نسوزها چیستند؟
اول، یک تعریف سریع: نسوزها موادی هستند که میتوانند در برابر دماهای بسیار بالا (معمولاً > 1000 درجه سانتیگراد یا 1832 درجه فارنهایت) و شرایط سخت (سایش، خوردگی شیمیایی، شوک حرارتی) بدون ذوب شدن یا تخریب مقاومت کنند. آنها پوشش کورهها، کورههای زبالهسوز، راکتورها و سایر تجهیزات فرآوری با دمای بالا هستند.
چرا آلومینای سفید فیوزد یک ماده نسوز عالی است؟
آلومینای سفید ذوبشده فقط یک ماده نسوز نیست؛ بلکه اغلب به عنوان یک انتخاب با کارایی بالا یا ممتاز برای کاربردهای حساس در نظر گرفته میشود. دلایل این امر نتیجه مستقیم شیمی و فرآیند تولید آن است.
۱. خلوص بسیار بالا و بیاثری شیمیایی
-
محتوای بالای Al₂O₃: WFA معمولاً حاوی بیش از 99٪ آلومینا (Al₂O₃) است . این مهمترین ویژگی آن برای دیرگدازها است.
-
رفتار تقریباً خنثی: آلومینا از نظر شیمیایی پایدار است و به عنوان یک اکسید آمفوتریک عمل میکند، اما در شکل با خلوص بالا، در برابر حمله سربارههای اسیدی و بازی (در محدودههای مشخص) بسیار مقاوم است و آن را به مادهای همهکاره تبدیل میکند.
-
ناخالصیهای کم: ناخالصیهایی مانند SiO₂، Fe₂O₃ و Na₂O در مقادیر بسیار کم (اغلب کمتر از 0.5٪) وجود دارند. این ناخالصیها فازهایی با نقطه ذوب پایین (مثلاً فازهای شیشهای) تشکیل میدهند. عدم وجود آنها در WFA به این معنی است:
-
استحکام حرارتی بالاتر: دیرگداز، یکپارچگی ساختاری خود را در دماهای بالاتر حفظ میکند.
-
مقاومت خزش بهتر: در برابر تغییر شکل آهسته تحت بار در دماهای بالا مقاومتر است.
-
کاهش خوردگی: مکانهای واکنشپذیر کمتری برای سربارهها، فلزات مذاب و گازها جهت حمله وجود دارد.
-
۲. نقطه ذوب بسیار بالا
-
نقطه ذوب آلومینای خالص ۲۰۵۰ درجه سانتیگراد (۳۷۲۲ درجه فارنهایت) است . آلومینای سفید (WFA) که تقریباً خالص است، نقطه ذوبی بسیار نزدیک به این دارد. این امر معادل مخروطی پیرومتریک (PCE) آن – معیاری از دیرگدازی آن – را بسیار بالا تعریف میکند و امکان استفاده از آن را در شدیدترین محیطهای دمایی فراهم میکند.
۳. خواص مکانیکی عالی در دمای بالا
-
مدول گسیختگی (MOR) در دمای بالا: دیرگدازهای مبتنی بر WFA حتی در حالت داغ نیز استحکام خود را حفظ میکنند. این امر برای مقاومت در برابر آسیبهای مکانیکی، تحمل بار و شرایط سایشی درون کوره بسیار مهم است.
-
مقاومت سایشی فوقالعاده: همانند پوششها، سختی موس ۹ آن، آن را برای مناطقی که در معرض سایش مکانیکی هستند، مانند بالای واگنهای کوره، بلوکهای مشعل و مناطقی که مواد بار دائماً در حال حرکت هستند، ایدهآل میکند.
۴. پایداری حجمی خوب (انقباض در اثر پخت مجدد)
-
از آنجا که WFA از قبل یک محصول ذوب شده است ، در طول تولید خود، شدیدترین تغییر فاز و انقباض را تجربه کرده است. هنگامی که به عنوان سنگدانه در نسوزهای شکلدار (آجر) یا یکپارچهها (ریختنیها) استفاده میشود، در اولین گرمایش به پایداری ابعادی عالی کمک میکند و خطر ترک خوردگی را در طول خشک شدن آستر جدید به حداقل میرساند.
اشکال و کاربردهای رایج WFA در نسوزها
WFA به ندرت به تنهایی استفاده میشود. این یک مادهی کلیدی یا “سنگدانه” در یک ماتریس نسوز است.
۱. نسوزهای شکلدار (آجرها و اشکال)
-
WFA به اندازه ذرات خاص (درشت، متوسط، ریز) درجهبندی میشود و با سایر مواد با خلوص بالا یا پیوندهای سرامیکی پیوند داده میشود تا به آجر تبدیل شود.
-
کاربردها: پوشش داخلی کورههای دما بالا (مثلاً کورههای تونلی، کورههای شاتل)، پاتیلهای فولاد، مناطق انتقال کوره سیمان و مناطق بحرانی در راکتورهای فرآوری شیمیایی.
۲. نسوزهای یکپارچه (بدون شکل)
این بزرگترین و رو به رشدترین حوزه کاربرد است.
-
مواد ریختنی: سنگدانههای WFA با سیمان آلومینات کلسیم و پودرهای ریز مخلوط میشوند. وقتی آب اضافه میشود، میتوان آن را ریخت، پمپ کرد یا در محل مورد نظر لرزاند تا یک پوشش یکپارچه تشکیل شود.
-
مخلوطهای پاششی: مشابه جرمهای ریختنی هستند اما طوری طراحی شدهاند که برای تعمیر یا نصب سریع، روی سطح پاشیده (پاششی) شوند.
-
مخلوطهای کوبیدنی: مخلوط خشکتری که برای کاربردهای خاص در محل مورد نظر کوبیده میشود.
-
کاربردها: پوششهای پیچیده کوره، پوششهای پاتیل، بلوکهای مشعل، سیکلونها و هر ناحیهای که در آن به پوشش بدون درز و با شکل سفارشی نیاز باشد.
۳. محصولات تخصصی
-
پوستههای ریختهگری دقیق: نسوزندگی و خلوص بالای پودر WFA (پودر ریز) آن را به یک ماده گچکاری و پشتیبان عالی برای ساخت قالبهای سرامیکی جهت ریختهگری پرههای توربین سوپرآلیاژ و سایر قطعات فلزی دقیق تبدیل کرده است.
-
مبلمان کوره: ستونها، پایهها و صفحات ساخته شده از WFA به دلیل استحکام و مقاومت در برابر خمیدگی (خزش) میتوانند برای پشتیبانی از ظروف سرامیکی در حین پخت در دماهای بسیار بالا استفاده شوند.
مقایسه با آلومینای قهوهای ذوبشده (BFA) در دیرگدازها
| ملک | آلومینای سفید ذوب شده (WFA) | آلومینای قهوهای ذوبشده (BFA) |
|---|---|---|
| محتوای Al₂O₃ | >99% | ~۹۵-۹۷٪ |
| ناخالصیها | خیلی کم (Na₂O و غیره) | بالاتر (SiO₂، TiO₂، Fe₂O₃) |
| نسوز | بالاتر (نزدیک به ۲۰۵۰ درجه سانتیگراد) | کمی پایینتر |
| مقاومت/خزش در دمای بالا | برتر | خوبه ولی به خوبی WFA نیست |
| هزینه | بالاتر | اقتصادیتر |
| کاربرد معمول | کاربردهای بحرانی و با دمای بالا که در آنها خلوص و عملکرد بسیار مهم هستند. |