متال84 شهید چمران اهواز

ديرگداز ها


تهيه شده بر اساس : جلسات درس استاد محترم دكتر ناصري

گرد آوري و تنظيم : مصطفي و مرتضي نظام پرور

مواد دیر گداز:
به موادی گفته می شود که نقطه خمیری شدن آن ها بالاتر از 1520 درجه سانتیگراد می باشد .
تمام مواد تشکیل دهنده شیشه ها و سرامیک ها مواد اکسیدی می باشند .
نقطه خمیری شدن :
برای تعیین نقطه خمیری شدن از مخروط زگر Seger یا مخروط اورتون Orton استفاده می کنند به این صورت که ابتدا مخروط تهیه شده را در کوره مورد نظر قرار داده و شروع به حرارت دادن می کنیم تا هنگامی که مخروط از کمر خم شود و در اصطلاح شکسته شود این دما را نقطه خمیره گویند که اگر بیش از 1520 درجه باشد به آن دیر گداز اطلاق می شود .
مواد اولیه تشکیل دهنده دیر گداز ها :
این مواد اولیه عبارتند از :
نام اکسید مواد دیر گداز نقطه ذوب
اکسید سیلیسیم SiO2 1723
اکسید آلومینیم Al2O3 2020
اکسید کرم Cr2O3 2262
اکسید کلسیم CaO 2570
اکسید زیر کنیم ZrO 2750
اکسید منیزیم MgO 2800
پارامتر های مهم یک دیر گداز و نحوه اندازه گیری آن ها :
1- تعیین نقطه خمیری و درجه دیر گدازی
2- پایداری در برابر سرباره
3- استحکام در برابر شوک حرارتی (تغييرات ناگهاني درجه حرارت)
4- مقاومت در برابر فشار (در درجه حرارت اتاق و حرارت هاي بالا)
که در دماهای R.T (Room Temperature) و H.T ( High Temperature)
5- پایداری حجمی در عملیات حرارتی بعدی ( حرارت دادن مجدد )
6- میزان انبساط حرارتی
7- میزان انتقال هدایت حرارتی و گرمایی(قابليت هدايت حرارتي )
8- میزان تخلخل و دانسیته و قابلیت نفوذ در مقابل گاز ها
9- مقاومت در مقابل ضربه
10- خزش
1) تعیین نقطه خمیری و درجه دیر گدازی
این پارامتر که به وسیله دو مخروط به نام های زگر و اورتون سنجیده می شود بدین صورت است که مخروط دیر گداز را در کوره های عملیات حرارتی گذاشته و تا دمای مورد نیاز که معمولا 1520 درجه سانتی گراد است حرارت می دهند تا هنگامی که دیر گداز به نقطه خمیری خود رسیده و از کمر خم شود سپس زمان صرف شده در این عملیات را حساب کرده و رنج پایداری دیر گداز را به دست می آورند .
تصویر از مخروط زگر یا اورتون seger or Orton


