خواص ديرگدازها

 خواص ديرگدازها:

 خواص يك ديرگداز متأثر از چند عامل مهم مي باشد كه كنترل هر يك از آنها در خواص نهايي داراي اهميت است . مهمترين اين عوامل عبارت اند از :

 ♦ريزساختار

  ♦نوع و خلوص مواد اوليه

  ♦ تكنولوژي ساخت

  ♦ عوامل و شرايط محيطي

 براي شناخت بيشتر مواد نسوز و ارزيابي كيفي آنها بايستي اطلاعات فني كه توسط سازنده اعلام مي شود مورد بررسي قرار گيرد لذا انواع خواص  ديرگدازها بشرح ذيل مي باشند كه بتدريج توضيح داده خواهند شد .

 1-ديرگدازي ( Refractoriness )يا نقطه ي نرمي ( pyrometric cone Equivalent ) ( PCE )

 2-تركيب و آناليز شيميايي و فازي ( chemical Analysis )

 3-چگالي ( Bulk Density )

 4-تخلخل ( Porosity )

 5-استحكام فشاري سرد ( cold Crushing Strength ) ( ccs)

 6-استحكام خمشي سرد ( Modulus of Rupture ) ( MOR )

 7-استحكام خمشي گرم ( Hot Modulus of Rupture ) ( HMOR )

 8-ديرگدازي تحت بار  Refractoriness under load ) ( RUL ) )

 9-هدايت حرارتي ( Thermal Conductivity )

 10-انبساط حرارتي ( Heat Expansion )

 11-تغييرات ابعادي در حرارت دادن مجدد ( Permanent Linear Change ) ( PLC )

 12-مقاومت در برابر شوك حرارتي ( Resistance to Thermal Shok )

 13-مقاومت به خوردگي ( مقاومت در برابر سرباره ) ( Slagging Resistance )

14- مقاومت در برابر ضربه ( Impact Resistance )

 15-مقاومت در برابر خزش( Creep Resistance )

16-مقاومت سايشي( Abrasion Resistance )

17- قابليت عبوردهي گاز ( گاز تراوايي )( Permeability to Gases )

 خواص دیرگدازها :

 نقطه نرمی (Pyro metric cone Equivalent) واحد : ( درجه ی سانتی گراد )

 دمایی كه در آن یك دیرگداز بواسطه وزن خودش تغییر شكل می دهد دمای نرم شدگی (Softening temperature) نامیده می شود. این دما بوسیله ی   مخروط های آذر سنجی (مخروط زگر)اندازه گیری می شود. دیرگدازها به خاطر داشتن تركیب شیمیایی پیچیده، به طور تدریجی ذوب می شوند. در واقع این  مواد در یك گستره ی دمایی ذوب می شوند. از این رو دیرگدازی یا نقطه ی گداز این مواد به روش مخروط های استاندارد تعیین می شود. مخروط های استاندارد آذرسنجی برای تعیین دما، تنها دمای نرم شدگی را به ما نشان می دهند. اما در شرایط كاری دیرگدازها، علاوه بر دما، بار نیز بر دیرگداز وارد می شود كه می تواند باعث تغییر فرم دیرگداز در دماهای بسیار پایین تر از نقطه نرم شدگی بشود. با تغییر در شرایط محیطی مانند اتمسفر كاهنده، اعداد به دست آمده از این روش دماسنجی تغییر بسیاری می كند.

 دانسیته ی بالك (Bulk Density) واحد : ( کیلوگرم بر متر مکعب )

 یك خصوصیت مفید برای دیرگدازها دانسیته بالك است. این خاصیت نشان دهنده ی میزان ماده موجود در حجم معین است. افزایش دانسیته بالك یك  دیرگداز باعث افزایش پایداری حجم و ظرفیت گرمایی دیرگداز می شود. و نفوذ مذاب را در دیرگداز كاهش می دهد.

