آشنایی

دیرگدازها (Refractories) به موادی اطلاق می‌گردد که در دماهای بیش از 1000 درجه سانتیگراد و دارای مقاومتهای حرارتی ، مکانیکی ، شیمیایی و سایشی باشند. عناصر دارای خاصیت دیرگدازی عبارتند از آلومینیوم (Al) ، سیلیسیم (Si) ، منیزیم (Mg) ، کلسیم (Ca) ، کروم (Cr) ، زیرکونیوم (Zr) ، بریلیوم (Br) ، سزیم (Ce) ، تانتانیوم (Ta) ، لانتانیوم (La) و توریم (Th).

عناصر فوق به صورت ترکیب در ساختمان کانیها یافت می‌شوند. مهمترین دیرگدازها در صنایع فولاد است. تمامی صنایعی که با حرارت بالاتر از 1000 درجه سانتیگراد سر و کار دارند، مانند صنایع ذوب آهن ، فولاد ، ذوب کانسنگهای فلزی ، سیمان ، آهک پزی ، صنایع پتروشیمی ، صنایع سرامیک و شیشه سازی ، ذوب و ریخته گریها به مواد دیرگداز احتیاج دارند. از اینرو می‌توان گفت که دیرگدازها ، از جمله مواد راهبری هستند که استفاده صحیح از آنها امری گریز ناپذیر است.

مشخصات فیزیکی و شیمیایی دیرگدازها

مواد دیرگداز در کوره‌های ذوب فلزات ، سیمان ، آهک ، مخازن شیشه‌ای ، دیگهای بخار ، مجاری تصفیه‌ای ، پاتیلها ، کوره‌های الکتریکی و ... استفاده می‌شوند. نقش مواد دیرگداز عبارتند از:

• صیانت از بدنه کوره‌ها ، مجاری تصفیه‌ای و مخازن شیشه‌ای از تاثیر شعله یا مواد مذاب و گداخته.
  
  
• کاهش میزان و مقدار انتقال حرارت به خارج.
• جذب حرارت و انتقال آن به مواد گداخته.

ویژگیهای مهم دیرگدازها

• دیرگدازی : مقاومت حرارتی مواد دیرگداز ، تابع ترکیب شیمیایی و ساختمان بلورین است. پایداری حرارتی دیرگدازهای آلومینیوم‌دار با درصد آلومین آن رابطه مستقیم دارد. به عنوان مثال ، خاک رس آتشخوار حاوی 18 تا 45 درصد Al₂O₃ است و پایداری حرارتی آن 1600 تا 1750 درجه سانتیگراد می‌باشد. در صورتی که پایداری حرارتی Al₂O₃ تا 2050 درجه سانتیگراد می‌رسد.
  
  
• مقاومت شیمیایی : این ویژگی مواد دیرگداز تابع ترکیب شیمیایی مواد اولیه ، تخلخل و ساختمان بلوری آنهاست. شرایط محیطی دیرگدازها که شامل تماس با مواد مذاب ، گازها و بخار آب می‌گردد، موجب تسریع در واکنشهای شیمیایی می‌شود. استفاده از مواد دیرگداز ، به شرایط فیزیکوشیمیایی کوره بستگی دارد. در کوره‌های سیمان ، در منطقه پخت به دلیل شرایط قلیایی از آجرهای منیزیتی استفاده می‌شود.
  
  
• مقاومت در برابر شوکهای حرارتی : تغییرات سریع در دمای داخل کوره به شوک حرارتی معروف است. در مورد کوره‌های سیمان ، شوک پذیری آجر بدین صورت اندازه گیری می‌شود که آجر را در مدت 43 دقیقه به دمای 950 درجه سانتیگراد می‌رسانند، سپس آن را بطور ناگهانی در آب سرد یا در جریان هوای سرد قرار می‌دهند. این کار تا آن جا ادامه می‌یابد که وزن آجر به نصف آن کاهش یابد. تعداد دفعات تکرار شده ، نشانگر ضربه پذیری آجر است.
  
  
• مقاومت سایشی : در کوره‌های دوار ، مواد داخل کوره موجب ساییدگی مواد دیرگداز می‌گردد. در این حالت باید از موادی که مقاومت سایشی بالا دارند، استفاده نمود.

مواد اولیه دیرگدازها

دیرگدازها را بطور کلی با نام مواد اولیه همراه آنها می‌شناسند. بر این اساس دیرگدازها را به انواع زیر تقسیم می‌کنند:


دیرگدازهای سیلیسی ، دیرگدازهای منیزیتی ، دیرگدازهای دولومیتی ، دیرگدازهای گرافیتی ، دیرگدازهای کرومیتی ، دیرگدازهای بوکسیتی ، دیرگدازهای سیلیمانیتی ، دیرگدازهای فورستریتی ، خاک نسوز آتشخوار ، دیرگدازهای کاربید سیلیس ، دیرگدازهای آلومین.