2- پایداری در برابر سرباره
معمولا آجر هاي ديرگداز ممكن است د ركوره ها يا پاتيل ها در تماس با سرباره قرار گيرند . سرباره ها از نظر خواص شيميايي به دو دسته اسيدي و قليايي تقسيم مي شوند ، بسته به خواص سرباره و آ‍جر امكان واكنش بين آن ها وجوددارد ( آجر اسيدي با سرباره قليايي و بالعكس)
ابتدا یک قطعه دیر گداز را سوراخ کرده و حفره هایی را در داخل آن ایجاد می کنیم سپس سرباره را که از قبل به صورت ذوب تهیه نموده ایم در داخل حفره های دیر گداز می ریزیم و در داخل کوره قرار می دهیم و پس از گذشت مدت زمان معین بیرون می آوریم اگر سرباره با دیر گداز میل ترکیب شیمیایی داشته باشد وارد جسم دیر گداز میشود سپس قطعه دیرگداز را برش عرض داده و مورد متالوگرافی و (در زير ميكروسكوپ مورد ) بررسی قرار می دهیم . اگر میل ترکیبی دیر گداز با سرباره زیاد نباشد پایداری سرباره زیاد است در غیر این صورت به نسبت میل ترکیبی رنج دیر گداز را تعیین می کند . ر.ج-22
3- استحکام(مقاومت) در مقابل شوک حرارتی
برای تعیین درجه شوک پذیری ابتدا قطعه دیر گداز مورد نظر را تا دمای کاربردی به مدت زمان معینی حرارت داده و سپس به طور ناگهانی و با سرعت زیاد آن را سرد می کنیم . باید توجه داشت که این کار را 30 مرتبه و بدون وقفه انجام داد . اگر دیر گداز بعد از 30 مرتبه ترک برداشته و یا خرد شود رنج شوک پذیری آن کم اما در غیر این صورت دیر گداز در مقابل شوک حرارتی مقاوم است .
عوامل موثر در شوک پذیری :
1- ضریب انبساط حرارتی
2- قابلیت هدایت حرارتی
3- خاصیت آن ایزوتروپی(Anisotropy)
4-فاز های تشکیل دهنده دیر گداز
5- تغییرات فازی طی فرآیند گرمادهی
6- تخلخل و دانسیته
(خواص الاستيك)
1- ضریب انبساط حرارتی :
میزان تغییرات حجمی که جسم در مقابل حرارت از خود نشان می دهد که هر چه این ضریب پایین تر باشد پایداری این جسم بیشتر است .
نکته : شوک حرارتی تنش هایی است که بین دمای درون قطعه و دمای بیرون ایجاد می شود .
2- قابلیت هدایت حرارتی :
که اگر قابلیت هدایت حرارتی بالا باشد پایداری در مقابل شوك حرارتی بیشتر است .
3- خاصیت آن ایزوتروپی
این خاصیت به این معنا است که خواص در جهات مختلف متفاوت است و هر چه این خواص ایزوتروپ تر باشد دیر گداز مقاومت تر است .
4- فاز های تشکیل دهنده دیر گداز ها :
اگر فاز های یک دیر گداز یکی باشد یعنی آن دیر گداز فقط از یک فاز تشکیل شده باشد استحکام دیر گداز در مقابل شوک حرارتی بیشتر است و هر چه تعداد فاز ها بیشتر باشد ناپایداری دیر گداز نیز بیشتر است .
5- تغییرات فازی طی فرآیند گرمادهی :
تغییرات فازی که بر اثر تغییر درجه حرارت به وجود می آید باعث ایجاد فاز های مایع در درجه حرارت های پایین می شود .
6- تخلخل و دانسیته :
تخلخل و ضریب تراکم در یک دیر گداز هر چه بیشتر باشد مقاومت آن دیر گداز در برابر شوک حرارتی بیشتر است و هر چه دانسیته کمتر باشد پایداری دیر گداز بالا تر است .
7- الاستیک ( ضریب کشسانی ) :
هر چه الاستیسیته یک دیر گداز بیشتر باشد پایداری آن در مقابل شوک حرارتی بیشتر است .
4- پایداری در برابر فشار
که به دو صورت پایداری در برابر فشار در درجه حرارت محیط و در دماهای بالا محاسبه می شود
1- میزان پایداری دیرگداز در دمای محیط ( R.T)
در این عملیات دیر گداز را در دمای محیط زیر فشار قرار می دهند تا زمانی که قطعه دیر گداز خرد شود و ترک در آن به وجود آید (فشار در اين روش افزاينده مي باشد )
نکته : در این روش هدف به دست آوردن فشار است
تخلخل در اين كميت اثر منفي دارد .
2- پایداری در برابر فشار در دماهای بالا
که این روش به دو صورت
الف: قطعه تحت فشار همراه با افزایش دما(روش درجه حرارت فزاينده )
ب: قطعه تحت فشار همراه با دمای ثابت(روش درجه حرارت ثابت )
انجام می شود .
الف : پایداری در برابر فشار تحت فشار همراه با افزایش دما :
در این روش قطعه دیر گداز را تحت فشار استاندارد 28Psi قرار میدهند سپس قطعه را شروع به حرارت دادن می کنند تا زمانی که قطعه 10 درصد کاهش طول پیدا کند . این دما که قطعه در مقابل آن از خود مقاومت نشان می دهد را معیاری برای اندازه فشار می نامند .
نکته: در قطعات دیر گداز سیلیسی فشار استاندارد 50Psiمی باشد .
نکته: هر اتمسفر فشار برابر 14/7 psi می باشد
نکته : هدف در این آزمایش به دست آوردن فشار توسط دما می باشد
ب: پایداری در برابر فشار تحت فشار در دمای ثابت
در این روش قطعه را تحت دمای معین و فشار ثابت 28 psi قرار می دهند تا آنکه پس از گذشت زمان معین قطعه 10 درصد تغییر طول پیدا کند که زمان به دست آمده در این روش معیاری است برای تعیین میزان مقاومت دیر گداز در مقابل فشار
نکته : هدف در این آزمایش به دست آوردن فشار توسط زمان صرف شده در آزمایش می باشد .
5 – تخلخل
اگر مک های یک قطعه با سطح بیرونی آن ارتباط داشته باشند تخلخل را باز می نامند و اگر همین مک ها با سطح بیرونی قطعه ارتباط نداشته باشند و در درون قطعه ایجاد شده باشند تخلخل بسته می نامند .
تخلخل ظاهری : (parasity)
به خارج قسمت حجم تخلخل باز به حجم قطعه تخلخل ظاهری گویند .
تخلخل بسته :
به خارج قسمت حجم تخلخل بسته به حجم کل نمونه تخلخل بسته گفته می شود
تخلخل حقیقی :
به خارج قسمت حجم تخلخل باز و بسته به حجم نمونه تخلخل حقیقی گویند .
دانسیته کلی : piknometry
به خارج قسمت جرم یک جسم به حجم همان مقدار از جسم اصطلاحا دانسیته کلی گویند که واحد آن گرم بر سانتیمتر مکعب است
دانسیته ظاهری :
به خارج قسمت جرم یک جسم به حجم یک جسم بدون در نظر گرفتن تخلخل ظاهری دانسیته ظاهری گویند .
دانسیته حقیقی :
به خارج قسمت جرم یک جسم به حجم جسم بدون در نظر گرفتن حجم تخلخل باز و بسته دانسیته حقیقی گویند .
در این روش وزن به دست آمده را توسط ترازو وزن کرده و سپس برای بدست آوردن حجم حقیقی آن را به طور کامل خرد کرده و سپس در ظرفی به نام پیکنومتر می ریزند . که در این روش ابتدا ظرف را تا 50 سی سی پر کرده و درب آن را می بندیم سپس قطعه خرد شده مورد نظر را در آن ریخته و مقدار آب بیرون ریخته از ظرف را حساب می کنیم چون دانسیته آب یک است مقدار به دست آمده را در فرمول مورد نظر قرار داده و حجم واقعی قطعه به دست می آید .
پایداری حجمی :
به میزان مقاومتی که یک جسم دیر گداز در مقابل انجام عملیات های حرارتی از خود نشان می دهد پایداری حجمی گویند . که هر چه این تغییرات حجمی کمتر باشد قطعه پایداری حجمی بیشتری دارد . باید توجه داشت که یکی از عوامل ایجاد تغییرات حجمی ایجاد فاز ها در حرارت های مختلف می باشد که به علت آن که هر فاز حجم مربوط به خود را شامل می شود باعث ایجاد تغییرات حجمی در یک قطعه خواهد شد .
انبساط حرارتی :
به میزان مقاومت حجمی که یک دیر گداز در مقابل افزایش دما از خود نشان می دهد پایداری در مقابل انبساط حرارتی گویند که توسط دستگاهی به نام ديلاتومتر thermo mechanical analyzer (TMA) اندازه گیری می شود . روش استفاده از این دستگاه به این صورت می باشد که ابتدا قطعه را درمیان دو میلگرد با انبساط حرارتی کم و تحت حالت کالیبره قرار داده که یکی از این میلگرد ها ثابت و دیگری متحرک می باشد سپس با اضافه کردن دما طول قطعه تغییر پیدا می کند . که تغییرات طولی قطعه توسط میلگرد به صفحه مدرج منتقل می شود .
تعیین دانسیته کلی :
برای تعیین دانسیته کلی از رابطه استفاده می شود که در این رابطه
Wa : وزن دیر گداز در هوا
Wc: وزن دیر گداز پس از جوشاندن در آب و خشک کردن با پارچه مرطوب
Wb: وزن دیر گداز در درون آب
نکته : استفاده از آب جوش در این آزمایش به علت این می باشد که آب جوش خلخل و فرج داخلی قطعه را پر نماید و خشک کردن با پارچه مرطوب به این علت می باشد که پارچه فقط سطح قطعه را خشک کند . و هنگامي كه آن را در آب مي اندازند به اين دليل مي باشد كه خلخل و فرج هاي موجود در قطعه با آب پر شود و با مايع قابل استفاده برابر شود .
تعيين ميزان تخلخل :
براي تعيين ميزان تخلخل از رابطه
چقرمگي :
به ميزان جذب انرژي كه يك جسم تا قبل از شكست از خود نشان مي دهد چقرمگي گويند .
تعيين مقاومت يك ديرگداز در برابر ضربه :
براي تعيين مقاومت يك ديرگداز در مقابل ضربه از آزمايش شارپي استفاده مي كنند همچنين مي توان از زير نمودار تنش و كرنش نيز به ميزان مقاومت يك ديرگداز در برابر ضربه پي برد .
خزش:
عبارت است از تغيير شكل يك دير گداز بر حسب زمان در درجه حرارت هاي بالا و تحت تنش وارده بر جسم نكته قابل توجه اين است كه تنشي وارد بر قطعه تنشي مي باشد كه در دماي معمولي قطعه مي تواند آن را تحمل كند .
----------------------------------

