تعریف نسوز
نسوزها مواد غيرآلي، غير فلزي و مقاوم در برابر سایش، خوردگي و حرارت مي باشد.
تعریف 2: نسوزها موادی هستند که در هر شرایطی حتی در تماس با مایعات خورنده یا گازها میتوانند در برابر درجه حرارت بالا مقاومت کرده و عملکرد فیزیکی خود را حفظ کنند. آجر نسوز برای تمام فرآیندهای درجه حرارت بالا، مانند تولید فلزات، سیمان، شیشه و سرامیکها ضروری است1. نسوزها معمولاً در کورههای ذوب آهن، کارخانههای سیمان، شیشهگری، کاشیسازی، تونلهای اجرپزی و صنایع مشابه مورد استفاده قرار میگیرند2. این مواد به خوبی حرارت کوره را تحمل میکنند و در مقابل سایش و ضربه نیز مقاومت نمایند. از نسوزها میتوان برای ساختمانسازی نیز استفاده کرد، بهطور مثال در شومینهها3. از طرف دیگر، آزبست یا پنبهٔ نسوز نیز یک کانی سیلیکاتی است که در علم زمینشناسی به کانی نامهربان معروف است4. این ماده در برخی صنایع نیز مورد استفاده قرار میگیرد.
مواد اولیه نسوز فولادسازی و خواص آنها
4 ماده اصلي مورد استفاده در نسوز هاي فولاد سازي شامل منيزیا ، کلسيا ، آلومينا و سيليکات مي باشد.
MgO (منيزیا) :
- مقاومت به خوردگي بالا در برابر سرباره و ذوب
- بالا بودن ضریب انبساط حرارتي و مقاومت کم در برابر شوک حرارتي CaO (کلسیا:)
- کمترین مقاومت در برابر هيدراته شدن
- بيشترین دیرگدازي بعد از منيزیا
- بالا بودن ضریب انبساط حرارتي و مقاومت کم در برابر شوک حرارتي Al2O3 (الومنیا)
- بيشترین مقاومت به شوک حرارتي
- سختي و مقاومت به سایش بالا
- مقاومت پایين در برابر سرباره SiO2 (سیلیکات)
- کمترین دانسيته
- بيشترین ضریب انبساط
- کمترین هدایت حرارتي
با اطلاع از خواص ذاتي مواد اوليه نسوز و شناخت رفتار فازهاي ایجاد شده بين یکدیگر در دماهاي بالا ،مي توان با در نظر گرفتن شرایط محيطي و صرفه اقتصادي، نسوز مناسبي براي هر یک از نواحي انتخاب و طراحي کرد.
کوره
نسوز مناطق مختلف کوره بر اساس شرایط عملياتي و شکل کوره انتخاب مي شود. عمليات کوره نياز به نسوزهایي با ترکيب بازي و مقاومت بالا نسبت به سيکل هاي حرارتي دارد.
کوره قوس را مي توان به مناطق مختلفي تقسيم بندي کرد که هر منطقه نياز به نسوز خاص خود دارد.
مناطق اصلي کوره عبارتند از بوته که شامل مذاب و مواد شارژي است، خط سرباره که منطقه مرزي بين بوته و دیواره کوره است، دیواره کوره که قسمتي از دیواره است که بالاي خط سرباره و زیر پانل هاي خنک کننده آب است، مجراي تخليه که مذاب از آن خارج مي شود و سقف کوره که داراي مجاریي براي ورود الکترود و مواد شارژي است.
- Bank & Bottom
کف کوره در تماس مستقيم با مذاب فلز است که باید در برابر دماي بالا و ضربات فيزیکي سنگين مواد شارژي مقاوم باشد. همچنين کف باید در مقابل خوردگي سرباره هنگام تخليه نيز مقاوم باشد. با توجه به نوع سرباره در توليد فولاد کربني از جرم خشک کوبيدني با 27 درصد منيزیا MgO و 77 درصد کلسيا CaO و 4 درصد Fe2O3 تشکيل شده است. این جرم در تماس با ذوب و رسيدن به دماي 5441 درجه سانتي گراد به دليل وجود فاز زود ذوب C2F زینتر شده و فاز سراميکي تشکيل مي دهد. دماي بالاي ذوب اول بعد از نصب باعث سينتر شدن و متراکم شدن و مستحکم شدن مواد در قسمت کاري بوته مي شوند و در نتيجه بوته در برابر نفوذ کاملا مقاوم مي شود. در قسمت یک سوم بالایي، آستر کاملا سينتر مي شود و در یک سوم مياني آستر نسبتا سينتر شده و در یک سوم پایيني مواد اصلا سينتر نمي شوند این نوع لایه بندي مواد باعث مي شود که هنگامي که مذاب یا سرباره با نفوذ یا خوردگي باعث آسيب دیدن آستر شود تعمير نسوز بوته به راحتي صورت گيرد .
