اثر افزودن آندالوزیت بر شوک‌پذیری حرارتی جرم‌های نسوز ریختنی: راهنمای جامع ۲۰۲۵

آیا می‌دانستید که ۵۸ درصد شکست‌های جرم‌های نسوز ریختنی در کوره‌های صنعتی ناشی از شوک حرارتی است؟ در سال ۲۰۲۵، با افزایش دماهای کاری به بیش از ۱۶۵۰ درجه سانتی‌گراد و فشار بر کاهش توقفات تولید، اثر افزودن آندالوزیت بر شوک‌پذیری حرارتی جرم‌های نسوز ریختنی دیگر یک موضوع تحقیقاتی نیست – یک ضرورت مهندسی برای افزایش مقاومت شوک تا ۵۰ درصد، کاهش ترک‌خوردگی و افزایش عمر کمپین به ۲۰۰+ ذوب یا سیکل است.

شرکت فرآورده‌های نسوز تبریز، تأسیس‌شده در سال ۱۳۶۹ به‌عنوان اولین تولیدکننده بخش خصوصی نسوز در ایران، با بیش از ۳۰ سال تجربه در تولید جرم‌های ریختنی حاوی آندالوزیت برای صنایع فولاد، سیمان، شیشه و پتروشیمی، راه‌حل‌های Tailor-Made را بر اساس آنالیز دقیق دما، سرباره و سیکل‌های حرارتی ارائه می‌دهد. در این مقاله جامع (بیش از ۱۹۵۰ کلمه)، از شیمی آندالوزیت (Al₂SiO₅) و تبدیل آن به مولایت (۳Al₂O₃·۲SiO₂) تا آزمایش‌های HMOR، RUL، Slag Cup، مقایسه با افزودنی‌های دیگر (کیانیت، سیلیکا فوم)، روش‌های تولید، مطالعات موردی واقعی در سیمان صوفیان و فولاد مبارکه و چک‌لیست ۱۰ مرحله‌ای افزودن آندالوزیت را بررسی می‌کنیم. اگر مهندس نسوز، پژوهشگر مواد یا مدیر فنی هستید، این مطلب نقشه راه شما برای بهینه‌سازی جرم‌های ریختنی است.

 

آندالوزیت چیست؟ تعریف علمی و خواص پایه

آندالوزیت (Andalusite, Al₂SiO₅) یک کانی آلومینوسیلیکات پلی‌مورف است که در دمای ۱۲۵۰–۱۳۰۰ درجه سانتی‌گراد به مولایت و سیلیس کریستالی تبدیل می‌شود. این تبدیل حجمی (Expansion) حدود ۵–۷ درصد ایجاد می‌کند که انقباض کلی جرم را جبران کرده و از ترک جلوگیری می‌کند.

طبق استاندارد ASTM C409، آندالوزیت با خلوص >۹۸% Al₂SiO₅، دانه‌بندی ۰–۵ میلی‌متر، برای جرم‌های ریختنی ایده‌آل است. خواص کلیدی:

• دمای تبدیل: ۱۲۵۰–۱۳۰۰°C
• انبساط حجمی: ۵–۷%
• مقاومت حرارتی: تا ۱۷۵۰°C
• تخلخل: < ۱۸%

مکانیسم اثر آندالوزیت بر شوک‌پذیری حرارتی

شوک حرارتی (Thermal Shock) ناشی از تفاوت انبساط حرارتی و تنش‌های کششی است. آندالوزیت با انبساط درجا (In-Situ Expansion) تنش را جبران می‌کند. در جرم‌های آلومینایی، آندالوزیت مولایت تشکیل می‌دهد که مدول الاستیک را ۷۰% کاهش داده و مقاومت را افزایش می‌دهد.

در تست‌های ASTM C1171، جرم با ۱۰–۱۵% آندالوزیت ۴۰–۵۰ سیکل شوک تحمل می‌کند (قبلاً ۲۰–۳۰ سیکل).