تقسيم بندي انواع آجر هاي دير گداز :
آجر هاي دير گداز را به سه شكل تقسيم بندي مي كند :
1- شيميايي: اين آجر ها را مي توان به سه دسته آجر هاي الف : اسيدي مثل آجر هاي سيليكاتي ، آجر هاي زير كونيايي آجر هاي خاك نسوز و آجر هاي كائولين ب: قليايي مانند آجر هاي منيزيتي آجر هاي دولوميتي و آجر هاي منيزيت كروميتي ج: آجر هاي خنثي مانند آجر هاي آلومينايي آجرهاي كربني آجر هاي كروم منيزيتي و آجر هاي كروميتي تقسيم بندي كرد .
2- روش توليد : اين آجر ها را با توجه به روش توليد به چهار دسته تقسيم مي كنند :
الف: پرس خشك : در اين روش قطعه را تا درجه زينتر كردن حرارت داده و سپس پرس مي كنند
ب: اكستروژن : در اين روش معمولا قطعه را به صورت خميري در آورده و تحت فشار آن را توليد مي كنند .
ج: ريخته گري (ذوب و انجماد ) : در اين روش ديرگداز را ذوب كرده و پس از آماده سازي ذوب آن را در درجه هاي تعبيه شده مي ريزند .
د: دوغ آبي : كه در اين روش دير گداز مورد نظر را به شكل دوغ آب در آورده و در قالب هاي گچي مورد نظر ريخته و حرارت مي دهند .
3- درجه دير گدازي :كه اين روش را به چهار دسته تقسيم بندي مي كنند
الف: در درجه حرارت هاي پايين : LOW DUTY كه بين درجه حرارت 19 تا 28 درجه زگر يا 1635 تا 1530 درجه مي باشد
ب: در درجه حرارت هاي متوسط INTERMEDITT DUTY كه بين درجه حرارت هاي 30 الي 28 زگر 1635 تا 1680 درجه مي باشد
ج: در درجه حرارت هاي بالا : HIGHT DUTY كه بين درجه حرارت هاي 30 تا 33 زگر يا 1680 تا 1730 مي باشد .
د: درجه حرارت هاي فوق بالا : SUPER DUTYكه بالاتر از 33 زگر يا 1730 درجه مي باشد .

