جامع ترین دسته بندی نسوز ها

نسوز ها متناسب با کاربردهایشان و شرایط های مختلف، به دسته های متعددی تقسیم می شوند، ولی به طور کلی براساس 7 معیار ذکر شده می توانیم نسوزها را اینگونه طبقه بندی کنیم:

1-     نسوزها بر اساس ماهیت شیمیایی

با توجه به ماهیت شیمیایی (میل ترکیبی) هر ماده، دیرگدازها به سه دسته اسیدی، بازی و خنثی طبقه بندی می شوند.

نسوزهای اسیدی:

دیرگدازهای اسیدی آنهایی هستند که در برابر هر گونه شرایط اسیدی مانند سرباره، بخار و گازها در دماهای بالا مقاوم هستند.

اما، آنها به راحتی توسط هر سرباره یا محیطی بازی مورد حمله قرار می گیرند و  باعث خوردگی شدید در پوشش نسوز و در نتیجه منجر به کاهش عمر نسوز می شوند.

این دیرگدازها فقط در مناطقی استفاده می شوند که سرباره و اتمسفر ماهیتی اسیدی دارند.

نمونه هایی از نسوزهای اسیدی عبارتند از:

1. سیلیس (SiO2)
2. فایرکلی

در هر دو مثال، سیلیس به عنوان ماده اصلی می باشد و در هر محیط اولیه در دمای بالا، مثلاً در پاتیل های فولاد یا منطقه دما بالا کوره های سیمان، واکنش داده و سیلیکات های قلیایی و قلیایی مختلف را تشکیل می دهند.

این سیلیکات ها نقطه ذوب پایینی دارند و بیشتر با ساختار نسوز جامد واکنش داده و باعث سایش نسوز و تخریب شدید پوشش نسوز می شوند.

از این رو، در انتخاب دیرگداز اسیدی در یک محیط اسیدی باید به سایر پارامترها توجه شود.

نسوزهای خنثی:

دیرگدازهای خنثی از نظر شیمیایی در برابر اسیدها و بازها پایدار هستند و در مناطقی که سرباره و جو، اسیدی یا بازی هستند، استفاده می شوند.

از این رو، این نوع دیرگدازها بیشتر مورد استقبال قرار می گیرند.

اما بسیاری از دیرگدازهایی که در دماهای پایین خنثی عمل می کنند، در دماهای بالا با مقداری میل شیمیایی رفتار می کنند.

از این رو نسوز خنثی همیشه گزینه اول نیستند.

رایج ترین مثال ها از این دسته بندی :

1. کربن یا گرافیت (بی اثرترین)
2. آلومینا (Al2O3)
3. کرومیت ها (Cr2O3)

از این میان، گرافیت کمترین واکنش را دارد و به طور گسترده در کوره‌های متالورژیکی استفاده می‌شود، که فرآیند اکسیداسیون کربن را می‌توان کنترل کرد.

دیرگدازهای آلومینا و کرومیت در دماهای پایین پایدار و خنثی هستند، اما ماهیت اسیدی کمی در حالت خنثی  دارند و در دماهای بالا با مواد بازی بسیار قوی واکنش نشان می دهند.

از این رو، خنثی بودن شیمیایی آنها دیگر در دماهای بالا معتبر نیست.

نسوزهای بازی:

دیرگدازهای بازی، موادی هستند که توسط اجزای اسیدی مورد حمله قرار می گیرند، اما در برابر سرباره های قلیایی، گرد و غبار، بخارات و همچنین در دمای بالا پایدار هستند.

از آنجایی که این نسوزهای بازی با سرباره های قلیایی واکنش نمی دهند، در فرآیندهای  فولادسازی، عملیات متالورژی غیرآهنی و صنایع سیمان اهمیت قابل توجهی دارند.

دیرگدازهای بازی هرگز در شرایط اسیدی استفاده نمی شوند.

