دانستنی های خاک نسوز
خاک نسوز یا گل آتشخوار نوعی رس است که می تواند بدون ترک برداشتن یا زجاجی شدن در برابر آتش مقاوم باشد. این حرارت معمولا حرارت یک کوره است که بر اساس استاندارد برای خاک نسوز، دمایی برابر با 1500 درجه سانتیگراد دارد. ویژگی مهم خاک های نسوز، قابلیت جذب آب و تشکیل توده خمیری شکل است تا بتواند به راحتی به شکل دلخواه قالب گیری درآيد. کاربرد این نوع خاک در صنایع مختلفی چون آجرهای نسوز، کاشی، سرامیک، رنگسازی، لعابسازی و صنایع مادر نظیر متالوژی و ذوب آهن است.
خاک نسوز چیست؟
خاک نسوز یا گل آتشخوار یک نوع رس است که می تواند بدون ترک برداشتن یا زجاجی شدن در برابر آتش مقاوم باشد. این حرارت معمولا حرارت یک کوره است که بر اساس استاندارد برای خاک نسوز، دمایی برابر با 1500 درجه سانتیگراد دارد. این خاک دارای حدود 18 تا 30 درصد وزنی اکسیدآلومینیوم، 50 تا 60 درصد وزنی سیلیس و 10 تا 12 درصد مواد فرار که بیشتر آن آب است که در عین حرارت دیدن از ماده خارج میشود.
کاربرد خاک نسوز
ویژگی مهم خاک های نسوز، قابلیت جذب آب و تشکیل توده خمیری شکل است تا بتواند به راحتی به شکل دلخواه قالب گیری درآيد. تنوع ترکیباتی این خاک کاربرد آن را در صنایع مختلفی چون کاشی، سرامیک، رنگ سازی، لعابسازی و صنایع مادر نظیر متالوژی و ذوب آهن افزایش داده است. کاربرد این خاک در تهیه آجرهای نسوز، خاک کوره، تعمیرات کوره، شیشه، سرامیک، انواع کوره ها، بلوک ها و... هستند. در ادامه به صورت جداگانه به کاربرد این خاک میپردازیم.
- آجر نسوز
ترکیبی از خواص دیرگدازی بالا و خاصیت زجاجی شدن پایین، سبب شده تا این خاک، ماده ای مناسب برای تولید آجرهای نسوز یا دیرگداز باشد. آجرهای دیرگداز کاربردهایی در آسترکاری بویلرها، کورههای سیمان، کورههای بلند، کورههای شیشه سازی و ... دارند. عملکرد آسترهای دیرگداز در دیواره ی کوره، نه تنها مقاومت در برابر دمای بالاست، بلکه در واقع مقاومت در برابر نوسانات دمایی، پیشگیری از نفوذ مذاب، پیشگیری از بروز سایش، ایروژن و تخریب به وسیله مواد مذاب موجود در کوره نیز است. در کل، این ماده از لحاظ شیمیایی نباید با مواد مذاب موجود در کوره واکنش دهد. عمر مفید آسترکاری نسوز به صورت قابل توجهی روی بهره وری مربوط به یک کوره و اقتصاد مربوط به یک کارخانه، مؤثر است.
برای تولید آجرهای نسوز، خاک نسوز با مواد آلومینایی مانند کیانیت، سیلیمانیت یا بوکسیت مخلوط شده و تحت عملیات خردایش و سایش قرار می گیرند. آب به میزان مناسب به این مخلوط افزوده شده و دوغاب حاصله به منظور انجام فرایند پیرشدن، رها میشود. توده پیرسازی شده، سپس با کمک اکسترودر، آب گیری شده و به صورت کیک در میآورد. این کیک قالبگیری شده به صورت آجر در میآید. سپس آجرهای خام در دمایی بین 1200 تا 1400 درجه پخت میشوند.
- ساگارهای کوئوردیریتی
توسعه اخیر در زمینه استفاده از خاک نسوز، محصولی با نام «ساگار کوئوردیریتی» است. این ماده از کوئوردیریت مصنوعی تولید میشود. ساگار سینیهایی هستند که به عنوان بخش نشیمنگاهی در کورهها مورد استفاده قرار میگیرد. این ماده در دمای بالاتر از 950 درجه سانتیگراد، زجاجی شده و در یک گستره دمایی قابل توجه پایدار می ماند. این پایداری تا دمای 1750 درجه سانتیگراد ادامه دارد. این ماده دارای ضریب انبساط خطی و ضریب انبساط پایین، مقاومت استثنایی در برابر شوک حرارتی، استحکام مکانیکی بالا، قابلیت کار در اتمسفرهای کاهشی و اکسیدی و قابلیت تحمل تغییرات سریع دمایی است.