----------------------------------

 

آجر هاي سيليسي
اين نوع آجر هاي از دسته آجر هاي اسيدي بوده كه ماده اصلي آن اكسيد سيليسيم مي باشد كه 93 تا 98 درصد يك آجر سيليسي را تشكيل مي دهد
دگر گوني جابه جا ساز : displacive : اين نوع استحاله برگشت پذير بوده و تنها در اثر جابه جايي مختصر اتم ها و تغييرات جزئي در طول اتصالات و يا زاويه آن ها به وجود مي آيد . در تغييرات جابه جاساز تغييرات حجمي كم بوده و در نتيجه انبساط حجمي نيز كم مي باشد . كه باعث پايداري قطعه مي شود و يك پارامتر مثبت محسوب مي شود .
آلوتروپي درجه حرارت ساختار نوع دگر گوني
كوارتز آلفا تا 573 تريگونال جابه جاساز
كوارتز بتا 867-573 هگزاگونال جابه جاساز
تريديميت 1470-867 اورترومبيك بازساز
كريستوباليت 1723-1470 تتراگونال بازساز

دگرگوني بازسازي : reconstructive: اين نوع دگرگوني دگرگوني مي باشد كه باعث تغيير ساختار شده و از يك ساختار به ساختار ديگر تبديل مي شود . در دگر گوني بازساز تغييرات حجمي قابل ملاحظه بوده و قطعه داراي تغييرات حجمي زياد مي باشد .
واضح است دگر گوني فوق همراه با تنش هاي حرارتي در ديرگداز مي باشد زيرا ضرايب انبساط حرارتي آلوتروپي هاي ياد شده با يكديگر متفاوت است . به عنوان مثال در آجر هاي سيليسي تبديل كوارتز بتا به تريديميت بتا (تريديميت و كريستوباليت نيز مانند كوارتز داراي دو استحاله جابه جاساز مي باشند ) توام با تغيير انبساط حرارتي خيلي زياد است بنابراين اين استحاله بايد قبل از كاربرد و در حين پخت صورت گيرد و چون در حين پخت استحاله از نوع بتا به آلفا مي باشد با انبساط كمتري همراه خواهد بود از طرفي چون تبديل كوارتز بتا به تريديميت بتا در شرايط معمولي انجام نمي شود مي توان در حين پخت آجر هاي سيليسي براي تصريح در اين عمل از كاني ساز آهك يا اكسيد كلسيم ( CaO) استفاده كرد
مواد اوليه آجر هاي سيليسي : ماده اوليه آجر هاي سيليسي كوارتزيتي است كه حدود 98 درصد سيليس دارد مي باشد كوارتزيت ها در حقيقت دانه هاي ريز كوارتز هستند كه به هم متصل شده اند كوارتزيت در طبيعت بر خلاف كواتز خالص فراوان بوده و قيمت آن نسبتا ارزان است همان طور كه در قسمت قبل گفته شد وجود يك تا 2.5 درصد اكسيد كلسيم (CaO) در كوارتزيت مفيد باشد ولي اكسيد آلومينيم (Al2O3) در آجر هاي سيليسي به عنوان يك تركيب قليايي مضر بوده و نبايد بيشتر از 0.2 درصد باشد .
به طور كلي افزودن آهك به ميزان 1 تا 2.5 درصد در آجر هاي سيلسي سبب :
1- به عنوان يك كاني ساز عمل تبديل فاز كواتز به تريديميت را در مرحله پخت آسان مي كند
2- تشكيل فاز شيشه اي SiO2-CaO داده كه اين امر باعث چسبندگي ذرات كواتز به يكديگر مي گردد .


------------------------

 

مراحل توليد آجر هاي سيليسي:
1- آماده سازي مواد :
كوارتزيت را به منظور خارج نمودن مواد رسي آن شست و شو داده و آن را به كمك آسياب فكي و سپس آسياب مخروطي خرد مي كنند آن گاه به مواد خرد شده آب آهك و چسب اضافه مي نمايند بايد توجه داشت كه بهترين دانه بندي كه مي تواند بيشترين تراكم را ايجاد كند 45 درصد ذرات درشت و 45 ذرات ريز و 10 درصد ذرات متوسط مي باشد
2- مرحله شكل دهي:
در اين مرحله مواد خرد شده را با 4 تا 6 درصد آب مخروط مي نمايند و به كمك پرس هيدروليكي فشرده مي كنند
3- خشك كردن :
قطعه فشرده شده چون داراي آب مي باشد و به اين دليل كه در مرحله پخت به خاطر تنش ترك بر مي دارد به همين دليل آن را با حرارت هاي معمولي خشك مي كنند
4- پختن :
عمل پخت در درجه حرارت هاي بين 1430 تا 1500 درجه سانتي گراد صورت مي گيرد كه اين عمل در كوره تونلي انجام مي شود و كل زمان پخت طي مراحل گرم و سرد شدن مجموعا 250 ساعت به طول مي انجامد

---------------------------

 

