راندمان و عمر کوره می‏ شود.

جمع‏ بندی

همانطور که در مطالب بالا بیان اشاره کردیم، دیرگدازها موادی هستند که در صنعت با عنوان مواد نسوز نیز شناخته می‏ شوند، بنابراین، کاربرد این مواد عموما در دماهای بالاست. لذا باید در دماهای بالا پایداری لازم را از خود نشان دهند. صنایع آهن و فولاد و در کوره‏ های صنعتی از این مواد، بیش ترین استفاده می‏ شود.

پس همانگونه که اشاره شد، این مواد جزء مهمی از مواد صنایع ریخته‏ گری محسوب می‏ شوند. در ایران شرکت‏ های بسیاری به تولید این ماده مشغول هستند. این مواد گران قیمت بوده و از این رو، تولید نامناسب آن می‏ تواند باعث زیان واحد تولیدی گردد.