دیرگداز

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به ناوبری پرش به جستجو

نسوزها يا مواد ديرگداز به كليه موادي اطلاق مي‌شود كه در درجه حرارت بالا خواص فيزيكي، شيميایی، مکانیکی و ترمومکانیکی آن تغيير نمي‌كند و بخصوص در مقابل فشار،‌ سايش، شوك حرارتي و خوردگي شيميائي از خود مقاومت لازم را نشان مي‌دهند. چنين موادي در طيف گسترده از صنايع كاربرد دارند و بعنوان كالاي استراتژيك تلقي مي‌شوند. تقسيم‌بندي نسوزها بر اساس كاربرد به شرح ذيل مي‌باشند:

1-      محصولات شكل دار:‌ كه با استفاده از روش‌هاي ريخته‌گري،‌ كوبيدن يا پرس در كارخانجات نسوز تهيه مي‌شوند.

2-      محصولات بي‌شكل:‌ كه در محل مصرف با روش‌هاي مناسبي از جمله ریخته گری، پاشش و كوبيدن به صورت لايه، حامل‌هاي مصرف را پوشش مي‌دهد.

3-      محصولات ويژه:‌ به صورت شكل داده شده يا بي شكل مورد استفاده قرار مي‌گيرند.

4-      محصولات عايق و سبك:‌ نيز بصورت شكل داده شده و بي شكل در صنعت نسوز مصرف مي‌گردند.

مواد ديرگداز گران‌بها هستند و هرگونه خرابي در اين مواد باعث افزايش زمان توليد، از بين رفتن ادوات و در برخي مواقع باعث از بين رفتن محصول مي گردد. نوع ديرگداز مصرفي بر روي ميزان مصرف انرژي،کيفيت محصول نهایی و همچنين بر فرآيند ايمن در توليد مواداثر گذار است. نبايد براي پرسنل خط توليد و کساني که آن‌ها را نصب مي‌کنند،شرايط خطرناک ايجاد کنند. ضمناً ديرگدازها نبايد در شرايط استفاده شدن و همچنین پس از اينکه به صورت زباله صنعتي در مي‌آيند،موجب آلودگي زيست محيطي شوند.بنابراين انتخاب نوع ديرگداز براي کاربردهاي معين بسيار مهم مي‌باشد.

کاربرد و اهمیت صنعتی دیرگدازها[ویرایش]

عملکرد کوره‌های صنعتی متاثر از نوع نسوزها یا دیرگدازهایی است که در آن بکار رفته است. مرغوبیت و خواص دیرگدازهای مصرفی به همراه نصب صحیح آن‌ها، عواملی هستند که عمر مفید و بازدهی کوره‌ها را مشخص می‌کنند. بررسی و شناخت دقیق و علمی دیرگدازها به عنوان یک شاخص اصلی در صنایع مادر کشور، که مصرف کننده اصلی آن‌هاست، امری ضروری است. البته بکارگیری و نصب صحیح دیرگداز در کوره‌ها، طراحی دقیق و مهندسی، در بازدهی کوره‌ها حائز اهمیت است. ارزیابی‌ها نشان می‌دهد که حتی اگر دیرگدازهای عالی و مناسب هم در دسترس باشند ولی به‌طور صحیح از آن‌ها استفاده نشود بازدهی مناسبی نخواهد داشت.

شایان ذکر است که نیاز به دیرگدازها صرفاً در ارتباط با حرارت نیست، بلکه عوامل دیگری نیز مطرح است، مانند استحکام (مخصوصاً استحکام در دمای بالا) و مقاومت در برابر خوردگی (شیمیایی‌-‌‌فیزیکی).

صنایع متعددی در فرایند تولید خود نیازمند مصرف دیرگداز هستند، در زیر بخشی از آن‌ها اشاره می‌شود:

-       صنایع آهن و فولاد

-       صنایع فلزات غیرآهنی

-       صنایع شیشه

-       صنایع پتروشیمی

-       صنایع پالایشگاهی

-       نیروگاه‌ها

-       کوره‌های صنایع سرامیک

-       توربین‌های گازی

-       راکتورهای هسته‌ای

-       صنایع سیمان و آهک

-       کوره‌های زباله سوز

در صنعت متالورژی، ديرگدازهادر کوره‌هاي ذوب فلزات، خطوط نقل و انتقال مذاب و سرباره، جداره‌هاي دودکش‌ها و مجاري عبور گاز بکار گرفته می‌شوند. در صنایع غیرفلزی، دیرگدازها عمدتاً در گرمکن‌ها، ریفورمرهای هیدروژنی، ریفورمرهای اولیه و ثانویه آمونیاک، کوره‌های کراکینگ، زباله سوزها، بویلرها، واحدهای کراکینگ کاتالیستی، کک سوزی، کوره‌های گوگرد و... بکار گرفته می‌شوند. با توجه به نوع کاربرد، ديرگداز بايد تأثيرات مخربي همچون مواد ساينده، فشار، عوامل شيميايي، شوک حرارتي، ضربات فيزيکي، تجزيه هاي حرارتي، و... را تحمل کند. اين عوامل مخرب معمولاً در دماي بالا اتفاق مي‌افتند.