خواص آجر هاي سيليسي:
1- تخلخل : از آنجايي كه در حين پخت در درجه حرارت هاي مختلف آلوتروپي هاي مختلف كوارتز تشكيل مي شود كه به طور ميانگين دانسيته اين آلوتروپي هاي با افزايش دما كاهش پيدا مي كند
به همين جهت تهيه آجر هاي سيليسي با تراكم زياد و يا با تخلخل كم مشكل مي باشد و ميزان تخلخل در اين آجر ها تا حدود 20 الي 26 درصد مي باشد البته در مواردي خاص ميزان تخلخل به زير 20 درصد مي رسد .
2- پايداري حجمي : آجر هاي سيليسي در صورت خوب پخته شدن پايداري حجمي خوبي دارند .
3- استحكام فشاري در دماهاي بالا :آجر هاي سيليسي داراي مقاومت بسيار خوبي در برابر فشار در درجه حرارت هاي بالا مي باشند به طوري كه فشار 50 Psi را حتي تا دماي 1700 درجه سانتيگراد به خوبي تحمل مي كند البته حضور مواد قليايي مانند آلومينا به ميزان 1.5 تا 2 درصد در دماهاي زير 1600 درجه موجب شكست در آجر هاي سيليسي مي شوند
4- مقاومت در برابر شوك حرارتي : مقاومت اين آجر هاي در خارج از محدوده 450 تا 600 درجه در برابر شوك حرارتي خوب است ولي به علت تبديل كوارتز α به كوارتزβ در اين محدوده دمايي كار در اين دما ها مقاومت آجر هاي سيليس را در برابر شوك هاي حرارتي كاهش مي دهد .
و : هدايت حرارتي آجر هاي سيليسي : اين آجر ها از ضريب هدايت حرارتي خوبي در مقايسه با آجر هاي قليايي برخوردار هستند .
ه: مقاومت در برابر سرباره : اين آجر ها مقاومت پاييني در برابر سرباره هاي قليايي دارد با افزودن موادي نظير Cr2O3مقاومت آن در برابر سرباره هاي قليايي افزايش مي يابد
ط: رطوبت : آجر هاي سيليسي در دماي 1200 درجه سانتي گراد در مجاورت رطوبت دچار ذوب سطحي و بعضي مواقع ذوب كامل مي شود .
مزاياي آجر هاي سيليسي :
به طور خلاصه آجر هاي سيليسي از مقاومت خوبي در برابر فشار در دماهاي بالا برخوردارند همچنين مقاومت خوبي در برابر سرباره هاي اسيدي دارند و نيز مقاومت خوبي در برابر سايش دارند و مواد اوليه آن ارزان مي باشد .
معايب آجرهاي سيليسي:
مقاومت كم در مقابل سرباره هاي قليايي
شوك پذيري در زير دماي 600 درجه سانتيگراد همان طور كه قبلا گفته شد اين آجر ها در فاصله دمايي 450 تا 700 درجه بايد آهسته حرارت داده شوند

--------------------

 

موارد استفاده از آجر هاي سيليسي :
تا سال 1960 مصرف آجر هاي سيليسي عمدتا در صنعت فولاد ، شيشه سازي تهيه كك و ... كاربرد داشت و از سال 1967 در صنايع ياد شده به جز صنايع شيشه سازي كاهش يافته است امروزه از اين آجر ها در ساخت كوره هاي اتاقي (تونلي ) استفاده مي شود البته به دليل اينكه آجر هاي شبه سيليسي كه داراي 88-93% SiO2 سيليس مي باشد و مخلوطي از ماسه و رس است به خاطر مقاومت شوك پذيري و حرارتي و پايداري حجمي بهتر و ارزاني آن بيشتر استفاده مي شود علاوه بر اين در آجر هاي شبه سيليسي براي ايجاد پوشش از نفوذ سرباره كه پوشش يا لعاب ايجاد مي كند براي جلوگيري از نفود فلز به داخل آن استفاده مي كرد .
تعيين چگونگي درصد عناصر در دياگرام هاي آلياژ هاي سه تايي :
در اين نوع نمودار مي بايست نقطه مورد نظر پس از انتخاب در نمودار به موازات هر ضلع نمودار خطي را رسم كنيم كه از ضلع نمودار شروع شده و پس از گذشتن از نقطه مورد نظر به ضلع ديگر نمودار ختم شود .
آجر هاي ديرگداز آلومينوسيليكاتي :
اين آجر ها تركيبي از Al2¬O3 و SiO2 مي باشند با درصد متفاوتي هستند و شامل تمام ديرگداز هايي كه از SiO2 شروع شده و به Al2¬O3 آجرهاي آلومينيايي سيليكاتي ختم مي شوند مي باشد با نگاهي به دياگرام فازي تعادلي Al2¬O3- SiO2 مي توان دو نقطه يوتكتيك در دماهاي 1590-1840 درجه سانتيگراد را يافت كه با توجه به درصد تركيب اكسيد هاي ياد شده هر گاه درصد تركيب 5تا6 درصد Al2¬O3 و بقيه SiO2 باشد تركيب در دماي 1590 درجه شروع به ذوب مي كند در حالي كه اگر درصد وزني Al2-O3 در آجر هاي آلومينا سيليكاتي بيش از 72% باشد در دماي 1840 درجه شروع به ذوب مي نمايد در درجه حرارت هاي پايين در تركيب كمتر از 5% وزني Al2¬O3 مولايت و تري ديميت تشكيل مي گردد و با توجه به دياگرام فازي SiO2 Al2¬O3 دليل مقاومت پايين آجر هاي سيليس با درصد وزني بيش از 5% Al2¬O3 به خاطر اين است كه نقطه ذوب تا دماي 1590 درجه پايين مي آيد آجر هاي سيليكاتي با توجه به درصد وزني Al2¬O3 به صورت زير نام گذاري مي شوند :
1. آجر هاي خاك نسوز 45-25 Al2¬O3
2. آجر هاي سيليمانيتي (كيانيتي ) آندالوسيني 65-45 Al2¬O3
3. آجر هاي مولايتي 75-65 Al2¬O3
4. آجر هاي بوكسيتي 90-75 Al2¬O3
5. آجر هاي كوراندومي 90-100 Al2¬O3

