گچ

مواد نسوز و دیرگداز

تاریخچه مواد نسوز

بنا بر تعریف، مواد نسوز یا دیرگداز معمولاٌ به مواد سرامیکی و غیر فلزی گفته می شود که در درجه حرارت های بالا پایدار باشند. احتمالاٌ اولین نسوزها توسط فینیقی ها یا چینی ها با پختن خاک های رس حاوی ماسه سیلیسی در فضای آزاد ساخته شدند. این نسوزها قرن ها برای کوره های ذوب فلز یا شیشه آن زمان که محصول اندکی داشتند، کفایت می کرد. تنها در آغاز قرن نوزدهم بود که تولید کنندگان شروع به افزودن مواد چسبنده مخصوصاً خاک های پخته شده معروف به شاموت، به خاک های غیر چسبنده نمودند تا انقباض آجرها را در حین پخت کم کنند و آنها را بدون ترک از کوره خارج سازند. از آن زمان تکنولوژی ساخت نسوزها از آجر معمولی جدا شد و کارخانه هایی برای تولید فرآورده های نسوز به وجود آمده اند.

در تعریف جامع تر مواد نسوز یا دیرگداز، حفظ خواص شیمیایی، فیزیکی، مکانیکی در محیط کوره و محیط های پر حرارت مطرح است. به عبارت دیگر، دیرگدازها 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.

مواد نسوز

مواد نسوز معمولاً نقطه ذوب مشخصی ندارند و غالباً در یک دامنه دمایی کم و بیش باریک ذوب یا نرم می‌ شوند در نتیجه به جای بیان یک نقطه ذوب مشخص دمای نرم شدن به وسیله تعیین شاخص مخروط زگر اندازه‌گیری می‌شود.

صنعت نسوز در کشور ایران صنعتی جدید و نوپا محسوب می‌ شود و دارای قدمت طولانی نیست. اما پیشرفت های خوبی در خصوص تولید انواع مواد نسوز در سال های اخیر اتفاق افتاده است.

از انواع مواد نسوز تولید شده در کشور، در کوره‌های صنعتی استفاده می‌ شود که مرغوبیت و نصب صحیح آن از عوامل مهمی است که مورد بررسی قرار می‌گیرد زیرا در صورت عدم نصب صحیح باز دهی مناسبی نخواهد داشت.

مواد نسوز کاربرد گسترده‌ تری دارند و صنایع مختلف وابستگی بسیاری به آنها دارند مخصوصاً صنایع سیمان، شیشه، مس، آلومینیوم، صنایع تولید توربین های گازی، موتورهای جت، صنایع نیروگاهی و…، به همین دلیل از این کالا به عنوان یک کالای استراتژیک نام برده می‌شود.


تقسیم بندی

مواد نسوز را می توان در چهار گروه کلی زیر تقسیم بندی نمود. این گروه ها عبارتند از:

  1. محصولات شکل دار
  2. محصولات بی شکل (مونولیتیک)
  3. محصولات ویژه
  4. محصولات عایق

این مواد بر پایه ی اکسیدهای Al۲O۳ , SiO۲ , MgO , CaO . Cr۲O۳ تولید می گردند. علاوه بر کربن و کاربید سیلسیم مقدار کمی کاربید بور و نیتریدها نیزبرای کاربردهای ویژه به مجموعه فوق اضافه می‌شود.


کاربرد

در خصوص کاربرد مواد نسوز می توان گفت که، اغلب کوره هایی که مصالح ساختمانی مختلف در آنها پخت می شوند، از جنس فولاد هستند. فولاد در دماهای بین ۵۰۰ تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد تغییر حالت داده و در دمای ۱۰۰۰ درجه حالت خمیری پیدا می کند. در این حرارت به سرعت اکسید شده و در واکنش شیمیایی موادی که در آن پخته می شوند، شرکت می کند. جهت جلوگیری از این امر لازم است که سطح داخلی کوره ها با مواد نسوز و دیرگداز پوشانده شوند. استفاده از این مواد همچنین مانع از انتقال حرارت داخل کوره به فضای اطراف آن و گرم شدن بیش از حد این فضاها می شود. در این صورت میزان اتلاف انرژی نیز به حداقل کاهش می یابد.

اگر چه قدرت پایداری در درجه حرارت های بالا، عاملی تعیین کننده برای گروه بندی یک ماده به عنوان دیرگداز می باشد، اما با این حال انتظار می رود که نسوزها در برابر عوامل مخرب دیگری همچون ضربه، سایش، خوردگی، حمله های شیمیایی و بار مکانیکی زیادی که در شرایط عمل با آنها رو به رو می شوند، نیز مقاوم باشند.