متداول ترین دیرگدازهای بازی عبارتند از:

1. منیزیا (MgO)
2. دولوما (CaO.MgO)

2- نسوزها بر اساس جزء اصلی و خلوص:

یکی از ساده‌ترین روش‌ها و طبقه‌بندی های مرسوم برای دیرگدازها، ذکر ترکیبات اصلی موجود و درصد خلوص مواد است.

طبقه بندی اصلی بر اساس ترکیب اصلی می باشد و به عنوان نسوز آلومینا، نسوز سیلیس، نسوز دولومیت و غیره نامیده می شود.

این بدان معنی است که دیرگدازها حاوی آلومینا، سیلیس، دولومیت به عنوان اجزای اصلی هستند.

از نظر صنعتی و تجاری، این طبقه بندی پرکاربردترین روش برای طبقه بندی دیرگدازها است.

 

3- طبقه بندی بر اساس فرم یا شکل فیزیکی:

دو دسته شکل دار و بی شکل می توان طبقه بندی کرد.

نسوز شکل دار: این نوع نسوزها دارای اندازه و شکل ثابتی هستند.

دیرگدازهای شکل دار رایج ترین و مرسوم ترین دیرگدازها هستند.

اشکال، ممکن است استاندارد و یا متناسب با نیاز مشتری،خاص باشند.

اشکال استاندارد آن دسته از محصولاتی هستند که شکل و ابعاد آنها رایج بوده و مورد قبول اکثر تولیدکنندگان و استفاده کنندگان نسوز می باشند.

آجرهای شکل استاندارد دارای ابعادی هستند که توسط اکثر سازندگان نسوز مطابقت دارد و در مقادیر زیاد تولید می شوند.

از سوی دیگر، اشکال خاص، محصولاتی هستند که مخصوص کوره‌های خاص ساخته می‌شوند، با شکل و ابعاد بسیار خاص و عموماً فقط در مقادیر محدود مورد نیاز هستند.

نسوز بی شکل: دیرگدازهای بدون شکل آنهایی هستند که در حالت دانه بندی هستند و  شکل و اندازه خاصی ندارند.

شکل و اندازه با توجه به  کاربرد آن و روش هایی مانند کست، کوبش، ماله کشی و گان اعمال می شوند.

این دسته را می توان مونولیتیک نامید.

 

4- طبقه بندی بر اساس روش ساخت

 

1-     پرس و پخته شده (سینتر شده)

نسوز پرس و پخته شده رایج ترین نوع دیرگداز است که به طور کلی یافت می شود.

در این روش ذرات با اندازه‌های مختلف (از مواد اولیه مختلف برای به دست آوردن ترکیب نسوز مناسب) مخلوط شده و سپس فشرده و پخته می‌شوند تا به شکل، اندازه و ویژگی‌های دلخواه برسند.

فشار پرس و دمای پخت پارامترهای حیاتی هستند و بر اساس اجزای ترکیب و ویژگی‌های هدف ثابت می‌شوند.

استفاده از فشار و دمای کمتر منجر به استحکام کم و محصول نسبتاً متخلخل (دانسیته کم) می شود.

2-     دیرگدازهای ریختگی ذوب شده ( فیوزد کست)

دیرگداز های ذوب شده برای بسیاری از صنایع مانند شیشه، آهن، فولاد، آلومینیوم و غیره مهم هستند، این نوع نسوزها در جایی که دیرگدازها در معرض تماس با فاز مایع در دمای بالا برای مدت طولانی قرار می گیرند، استفاده می شوند.

همچنین این دسته از دیرگدازها برای صنایع پتروشیمی و سایر صنایع مرتبط که در آن دیرگدازها در معرض سایش ، فرسایش ، خوردگی و حمله شیمیایی زیاد هستند ضروری هستند.

دیرگدازهای فیوزد کست با ذوب مخلوط پودرهای اکسیدی (برای ترکیب مورد نظر) در  کوره قوس الکتریکی (با استفاده از الکترودهای کربن) در دمای بیش از 2000 درجه سانتیگراد و ریخته گری مذاب در قالب ها تولید می شوند که در آن از طریق آنیل کردن برای کاهش ایجاد کرنش انجماد می شود.