- Slag Door & Wall
در کوره قوس خط سرباره یک منطقه مرزي بين دیواره بالایي و بوته است که در معرض دماي بالا ناشي از قوس، اکسيداسيون و شعله هاي حاصل از اصابت اکسيژن به دیواره و مهمتر از همه سرباره شامل SiO2 ، FeO و MnO در دماي بالاست. نسوز خط سرباره آجر MgO-C مي باشد که ميزان گرافيت در آن 54 درصد است.گرافيت هرچند در مقابل اکسيداسيون حساس است اما مقاومت خوبي در برابر سرباره و دماي بالا دارد.
- EBT Tube & Surround
در مجراي تخليه، عبور فولاد مذاب و مقدار کمي سرباره با سرعت قابل توجه در قطري به اندازه 521 ميلي متر باعث سایش نسوز مي شود. نسوز مجراي تخليه از نوع Special Shape با جنس MgO-C مي باشد.
- سقف
نسوز سقف باید داراي مقاومت به سایش بالا باشد. علاوه بر این سقف کوره در حين شارژ بلند شده و در بالاي کوره معلق مي ماند که در این حالت نسوز در معرض شوک حرارتي شدید قرار مي گيرد. نسوز ریختني با آلوميناي بالا نسبت به نسوزهاي بازي داراي انبساط حرارتي کمتر و در نتيجه مقاومت به شوک حرارتي بيشتري است لذا جنس سقف کوره را آلومينایي Al2O3 انتخاب مي کنند.
- لایه ایمنی
آجرهاي آستر محافظ ثابت بوده و هر یک یا دو سال تعویض مي شوند. جنس این آجرها منيزیاي 72 درصد مي باشد.
خلاصه اي از جنس مواد نسوز مورد استفاده در کوره:
| جنس | نام | جنس | نام |
| آلومينایي | دلتا سقف کوره | منيزیا-کربن | آجر لایه کاری |
| منيزیایي | جرم گانینگ | منيزیا | آجر لایه ایمنی |
| منيزیایي | جرم های لوله گذاری | منيزیا | جرم کف یا انکرهارت |
| دولوميتي)کلسيا-منيزیا( | آذرداک یا جرم ماهیچه سازی | منيزیا-کربن | تیوب |
| اي ام سي )آلومينا-منيزیا-کربن( | اند بریک | منيزیا-کربن | ساروند |
پاتیل
نسوز پاتيل بر حسب نوع و ضخامت، جهت تامين ماکزیمم عمر سرویس دهي با کمترین هزینه طراحي مي شوند. نواحي مختلف نسوز پاتيل در زیر دسته بندي شده است.
- خط سرباره
نسوز خط سرباره پاتيل باید در مقابل سایش و خوردگي شيميایي مقاوم باشد .با توجه به ماهيت سرباره جنس آجر خط سرباره باید از دسته نسوزهاي قليایي انتخاب شود. متداول ترین آنها مگ-دول) MgO-CaO( و MgO-C مي باشد. آجر مگ-دول از نظر اقتصادي مناسب تر است.
- )Side Wall( دیواره
نسوز دیواره پاتيل نسبت به خط سرباره در معرض سایش و خوردگي شيميایي کمتري است اما به هر حال چون به هنگام تخليه
پاتيل در حين ریخته گري سرباره با دیواره نيز در تماس قرار ميگيرد که لذا جنس آجر دیواره باید از دسته نسوزهاي قليایي انتخاب شود که مي تواند از جنس هاي دولوميت، مگ-دول) MgO-CaO( و MgO استفاده شود. آجر دولوميتي از نظر اقتصادي مناسب تر است.
- )Safety Line( لایه ایمنی
نسوز لایه ایمني پاتيل نقش عایق حرارتي جهت حفظ دماي ذوب در حين سيکل ذوب گيري را بر عهده دارد. جنس این لایه آلومينا سيليکات مي باشد که به دو طریق آجري و جرم کار مي شود. در حال حاضر جرم لایه ایمني در ناحيه خط سرباره با آلوميناي بيشتر از ناحيه Side Wall جهت ایمني بيشتر استفاده شده است.
