جرم نسوز
جرم نسوز
جرم نسوز چیست؟
جرم نسوز یا دیرگداز معمولاً به مواد غیرفلزی گفته می شود که قابلیت پایداری در درجه حرارت های بالا را دارند. این مواد علاوه بر حفظ خصوصیات فیزیکی و شیمیایی در دماهای بالا، در برابر نیروهای مخرب از قبیل سایش، ضربه، بار مکانیکی زیاد و حملات شیمیایی نیز مقاوم هستند.
مطرح ترین جرم های نسوز شامل خاک های سیلیسی، خاک های اسپینل، جرم روکش تاندیش، جرم‌های آلومینایی هستند. این مواد برای نسوزکاری کوره های القایی، پاتیل ها، تاندیش ها، ساخت بلوک های کوره، تعمیرات تاندیش، پاتیل و کوره کاربرد بسیاری دارند.
خواصی که همواره از جرم های نسوز قابل انتظار است عبارتند از:
ثبات شیمیایی و مکانیکی، استحکام فشاری و خمشی بالا، خواص ترمومکانیکی مناسب، مقاومت به شوک حرارتی مطلوب، مقاومت به خوردگی و سایش مناسب و خواص رئولوژیکی و قابلیت نصب مناسب.
جرم سیلیسی چیست؟
جرم سیلیسی از مهم ترین مواد دیرگداز است که عمدۀ استفادۀ آن برای جدارۀ کوره القایی است. جرم سیلیسی با فرمول شیمیایی SiO2 یا سیلیسیم دی اکسید ، ماهیت اسیدی دارد. این جرم ها عموماً مقاومت مناسبی در برابر سرباره های حاوی انواع اکسید آهن، سیلیسیم، آلومینیوم و کروم دارند.
ترکیب شیمیایی جرم سیلیسی غالبا از SiO2 تشکیل شده است اما ناخالصی هایی نیز دارد. جرم سیلیسی با هدایت حرارتی پایینی که دارد، بهترین دیرگداز برای ذوب چدن، فولادهای ساده کربنی و کم آلیاژ به شمار می رود. این خاک با سختی یکنواخت، مقاومت به خوردگی بالا و سرعت کم کریسیتالیزاسیون همواره مورد توجه فعالان صنایع ذوب جهان بوده است.
“استفاده از جرم سیلیسی در جدارۀ کوره‌ها”
آستر یا جدارۀ کوره، بخش بسیار مهمی از کوره است. عملکرد و بازدۀ کوره به طور مستقیم به عملکرد آستر آن مربوط است. جرم سیلیسی که به خوبی کوبیده و تثبیت شده باشد، سبب عملکرد روان کوره، خروجی بهینه و کنترل خوب واکنش های متالورژیکی در آن می شود.
جرم سیلیسی را می توان تا دمای کاری 1600 درجه سلسیوس به کار برد. لازم به ذکر است که جرم سیلیسی از نظر مقاومت در برابر شوک حرارتی، کاملا نسبت به دیرگدازهای آلومینایی و منیزیایی برتری دارد. در ادامه چگونگی استفاده از جرم سیلیسی در جداره کوره‌های القایی را شرح می دهیم.
مرحلۀ اول: “مخلوط کردن خاک کوره القایی”
ابتدا لازم است مقدار خاک مورد نیاز برای کوره القایی مورد نظر تعیین شود. سپس جرم سیلیسی در یک بوته تا دمای حدود 100 درجه سلسیوس در تابستان و حدود 140 درجه سلسیوس در زمستان پیشگرم می گردد.
سپس جرم به حمام های خنک کننده منتقل می شود و تا 50 درجه سلسیوس تحت سرمایش قرار می گیرد. در این زمان بوریک اسید با مش 0.2 میلی متر غربال شده و با مقدار معین و توزین شده به جرم سیلیسی اضافه می گردد.
بوریک اسید به عنوان بایندر (چسب) به جرم سیلیسی افزوده می شود. بایندر باعث می شود جدارۀ کوره در طول حرارت دهی کاملا زینتر شود و استحکام بیشتری داشته باشد.
مرحلۀ دوم: “آسترکشی با سیم پیچ”
در این مرحله سیم پیج مسی با خاک نسوز پوشانده می شود. به این عمل آسترکشی گفته می شود. سیم پیچ مسی قبل از شروع آسترکشی باید با آب خنک شده و کاملا خشک شود. پس از آسترکشی، الیاف سرامیکی به دور آستر سیم پیچ پیچیده می شوند.
