آشنائی با مواد نسوز و عایقهای حرارتی در صنعت

واد نسوز و دیر گداز به مواد معمولا سرامیکی و غیره فلزی گفته می شود که می توانند در درجه حرارتهای بالا پایدار باشند و مواد نسوز باید قابلیت حفظ خصوصیات فیزیکی و شیمیایی مورد نظر را در درجه حرارتهای بالا و شرایط محیط عمل داشته باشند . قدرت پایداری در درجه حرارتهای زیاد اگر چه یک عامل تعیین کننده برای گروه بندی یک ماده به عنوان یک دیر گداز می باشد ولی با این حال انتظار می رود که ماده نسوز در مقابل نیروهای مخرب دیگری که احیانا در شرایط عمل روبرو می شود نیز مقاوم باشد . عوامل مخرب عبارت اند از سایش ، ضربه ، حمله های شیمیایی و بار مکانیکی زیاد مورد استعمال گوناگون مواد نسوز و شدت و ضعیف نیروهای مخرب در شرایط گوناگون استعمال ، لزوم تنوع گسترده محصولات نسوز را برای ارضای آن شرایط روشن می گرداند تعداد محصولات نسوز که با توجه به ترکیبات متنوع و نامحدود مواد دیر گداز مختلف به دست می آید بسیار زیاد می باشد عناصری که در پوسته زمین بطور گسترده یافت می شود و قادرند ترکیباتی نسوز و پایدار بوجود آورند عبارت اند از سیلیسیم Si ، آلومینیومAl ، منیزیم Mg  کلسیم Ca ، کرم Cr ، زیرکونیم Zr  ، و کربن C  و این عناصر اکسیدهای مفیدی نظیر Sio2 - Al2o3 - Mgo - Zro2  بوجود می آورند که عناصر و اکسیدهای اصلی صنایع نسوز می باشند . مواد دیر گذاز معمولا نقطه ذوب مشخصی ندارند و غالبا در یک دامنه دمایی کم و بیش باریک ، ذوب یا نرم می شوند ، در نتیجه به جای بیان یک نقطه ذوب مخصوص ، دمای نرم شدن اندازه گیری می شود . پس بطور کلی می توان محصولاتی را که در دمای بالای 1200 درجه سانتیگراد به کار برده می شوند را می توان به عنوان نسوز توصیف کرد . آجرهای نسوز در واقع نوعی چینی هستند که از خاکهای نسوز تهیه می‌شود. چینی ، نوعی سرامیک مرغوب است که دارای ساختاری ظریفتر و متراکمتر از سفال است. دمای پخت آجرهای نسوز ، حدود 1500 درجه سانتی‌گراد می‌باشد. کاربردهای آجرهای نسوز از آجرهای نسوز بدلیل مقاومت حرارتی بالا ، در پوشش درونی کوره‌های صنعتی استفاده می‌شود. آجرهای نسوز انواع مختلفی دارد. باتوجه به نوع ماده استفاده شده در ترکیبات آنها ، گستره‌های مختلفی را تحمل می‌کنند. تا دهه 1960 از کربن و خاک نسوز برای پوشش کوره‌ها استفاده می‌شد، اما امروزه با ساخت انواع آجرهای نسوز از آنها در پوششداخلی کوره استفاده می‌شود. آجرهای سیلیسی قسمت عمده این آجرها را خاک‌های سیلیسی که به کوارتزیت معروف است تشکیل می‌دهد. کوارتزیت شامل 95% SiO2 و به مقدار جزئی Al2O3 ،Fe2O3 ، TiO2 ، K2O و Na2O می‌باشد. از این آجرها در گذشته برای پوشش جدار درونی کوره‌های فولادسازی استفاده می‌شد.