دیرگدازهای شاموتی

“دیرگدازهای شاموتی”

کلمه شاموت، که آلمانی است، در فارسی معادل خرده آجر است. از آنجا که در اکثر خاکهای رسی در حین پخت انقباض زیادی رخ می دهد، برای کنترل ثبات ابعادی دیرگاز پخته شده، بخضی از مواد اولیه را قبلا می پزند و سپس با درصدی از مواد خام مخلوط کرده و استفاده می کنند که به بخش پخته شده اولیه شاموت می گویند.

درصد آلومینای دیرگدازهای شاموتی در حدود 45-25 درصد است. در اصل، درصد آلومینا نقش تعیین کننده ای دارد. از ویژگی های مثبت این دیرگدازها وجود فاز مولایت است. با توجه به نمودار دوتایی SiO2-Al2O3 می بینیم که افزایش آلومینا باعث افزایش نقطه ذوب سیستم می شود. بنابراین درصد SiO2  و Al2O3 باید حتما کنترل شود تا از کاهش دمای دیرگدازی یا به عبارت دیگر، افزایش بیش از حد فاز شیشه ای، در دیرگداز جلوگیری شود.

“مواد اولیه مصرفی در دیرگدازهای شاموتی”

مواد اولیه مصرفی در این دیرگدازها عبارت اند از کالوئن، خاک رس پلاستیک (بال کلی)، رس فلینت (سنگ چخماق)، خاک نسوز، بنتونیت.

-کائولن

کائولن یا خاک چینی دارای خاصیت پلاستیک زیاد و دیرگدازی نسبتا بالاست، در طبیعت به وفور یافت می شود و قیمت آن هم نسبتا ارزان است.

-خاک رس پلاستیک (بال کلی)

خاک رس پلاستیک نوعی خاک رس رسوبی با ذرات بسیار ریز است که معمولا مقداری مواد آلی نیز دارد و خاصیت شکل پذیری آن عالی است. مصرف آن استحکام مکانیکی سرد قطعه را افزایش می دهد. از دیگر محاسن بال کلی خاصیت تعلیق پذیری آن نسبت به بقیه رسهاست. همچنین خاصیت گدازآوری دارد که در هنگام پخت و تف جوشی، با تشکیل فازهای خاص، دمای تف جوشی را کاهش و به جوش خوردن ذرات کمک می کند. از معایب آن می توان به وجود اکسیدهای آهن تیتانیم و نیز، مشکل کنترل وضعیت دوغاب حاوی بال کلی و انقباض زیاد حین خشک شدن اشاره کرد.

-رس فلینت

این رس به لحاظ ترکیب شیمیایی شبیه خاک نسوز است و سختی و استحکام آن شبیه به فلینت است. انقباض حین خشک شدن ندارد و خاصیت پلاستیک آن بسیار کم است.

-خاک نسوز

این خاک یکی از ارکان اصلی دیرگدازهای آلومینو سیلیکاتی است و تمام رسهایی را شامل می شود که نقطه ذوب آنها از مخروط زگر شماره 15 بالاتر است. رنگ آنها پس از پخت سفید نیست و ناخالصی های کمی دارند.

-بنتونیت

از جمله مشخصات بنتونیت، خاصیت پلاستیسیته بسیار زیاد آن است. حدود 4-3 درصد اکسید آهن دارد و خاصیت قلیایی آن هم زیاد است، به همین جهت نقطه ذوب کمی دارد.

ناخالصی های عمده موجود در مواد اولیه مصرفی در دیرگدازهای شاموتی شامل ترکیبات حاوی عناصر قلیایی و قلیایی خاکی، کوارتز، اکسید آهن، آهک، اکسید تیتانیم و اکسید منگنز می باشد.

“آماده سازی مواد اولیه و شکل دادن دیرگدازهای شاموتی”

ازآنجا که در موقع خشک شدن و پخت، حجم خاک های رسی شدیداً کاهش می یابد، ساخت دیرگدازهایی با ابعاد بزرگ از خاکهای رسی پلاستیک غیرممکن است. برای کاهش میزان انقباض و ثابت نگه داشتن ابعاد دیرگداز، ابتدا خاک های رسی را به طور مستقل می پزند و پس از تهیه شاموت، با درصد معینی از مواد اولیه خام مخلوط می کنند. برای پخت خاک های رسی پلاستیک و تبدیل آنها به شاموت از کوره های مختلفی مثل کوره های عمودی، کوره های دوار و کوره های تونلی استفاده می شود.

شاموت ها را پس از خرد کردن برحسب دانه بندی طبقه بندی می کنند، سپس در مخلوط کن های مخصوص با مقدار مناسب از مواد خام به همرام مواد افزودنی (به عنوان چسب و …) مخلوط می کنند، بعد با افزودن مقداری آب، وارد مرحله شکل دهی می شوند. مقدار خاک رس و مواد چسبنده و میزان آب به روش ساخت و خاصیت نهایی دیرگداز بستگی دارد. با افزودن خاک رس چسبنده و مرغوب به مواد اولیه، قابلیت شکل پذیری به مراتب بهبود می یابد.