مرحلۀ سوم: “کوبیدن بوته”
برای کوبیدن کف کوره از ابزارهای سرصاف استفاده می شود. معمولا کف کوره در چندین لایه با ضخامت های مختلف جرم نسوز سیلیسی، تحت عملیات کوبش قرار می گیرد. لازم به ذکر است که لایۀ پایینی ضخیم ترین لایه است. ضخامت این لایه تا حدود 60 میلی متر نیز می رسد. ضخامت لایه های بعدی در حدود 20 میلی متر است.
سنبه زنی لایه های متناوب کوره با میخچه و ابزارهای سرصاف اجرا می شود. در نهایت جرم اضافی به طور یکنواخت تراشیده می شود. پیش از سنبه زنی، لازم است لایۀ نازکی از محلول سدیم سیلیکات روی لایۀ سیلیکای کوبیده در بوته اعمال شود.
مرحلۀ چهارم: “زینترینگ بوتۀ کوره”
برای زینترینگ کوره القایی، کوره تا لبۀ بالایی سیم پیچ از مذاب پر می شود. دمای نهایی فلز مذاب باید حدود 30 الی 50 درجه بالای دمای کاری مورد نظر برود و در این دما به مدت یک ساعت نگه داشته شود تا دمای آستر دیرگداز تثبیت شود.
جرم نسوز سیلیسی فولاد:
کوره های القایی فاقد هسته مورد استفاده در صنعت فولاد ریزی، تا ظرفیت های ۶۵ تن دارای دیواره هایی نسوز با ضخامت ۸ سانتی متر تا ۲۰ سانتی متری هستند. مطرح ترین جدارۀ نسوز برای این کوره‌ها، جرم نسوز خشک سیلیسی دانه بندی شده است.
این جرم های دیرگداز از دانه هایی گوشه دار با دانه بندی صفر تا چهار میلی متر برای کوره های تا ظرفیت ۱۵ تن و صفر تا هفت میلی متر برای کوره های بالاتر از ۱۵ تن هستند. خلوص سیلیس این نسوزها بالاتر از 98.5 درصد و دانه‌های پودر (زیر الک ۲۰۰ مش) حدود ۱۸ تا ۲۸ درصد است. مطرح ترین عامل زینتر کننده دیرگداز سیلیسی، اکسید بور است.
از اسید بوریک به عنوان یک منبع وجود اکسید بور استفاده می شود. در کوره های ذوب فولاد که با ماشین ریخته گری مداوم کار می کنند، استفاده از جرم سیلیسی با بایندر اکسید بور بهینه ترین حالت است. چرا که زمان خروج آب و در نهایت زمان زینتر خاک به مراتب کمتر از اسید بوریک است و این خود سرعت عمل را بالاتر می برد.
جرم نسوز سیلیسی چدن:
جرم نسوز سیلیسی مختص ذوب چدن نیز مثل خاک سیلیسی فولاد است و باید از سیلیس با خلوص ۹۸٫۵% به بالا در آن استفاده کرد. در ذوب چدن به دلیل دمای کاری پایین تر مقدار بایندر بیشتری به جرم سیلیسی اضافه می گردد.
هدف از این کار این است که هنگام زینترینگ، بایندر در جداره های پشت خاک تاثیر بیشتری در دمای پایین داشته باشد. به طور معمول بایندر مورد استفاده در خاک سیلیسی چدن، اسید بوریک است، زیرا زمان زینترینگ در تولید چدن مانند فولاد حساسیت بالایی ندارد.
یک جرم سیلیسی خوب باید چه ویژگی هایی داشته باشد؟
1.یک لایۀ متراکم زینتر شده در جدارۀ کوره به وجود آورد که در تماس با مذاب پایدار باشد.
2.هدایت حرارتی آن از سایر مواد دیرگداز کمتر باشد و اتلاف حرارتی کمتری داشته باشد.
3.زمان گرمایش و تف جوشی لازم برای کارکرد آن کوتاه باشد.
4.هزینۀ ویژۀ تهیۀ دیرگداز به ازای هر تن از فولاد حاصل، کم باشد.
فرسایش جرم سیلیسی در کوره:
پارامترهای اصلی که باعث فرسایش جرم سیلیسی مورد استفاده در کوره می شوند، عبارتند از:
1.دانه بندی نادرست خاک نسوز سیلیسی
2.توزیع غیر یکنواخت و غیر اصولی بایندرهای عامل پیوند (اسید بوریک)
3.فوق ذوب بدون تدبیر حمام فلز در کوره
4.نفوذ بیش از حد فلز در جرم سیلیسی
5.ترک خوردگی فصل مشترک روکش-آستر