استفاده دیرگدازها در ریخته ‌گری

استفاده از دیرگدازها در صنعت ریخته گری

ریخته گری عبارت از شکل دادن فلزات و آلیاژها از طریق ذوب، ریختن مذاب در محفظه ای به نام قالب و آنگاه سرد کردن و انجماد آن مطابق شکل محفظه قالب است. این روش جزو یکی از قدیمی ترین فرآیند شناخته شده برای بدست آوردن شکل مطلوب فلزات است. نخستین کوره های ریخته‌گری از خاک رس ساخته شده است. بسیاری از قالب های اولیه نیز از خاک رس، خاک نسوز ماسه و سنگ تهیه می شود. 

مصرف انرژی در بخش ریخته گری فلزات حدود 0.2 درصد کوارد در هر سال برآورده شده است که عدد قابل توجهی است. این مسئله سبب شده تا صاحبان کوره های ریخته گری، فرآیند ذوب، نگهداری و کوره های خود را بهینه سازی کنند و این موضوع موجب کاهش 20 درصدی در مصرف انرژی شده است. با این کار، همچنین میزان گازهای آلاینده کاهش قابل توجهی یافته است. با توجه به این موضوع، عمر آسترهای نسوز برای تمامی اقدامات ریخته گری طی دهه های اخیر، افزایش قابل توجهی یافته است، اما بسیاری از مشکلات در واقع هنوز پا بر جاست. هرچند  این صنعت آرزو دارد تا عمر مفید دیرگدازها و اجزایی که در تماس مستقیم با مواد مذاب است را بیش از پیش افزایش دهد. 

واحدهای ریخته گری یکی از بزرگترین مصرف کنندگان نسوز به شمار می روند. نسوزها در انواع مختلفی از فرایندهای صنعت ریخته گری، استفاده می شوند. تقریبا 90 درصد از انرژی استفاده شده به صورت مستقیم در این صنعت، در ارتباط با دیرگدازهاست. 

انواع نسوزهای مورد استفاده در ریخته گری

واحدهای ریخته گری با انواع مختلفی از مواد نسوز مانند دیرگدازهای سیلیسی، آلومینا- سیلیکاتی، پرآلومینا، زیرکنی، منیزیایی، اسپینلی، کروم دار و منیزیا- کربن، در اشکال مختلف مانند مونولیتیک، اشکال پیش ریخته گری شده و آجرها و... آسترکاری می شوند. 

 واحدهای اصلی آسترکاری شده با نسوزها شامل کوره های بازتابشی، کوره های بوته ای، کوره های القایی کانالی، کوره های القایی بدون پیچه، کوره های قوس الکتریکی و ظرف های مورد استفاده برای انتقال مذاب می شود. این کوره ها با انواع مختلفی از مواد نسوزها مانند نسوزها سیلیسی، آلومینو- سیلیکاتی، پرآلومینا، زیرکنی، منیزیایی، اسپینلی، کروم دار و منیزیا- کربن، آسترکاری می شوند.

ریخته گری آهن یک مصرف کننده اصلی انرژی برای این بخش است. این بخش در واقع 12 درصد از مصرف انرژی در این بخش را به خود اختصاص می دهد. در داخل هر یک از این فرایندها، حدود 55 درصد از کل هزینه انرژی برای ذوب شدن فلز است و بقیه برای فرایندهایی همچون کک سازی، قالب گیری، عملیات حرارتی و فرایندهای پس از قالب گیری استفاده می شوند. 

عمر آسترهای نسوز در ریخته گری

به صورت کلی، عمر مفید دیرگدازها بیش از همه چیز به نحوه عملکرد اپراتور کوره و همچنین مواد اولیه مورد استفاده در صنعت ریخته گری دارد. یعنی اگر اپراتور کوره، دما را بیش از حد افزایش دهد، عمر مفید خاک نسوز کاهش نمی یابد. همچنین اگر برای تولید محصولات‌ ریخته گری از مواد اولیه نامناسبی استفاده شود، هر انداز نیز که دیرگداز مصرفی مرغوب باشد، در بازه زمانی کوتاهی از بین می‌رود. 

اگرچه عمر آسترهای نسوز برای تمام اقدامات ریخته گری طی دهه های اخیر، افزایش قابل توجهی یافته است، اما بسیاری از مشکلات در واقع هنوز پا بر جاست. برای مثال، بیشتر کانال ها و کوره های القایی بدون پیچه در ریخته گری فولادها و آهن، از مواد ریختنی خشکی تشکیل شده اند که قابلیت تشکیل اسپینل را دارند. این مواد موجب افزایش عمر آستر نسوز در این بخش ها می شوند، ولی همزمان فلز در این دیرگدازها نیز نفوذ کرده و موجب خوردگی شیمیایی آنها می شود. همچنین براساس برخی مطالعات، مدیریت حفظ و نگهداری خوب در زمینه دیرگدازها، توسعه دیرگدازهای جدید و انتخاب روش های مناسب، منجر به صرفه جویی در انرژی و کاهش در هزینه های ذوب می شوند. با افزایش بیشتر تقاضا برای فلزات ریخته گری شده با کیفیت بالا، انتخاب دیرگدازها با چالش های بیشتری مواجه شده است. 

برای ریخته گری فولاد، سایش دیرگداز و واکنش دیرگدازهای بازی، می تواند به ورود ناخالصی به فولاد بینجامد. دیرگدازهای آلومینایی با کیفیت بالا عموما در این فرایندها استفاده می شوند. همچنین استفاده از مواد دیرگداز بر پایه زیرکونیا نیز در بخش هایی که متحمل سایش یا شوک های حرارتی می شوند نیز متداول است. استفاده از دیرگدازهای بر پایه منیزیا نیز در بخش هایی که خوردگی به واسطه سرباره قابل توجه است، نمود پیدا می کند.

بکارگیری دیرگداز در کوره 

برای بکارگیری نسوز در کوره، ابتدا باید تمام باقیمانده‌ ذوب و سرباره‌ها از اطراف کوره جمع شود و داخل کوره با هوای فشرده یا مکنده تمیز شده تا هیچ گونه اثری از نسوزکاری قبلی و گرد و غبار باقی نماند. سپس سیم ارت و عایق را نصب کرده و فرآیند خاک‌ کوبی کف آغاز می شود. خاک نسوز باید به صورت یکباره و از ارتفاع پایین به داخل کوره ریخته شود تا موجب جدایش دانه ‌بندی خاک نسوز نشود.

پس از تراز کردن خاک کف کوره، شابلون باید با کف کوره تراز شود و در مرکز کوره قرار بگیرد. سپس به کمک چنگالی خاک کف کوره را کوبه زده تا خاک کف بتواند با خاک نسوز جداره، یکپارچه شود. در نهایت عملیات زینتر انجام می گیرد که به معنای پیوند خوردن دانه های خاک با یکدیگر در دمای بالاست که با سه روش اجرا می شود.