----------------------------

 

مواد معدني مهم در آجر هاي آلومينو سيليكاتي :
1- رس ها : رس ها با آلومينو سيليكات هاي آب دار با ذرات ريز هستند كه هنگامي كه با آب مخلوط مي شوند خاصيت شكل پذيري خوبي پيدا نموده و به راحتي به صورت مايه اي روي هم مي لغزند خاصيت نرمي –صابوني- كليداژ ( تبلور پذير ) از ويژگي هاي رس ها مي باشند .ميكا يكي از مواد معدني رس مي باشد .
2- سيليمانيت ، كيانيت ، آندالوسيت: هر سه مينرال داراي فرمول شيميايي يكسانAl2¬O3 SiO2 با ساختار هاي كريستالي متفاوت مي باشد كه پس از حرارت همگي به مولايت تبديل مي شود از آنجايي كه وزن مخصوص سيليمانيت – كيانيت و آندالوميت از مولايت بيشتر است به همين دليل پس از پخت انبساط قابل ملاحظه اي مي يابد .
3- مولايت : مولايت داراي فرمول شيميايي SiO2 2Al2¬O33 بوده و ساختار كريستالي آن شبيه سيليمانيت بود و ارتورومبيك ( مكعب مستطيل ) مي باشد .
4- كراندوم : آلومينا در حقيقت داراي سه آلوتروپي مي باشد كه آلوميناي را كراندوم نامند كه پايدارترين آلوتروپي آلومينا مي باشد و ساختار آن رومبوهدرال (لوزوجهي ) ميباشد .
5- مينرال بوكسيت : بوكسيت مخلوط سه مينرال را بوكسيت نامند هر گاه بوكسيت زير دماي 500 درجه حرارت داده شود آلوميناي با مقدار كمي آلوميناي آلفا به وجودمي آيد كه آلوميناي صنعتي ناميده مي شود .
هر گاه آلوميناي صنعتي در يك حلال شيميايي حل نماييم آلوميناي خالص رسوب مي نمايد اگر اين آلومينا را تكليس و سپس تا 2000 درجه سانتيگراد حرارت داده شود آلوميناي تبولار (tabular) به دست مي آيد كه از نوع آلوميناي آلفا با درجه خلوص 99.5 درصد و انقباض پخت ناچيز است
مواد خام مصرفي در ساخت آجر هاي آلومينا سيليكاتي
مواد مصرفي در ساخت آجر هاي خاك نسوز : عبارتند از كائولن ( خاك چيني ) 2- بال كلي Ball clay خاك نسوز خاك فلينت flint clay
مواد خام مصرفي در ساخت آجر هاي سيليمانيتي و نظاير آن ها :
مينران سيليمانيتي و خاك رس مواد اوليه اين آجر ها مي باشد .
مواد خام مصرفي در ساخت آجر هاي مولايتي : باتوجه به اين كه مولايت در طبيعت كم ياب است براي تهيه آجر هاي مولايتي از خاك هاي رس و آلومينا استفاده مي شود .
مواد خام مصرفي در ساخت آجر هاي كوراندومي : براي ساخت اين آجر ها از كوراندوم و آلوميناي آلفا كه در طبيعت وجود دارند استفاده مي شود البته از آلوميناي صنعتي كه خود از بوكسيت به دست مي آيد نيز مي توان براي اين منظور استفاده نمود .

---------------------

 