 تخلخل (Porosity)

 تخلخل ظاهری (apparent porosity)، اندازه گیری حجم تخلخل های باز است. (این تخلخل های باز می توانند بوسیله ی یك مایع پر شوند)

 تخلخل ظاهری بر حسب درصد نسبت به حجم نشان داده می شود. این خصوصیت یكی از خصوصیات مهم دیرگدازهایی است كه در تماس مستقیم با  مذاب و سرباره هستند. تخلخل ظاهری پایین مطلوب است. زیرا این مسأله از نفوذ مواد ناخواسته به داخل دیرگداز جلوگیری می كند. همچنین به هم پیوسته بودن تخلخل ها، تأثیرات مهمی بر رفتار دیرگدازها دارد. عموماً در شرایطی كه تعداد تخلخل ها برابر باشد، تخلخل ها با ابعاد كوچك تر مطلوب ترند. به هر حال، اندازه گیری واقعی تخلخل واقعی كه در آن حجم تخلخل های بسته نیز محاسبه می شود،ایده مناسبی برای آگاهی از خصوصیات مواد مانند خواص زینتر شدن است.درحقیقت، تخلخل، دانسیته بالك و دانسیته ظاهری جامد از ویژگی های حیاتی اشكال دیرگداز است.

 تركيب شيميايي و فازي :

 تركيب شيميايي نه تنها جايگاه يك ماده را در تقسيم بندي كلي مشخص مي سازد ، بلكه راهنمايي براي خواص كلي و خصوصاً درجه ي ديرگدازي نسوز نيز مي باشد . و كاربرد آن كنترل كيفي محصول نهايي است .

 براي تعيين تركيب در مرحله ي اول تركيب شيميايي به صورت عنصري يا به كمك روش شيمي تر سنتي و يا به روش پراش سنجي ( ديفراكتومتري ) اشعه ي ايكس انجام مي شود .

 تركيب فازي به كمك روش پراش سنجي (ديفراكتومتري ) اشعه ي ايكس انجام ميگيرد . در اينجا نوع فازها كه تعيين كننده ي خواص اصلي محصول اند ، مشخص مي شود .

  نكات كاربردي در بحث آناليز شيميايي :

 معمولاً در آناليز شيميايي مواد نسوز اكسيدهاي اصلي ذكر ميشوند مانند Al2O3 , SiO2 , Fe2O3 , TiO2 , Mgo , Cao , Cr2O3 و آلكاليزها ( K2O , Na2O )

و LOI ( loss of ignition ) وليكن مسئله اي كه بايستي مدنظر قرار گيرد اين است كه مثلاً در مورد مواد آلوميني علاوه بر درصد آلومينا مواد اصلي تشكيل دهنده ( Base material ) مهم مي باشد به طور مثال براي يك ماده ي نسوز با 60-70 يا 85 درصد آلومينا مواد تشكيل دهنده مي تواند شامل شاموت ، بوكسيت ، آندالوزيت ، تبولار آلومينا ، وايت فيوزد آلومينا ، براون فيوزد آلومينا ، مولايت ، كلسايند آلومينا باشد كه در ايجاد خواص متفاوت كيفي مثل شوك پذيري ، مقدار plc ( انقباض و انبساط حرارتي ) در حرارتهاي بالا مقاومت مكانيكي و سايشي مؤثر ميباشد لذا مقايسه اقتصادي و قيمتي صرف بر مبنا درصد آلومينا بدون توجه به نوع مواد تشكيل دهنده ( Base material ) كاري اشتباه خواهد بود ( مثلاً قيمت آندالوزيت با 55% آلومينا از بوكسيت 87% آلومينا گرانتر مي باشد . )

 استحكام فشاري سرد ( cold crushing strength ) ( ccs )

 اين خاصيت نشان دهنده ي قابليت تحمل بار اعمالي بر جسم است و اصول كلي بدين صورت است كه بر نمونه ي مكعبي شكلي از ديرگداز به ابعاد  استاندارد آنقدر فشار وارد مي شود تا بشكند . ماكزيمم نيروي وارد براي شكست تقسيم بر سطح ديرگداز برابر است با استحكام فشاري قطعه در حالت سرد ، واحد آن كيلوگرم بر سانتي مربع مي باشد .

  نكات كاربردي در بحث استحكام فشاري سرد ( ccs ) :

 اين خاصيت بايستي به همراه ساير خواص مانند دانسيته بالك و تخلخل مورد بررسي قرار گيرد و نشانه اي از ميزان پخت و يا مقاومت به سايش قطعه است در نسوز هاي سنگين ( dense ) مقاومت بالا بشرطي خوب است كه تخلخل نيز در حد قابل قبولي باشد بخاطر اينكه در حرارتهاي بالا مي تواند فاز شيشه اي ايجاد شود كه مقاومت را بالا مي برد ولي مقاومت شوك پذيري و مقاومت سايش گرم نسوز را كاهش مي دهد و نشانه خوبي از كيفيت نسوز مورد استفاده نمي باشد .