- سیالون
خاک نسوز در تولید سرامیک های سیالونی کاربرد دارد. سرامیک های سیالونی ترکیبی از آلومینیوم، سیلیکون، اکسیژن و نیتروژن هستند. این ماده در مواردی کاربرد دارد که نیاز است استحکام مکانیکی دمای بالا حفظ شود. از جمله سایر ویژگیهای این سرامیک، میتوان به استحکام ویژه بالا، ضریب اصطکاک پایین، سختی و تافنس بالا و مقاومت به شوک حرارتی خوب اشاره کرد. استفادههای این ماده در تولید آجرها و مواد دیرگداز با قابلیت مقاومت در برابر فلزات مذاب، پوشش جوشکاری در موتورهای حرارتی، موتورهای توربین گازی، برش فلزات و ... است.
- آجرهای گرافیتی
در قدیم، آجرهای دیرگداز گرافیتی با استفاده از حرارت دهی مخلوطی از گرافیت به همراه خاک نسوز پلاستیک تولید می شدند. این آجرها در مواردی کاربرد داشتند که در آنها نیاز به مقاومت به خوردگی و حرارت بیشتری وجود داشت. این نوع آجرها، در حال حاضر متداول نیستند.
- بوتههای با باند رسی
در مقایسه با کورهها، بوتهها اندازه کوچکتری دارند. این بوته ها، در زمانی مناسب هستند که بخواهیم مقادیر اندکی از محصولات مختلف را مخلوط کرد و بدین وسیله آلیاژسازی کرد. همچنین راحتتر است که یک بوته آسیب دیده را تعویض کرد نه آسترکاری یک کوره را.
استفادههای عمده از بوتهها، در صنعت ریختهگری فلزات همچون فولادها، فلزات غیرآهنی (مانند برنج و آلومینیوم) و فلزات گرانبهاست. عمر مفید بوته ها، به نوع موادی که در آنها ذوب می شوند و همچنین به نوع جنس بوته وابسته است. برای نمونه هر سیکل حرارتی برای ذوب کردن فلزات غیرآهنی، چند روز طول میکشد و در هر زمان، دما نیز در حدود 1500 درجه است. این بوته ها، به صورت پیوسته تحت شرایط شوکهای حرارتی هستند.
دو نوع بوته گرافیتی وجود دارد که بوته با باند رسی و بوته با باند سیلیسی نامیده میشوند؛ در نوع با باند رسی از خاک نسوز استفاده میشود؛ برای تولید یک چنین بوتههایی، 40 تا 50 درصد گرافیت به همراه ۲۰ تا 30 درصد خاک نسوز، 25 درصد قراضه بوته و 5 درصد ماسه، مخلوط میشود.
آنالیز خاک نسوز
مواد مورد استفاده در ساخت نسوز را می توان به دو دسته اکسیدی و غیراکسیدی تقسیم کرد. دیرگدازهای اکسیدی معمول ترین نوع دیرگدازهای مورد استفاده در صنعت به شمار می روند و بیشتر دارای اکسیدهایی مانند سیلیسیم اکسید (سیلیس)، آلومینییوم اکسید (آلومینا) و منیزیم اکسید (منیزیت یا منیزیا) هستند. از دیگر ترکیبات مانند کرومیت، زیرکون و زیرکنیا نیز در برخی محصولات دیرگداز به منظور افزایش مقاومت به سایش استفاده می شود.
مواد تشکیلدهنده خاک نسوز
خاکهای نسوز دیرگداز، بیشتر از هالوزیت، مونوترمیت، کائولنیت، هیدروسل و ناخالصیهای کوارتز و فلدستاپ تشکیل شدهاند. به علت تنوع خاکهای نسوز، برای انتخاب و خرید آن در ساخت و تولید محصولات مورد نظر، مواردی را باید در گرفت، اگر ناخالصی خاکهای نسوز از کانیهای بوکسیتی باشد، این امر سبب افزایش مقدار آلومین و در نتیجه باعث افزایش آذرسنجی خاک میشود.
اگر ناخالصیها از موادی نظیر ترکیب های آهن و تیتانیوم باشد، این امر سبب کاهش نقطه خمیری محصول ساخته شده از خاک نسوز میشود.
کلمات کلیدی :
خاک نسوز آجرهای نسوز سرامیک متالوژی مواد نسوز کوره صنعت دیرگداز صنعت ریختهگری محصولات دیرگداز