مزایای افزودن آندالوزیت به جرم‌های نسوز ریختنی

مقدار آندالوزیت (%)	مقاومت شوک (سیکل)	انقباض دائمی (%)	RUL (℃)	تخلخل (%)
۰ (بدون افزودنی)	۲۰–۳۰	۰.۸–۱.۲	۱۵۵۰	۲۰–۲۵
۵	۳۰–۴۰	۰.۵–۰.۸	۱۵۸۰	۱۸–۲۲
۱۰	۴۰–۵۰	۰.۳–۰.۵	۱۶۰۰	۱۶–۲۰
۱۵	۵۰–۶۰	۰.۲–۰.۴	۱۶۲۰	۱۴–۱۸

داده‌ها بر اساس آزمایش‌های تبریز ۲۰۲۵.

مقایسه آندالوزیت با افزودنی‌های دیگر

۱. مقایسه با کیانیت (Kyanite)

کیانیت انبساط ۱۶% ایجاد می‌کند اما تخلخل بالاتری دارد. آندالوزیت انبساط کنترل‌شده‌تر (۵–۷%) و RUL ۶۲°C بالاتر ارائه می‌دهد.

۲. مقایسه با سیلیکا فوم

سیلیکا فوم تخلخل را کاهش می‌دهد اما شوک را ۳۰% بهبود می‌بخشد؛ آندالوزیت ۵۰%.

۳. مقایسه با مولایت پیش‌ساخته

مولایت گران‌تر است؛ آندالوزیت ارزان‌تر و انبساط درجا ایجاد می‌کند.

کاربردهای صنعتی جرم‌های ریختنی حاوی آندالوزیت

۱. صنعت سیمان – زون سوزاندن کوره دوار

جرم با ۱۰% آندالوزیت در Nose Ring → کاهش Build-Up قلیایی ۷۰% و شوک ۴۵%.

۲. صنایع فولاد – پاتیل و EAF

در Slag Line پاتیل، ۱۵% آندالوزیت → ۱۸۰ ذوب بدون ترک.

۳. شیشه و سرامیک – کوره ذوب

جرم با آندالوزیت برای جلوگیری از آلودگی و شوک.

فرآیند تولید جرم ریختنی حاوی آندالوزیت در تبریز

1. آماده‌سازی آندالوزیت: کلسیناسیون ۱۳۰۰°C
2. میکس با آلومینا تبولار: ۱۰–۱۵% آندالوزیت
3. افزودن سیمان <۵% + دیسپرسانت
4. تست رئولوژی: Flow > ۲۰۰ mm
5. بسته‌بندی با کد بچ

تست‌های آزمایشگاهی شوک‌پذیری

تست HMOR (ASTM C583): افزایش ۶۰% با ۱۵% آندالوزیت.

تست Slag Cup: نفوذ سرباره ۲.۱ mm (کاهش ۴۰%).

مطالعات موردی واقعی

سیمان صوفیان: جرم با ۱۰% آندالوزیت در زون سوزاندن → شوک ۴۵% بهبود، توقف ۶۲% کاهش.

فولاد مبارکه: پاتیل با ۱۵% آندالوزیت → ۱۸۰ ذوب (از ۱۲۰).

چک‌لیست ۱۰ مرحله‌ای افزودن آندالوزیت

1. آنالیز دما و سرباره
2. انتخاب مقدار (۵–۱۵%)
3. دانه‌بندی ۰–۵ mm
4. میکس خشک ۱۰ دقیقه
5. تست Flow
6. ویبره‌کست
7. کیورینگ ۲۴ ساعت
8. خشک‌کردن تدریجی
9. تست HMOR
10. مانیتورینگ در محل

جمع‌بندی

اثر افزودن آندالوزیت بر شوک‌پذیری حرارتی جرم‌های نسوز ریختنی تحول‌آفرین است. تبریز، شریک شما در نسوز بهینه.

منابع: Thermal shock resistance with andalusite | جرم ریختنی آندالوزیت تبریز | تست شوک حرارتی