  استحكام خمشي سرد يا مدول گسيختگي ( MOR ) ( Modulus of Rupture ) :

 استحكام خمشي سرد عبارت است از مقاومت آجر ديرگداز در برابر نيروهاي خمشي وارد بر آن .

معمولاً استحكام خمشي قطعات سراميكي حدود ١٥-٢٠ درصد استحكام فشاري آنهاست . استحكام خمشي سرد يك قطعه بيش از استحكام فشاري سرد به ريز ساختار وابسته است و اگر در نمونه مكانيزمهايي براي جلوگيري از رشد ترك وجود داشته باشد ، اين مكانيزمها در استحكام خمشي سرد مؤثرترند .

 استحكام خمشي گرم ( HMOR )  ( hot Modulud of Rupture ) :

نمونه در لحظه ي اعمال بار بايد درون كوره ي خاصي با شيب حرارتي مشخصي تا دماي معيني گرم شده باشد و پس از حدود ١٥ دقيقه توقف در اين دما ، نيرو با سرعت محدود به آن وارد شود . استحكام خمشي سرد اكثر ديرگدازها بيشتر از حالت گرم است . برخي از عوامل مؤثر بر استحكام خمشي گرم عبارت اند از نوع فازها ، نحوه ي توزيع فازها ، مقدار تخلخل ، مدول الاستيسيته ، وجود يا نبودن تنش .

 اين پارامتر بيشتر در مورد جرم هاي ريختني و نسوز هاي بي شكل مورد استفاده قرار مي گيرد و يكي از عوامل مؤثر نشان دهنده ي كيفيت نسوز در درجه حرارت هاي بالا مي باشد .

 ( واحد : كيلوگرم بر سانتي متر مربع )

  استحكام فشاري گرم ( ديرگدازي تحت بار ) ( RUL ) ( Refractoriness under load ) :

 يكي از مهمترين ويژگيها كه رفتار ترمومكانيكي نسوزها را در شرايط واقعي كاربرد نشان مي دهد ، ديرگدازي تحت بار است . اين آزمون به سه روش عمده انجام مي گيرد :

 دماي فزاينده

 فشار و دماي ثابت

 دما ، فشار و زمان ثابت

 وليكن روش دماي فزاينده بيشتر در Data Sheet توليد كنندگان نسوز مورد استفاده قرار مي گيرد لذا به توضيح آن اكتفا مي كنيم .

 دماي فزاينده : در اين روش با افزايش توأم فشار مكانيكي و دما ، قطعه ابتدا كمي منبسط و سپس منقبض و در نهايت تغيير شكل مي دهد . دمايي را كه نمونه ٢٪‏ تغيير شكل نشان دهد ، دماي ديرگداز تحت بار مي نامند . معيار ما در اينجا دما است . لذا در بين چند نمونه ، آنكه داراي دماي ( T ) بالاتر باشد بهتر خواهد بود.

 هدايت حرارتي ( Thermal Conductivity ) :

 هدايت حرارتي خاصيت يك ماده در انتقال انرژي حرارتي است و به نوع مواد اوليه به كار رفته ( تركيب ديرگداز ) و تخلخل محصولات بستگي دارد لازم به توضيح است كه تخلخل ها اگر ريز و بسته باشند قابليت عايق كاري مواد نسوز بهتر خواهد بود .

 ( يعني تخلخل ها به هم راه نداشته باشند )

 به طور مثال در مورد تأثير مواد اوليه در ديرگدازهاي پر آلومين حضور بيشتر فاز موليت باعث افزايش هدايت حرارتي مي شود.

 هدايت حرارتي نسوزها را در دماهاي مختلف و معمولاً با فاصله ي دمايي مختلف ( ١٠٠ تا ٢٠٠ درجه )  مشخص مي كنند . معمولاً ، تغييرات آن بر حسب نوع تركيب در نمونه به صورت غير خطي است .

 هدايت حرارتي ديرگدازها را به دو روش اندازه مي گيرند . يكي در حالت ثابت و پايدار با به كارگيري جريان هواي گرم است و ديگري ، اندازه گيري هدايت حرارتي در حالت غيرپايدار مي باشد كه به روش سيم داغ معروف است