توليد آجر هاي آلومينو سيليكاتي :
1- توليد آجر هاي خاك نسوز ( شاموتي ) : براي شكل دهي اين آجر ها از دو روش پرس خشك و اكستروژن استفاده مي شود در روش پرس خشك مواد اوليه را همراه با شاموت ( شاموت يكي از خاك هاي رس مانن كاتوس مي باشد كه تا حدود نقطه جوش پخته شده و از آن براي كاهش انقباض هنگام پخت آجر ها استفاده مي شود كه درصد آن 20 درصد ميباشد )و (8-5%) آب مخلوط كرده و تحت پرس مكانيكي يا هيدروليكي قرار مي دهند و به منظور كاهش خطر لايه اي شدن يا ترك عمل پرس در خلا انجام مي شود در روش شكل دهي اكستروژن پس از پاگميل(pugmill)( وسيله اي كه جهت مخلوط كردن كل به كار مي رود ) با 15-10% آب مخلوط نموده و سپس اكستروژن در شرايط خلا صورت مي گيرد .
پخت آجر هاي آلومينوسيليكاتي از نوع خاك نسوز طبق منحني پخت زير انجام مي شود افزايش درصد آلومينادرجه حرارت پخت را تا 1400 درجه بالا مي برد در هر صورت دماي پخت بين 1400 -1100 مي باشد كه اين دما بستگي به خواص آجر دارد هنگامي كه مقاومت در برابر ترك پذيري اهميت داشته باشد ذرات را درشت و درصد شاموت را زياد و نقطه پخت كم خواهد بود اصولا حضور ناخالصي ها مانندناخالصي هاي قليايي باعث پايين آمدن نقطه ذوب و شيشه اي شدن و تشكيل فاز مايع را افزايش مي دهد
ناخالصي ها مانند ناخالصي هاي قليايي باعث پايين آمدن نقطه ذوب شيشه شده و فاز مايع را افزايش مي دهد يكي از نكات مهم هنگام پخت حرارت دادن آهسته تا قبل از 1000 درجه مي باشد زيرا اگر سريع گرم شود پديده black hearting اتفاق مي افتد در پديده ي بلك هرتينگ به علت افزايش سريع دما مواد آلي مجال سوختن در دماهاي پايين و خارج شدن از آجر را نمي يابد و در داخل آجر حبس مي شود چنين آجر هايي هنگامي كه در مجاورت فلزات گرم مانند پاتيل ها قرار مي گيرند فلز مذاب به داخل آجر نفوذ كرده و پس از رسيدن به منطقه بلك هرتينگ باعث خوردگي اين ناحيه شده و آجر را از بين مي برد هرگاه عمل پخت ناقص انجام شود آلومينا متخلخل گرديده و ازنظر مكانيكي ضعيف خواهد بود لازم به ذكر است امروزه براي خشك كردن آجر هاي خاك نسوز از كوره هاي تونلي استفاده مي شود .
مرحله آماده سازي مواد اوليه :پس از خرد كردن دانه بندي مخلوط كردن اضافه نمودن 35-10% خاك رس معمولا بالكلي جهت چسبندگي و شكل پذيري مي باشد در مرحله شكل دهي از پرس هاي هيدروليكي با حداقل آب استفاده مي شود پس از شكل دهي و خشك كردن عمل پخت صورت مي گيرد دماي پخت براي آجر هاي سيليمانيتي 1550تا 1600 درجه سانتيگراد و براي آجر هاي كيانيتي 1380تا 1400 درجه سانتيگراد و براي آجر هاي آندالوسيتي 1400تا1900 درجه سانتيگراد مي باشد چون پخت آجر هاي كيانيتي با انبساط بالا همراه است پس از پخت اوليه آجر ها را مجددا خرد كرده و پخت مجدد در دماي 1460تا 1500 درجه سانتي گراد صورت مي گيرد .
توليد آجر هاي بوكسيتي :
يكي از روش هاي توليد اين آجر ها اين است كه ابتدا مخلوطي از اكسيد و يكي از رس ها معمولا كائولن را مخلوط كرده و تا 1560 در جه سانتيگراد حرارت مي دهند پس 60%از اين مخلوط پخته شده را با 40%از مخلوط اوليه خام مجددا مخلوط كرده و تا دماي ياد شده حرارت مي دهند .

--------------

 -------------

توليد آجر هاي منيزيتي :
1- تهيه مواد اوليه :
كه شامل سه مرحله :
1- خرد كردن
2- دانه بندي
3- مخلوط كردن
1- در مرحله تهيه مواد اوليه پس از خرد كردن و دانه بندي معمولا آب مي افزايند و يا گاهي از مواد چسبنده مانند قير ، سولفيت لاي استفاده مي كنند . در آجر هايي كه خوب پخته شوند چسب فسفاتي با سولفات منيزيم يا اسيد سولفوريك به كار مي برند . اكسيد آهن كمك به زينترينگ و كاهش تخلخل مي كن افزودن اكسيد آلومينيم در حدود 6% شك پذيري را افزايش مي دهد .
2- شكل دهي : از آنجايي كه آجر هاي با تراكم زياد هنگام پخت داراي انقباض كمتري هستند لذا اين آجر ها تحت فشار 10000 تا 20.000 psi فشرده مي شود آجر هاي منيزيتي را مي توان بدون پخت با ميله هاي فولادي جهت افزايش استحكام به كار برد .
3- خشك كردن : اگر آجر ها به حد كافي خشك نشوند ترك بر مي دارند كه يكي از اشكالات مهم توليد اين آجر ها است
4- پخت :پخت اين آجر ها در كوره هيا تونلي به مدت 3 الي 5 شبانه روز در دماي هاي 1550 تا 1750 درجه سانتيگراد صورت مي گيرد در پخت آجر هاي نامرغوب دماي 1600 درجه سانتيگراد كافي مي باشد براي آجر هايي با استحكام فشاري گرم بالا دماي هاي بالاتر از 1750 درجه مفيد است ياد آور مي شود روش هاي ريخته گري دوغابي پرس گرم افزودن چسب غير جدول پخت براي توليد آجرهاي منيزيتي نيز به كار مي رود .

-------------------------

 