دمای پایداری دیرگدازها

دیرگدازها را بر اساس دمای دیرگدازی آنها به سه گروه مهم تقسیم می‌نمایند:

• دیرگدازهای حرارت پایین (1580 تا 1780 درجه سانتیگراد) مانند آجر رسی آتشخوار ، دیرگدازهای سیلیسی.
• دیرگدازهای حرارت متوسط (1780 تا 2000) مانند دیرگدازهای سیلیمانیتی ، بوکسیتی ، کائولینیتی ، فورستریتی.
  
  
• دیرگدازهای حرارت بالا (بیش از 2000 درجه) همچون دیرگدازهای گرافیتی ، کاربیدی ، سیلیسی ، آلومینی و منیزیتی.

دیرگدازهای آلومینیوم سیلیکاته

دیرگدازهای آلومینیوم سیلیکاتی عمدتا از Al₂O₃ و SiO₂ تشکیل شده اند. میزان Al₂O₃ از حداقل 25 درصد (شاموت ضعیف) تا 100 درصد (نسوزهای کرنرومی) تغییر می‌کند. مواد اولیه دیرگدازهای آلومینیوم سیلیکاته عبارتند از خاکهای رس آتشخوار ، بوکسیت ، کانیهای سیلیمانیت ، آندالوزیت و کیانیت و کرندوم. پایداری حرارتی این دیرگدازها به درصد Al₂O₃ مواد اولیه بستگی دارد. با افزایش Al₂O₃ و کاهش SiO₂ پایداری حرارتی افزایش می‌یابد.

دیرگدازهای سیلیسی

مواد اولیه

دیرگدازهای سیلیسی حاوی بیش از 90 درصد سیلیس هستند. بر اساس طیقه بندی استاندارد ، دیرگدازهای سیلیسی حاوی آلومین (Al₂O₃) به میزان کمتر از 1.5 درصد ، اکسید تیتانیم (TiO₂) به مقدار کمتر از 0.2 درصد ، اکسید آهن (FeO₃) تا کمتر از 2.5 درصد و اکسید کلسیم (CaO) به مقدار کمتر از 0.4 درصد هستند. مواد اولیه این دیرگدازها شامل رگه‌های کوارتز ، کوارتزیت و ماسه سنگ سیلیسی می‌شود.

کاربرد

دیرگدازهای سیلیسی به دلیل تغییرات پلی مورفی که موجب ایجاد تغییراتی در حجم می‌گردد، مصارف محدود دارد. مقاومت سایشی دیرگدازهای سیلیسی در سطح بالاست و به همین علت است که در محیطهای اسیدی بکار می‌روند. پیش از این از آجرهای سیلیسی در بخش سقفی کوره‌های روباز و الکتریکی استفاده شده است.

دیرگدازهای منیزیتی

مواد اولیه و طرز ساخت

منیزیت مهمترین ماده اولیه برای ساخت دیرگدازهای منیزیتی است. دیرگدازهای منیزیتی بیشتر منیزیت مرده و به مقدار کمتر کرومیت دارند. ابتدا منیزیت را تا 1700 حرارت می‌دهند تا به پریکلاز (MgO) پایدار تبدیل گردد. سپس پریکلاز را به کمک سنگ شکن و آسیاب به پودر تبدیل می‌کنند. پودر را دانه بندی و حدود 5 تا 15 درصد کرومیت بر آن می‌افزایند تا مقاومت آن در برابر شوکهای حرارتی افزوده گردد. پودر همگن در قالبهای مخصوص ریخته می‌شود تا به کمک پرسهای هیدرولیک و یا مکانیکی به آن شکل دهند. آجر پرس شده را در دمای 1500 تا 1800 پخت می‌کنند تا در بیشتر اتصالهای ایجاد شده پیوند سرامیکی برقرار گردد.

مواد مصرف

دیرگدازهای منیزیتی در محیطهای قلیایی استفاده می‌شوند. بیشترین مصرف آنها در صنعت فولاد سازی ، کوره‌های الکتریکی و کوره‌های روباز است. مصارف مهم دیگر آنها در کوره‌های سیمان و ذوب مس و نیکل است. در بازیابهای حرارتی مخزن شیشه‌ای و مجاری تصفیه‌ای نیز ، دیرگدازهای منیزیتی بکار می‌روند.

دیرگدازهای دولومیتی

دیرگدازهای دولومیتی از سنگ دولومیت که به نسبت ارزان است ساخته می‌شوند. مواد اصلی تشکیل دهنده این دیرگدازها ، اکسیدهای منیزیم و کلسیم است. این دیرگدازها دمای 1700 و فشار ایستایی بالا را تحمل می‌نمایند. مقاومت در برابر شوکهای حرارتی آنها کم است. در نقاط ضعف آجرهای دولومیتی ، پایین بودن مقاومت در برابر شوکهای حرارتی و وجود CaO همراه آن است که هنگام جذب آب شکفته گردیده و موجب متلاشی شدن آن می‌گردد.

مباحث مرتبط با عنوان

• آجر نسوز
• بوکسیت
• تهیه فولاد
• دولومیت
• سیلیس
• صنعت سرامیک
• کوره ذوب فلزات
• کوره سیمان
• منیزیت
• نقش کانیها در تهیه سرامیک
• نقش کانیها در تهیه شیشه
• نقش کانیها در مواد پرکننده
• نقش کانیها در مواد ساینده