از آنجايي که فرآيندهاي بیان شده نيازمند دماهاي عملياتي بالا هستند، مواد ديرگداز مورد استفاده در اين صنعت بايد در دماهاي بالا و پايين‌تر از دماي عملياتي پايدار باشند.

خواص دیرگدازها[ویرایش]

خواص یک دیرگداز متاثر از چند عامل مهم می‌باشد که کنترل هر یک از آن‌ها دارای اهمیت است. مهمترین این عوامل عبارت‌اند از:

-      ریزساختار

-      نوع و خلوص مواد اولیه

-      تکنولوژی ساخت

-      عوامل و شرایط محیطی

با توجه به نوع مواد اولیه و کیفیت نهایی، فرایند ساخت خاصی انتخاب می‌شود که ریزساختار مطلوب را ایجاد کند. وقتی نسوزی با کیفیت مطلوب ایجاد شود، خواص و شرایط کاری مورد نظر را خواهد داشت و نیز در معرض تخریب زود هنگام نخواهد بود. لذا برای شناخت بیشتر و دقیق‌تر انواع دیرگدازها و به منظور بررسی کیفیت محصولات تولیدی و کسب اطلاعات لازم، اندازه‌گیری ویژگی‌ها و خواص دیرگدازها و در نهایت تطبیق آن با استانداردهای موجود (چه استاندارد داخلی و چه استاندارد جهانی)، ضرورت تام دارد.

مواد اصلی دیرگداز[ویرایش]

مواد دیرگداز بر پایهٔ شش اکسید اصلی، SiO۲، ZrO۲، MgO, CaO, Cr۲O۳، Al۲O۳ و ترکیبات بین آنها که به‌تازگی اغلب در ترکیب با کربن نیز هستند، قرار دارند.

مواد اولیه صنعت نسوز عبارتند از منیزیت، بوکسیت، سيلیس، دولومیت، رسهای دیرگداز، پیروفیليت، سیلمانیت، کرومیت، گرافیت، زیرکون، ورمیکولیت و دیاتومیت و اولوین

ویژگی‌ها[ویرایش]

این مواد امکان استفاده از مواد را فراهم می‌نمایند. در این مواد خواص حرارتی به عنوان ویژگی اصلی مد نظر می‌باشد در حالی که سرامیک‌ها عمدتاً به علت خواص مکانیکی، شیمیایی، نوری، الکتریکی و مغناطیسی مورد استفاده هستند. حجم استفاده از این مواد در مقایسه با سرامیک‌ها بسیار زیاد است. عمدتاً دارای درصد بالایی تخلخل هستند درحالی که عمدتاً سرامیک‌ها به صورت چگال کاربرد دارند. عمده چگال شدن ساختار به هنگام شکل‌دهی حاصل می‌شود نه به هنگام پخت.

عمر مفید جداره نسوز کوره های صنعتی عمدتا به طراحی، روش های نصب و همچنین انتخاب مواد نسوز برای شرایط سرویس دهی بستگی دارد. هر گروه از این مواد؛ یعنی، شکل دار یا بی شکل و متراکم یا سبک، نیاز به تکنیک های طراحی و نصب خاص خود را دارد.

امروزه کار طراحی توسط نرم افزارهای کامپیوتری انجام می شود.

کاربردهای محصولات دیرگداز[ویرایش]

محصولات دیرگداز برای کاربردهای زیر مورد استفاده قرار می‌گیرند:

  • جداره دستگاه‌هایی که فرآیندهای حرارتی دارند (کوره‌های ذوب، پخت و عملیات حرارتی) و مخازن حمل مذاب.
  • عایق‌کاری گرمایی
  • ساخت قطعاتی طراحی شده در محیطهای گرم (سر مشعلها. سر نازلها)

صنعت آهن و فولاد بزرگ‌ترین مصرف کنندهٔ محصولات دیرگداز است. از دیگر صنایع مصرف کنندهٔ محصولات دیرگداز، صنایع نفت، گاز و پتروشیمی است. همچنین در صنایع شیشه، نیروگاه ها، راکتورهای هسته ای، کوره های ساخت سیمان و آهک، کوره های زباله سوزی (برای تولید برق)، صنایع فلزات غیرآهنی (مس، آلومینیم، روی و سرب و…)و توربین های گازی نیز کاربرد چشم گیری دارند.