خواص آجر هاي منيزيتي
تخلخل ظاهري : تخلخل ظاهري اين آجر ها بين 14تا 21 درصد مي باشد
دانسيته: دانسيته اين اجر هاي بين 1.71 تا 3.1 مي باشد
حداقل استحكام فشاري سرد اين آجر ها بين 2.8 كيپس مي باشد كه با افزايش آهن اين استحكام افزايش مي يابد
هدايت حرارتي : اين آجر ها هدايت حرارتي بالايي داشته و دو تا سه برابر آجر هاي خاك نسوز در دماي 500 درجه مي بشاد كه با افزايش دما هدايت حرارتي آن ها كاهش مي يابد
انبساط حرارتي : اين آجر ها تا دماي 1000 درجه داراي انبساط حرارتي 1.35% بوده كه در دماهاي بالا شروع به انقباض مي كند بيشترين انقباض مربوط به دماي 1500 درجه است كه به دليل فاز مايع تف جوشي مي باشد كه با كاهش تخلخل همراه بوده و شرينكج shirinkage ( انقباض ) صورت مي گيرد .
تغييرات طولي : انقباض اين آجر ها در دماهاي 1800 درجه 2% در مدت 2 ساعت مي باشد . ولي با افزايش زمان اين انقباض بيشتر خواهد شد .
ديرگدازي : ديرگدازي تحت فشار : اين آجر ها برخلاف آجر هاي آلومينوسيليكاتي كه در يك محدوده ي وسيع تغيير شكل مي نمايند در نزديكي هاي دماي شكست به طور ناگهاني شكسته مي شون علت شكست ناگهاني اين آجر ها به خاطر اين است كه مواد چسبنده تا دماهاي نزديك ذوب همچنان حالت بلوري خود را حفظ مي كند و ناگهان كاملا ذوب شده و مايع مي شوند .
شوك پذيري : شوك پذيري اين آجر ها پايين و 10تا 20 سيكل ( دوره ) در آزمايش شك پذيري مي باشد كاهش درصد آهن شك پذيري را افزايش مي دهد .
آناليز شيميايي : عناصر شيميايي موجود در آجر هاي منيزيتي بستگي به روش توليد و مواد اوليه ي آن دارد بيشترين خلوص را آجر هاي با مواد اوليه منيزياي آب دريا كه ناخالصي هاي آن عبارتند از 1%CaO 0.1%FeO 0.3% و 1% نيز ساير ناخالصي ها
مقاومت در برابر سرباره : مقاومت اين آجر ها در برابر سرباره خيلي ضعيف مي باشد و در كوره هاي القايي كه ذرات ريز تجزي شده و از بين مي رود ولي مقاومت بسيار خوبي در برابر سرباره ي اكسيد آهن FeOدارند .

-----------------

 

موارد كاربرد آجر هاي منيزيتي :
اين آجر ها بر خلاف آجر هاي سيليسي روز به روز مصرف بيشتر پيدا مي كن از موارد كاربرد آن استفاده در قسمت بوته ي كوره هاي كوپل كنورترهاي قليايي اكسيژن كوره هاي القايي ، كوره هاي تصفيه براي مس –برنج و سرب ، كوره هاي ذوب شيشه و كوره هاي دوار به كار مي رود .
اثر اكسيد آهن بر آجر هاي منيزيتي : آجر هاي منيزيتي مقاومت بسيار خوبي در برابر اكسيد آهن از خود نشان مي دهند .
اثر اكسيد كلسيم بر آجر هاي منيزيتي : افزودن CaO سبب افزايش درجه ديرگدازي مي گردد
تاثير اكسيد منگنز در آجر هاي منيزيتي : اين آجر ها در برابر اكسيد منگنز مقاومت بسيار بالايي دارند كه درعمل در مورد ذوب فولاد هاي منگنز دار مشاهده مي شوند .
آجر هاي دولوميتي :
سنگ معدن دولوميت داراي تركيب شيميايي MgCO3-CaCO3 مي باشد كه در صورت تكليس كامل تبديل به دولاما با تركيب شيميايي MgOCaO مي شود دولاما ميل تركيبي زيادي با آب و هيدراته شدن ( با آب تركيب شدن و هيدروكسيد شدن)را دارد كه در مقايشه با CaO ضعيف تر و در مقايسه با MgO اين ميل تركيبي قوي تر است .
واكنش تكليس دولوميت به صورت زير است :
كه در دماي 900 درجه سانتيگراد صورت مي گيرد همان طور كه گفته شد چون اين آجر ميل تركيبي زيادي با آب دارد متخلخل بوده و نمي توان به همين حالت در ساخت آجر هي دولوميتي به كار رود .
به اين علت اين آجر ها را ابتدا بايد تثيبت گردد كه براي اين منظور از مخلوطي شامل دولوميت و سرپنتاين serpentine تحت واكنش زير استفاده مي گردد
بايد توجه داشت كه واكنش فوق كامل انجام شود و توليد شود
زيرا اگر دي كلسيم سيليكات تشكيل گردد هنگام سرد كردن تبديل به نوع گاما مي گردد كه با 10% انبساط حجمي همراه است اين امر سبب خورد و پودر شدن تدريجي آجر مستحكم مي گردد و پديده ي داستينگ dusting ( گرد شدن ) صورت مي گيرد ( موادي نظير آلومينا آكسيد كروميك Cr2O3 اكسيد زيركنيم ZrO مي تواند از هيدراته شدن آجر جلوگيري كند .
توليد آجر هاي دولوميتي :
توليد اين آجر ها شامل 4 مرحله مي باشد :
1- تهيه مواداوليه : كه شامل سه بخش خرد كردن ، دانه بندي و مخلوط كردن مي باشد
2- شكل دهي
3- خشك كردن
4- پخت
نكته : مرحله پخت در آجر هاي دولوميتي مخلوط شده يا قير حذف مي گردد در مرحله ي تهيه مواد اوليه پس از خرد كردن و دانه بندي حدود 4 درصد آب اضافه مي گردد عمل شكل دهي با پرس هيدروليك تحت فشار 15-10 kips صورت مي گيرد عمل ترك خوردن مي تواند در مرحله ي خشك كردن يا پخت صورت گيرد در عمل اگر خشك كردن در هواي خشك و تميز صورت گيرد و عمل ترك خوردن كمتر است وعمل پخت در كوره هاي تونلي در درجه حرارت 1350 تا 1450 حداقل به مدت 24 ساعت صورت مي گيرد افزودن منيزيا يا اكسيد كرم در عمل شك پذيري را افزايش مي دهد و از ترك خوردن جلوگيري مي نمايد .