در مقایسه با دیرگدازهای معمولی، محصولات ریخته گری ذوب شده دارای ساختار بسیار متراکم و بسیار بادوام با استفاده از مواد معدنی پایدار هستند و خواص مکانیکی و شیمیایی بالایی از خود نشان می دهند.

همچنین، ذوب و خنک‌سازی آهسته، اندازه‌های کریستالی بزرگی را تولید می‌کنند که سطح ویژه را برای هر واکنش شیمیایی کاهش می‌دهد و در نتیجه مقاومت در برابر خوردگی را افزایش می‌دهد.

تخلخل کم نفوذ مایعات خورنده را محدود می کند و سطح صاف از چسبیدن سرباره جلوگیری می کند.

این نوع نسوز ها به دلیل مقاومت فشاری بالا در برابر بارهای سطحی بالا مقاومت می کنند.

هدایت حرارتی بالا از ساختار متراکم منجر به توزیع یکنواخت گرما در دیرگداز می شود و شرایط حرارتی یکنواختی را ایجاد می کند.

اما، از آنجایی که این فرآیند شامل ذوب مواد نسوز است، مقدار زیادی گرما برای تولید این نوع نسوزها مورد نیاز است که بر اقتصاد تاثیر می گذارد.

3-     قالبگیری دستی

این نسوزها به دلیل شکل ها و اندازه های حیاتی خود مهم هستند.

اشکال و ابعاد غیرمتعارف ویژه در دیرگدازها برای بسیاری از کاربردهای خاص مانند کوره های کک، کوره مخزن شیشه ای و غیره مهم هستند.

اما قالب‌های فشاری نمی‌توانند شکل‌های پیچیده‌ای  ایجاد کنند.

روش پرس برای بهره وری بیشتر به طراحی ساده نیاز دارد.

همچنین ابعاد شکل نیز در فرآیند پرس محدود می‌شود، زیرا ابعاد بزرگ‌تر نیاز به ظرفیت پرس زیادی دارد که دارای محدودیت‌های فنی خاصی است.

از این رو برای ساخت یک شکل پیچیده یا یک محصول نسوز با اندازه بزرگ، قبل از پخت، قالب گیری دستی (با استفاده از تکنیک هایی مانند چکش کاری) ساده ترین و اقتصادی ترین فرآیند است.

4-     باندینگ

بیشتر نسوزها زینتر شده اند، به این معنی که آنها دارای یک پیوند سرامیکی هستند که در حین زینتر در بین ذرات شروع به تشکیل شدن می کند.

به غیر از این پیوند زینترینگ و سرامیکی، بسیاری از انواع پیوندها نیز برای نسوز ها استفاده می شود تا بر اساس ترکیب و نیاز، استحکام ایجاد کنند. بسیاری از نسوزها از نظر شیمیایی پیوند دارند.

این بدان معناست که برای ایجاد یک پیوند ثانویه (شیمیایی) بین ذرات، برای حفظ شکل و اندازه و ایجاد استحکام و سایر خواص، از یک ماده، پیوند شیمیایی متفاوت استفاده می‌شود که کاملاً با ترکیب اصلی دیرگداز متفاوت است.

عمدتاً از پیوند شیمیایی برای آن دسته از سیستم‌های نسوز استفاده می‌شود که برای ایجاد پیوند پخت مستقیم به دمای بسیار بالا نیاز دارند.

افزودن یک فاز ثانویه ممکن است یک مایع تشکیل دهد (یا واکنش نشان دهد و ذوب شود) و یک پیوند بین ذرات نسوز اولیه ایجاد کند.

اما، خواص نسوز در دمای بالا ممکن است تحت تاثیر قرار گیرد.