از روش های متعددی برای شکل دادن این دیرگدازها استفاده می شود. در یکی از روش ها پس از فشار کاری (اکستروژن) مواد خمیری به شکل قطعات خاصی، مطابق با شکل نهایی دیرگدازها، شکل دهانه خروجی دستگاه روزنرانی (اکسترودر)، مجدداً تحت فشار قرار می گیرند تا چگالی و استحکام لازم به دست آید. یا با سیستم های دستی دیرگداز را به شکل اصلی در می آورند. با وجود شکل پذیری خوب، کاربرد ین نسوز ها و جرم ها با مشکلاتی همراه است. رطوبت و خاک رس زیاد باعث انقباض شدید می شود، به همین جهت باید قطعات با مراقبت زیاد و به آرامی خشک شوند.

دیرگدازهای شاموتی با خاصیت بهتر و کاربردهای جدی تر را با پرس (خشک و نیمه خشک) تولید و پس از مرحله خشک شدن، به مرحله تف جوشی منتقل می کنند که در این مرحله سخت و محکم می شود.

دیگدازهای شاموتی ای که به روش خشک تهیه شده اند با عنوان دیگدازهای شاموتی سخت در صنایع مصرف فراوانی دارند. در این دیرگدازها به جای خاک رس چسبنده بیشتر از شاموت استفاده می شود. با به کارگیری تمهیدات فوق، میزان انقباض و زمان خشک شدن کاهش می یابد و کنترل ابعادی و شکل خارجی آنها  بهتر می شود. بدین وسیله حتی دیرگدازهای سنگین کوره های بلند یا دیرگدازه های کوره های شییه سازی با ابعاد دقیق ساخته می شوند. این دیرگداز ها با استحکام زیاد تخلخل کم، در مقابل شوک حرارتی پیداری بهتری دارند، ولی به سبب کم شدن خاک رس چسبنده  به پیوند اتصالی  قوی نیاز دارند.

این پیوند با عملیات حرارتی خاص و افزودن مواد جانبی و خاص تامین می شود. این عملیات تکمیلی برای دیرگدازهای شاموتی سخت که به روش پرس خشک ساخته می شوند افزایش هزینه های ساخت را به دنبال دارد.

“تف جوشی دیرگدازهای شاموتی”

پس از مرحله خشک کردن، در صورت نیاز، قطعات شکل داده شده به کوره های پخت انتقال می یابد. دمای تف جوشی بسته به نوع مواد اولیه معمولا بین 1250 و 1500 درجه سانتیگراد می باشد. تف جوشی دیرگدازهای شاموتی ای که از مواد اولیه خالص تر تهیه شده اند، در دمای 1500 درجه سانتیگراد یا بیشتر، در کوره های تونلی انجام می شود. پخت دیرگداز در این کوره ها کاملا یکنواخت است و از نظر مصرف انرژی، از همه سیستم های دیگر پخت ارزان تر است. قطعات ویژه و بسیار بزرگ مثل دیرگدازهای کوره های شیشه سازی و کوره های بلند همچنان در کوره های خاص پخته می شود.

کانی های کائولینیتی در دمای 500 تا 600 درجه سانتیگراد آب تبلور خود را از دست می دهند. در این حالت فاز میانی متاکائولن تشکیل می شود. در 950 درجه سانتیگراد شبکه بلوری کائولین از هم می پاشد و اجزای سازنده آن یعنی SiO2, Al2O3 ابتدا به فاز اسپینل و سیلیس بی شکل و سپس در دماهای بیشتر از 1100 درجه سانتیگراد به مولیت تبدیل می شود. با افزایش بیشتر دما، مولایت بیشتری تشکیل می شود و کریستوبالیت و یا فاز مذاب نیز به وجود می آید. در طی مراحل خشک شدن و پخت دیرگدازهای شاموتی، اغلب نوساناتی در ابعاد و شکل مانند تاب برداشتگی، بادکردگی و غیره مشاهده می شود. این معایب بیشتر بر اثر وزن خود دیرگدازها به خصوص در دیرگدازهای بسیار سنگین و کنترل نکردن دما به وجود می آید. برای جلوگیری از تاب برداشتگی قطعات پیچیده مرحله خشک کردن باید طبق برنامه خاصی انجام شود. در خشک کن های جدید، دما و رطوبت به نحو رضایت بخشی قابل تنظیم است، به طوری که دیرگداز در مدت بسیار کوتاهی به طور یکنواخت خشک می شود. گاهی نیز به هنگام پخت مقداری کربن در داخل دیرگداز تشکیل می شود (مرکز سیاه). نوع مواد اولیه مصرفی و خلوص آنها در عملیات حرارتی بسیار مهم است.

به علت اختلاف در خواص شیمیایی و کانی شناختی مواد مختلف در هر کشور، میزان اکسیدهای آهن، کلسیم، منیزیم و مواد قلیایی همواره در نوسان است. از این نظر کنترل مواد اولیه فوق العاده اهمیت دارد. مجموع این ترکیبات (ناخالصی ها) که معمولا نقش گذارآوری دارند باید از 5 الی 6 درصد تجاوز کند، زیرا موجب کاهش نقطه ذوب و دیرگدازی سیستم می شود.

علاوه بر کنترل شیمیایی، مطالعه و بررسی رفتار مواد اولیه در طول فرایند گرمایش و سرمایش نیز اهمیت دارد.

برای ساخت دیرگدازهای شاموتی با کیفیت مطلوب، آلومین،کوراندوم، بوکسیت مواد اولیه گروه سیلیمانیت به عنوان افزودنی استفاده می شود. با افزایش این مواد، ثبات حجمی، پایداری در مقابل سرباره، دیرگدازی تحت بار و مقاومت سایشی افزایش می یابد.