صنایع فولاد بهعنوان یکی از مهمترین ارکان توسعه صنعتی، نیازمند تجهیزات و موادی هستند که در برابر شرایط سخت عملیاتی، خصوصاً دماهای فوقالعاده بالا و محیطهای خورنده، مقاومت کافی داشته باشند.
یکی از مهمترین این مواد، جرمهای ریختنی نسوز کم سیمان و خیلی کم سیمان (LCC و ULCC) است که در سالهای اخیر جایگزین مناسبی برای جرمهای پر سیمان متداول شدهاند.
در این مقاله، بر اساس پژوهش منتشرشده در مجله مواد نوین، به بررسی اثر اندازه دانه کاربید سیلیسیم (SiC) در تولید جرم ریختنی نسوز خیلی کم سیمان پرداخته میشود. هدف، تحلیل علمی و کاربردی این نتایج برای صنایع فولاد و مدیران فنی است تا بتوانند در انتخاب مواد نسوز تصمیمگیری دقیقتری داشته باشند.
جرمهای ریختنی کم سیمان؛ تحول در صنعت نسوز
جرمهای نسوز ریختنی پر سیمان به دلیل وجود مقدار بالای سیمان، مشکلاتی نظیر:
-
استحکام پایین در دماهای بالا،
-
تخلخل زیاد و کاهش مقاومت در برابر شوک حرارتی
را به همراه داشتند.
با توسعه فناوری، جایگزینی بخشی از سیمان با ذرات ریزتر مانند میکروسیلیس و آلومینای فعال سبب تولید جرمهای کم سیمان (LCC) و خیلی کم سیمان (ULCC) شد.
این تغییر ساختاری موجب:
-
کاهش فازهای با نقطه ذوب پایین،
-
افزایش فاز مولايت (CaO·Al₂O₃·2SiO₂)،
-
و افزایش استحکام مکانیکی در دماهای بالا
گردید.
نقش کاربید سیلیسیم (SiC) در نسوزها
کاربید سیلیسیم یکی از سختترین مواد سرامیکی جهان پس از الماس محسوب میشود و ویژگیهای زیر را داراست:
-
مقاومت به سایش بسیار بالا
-
هدایت حرارتی زیاد
-
مقاومت به شوک حرارتی
-
پایداری در برابر محیطهای خورنده
این خصوصیات باعث شده که استفاده از SiC در جرمهای آلومینایی و ریختنی، یک راهکار کلیدی برای صنایع فولاد، سیمان و ریختهگری باشد.
ترکیب مواد اولیه در پژوهش
مواد اصلی استفادهشده در این پژوهش عبارت بودند از:
-
بوکسیت چینی با دانهبندی مختلف (1–0، 1–3، 3–5 میلیمتر)
-
آلومینای کلسینه با خلوص بالا
-
میکروسیلیس
-
منیزیت کلسینه (با خلوص 92 درصد)
-
کاربید سیلیسیم با دانهبندیهای متفاوت (مش 16 تا 600)
-
سیمان نسوز سکار (71 درصد خلوص)
هر ترکیب پس از مخلوطسازی با روانسازهایی مانند تری پلی فسفات سدیم و اسید سیتریک قالبگیری و سپس در دمای 1350 درجه سانتیگراد پخت شد.
نتایج کلیدی پژوهش
۱. تأثیر مقدار وزنی کاربید سیلیسیم
-
افزایش بیش از حد SiC موجب افزایش تخلخل و کاهش دانسیته شد.
-
مقدار بهینه 15 درصد وزنی SiC بود که بهترین نتایج را در افزایش دانسیته و استحکام فشاری سرد نشان داد.
۲. تأثیر اندازه دانه کاربید سیلیسیم
-
ذرات در محدوده مش 46 (μm 355 ≈) بهترین تراکم و کمترین تخلخل را ایجاد کردند.
-
ذرات بسیار ریزتر (مش 1200) به دلیل عدم تراکم مناسب، استحکام کمتری داشتند.
۳. نتایج پراش پرتو ایکس (XRD)
-
حضور SiC موجب جلوگیری از نفوذ فازهای با نقطه ذوب پایین به تخلخلها شد.
-
این موضوع باعث بهبود خواص دیرگدازی و افزایش عمر مفید نسوز گردید.
تحلیل کاربردی برای صنایع فولاد
این نتایج نشان میدهد که:
-
استفاده از جرمهای خیلی کم سیمان حاوی 15% کاربید سیلیسیم با مش 46، میتواند استحکام و دانسیته بالاتری ایجاد کند.
-
این ترکیب برای کورههای فولاد، پاتیلها و نواحی تحت شوک حرارتی شدید توصیه میشود.
جدول خلاصه نتایج
| ترکیب | درصد وزنی SiC | دانهبندی SiC | دانسیته (g/cm³) | استحکام فشاری (MPa) | تخلخل ظاهری (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| نمونه 1 | 10% | مش 60 | 2.55 | 45 | 18 |
| نمونه 2 | 15% | مش 46 | 2.70 | 58 | 14 |
| نمونه 3 | 20% | مش 36 | 2.60 | 50 | 17 |
نمودار مقایسهای
📊 اثر درصد وزنی SiC بر استحکام فشاری سرد
-
🔹 با افزایش درصد SiC تا 15%، استحکام افزایش یافت.
-
🔹 بالاتر از این مقدار، تخلخل بیشتر و استحکام کاهش پیدا کرد.
نتیجهگیری
پژوهش نشان داد که:
-
استفاده از SiC با دانهبندی مناسب (مش 46) و مقدار 15 درصد وزنی، بهترین خواص فیزیکی و مکانیکی را ایجاد میکند.
-
این ترکیب موجب افزایش عمر مفید نسوز، کاهش توقفات تولید و صرفهجویی در هزینههای تعمیر و نگهداری میشود.
📌 اگر شما هم بهعنوان مدیر یا کارشناس فنی در صنایع فولاد به دنبال انتخاب نسوز بهینه هستید، مشاوران شرکت فرآوردههای نسوز تبریز آماده ارائه راهکارهای تخصصی هستند.
FAQ
1. چرا کاربید سیلیسیم در نسوزها اهمیت دارد؟
به دلیل سختی بالا، مقاومت سایشی و هدایت حرارتی زیاد، استفاده از SiC موجب بهبود عملکرد نسوز میشود.
2. بهترین درصد وزنی SiC برای جرمهای خیلی کم سیمان چقدر است؟
بر اساس نتایج، مقدار 15 درصد وزنی بهترین عملکرد را دارد.
3. چه دانهبندی SiC بهترین تراکم را ایجاد میکند؟
مش 46 (μm 355) بهعنوان بهینهترین دانهبندی معرفی شد.