همچنین، پیوند ایجاد کردن با استفاده از  قطران و رزین برای دیرگدازهای حاوی کربن در ترکیب به مقدار قابل توجهی رایج است.

ذرات کربن که دارای پیوند اتمی بسیار قوی در بین خود هستند و بسیار ریز هستند، وقتی در بین ذرات اکسید دیرگداز وجود داشته باشند، حتی در دماهای بالا اجازه انتقال جرم و تف جوشی را به دیرگداز نمی دهند.

از این رو برای پیوند کربن، به ویژه، از مواد کربنی مایع به عنوان ماده پیوندی استفاده می شود، که می تواند پلیمریزه شود و یک ساختار شبکه ای مبتنی بر کربن سه بعدی تشکیل دهد و می تواند کل ساختار/ذرات نسوز را حتی در دماهای بالا نگه دارد و استحکام ایجاد کند.

5-     دسته بندی بر اساس قابلیت تحمل دمای حرارتی

طبقه بندی دیرگدازها بر اساس معیار دمای کاربرد نیز انجام می شود، یعنی تا چه دمایی دیرگداز می تواند کارایی داشته باشد.

این طبقه بندی در گذشته رایج بود و در حال حاضر هنوز برای دیرگدازهای قابل استفاده در دمای پایین، به ویژه برای نسوزهای فایرکلی معتبر است.

پارامتر اصلی برای این طبقه بندی، نسوزندگی یا دمای نرم شدن است که نشان دهنده حداکثر دمایی است که دیرگداز می تواند بدون تغییر شکل تحمل کند.

نسوزها در این طبقه بندی در چهار دسته طبقه بندی می شوند.

وظیفه حرارتی کم

اینها دیرگدازهای مقاوم در برابر دمای پایین هستند که دارای نسوزندگی تا 1630 درجه سانتیگراد هستند و دارای معادل مخروطی پیرومتریک (PCE) تا 28 هستند.

مثال معمول برای این دیرگدازها نسوزهای فایرکلی، دیرگدازهای کم سیلیس و غیره است.

وظیفه حرارتی متوسط ​​

این دیرگدازها قادر به تحمل دماهای بالاتر نسبت به کلاس قبلی بوده و دارای نسوزندگی در محدوده 1630 تا 1670 درجه سانتیگراد هستند.

مقدار PCE بین 28 تا 30 متغیر است.

نمونه های رایج این دیرگدازها فایرکلی و نسوزهای کم آلومینا هستند.

وظیفه حرارتی بالا

این دیرگدازها  ظرفیت تحمل دمای بالاتری دارند، دارای نسوز بین 1670 تا 1730 درجه سانتیگراد و دارای مقادیر PCE بین 30 تا 33 هستند.

نمونه ای از این دیرگدازها آلومینا، دیرگدازهای کرومیت است.

وظیفه حرارتی فوق العاده

در بین انواع مختلف دیرگدازها، این کلاس بالاترین دما را تحمل می کند و دارای نسوزندگی بیش از 1730 درجه سانتی گراد و مقدار PCE بیشتر از 33 است.

نمونه های رایج این دیرگدازها دیرگدازهای آلومینا بالا و منیزیتی هستند.

6-     طبقه بندی بر اساس تخلخل (عایق) یا هدایت حرارتی

تخلخل دیرگدازها را در دو دسته اصلی متمایز می کند: متراکم و عایق.

همین طبقه بندی بر اساس هدایت حرارتی نیز انجام می شود:

آنهایی که متراکم هستند رسانایی بالاتری دارند و عایق ها (متخلخل) به دلیل وجود منافذ پر از هوا که رسانای بد گرما هستند رسانایی پایینی دارند.

نسوزهای متراکم

دیرگدازهای متراکم آنهایی هستند که تخلخل بسیار کمی دارند و برای دستیابی به حداکثر چگالی ممکن، پخته می شوند.

چگالی بیشتر (تخلخل کمتر) از تماس بیشتر و بیشتر بین ذرات حاصل می شود و این تماس بیشتر از طریق روش ساخت و یا زینتر شدن می تواند حاصل شود.