- )Impact Pad Area( ناحیه ضربه گیر
نسوز ناحيه ضربه گير پاتيل باید داراي مقاومت به سایش ، مقاومت در برابر شوک پذیري و استحکام گرم بالایي باشند لذا آجرهاي آلومينا اسپينل) AMC( که شامل 97 درصد آلومينا 51 درصد منيزیا و 1 درصد کربن مازاد است انتخاب مناسبي مي باشد.
- )Purging Plug System(سیستم دمش توپی
سيستم دمش در پاتيل ها از دو جزء توپي و ول بلوک تشکيل مي شود که علت جدایش این دو جزء از یکدیگر امکان تعویض توپي در ذوب هاي بالاتر مي باشد. جنس توپي و ول بلوک آلومينایي است که مقاومت به سایش و شوک حرارتي بالایي برخوردار است.
- )Slide Gate System( سیستم اسلایدگیت
براي کنترل جریان بين پاتيل و تاندیش از سيستم دریچه کشویي استفاده مي شود. در این سيستم ها، صفحات نسوز تحت فشار با استفاده از فنر یا وسایل دیگر نگه داشته مي شود. اجزاء نسوزي این سيستم شامل ول بلوک، نازل داخلي، صفحات و نازل بيروني مي باشد.
جنس تمامي اجزا آلومينایي مي باشد که مقاومت خوبي در برابر سایش و شوک حرارتي داشته باشد.
خلاصه اي از جنس مواد نسوز مورد استفاده در پاتيل:
| جنس | نام | جنس | نام |
| آلومينایي | ول بلوک نازل داخلی | مگ-دول )منيزیا-کلسيا( | آجر خط سرباره |
| آلومينایي | نازل داخلی | دولوميتي | آجر بدنه |
| آلومينا-زیرکونيا | صفحه | اي ام سي )آلومينا-منيزیا-کربن( | آجر منطقه ضربه گیر |
| آلومينایي | نازل بیرونی | آلومينایي | جرم لایه ایمنی |
| آلومينایي | جرم تعمیری ول بلوک ها | آلومينایي | پروس بلاک و بلوک آن |
تاندیش
نسوز تاندیش بایستي به خوبي به عنوان عایق حرارتي عمل کرده و در حالت ایده آل با فولاد مذاب و سرباره واکنش ندهد. نواحي مختلف تاندیش در تصویر زیر قابل مشاهده است که هر منطقه نياز به نسوز خاص خود را دارد.
- (Safety Line) لایه ایمنی
نسوز لایه ایمني از جنس آلومينا سيليکات مي باشد که حضور سيليکات با ضریب هدایتي پایين نقش مهمي در عدم اتلاف حرارت در تاندیش مي شود.
- (Working Line) لایه کاری
نسوز لایه کاري با توجه به ماهيت قليایي بودن ذوب، از جنس منيزیا MgO استفاده مي شود که به وسيله دستگاه گانينگ بر روي لایه ایمني گانينگ مي شود. گانينگ شدن و وجود الياف درون این لایه نسوز موجب کاهش انتقال حرارت از ذوب به لایه ایمني و نيز امکان تيلت راحت تر مي شود. ضخامت این لایه در ناحيه خط سرباره و دماغه تاندیش به علت خوردگي و دماي بالاتر بيشتر مي باشد.
- ناحیه ضربه گیر(Impact Area)
نسوز این ناحيه باید در مقابل شوک حرارتي و سایش رفتار خوبي به نمایش بگذارد لذا این ناحيه که شامل باکس ضربه گير و فيکس مي باشد از جنس آلومينایي انتخاب شده است.
خلاصه اي از جنس مواد نسوز مورد استفاده در تاندیش:
| جنس | نام | جنس | نام |
| منيزیایي | جرم رمینگ اطراف نازل ها | منيزیایي | لایه کاری )کوتینگ( |
| آلومينایي | استاپرراد | آلومينایي | لایه ایمنی )بتن( |
| آلومينایي | نازل کلوز کستینگ | آلومينایي | جرم های تعمیری بتن |
| آلومينایي | اس ای اس | آلومينایي | باکس ضربه گیر |
| آلومينایي | شرود پاتیل | آلومينایي | فیکس |
| آلومينایي | ول بلوک کلوز کستینگ | زیرکونيایي | نازل های سی ان سی |