اتلاف گرمايي از جداره ي کوره به عوامل زير بستگي دارد :

1) دماي داخل کوره

2) دماي هواي بيرون

3) سرعت جريان هواي بيرون

4) پيکربندي ديواره هاي کوره

5) قابليت نشر ديواره ها

6) ضخامت ديواره ها

7) رسانايي گرمايي ديواره ها

دو مورد آخر که در بالا اشاره شد به راحتي بوسيله ي توليدکنندگان کوره قابل کنترل است. از بحث انجام شده مي توان موارد زير را نتيجه گرفت :

1) هنگامي که ضخامت ديواره افزايش يابد،اتلاف گرما کاهش مي يابد.

2) هنگامي که ضخامت عايق افزايش يابد، اتلاف گرما کاهش مي يابد.

3) تأثير عايق کاري در کاهش اتلاف گرما از افزايش ضخامت ديرگداز بيشتر است (تقريباً يک سانتيمتر از يک آجر عايق تأثيري برابر با 5-8سانتيمتر آجر ساخته شده از رس را دارد.)

4) در کوره هاي غيرمداوم، جداره ي عايق کاري شده ي نازک نسبت به جداره هاي ضخيم تر ترجيح داده مي شود زيرا در جداره هاي نازک تر انرژي کمتري ذخيره مي گردد.

5) يکي از روش هايي که مي تواند استفاده گردد تا گرماي ذخيره شده را کاهش دهيم اين است که ديرگدازهاي بخش داخلي آستر نسوز را از نوع مواد عايق استفاده کنيم.

ديرگدازهاي مناسب با استحکام خوب و مقاوم در برابر خردشدن را مي توان در گستره ي دمايي 1300 درجه سانتيگرد استفاده کرد. اين ديرگدازها که از جمله مواد عايق محسوب مي شوند را عايق هاي سطح داغ (hot face insulation) ناميده مي شوند.

6) آجرهاي ساخته شده از عايق هاي هات فيس از ديرگدازهاي معمولي سبک ترند. اين آجرها معمولاً وزني معادل يک سوم يا يک دوم آجرهاي ديرگداز معمولي دارند. بنابراين گرماي ذخيره شده در داخل اين آجرها بسيار کم است.

فاکتورهاي اساسي که بر روي عملکرد ديرگدازها اثر مي گذارد عبارتند از:

دما، ترکيب شيميايي، ترکيب شيميايي گاز يا سرباره، سرعت حرکت سرباره (حالت آرام يا توربلانت)، تنش هاي ترمومکانيکي. علاوه براين، انتخاب نوع ديرگداز به نوع کوره و يا واحد حرارتي و شرايط غالب در حين کاربرد بستگي دارد. شرايط غالب در حين کاربرد عبارت است از:

اتمسفر گازي ، حضور سرباره ، نوع فلز شارژ شده به کوره و ... .

دماي کاربرد ممکن است مهمترين عامل باشد اما قطعً تنها عامل قطعي براي انتخاب ديرگدازها نيست. انتخاب صحيح ديرگدازها براي کاربردي خاص باعث مي گردد تا عملکرد آن فرآيند به خاطر خواص آن ديرگداز تحت تأثير قرار گيرد. و بهبود يابد. هر طراح کوره بايد اطلاعات کافي در مورد وضعيتي که ديرگدازهاي يک کوره با آنها روبرو مي شوند، داشته باشد. سازندگان و استفاده کنندگان از ديرگدازها بايد قبل از انتخاب ديرگداز به نکات زير توجه کنند.

1) ناحيه ي مورد استفاده

2) دماي کارکرد

3) ميزان سايش و ضربات اعمالي

4) نيروهاي ساختاري وارد بر کوره

5) استرسهاي اعمالي به خاطر گراديان دما در ساختار و نوسان دمايي

6) سازگاري شيميايي با محيط کوره

7) انتقال حرارت و صرفه جويي در مصرف انرژي

8) صرفه جويي اقتصادي

از ميان فاکتورهاي بالا بايد ارزيابي هدفمند صورت گيرد. تخمين مناسب از ويژگي هاي مورد نياز بايد به عنوان خطوط راهنما براي انتخاب مواد ديرگداز در نظر گرفته شود.

مسئله ي حفاظت از انرژي مسئله ي بسيار مهمي است که مورد توجه توليد کنندگان و مصرف کنندگان کوره ها است. مصرف سوخت را مي توان به دو روش کاهش داد. يکي با عايق کاري و دومي با افزايش سرعت فرآيند توليد. هر دو روش گفته شده باعث کاهش مصرف انرژي براي هر تن محصول توليدي مي شوند.

منابع[ویرایش]

جزوه مهندسی نسوز - شرکت مدیریت پروژه های حرارتی آگر انرژی - سال 1397

جستارهای وابسته[ویرایش]