کابرد مواد  نسوز امروزه دارای گستره بسیار وسیعی می باشد. کلیه صنایعی که در مرحله ای از فرآیند تولید خود با درجه حرارت های بالا سر و کار دارند، به مواد دیرگداز محتاجند. این صنایع شامل تولید آهن و فولاد، تولید سیمان و آهک و گچ، صنایع شیشه و سرامیک، صنایع متالوژی، صنایع هسته ای و… می شود. علاوه بر موارد یاد شده، در ساختمان های بزرگ نیز جهت پوشاندن سطح داخلی دیگ های بخار از مواد نسوز استفاده می کنند. کاربرد مواد نسوز در ساختمان های کوچک به مواردی همچون پوشاندن سطح داخلی شومینه ها محدود می شود.

کاربرد مواد نسوز محدود به موارد ذکر شده نمی باشد و این مواد دیرگداز در کلیه صنایع و شرایطی که حرارت بالا وجود دارد جهت حفاظت و حفظ کیفیت ابزارها و قطعاتی که در معرض این حرارت زیاد هستند به کار می روند. صنعت تولید مواد و پوشش های نسوز، یکی از شاخه های پیشرو و تخصصی در عمل شیمی بوده که توجه بسیاری از کشورهای صنعتی را بخود را جلب کرده است.


مراحل تولید

مراحل تولید نسوزها تقریباً مشابه آجرپزی می باشد که قبلاً به شرح آن پرداخته بودیم؛ لذا در این مبحث به شرح مختصری در این زمینه اکتفا خواهیم کرد.

  1. تهیه مواد اولیه و اختلاط آنها: مواد اصلی و عمده ای که در ساخت نسوزها به کار می روند عبارتند از: اکسیدهای سیلیسیم، آلومینیوم، منیزیم، کلسیم، کروم، زیرکونیم، کربن و… . مواد اولیه را آسیاب کرده و سپس دانه بندی می کنند. مرحله دانه بندی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. زیرا اگر دانه ها ریز و درشت باشند طوری که فضاهای داخلی بین یکدیگر را کاملاً پر کنند، جسمی یکپارچه با وزن مخصوص بالا ولی تخلخل کم بدست می آیند. بنابراین تحمل انبساط ناشی از حرارت داخل کوره ها را نخواهد داشت و در آن ترک ایجاد می شود. لذا در ساخت و تولید نسوزها از دانه های درشت تر استفاده می کنند.
  2. آماده سازی مواد: درشت دانه بودن نسوزها سبب کاهش چسبندگی دانه ها به یکدیگر می شود. بنابراین ماده حاصل در مقابل نیروهای سایش و ضربه موجود در کوره مقاوم نخواهد بود. جهت رفع این مشکل مقداری چسب به مواد اولیه نسوزها اضافه می کنند. این چسب ها باید طوری انتخاب شوند که نقطه ذوب نسوز را پایین نیاورند. از خاک نسوز یا خاک رس پخته و خرد شده می توان به عنوان ماده چسبنده استفاده کرد.
  3. شکل دادن به مواد اولیه: امروزه از ماشین های مختلف نظیر دستگاه های پرس با فشار زیاد، برای شکل دادن به نسوزها استفاده می کنند.
  4. خشک کردن نسوز: در اغلب کارخانه ها از تونل هوای گرم برای خشک کردن در تولید نسوزها استفاده می کنند. این عمل باید طوری انجام شود که در سطح خارجی و درون نسوزها به طور یکنواخت خشک شود.
  5. پختن نسوز: پس از خشک کردن، نسوزها را به کوره برده و می پزند. دمای کوره پخت معمولاٌ بیشتر از دمای کوره ای است که نسوز قرار است در آن به مصرف برسد.

در تولید نسوزها باید توجه داشته که، این محصولات پس از خروج از کوره، باید به تدریج و به آرامی کاهش دما دهند و خنک شده تا کاملاً آماده مصرف شوند.


خواص

خواص نسوزها با توجه به محل مصرف و میزان حرارتی که باید تحمل کنند، متفاوت می باشد. برخی از خواص عمومی نسوزها که در اکثر آنها مشترک است به قرار زیر می باشد:

  • نسوزها مقاومت بالایی در برابر سایش، ضربه، فشار و تأثیر مواد شیمیایی دارند.
  • مواد دیرگداز و عایق معمولاً نقطه ذوب مشخصی ندارند و غالباً در یک دامنه دمایی کم و بیش باریک، ذوب یا نرم می شوند. این ویژگی از مهمترین خواص نسوزها بوده و در نتیجه به جای بیان یک نقطه ذوب معین، دمای نرم شدن آنها اندازه گیری می شود. دمای ۱۵۸۰ درجه سانتیگراد پایینترین درجه آغاز خمیری شدن نسوزهاست. (افزایش میزان سیلیسیم در مواد اولیه نسوزها، پایداری حرارتی آنها را افزایش می دهد.)
  • از دیگر خواص نسوزها می توان به این نکته اشاره نمود که، نسوزها در مقابل تغییر حرارت های ناگهانی و شوک های حرارتی مقاومند.
  • این مواد پایداری بالایی در برابر انقباض و انبساط های ناشی از تغییر دما در کوره ها دارند.
  • میزان اکسیدهای گداز آور نظیر CaO و MgO در نسوزها کمتر از ۵% است.
  • نسوزها در برابر پوسته پوسته شدن مقاومند. اصولاً اختلاف درجه حرارت بین سطح و درون جسم باعث پوسته پوسته شدن آن می شود. از آن جایی که نسوزها عایق حرارت می باشند، دمای سطحی از آنها که در مجاورت مواد داخل کوره است با دمای مغز (داخل) نسوز متفاوت است. این امر ممکن است موجب پوسته پوسته شدن سطح نسوز شود که جهت غلبه بر این مشکل، مواد نسوز را متخلخل می سازند.

این ویژگی ها و خواص نسوزها باید بطور استاندارد در کلیه موادی که بعنوان یک ماده نسوز تولید می گردند وجود داشته باشند تا بتوان آن محصول را بعنوان یک ماده نسوز استاندارد پذیرفت و آن را در کوره ها و محیط های دیگر مورد نیاز مورد استفاده قرار داد.

در انتخاب مواد نسوز همواره باید توجه کامل را داشت تا محصولی با کیفیت و کارایی بالا انتخاب گردد، چراکه استفاده از مواد نسوز غیر استاندارد باعث بوجود آمدن خسارات زیادی خواهد شد.


دسته بندی

در دسته بندی نسوزها باید توجه داشت که، موارد کاربرد گوناگون مواد نسوز و شدت و ضعف نیروهای مخرب در شرایط مختلف، لزوم تنوع گسترده محصولات نسوز را جهت ارضاء آن شرایط روشن می سازد. تعداد محصولات نسوز که با توجه به ترکیبات متنوع و نا محدود مواد دیرگداز مختلف به دست می آیند، بسیار زیاد است. یکی از دسته بندی های عمده نسوزها، بر اساس ترکیب شیمیایی آنهاست که از این حیث به نسوزهای اسیدی، نسوزهای بازی و نسوزهای خنثی تقسیم می شوند.

نسوزهای اسیدی

نسوزهای سیلیسی (دیناس)

برای تولید این دسته از نسوزها، سنگ سیلیس را خرد کرده و با حدود چند درصد آهک مخلوط کرده و خشت می زنند. آهک با ذرات سیلیس وارد واکنش شیمیایی شده و سیلیکات کلسیم حاصل می شود که دانه های سیلیس را به یکدیگر پیوند می دهد. نسوزهای سیلیسی سخت هستند، مقاومت مکانیکی و سایشی مطلوبی دارند، در برابر سرباره های مذاب اسیدی پایدارند ولی در مقابل سرباره های بازی حساس می باشند.

نسوزهای بازی

نسوزهای منیزیمی

این نسوزها از اکسید منیزیم یا منیزی (MgO) ساخته می شوند و از پر مصرفترین نسوزهای بازی به شمار می آیند. نسوزهای منیزیمی در برابر تغییرات دما مقاومت کمی دارند ولی در مقابل مواد مذاب فلزی قلیایی پایدارند.

نسوزهای دولومیتی

در اثر پختن دولومیت که کربنات مضاعف کلسیم و منیزیم است، مخلوطی از آهک و منیزی حاصل می شود که به صورت دانه نسوز بازی، مورد استفاده قرار می گیرد.

نسوزهای شاموتی

خاک نسوزی که در طبیعت وجود دارد، سیلیکات آلومینیوم آبدار است که حاوی ۲۱ تا ۴۰% آلومین می باشد و قسمت عمده بقیه آن سیلیس و کمی اکسیدهای دیگر است. نسوزهایی که از این خاک ساخته می شوند، به نسوزهای شاموتی معروفند. هر چه میزان آلومین و سیلیس در این خاک بیشتر باشد، نسوز مرغوبتری از آن تولید می شود.

نسوزهای آلومینیومی

این نسوزها بیش از ۴۵% آلومین دارند و از نسوزهای شاموتی نسوزنده ترند.

نسوزهای فورستریتی

فورستریت، سیلیکات منیزیم (۲MgO،SiO٢است و تحمل بار خوبی دارد.

نسوزهای خنثی

نسوزهای کرومیتی

این نسوزها از کانی های کرومدار ساخته می شوند و در برابر اکسیدهای اسیدی و بازی پایدار هستند

گچ پلیمری
خرید آنلاین گچ
گچ گیپتون
فهرست
error: این محتوا تحت حفاظت است