مواد دیرگداز مواد دارای مقاومت حرارتی هستند که در دماهای بالا پایدار هستند و خواص فیزیکی و شیمیایی شان در این دماها حفظ می‌گردد.مواد دیرگداز گران بها هستند و هرگونه خرابی در این مواد باعث افزایش زمان تولید، ازبین رفتن ادوات و در برخی مواقع باعث از بین رفتن محصول می‌گردد. نوع ماده دیرگداز بر روی میزان مصرف انرژی و کیفیت محصول تأثیر می‌گذارد. بنابراین انتخاب نوع ماده دیرگداز برای کاربردهای معین بسیار مهم می‌باشد. مواد دیرگداز همچنین برای فرایند ایمن در تولید مواد ضروری است. نباید برای پرسنل خط تولید و کسانی که مواد دیرگداز را نصب می‌کنند، شرایط خطرناک ایجاد شود. ضمناً دیرگدازها نباید در شرایط استفاده شدن و هم پس از اینکه به صورت زباله صنعتی در می‌آیند، موجب آلودگی زیست محیطی شوند.
دیرگداز چیست؟
دیرگدازها مواد غیر آلی، غیر فلزی و مقاوم در برابر حرارت هستند که این مواد می‌توانند در مقابل عوامل ساینده و یا خورنده در دماهای بالا مقاومت کنند، این عوامل خورنده و یا ساینده می‌توانند در حالت جامد، مایع و یا گاز باشند. به خاطر وجود شرایط متنوع محیطی، انواع متنوعی از دیرگدازها با خواص متفاوت ساخته شده اند. دیرگدازها از مواد پخته شده، مواد شیمیایی و انواع چسب‌های کربنی (بایندرهای کربنی) تشکیل شده اند. این مواد دارای گستره شیمیایی متنوع هستند و دارای اشکال مختلفی نیز هستند. (ترکیب شیمیایی و اشکال استفاده از دیرگدازها بر اساس کاربردهای گوناگون آن‌ها تعیین می‌شود.)
ساختار فازی مواد دیرگداز
دیرگدازها از مواد ناهمگون، چند ترکیبی و دارای تخلخلی هستند. در ساختار این مواد، سنگ دانه‌های پایدار در برابر حرارت به وسیله فازهای چسبنده و افزودنی‌ها در کنار هم قرار گرفته اند.
مواد دیرگداز در دماهای پاییین شبه تردند و هنگامی که دما بالا می‌رود از خود رفتار ویسکوز نشان می‌دهند. به خاطر تغییرات نقطه به نقطه در زیر ساختار گدازها و انعطاف پذیر بودن آن‌ها، استحکام در محل‌های مختلف دیرگداز متفاوت است. این مواد به خاطر خزش در دمای بالا یا تغییر شکل پلاستیکشان شاخص هستند. تردی و مدول الاستیک بالای این مواد باعث شده است تا در برابر تنش های حرارتی و شوک‌ها حساس بوده و در تحت این شوک‌ها بشوکنند.
دیرگدازها برای چه کاربردهایی مصرف می شوند؟
دیرگدازها در ابتدا توسط صنعت متالوژی مورد استفاده قرار می‌گرفت. در این صنعت کوره‌های ذوب فلزات و خطوط نقل و انتقالات و سرباره به وسیله مواد نسوز پوشش داده می‌شد. همچنین جداره‌های دودکش‌ها و مجاری عبور گاز نیز به وسیله مواد دیرگداز پوشش دهی می‌شود. با توجه کاربردها، دیرگدازها باید تأثیرات مخربی همچون مواد سایش، فشار، عوامل شیمیایی، شوک حرارتی، ضربات فیزیکی، تجزیه‌های حرارتی و … تحمل کند. این عوامل مخرب معمولاً در دمای بالا اتفاق می‌افتد.
از آن جایی که فرایندهای متالوژی نیازمند دماهای عملیاتی بالاست، مواد دیرگداز مورد استفاده در این صنعت باید در دماهای بالا و پایین تر از دمای عملیاتی پایدار باشند.
خواص مواد دیرگداز
لازمه های عمومی یک ماده دیرگداز را می توان به صورت زیر بیان کرد:
- قابلیت تحمل در دماهای بالا
- قابلیت تحمل در برابر تغییرات ناگهانی دما
- قابلیت تحمل برخورد با فلزات مذاب، گازهای گرم و خوردگی سایشی و …
- قابلیت تحمل فشار در شرایط کارکرد
- قابلیت تحمل در مقابل بارگذاری و نیروهای سایشی
- ضریب انبساط حرارتی پایین
- قابلیت نگهداری حرارت
- نداشتن قابلیت تر شوندگی و جلوگیری از نفوذ مواد در تماس با آن‌ها (مانند سرباره و مذاب فلزی)
ترکیبات مواد دیرگداز
مواد خامی که عمدتاً در تولید دیرگدازهای اساسی استفاده می‌شوند عبارتند از:
منیزیم کربنات (magnesites)، دولومیت، کانی‌های کروم دار (chrome ore)، اسپینل و کربن
آجرهای دیرگداز اساسی مانند منیزیا-کرومیتی و منیزیا- اسپنلی از کلینر مصنوعی اکسید منیزیم (synthetic magnesia chinker) یا منیزیای طبیعی پخته شده به همراه سنگ معدن کروم دار و پیش واکنش دهنده اسپنیل و یا مواد پوشش دهنده آلومینیایی ساخته می‌شوند. اسپنیل که یک ساختار مقاوم در برابر شوک‌های حرارتی است. یا در آجر اولیه وجود دارد و یا در طی حرارت دیدن آجر در محیط کار تولید می‌شود.
ویژگی‌های دیرگدازها
مواد نسوز باید حداقل چهار ویژگی مهم به شرح ذیل داشته باشند:
- خاصیت دیرگدازی: این خاصیت به ترکیب شیمیایی و ساختمان بلورین مواد بستگی دارد. مثلاً در ترکیبات آلومینیوم دار، رابطه مستقیمی بین پایداری حرارتی و مقدار آلومینیوم هر ترکیب وجود دارد. به عنوان مثال پایداری حرارتی رس با 45 درصدAl2O3تقریباً 17500 درجه سانتی گراد در حالی که پایداری حرارتی خالص Al2O3 حدود 20500 درجه سانتی گراد است.
- مقاومت شیمیایی: مواد دیرگداز باید در حرارت‌های بالا دارای مقاومت شیمیایی زیادی باشند به طوری که با مواد گداخته، گازها و بخار آب واکنش ندهند. این خصوصیت تابع ترکیب شیمیایی مواد اولیه، تخلخل و ساختمان بلوری آن‌هاست.
- مقاومت در مقابل تغییرات ناگهانی حرارت: به افزایش یا کاهش بسیار سریع دما شوک حرارتی گفته می‌شود. مواد نسوز باید بتوانند در مقابل شوک‌های حرارتی مقاومت کرده و از هم نپاشند. با توجه به افزایش و کاهش ناگهانی دمای کوره‌های ذوب یا کوره‌های پخت سیمان و آهک، در صورت عدم توانایی تحمل این شرایط توسط مواد دیرگداز، این مواد به سرعت تخریب شده و قابلیت استفاده خود را از دست خواهند داد.
- مقاومت سایشی: دیرگدازها به نوعی باید از جنس مواد ساینده نیز باشند یا حداقل مقاومت سایشی خوبی داشته باشند. با توجه به تماس دائمی این مواد با مواد گداخته شده و گاهاً سخت در داخل دیگ‌های ذوب یا کوره‌های پخت مواد، در صورت نداشتن مقاومت سایشی، به شدت فرسوده شده و از بین خواهند رفت.
ملات دیرگداز (ضدحریق)
ملات‌ها گروهي از ديرگدازها هستندکه نه جزء گروه آجرهاي ديرگداز هستند نه جزء گروه ديرگدازهاي مونوليتيک. اين ديرگدازها مواد نسوز نرمي هستند که به خاطر ترکيبشان درحين مخلوط شدن با آب خاصيت پلاستيک پيدا مي‌کنند. اين مواد براي ايجاد پيوند بين آجرها در فرآيند آجر کاري استفاده مي‌شوند ودر بين آجرها ايجاد مي‌کنند تا سطوح نامنظم آجرها به هم متصل گردند. همچنين لايه ي بوجود آمده دربين آجرها فضاهاي بوجود آمده دربين آجرها را نپذير مي کنند.واز نفوذ سرباره و عوامل خورنده به داخل ساختار ديرگداز جلوگيري مي‌کنند.