ولی بدلیل رسانایی گرمایی زیاد در نفوذناپذیری در مقابل گازها ، امروزه بیشتر برای پوشش جدار درونی کوره‌های تولید خمیر شیشه درکارخانه‌های شیشه سازی ، کوره‌های کک سازی گازسوز و کوره‌های سرامیک سازی استفاده می‌شود. آجرهای آلومینیومی این آجرها ، دارای درصد بالایی از آلومین ( Al2O3) می‌باشند. آنها را از مخلوط کائولن ، بوکسیت و کروندوم که بیش ار 70% آلومین دارد، تهیه می‌کنند دمای پخت این آجرها در حدود 1200 تا 1800 درجه سانتی‌گراد می‌باشد. آجرهای نسوز آلومینیومی برای پوشش جداره درونی کوره‌های ذوبفولاد مصرف می‌شوند.در مقابل مواد قلیایی مقاومند، بنابراین از آنها برای پوشش جداره درونی کوره‌های سیمان سازی و شیشه‌سازی هم استفاده می‌شود.   آجرهای نسوز قلیایی این آجرها شامل اکسید منیزیم (MgO) و SiO2 به فرمول 2MgO SiO2می‌باشند. برای تهیه اکسید منیزیم ، کربنات منیزیم طبیعی (ماگنزیت) یا دولومیت را در دمای بین 550 درجه سانتی‌گراد تا 1800درجه سانتی‌گراد حرارت می‌دهند. اضافه کردن مقداری Cr2O3 ( اکسید کروم III ) یاFe2O3 ( اکسید آهن III ) به مخلوط MgO و SiO2 باعث افزایش مقاومت گرمایی آجرهای نسوز قلیایی می‌شود.از این آجرها برای پوشش جدار درونی کوره‌های باز در فولادسازی ، کوره‌های دوار در کارخانه‌های سیمان سازی و در قسمتهای بالایکوره‌های ذوب شیشه و صنایع فلزات غیرآهنی ، استفاده می‌شود. آجرهای نسوز ویژه این آجرها نوع خاصی از آجرهای نسوز هستند و در صنعت برایمنظورهای ویژه‌ای کاربرد دارند. این آجرها از ترکیبات فلزات واسطهمی‌شوند. متداولترین آجرهای این گروه عبارتند از: آجر زیرکونیوم این آجر از سولفات زیرکونیوم طبیعی با افزودن مقدار کمی آلومین به کوارتز تهیه می‌شود. بیشترین کاربرد آن در ساختن کوره ذوب آلومینیوم ،کوره مخزن شیشه مذاب و کوره‌های دارای دمای بالا می‌باشد. همچنین از ذوب سولفات زیرکونیوم با آهک ناخالصی آن به همراه سیلیکات کلسیم جدا می‌شود و می‌توان ZrO2 (اکسید زیرکونیوم) خالص بدست آورد. با افزودن مقدار 5 درصد وزنی از MgO یا CaO ، بلورهای مکعبی آن تشکیلمی‌شود.ZrO2 مقاومت گرمایی بالایی دارد، بهمین دلیل از آن در ساختن بوته‌های ذوب فلز در صنایع ذوب فولاد و در راکتورهای اتمی به عنوان بازتاب دهتدهنوترون استفاده می‌شود. آجر اکسید کروم - کوروندوم این آجرها دارای 5 تا 10 درصد اکسید کروم I , II و 90 تا 95 اکسید آلومینیوم (Al2O3) هستند و در مقابل مواد قلیایی مقاوم هستند. از این نوع آجر برای ساختن بخش درونی کوره بلند ذوب آهن استفاده می‌شود. آجرهای اکسید کروم دارای 95 درصد Cr2O3 می‌باشد. برای تهیه آن از Cr2O3 سنتزی استفاده می‌شود. این نوع آجر در ساختن کوره ذوب خمیر شیشه مخزن در صنعت شیشه‌سازی مصرف دارند.  یادآوری بدلیل احتمال وجود کریستالهای سیلیس بصورت آزاد  یعنی SiO2   در فرایند تولید یا کاربرد مواد نسوز  ممکن است کارگران این صنایع در معرض ابتلا  به نوعی  بیماری شغلی ریوی تحت عنوان سیلیکوزیس قرار گیرند . صنایعی که در آنها احتمال ابتلا به سیلیکوزیس وجود دارد: صنایع آسفالت سازی صنایع سفالگری و سرامیک سازی صنایع سیمان سازی کوزه گری ذوب آهن حفاری بتون مخلوط سازی بتون تخریب صنایع الکتریکی ریخته گری آسیاب کردن Shake out  قطعات ریخته گری شده و.....