درجه بیشتر تماس بین دانه ها  و زینتر بیشتر منجر به  استحکام بیشتری می شود.

از این رو، دیرگداز متراکم خواص مکانیکی  بهتر و مقاومت بالاتر در برابر خوردگی، سایش، خوردگی و فرسایش دارد و رسانایی حرارتی بالاتری هم دارد.

به طور معمول، دیرگدازهایی که تخلخل کمتر از 45 درصد دارند، دیرگدازهای متراکم نامیده می شوند.

نسوزهای عایق

هر پردازش در دمای بالا به مقدار قابل توجهی انرژی حرارتی نیاز دارد و نسوزهای عایق در این زمینه نقش به سزایی دارند.

هر چه دمای پردازش بالاتر باشد، احتمال از دست دادن گرما بیشتر می شود.

برای کاهش خروج انرژی از فرآیند، نوع خاصی از مواد پوشش نسوز برای مخزن پردازش مورد نیاز است که به آن نسوز عایق می گویند.

وظیفه اصلی نسوز عایق جلوگیری یا کاهش سرعت جریان گرما (اتلاف حرارت) از طریق دیواره‌های کوره است.

این دیرگدازها همزمان باید هم  دمای بالا  را تحمل کنند و هم عایق باشند (رسانایی حرارتی کم).

چنین الزاماتی با ادغام تخلخل در بدنه دیرگداز، که در واقع محفظه های هوای کوچک هستند، به دست می آیند.

هوا رسانایی گرمایی بسیار کمی دارد.

بنابراین، هر چه تخلخل بیشتر باشد، ویژگی عایق بودن دیرگداز بیشتر است.

معمولاً دیرگدازهایی که تخلخل بیش از 45 درصد دارند، نسوزهای عایق نامیده می شوند.

منافذ کوچک و توزیع یکنواخت با مقدار تخلخل بیشتر باعث کیفیت بهتر عایق می شود.

 

7-     طبقه بندی بر اساس منطقه کاربردی

دیرگدازها محصولات کاربردی هستند که بنا به نیاز آن صنعت و حوزه کاربرد خاص در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند.

بنابراین، معمولاً نسوز ها نیز بر اساس منطقه کاربردشان طبقه بندی می شوند.

نسوز ها عمدتاً توسط صنایع آهن و فولاد مصرف می شوند، بنابراین نسوز هایی که برای ساخت آهن و فولاد استفاده می شوند به عنوان نسوز برای آهن و فولاد طبقه بندی می شوند.

مجدداً با توجه به تنوع شرایط عملیاتی در صنعت آهن و فولاد، انواع دیرگدازها در کارگاه ها و مخازن متالورژی یا فرآیندهای مختلف استفاده می شود.

هر کارگاه تولیدی ممکن است به اشکال خاص نسوز و همچنین مشخصات فنی متفاوتی از دیرگدازها نیاز داشته باشد.

بنابراین، در طبقه بندی «دیرگداز برای آهن و فولاد»، ممکن است زیر طبقه‌بندی هایی با عنوان (i) نسوزهای کوره کک، (ب) نسوزهای کوره بلند، (iii) نسوزهای فولادسازی، (IV) نسوزهای پاتیل  ، (v) نسوزهای تاندیش، (و) نسوزهای واحد کلسینه، (vi) دیرگدازهای نسوز، (vi) دیرگدازهای کوره‌های کک، (vi) نسوزهای کوره های پیش گرم داشته باشند.

نوع مشابهی از طبقه بندی نیز وجود دارد، بر اساس صنایعی مانند سیمان، شیشه، آلومینیوم، مس، نفت، صنایع شیمیایی و غیره. همچنین طبقه بندی زیر هر طبقه نیز بر اساس نام فرآیندها و واحد ها وجود دارد.

بیشتر بخوانیم:

جرم نسوز، ملات نسوز

مرجع: