آجر شاموتی

مقدمه

پیشرفت در رشته مواد نسوز کوره های القائی کانالی، ریخته گران را قادر ساخته تا بازده بیشتری را به واسطه آنها بگیرند. یعنی کاهش زمان نوکوبی جداره نسوز کوره و افزایش مدت زمان استفاده و ذوب گیری از آن.

مقاله حاضر بیان قسمتی از تحقیقات و تجربیات علمی انجام شده در شرکت ریخته گری ایران خودرو می باشد که به بررسی مسایل مربوط به کوره های گرم نگهدار کانالی چدن درباره خواص جرمهای نسوز مورد استفاده و نحوه نصب و پخت و بهر ه برداری آنها در جهت شناخت بیشتر ارایه گردیده است.

مواد نسوز کوره های القایی کانال دار در دهه های گذشته دستخوش تغییرات مهمی گردیده اند، به طوری که با روند روبه رشد به کارگیری از کوره های کانالی در صنایع ریخته گری آهنی تکنیکهای استفاده از جرمهای کوبیدنی خشک مخلوطهای کوراندمی و جرمهای ریختنی نسوز (بتون نسوز) توسعه یافته اند.

در طی دهه های اخیر کوره های کانالی بیشتری در ریخته گری ها به کار گرفته شده که عمدتا به عنوان واحدهای نگهدارنده ذوب جهت افزایش درجه حرارت وکنترل ترکیب شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرند، اما اخیرا از آنها به عنوان واحدهای مستقیم ذوب ریز نیز استفاده می گردد.

امروزه عمر جداره نسوز برای ایندکتورها بین ۶ تا ۱۲ ماه و برای بدنه کوره در حدود ۳ سال که بسته به شرایط کارکرد آن از قبیل درجه حرارت نگهداری ذوب و نوع ذوب، سرباره دار بودن یا عاری از سرباره بودن ذوب وهمچنین دقت در نحوه نصب و کوبیدن جرم بالغ بر ۴ سال نیز می رسد.

تنظیم حرارتی صحیح بین مواد عایق پشت بلند و لایه های مواد نسوز مورد استفاده نیز تاثیر زیادی در افزایش عمر جداره نسوز کوره می تواند داشته باشد همچنین در اندکتور خنک شده پوسته اندکتور موجب افزایش عمر جداره نسوز آن خواهد شد.

مدت زمان طولانی چهار الی پنج هفته ای جهت عملیات نوکوبی و رژیم حرارتی کوره ها همیشه مانعی جهت تولید و به عنوان یک ضرر محسوب می شد و چنین زمان توقف طولانی جهت عملیات نوکوبی کوره در صورتی پذیرفته بود که طی یک برنامه ریزی صحیح در زمان تعطیلات سالیانه انجام پذیرد.

جهت کاهش زمان توقف کوره ها نوآوریهای فنی بسیاری معرفی گردیده اند که از جمله آنها استفاده از جرمهای خشک و یا استفاده از جرمهای ریختنی جهت جداره دیرگداز کوره ها به جای استفاده از مواد نسوز پلاستیک و جرمهای کوبیدنی به روش تر می باشد.

مواد نسوز مصرفی درکوره های کانالی نگهدارنده ذوب چدن

مواد نسوز خنثی دارای خواصی هستند که در مجاورت هر یک از محیط های اسیدی یا قلیایی میل ترکیبی زیادی با محیط نداشته و بالطبع محیط مورد مصرف اثر چندانی روی این مواد نخواهد داشت.

جداره کوره های نگهدارنده کانالی جهت چدن ریزی معمولا از جنس خنثی و مخلوطهای با درصد آلومینای بالا و بر پایه کوراندم یا جرمهای ریختنی بر پایه آلومینا ساخته می شوند.

هنگام زینترینگ خارج سازی شابلونها در نسوز کوبی به روش خشک مهم می باشد. به کارگیری شابلونهای دایمی با استفاده از خاکهایی که علاوه بر عامل پیوند سرامیکی در درجه حرارتهای بالا (C 1200-1000)، عامل پیوند شیمیایی در درجه حرارت پایین را دارا هستند و می توانند استحکام کاملی را در درجه حرارتهای حدود C350 -300 ارایه نمایند امکان پذیر است.

در جدول (۱) اطلاعات نمونه ای از مخلوط خاک خشک و جرم ریختنی مناسب جهت جداره نسوز داخلی بدنه کوره های نگهدارنده چدن آورده شده است . ترکیبات فسفاته (P2O5) در مخلوط خاک خشک عامل پیوند شیمیایی در درجه حرارت پایین می باشند، به طوری که نیاز به ذوب شابلونهای فولادی گران قیمت یا درجه حرارت پیش گرم C700 و بیشتر نمی باشد که موجب تاب برداشتن و تغییر شکل شابلونها شود و نتوان از آنها در نسوز کوبیهای آینده استفاده کرد.

دقت در بکارگیری و نحوه صحیح نصب مواد نسوز یکی از عوامل مهم در افزایش عمر جداره نسوز کوره ها می باشد در این راستا نکاتی به شرح زیر در ارتباط با مراحل اصلی نسوز کوبی یک کوره کانالی توضیح داده می شود.

کوره های کانال دار از دو قسمت اصلی تشکیل شده اند:

محفظه کوره

اینداکتور

محفظه کوره های القائی کانالی

بدنه محفظه کوره های کانال دار از ورقهای فولادی ساخته می شود که از داخل به وسیله جداره نسوز پوشیده می شود ، در حالت کلی جداره نسوز از چندین لایه تشکیل گردیده که عبارتند از:

لایه های عایق حرارتی.

لایه استحکام مکانیکی.

لایه در تماس با ذوب.

ضخامت این لایه ها با در نظر گرفتن ظرفیت کوره ، درجه حرارت مذاب چدنی که در آن نگهداری می شود و توان مصرفی کوره تعیین می گردد.

لایه عایق حرارتی

ابتدا بدنه فولادی کوره توسط یک لایه فیبر سرامیکی به منظور جلوگیری از اتلاف حرارتی بیش از حد به خارج وهمچنین جذب بخشی از تنشهای ناشی از انبساط حرارتی لایه های نسوز دیگر عایق کاری می گردد.با توجه به مضر بودن ورقه های آزبست برای کارگران از پتو یا پشم سرامیک یا فیبرهای سرامیکی انعطاف پذیرکه بر پایه سیلیکات آلومینیوم یا کلسیم می باشند و عاری از آزبست هستند می توان استفاده کرد. عایق ها را باید محکم و با دقت بدون هوا با استفاده از چسبهای مخصوص نصب نمایید.

لایه دوم نیز به عنوان عایق به کار برده می شود که ممکن است به سبک مرسوم و قدیمی توسط آجرهای عایق سبک آلومینیوسیلیکاتی با دانسیته بین kg/dm<SUB>­۳ </SUB> 1-6/0 که بیشتر از ۵۰ درصد تخلخل دارند کار شود و یا از جرمهای عایق ریختنی استفاده گردد.

آجرچینی باید طوری انجام شود که آجرها در همدیگر قفل شوند. یعنی فصل مشترک دو آجر در یک ردیف، در وسط آجر ردیف مجاور قرار گیرد. جهت چسباندن آجرها از ملات نسوز استفاده می گردد و چون درزها همیشه به عنوان محلهای ضعیفی محسوب می شوند و در نسوزکاری توسط آجر درزهای زیادی وجود دارد باید سعی شود جهت چسباندن آجرها از حداقل ملات استفاده شود تا فاصله بین آجرها بیشتر از ۳-۲ میلیمتر نگردد.

باید در نظر داشت میزان عایق کاری در کوره ها دارای یک اپتیمم می باشد. اگر میزان عایق کاری از حدی بیشتر شود انتقال حرارت در کوره کمتر می شود و درجه حرارت در جداره نسوز کوره افزایش یافته و موجب خوردگی و تخریب لایه نسوز داخلی می گردد.

لایه استحکام مکانیکی

این لایه معمولا از آجرهای شاموتی سنگین با دانسیته حدود kg/dm3 3/2-1/2 و مقاوم در برابر حرارت تشکیل شده که جهت ایمنی بین لایه عایق و لایه نسوز در تماس با ذوب نصب می گردد. این آجرها بایستی از استحکام وسختی مکانیکی کافی برخوردار باشند.

کنج ها و فصل مشترک بین دیواره و قسمتهای ورودی و خروجی که استفاده از آجر مشکل می باشد توسط بتون نسوز پر شده و هم سطح می گردد، از وجود گوشه های آجر که در داخل لایه نسوز داخلی قرار خواهند گرفت و همچنین لبه های تیز می بایست اجتناب گردد و پس از خشک شدن، ملاتهای اضافی که از درز آجرها بیرون زده تمیز کاری گردد و به صورت یکنواخت و هم سطح درآورده شود.

به جای لایه آجرهای عایق و یا آجرهای با مقاومت حرارتی بالا می توان از جرمهای عایق ریختنی سبک وجرمهای ریختنی مقاوم دربرابر شوک حرارتی استفاده کرد که در این روش علاوه بر شابلون جهت جداره داخلی نیاز به قالبهای جداگانه جهت جرمهای ریختنی می باشد و یا می توان از روش پاشیدنی (تفنگی) جهت نصب آن استفاده کرد.

جداره داخلی در تماس با ذوب

قبل از نصب جرم کف کوره باید از نصب الکترود اتصال شبکه به زمین اطمینان حاصل نمود. معمولا عمل کوبش در صورت استفاده از جرم خشک توسط ویبراتورهای برقی نوع بوش انجام می گیرد.

کارگرانی که جهت کوبیدن انتخاب می گردند، می بایست با نحوه کوبیدن با این ویبراتورها آشنایی داشته باشند . زیرا کیفیت و نوع کوبش به طور قابل ملاحظه ای تعیین کننده یکنواختی و میزان فشردگی و عمر جداره نسوز می باشد.

به منظور کوبیدن خاک کف کوره لایه اول به ارتفاع حدود ۱۰۰ میلیمتر و لایه های بعدی در حدود ۶۰ میلیمتر خاک ریخته و پخش می کنیم و توسط تعدادی ویبراتور شروع به کوبش نموده ، ابعاد مناسب صفحه فولادی سر ویبراتور ۱۰۰×۱۰۰ میلیمتر می باشد وهنگام کوبش ویبراتور باید به صورت عمودی استفاده گردد.

استفاده کوبه به صورت مایل سبب شل شدن خاک خواهد شد، تجربه نشان داده برای دستیابی به تراکم لازم هنگام استفاده از مخلوط خاک خشک ۲ تا ۳ بار حرکت کوبه در جهات افقی و عمودی لازم است. اعمال فشار توسط کارگر از بار دوم لازم است و بهترین تراکم در حالی به دست می آید که در کوبش نهایی ویبره در اثر فشار ،خیلی کم به داخل خاک فرو رود.

رعایت این نکته ضروری است که هنگام کار کارگران باید کاملا دقت نمایند هیچگونه جسم خارجی و مواد زائد داخل خاک کوره نیافتاده و با خاک مخلوط نگردد زیرا در این نقاط مواضع ضعیفی ایجاد کرده و موجب نفوذ فلز مذاب می گردد.

پس از آماده سازی کف کوره سطح بیرونی شابلونها توسط محلول گرافیت و روغن پوشش داده شده تا شابلونها پس از مرحله پیشگرم اولیه به جداره چسبندگی نداشته باشند.

معمولا شابلونها از ورق فولادی با ضخامت ۱۰-۸ میلیمتر ساخته می شوند که از داخل برای به حداقل رساندن تغییر فرم توسط تیرکهایی نیز تقویت شده اند، طراحی ساخت آنها در این روش می بایستی طوری باشد که از چندین تکه مجزا و قابل اتصال توسط پیچ و مهره باشند زیرا فواصلی که بین تکه های شابلون به وجود می آید مانع از ایجاد تنش در آن می گردد.

جهت خاک کوبی دیواره جانبی کوره پس از نصب اولین قسمت شابلون و تنظیم فاصله از طرفین و تراز نمودن آن، به منظور جلوگیری از حرکت درهنگام کوبش آن را مهار کرده و مستحکم می نماییم و خاک کوبی را شروع کرده و در هر نوبت خاک را به ارتفاع حدود ۶۰ میلیمتر به طور یکسان دور تا دور شابلون ریخته و به صورت یکنواخت می کوبیم.

زمانی که جداره کوبی کامل گردید بین لبه بالایی دیواره جانبی کوره و سطح تماس درب کوره فاصله ای در حدود ۳۰ میلیمتر جهت انبساط در نظر می گیریم که این فاصله را قبل ازنصب درب کوره توسط مقداری خاک به صورت کوبیده نشده و آزاد پر می کنیم و بهتر است مقداری خاک اره نیز با آن مخلوط کنیم تا جای کافی برای انبساط تامین گردد.

جهت قسمت های بالایی دهنه ورودی و خروجی بهتر است از جرمهای ریختنی نسوز مرغوب یا درصد آلومینای بالا استفاده کرد زیرا با توجه به دور بودن این قسمتها از حرارت مشعل هنگام زینترینگ در صورت استفاده از مخلوط خاک خشک، خاک اطراف شابلون در این نواحی به خوبی زینتر نگردیده و موجب شسته شدن و فرسایش آن هنگام ذوب گیری می گردد.

جرمهای ریختنی

همانطورکه گفته شد جهت لایه مجاور ذوب می توان از جرمهای ریختنی آلومینا با خلوص و دانسیته بالا استفاده کرد.

با توسعه جرمهای ریختنی با باند هیدرولیکی و به خاطر نصب آسان، در کوره های با ظرفیت پایین و کوره های بارریز استفاده از این جرمها با سیمان کم (Low Cement Castable) ترجیح داده می شوند.

سیمان های آلومینی جزء عوامل ایجاد باند هیدرولیکی می باشند که عمدتا از ترکیبات Al203 و Cao تشکیل شده اند. سیمان کمتر نیاز به آب کمتری جهت آماده سازی جرم دارد و در نتیجه موجب افزایش تراکم ساختمانی و کاهش تخلخل می گردد.

هنگام نصب جرمهای ریختنی جهت جلوگیری از جذب رطوبت جرم، سطوح مجاور آن را از قبیل عایق آجرچینی و … باید به وسیله موادی مثل پلاستیک، کاغذ روغنی ضد آب، قیر و پارافین پوشاند، که در شرکت ایران خودرو برای این منظور لایه آجر چینی با مواد عایق پی وی سی (P.V.C) که جهت عایق کاری زیر بدنه خودروها استفاده می شود پوش داده شده است.

در این روش تمام شابلونها یکجا در کوره نصب شده و بتون به صورت پیوسته و به آرامی ریخته می شود و به وسیله ویبره مخصوص (Poker ) هواگیری می گردد تا حفره های هوا و خلل و فرج از بین بروند. حرکت ویبراتور بایستی به صورت مایل و آرام باشد تا به ماده اجازه جریان یافتن و پر نمودن فضای ایجاد شده توسط ویبراتور را بدهد.

ویبره کردن بیش از حد باعث جداسازی مواد مخلوط از هم می گردد. اگر روی سطح در حین ویبراسیون آب جمع شود هم می تواند نشانه از ویبره اضافی باشد و یا از رطوبت خیلی زیاد مخلوط که در هر دو صورت موجب کاهش کیفیت مخلوط می گردد.

عملیات جرم ریزی قبل از این که جرم شروع به سفت شدن نماید باید خاتمه یافته باشد. مدت زمان ماندن جرم در قالب بسته به دما و مقدار آب و نوع سیمان مصرفی دارد که معمولا قالبها را از ۸ الی ۱۲ ساعت بعد از ریختن می توان باز نمود. جرمهای ریختنی پس از نصب به علت داشتن پیوند هیدرولیکی دارای استحکام خوبی هستند و اکثرا بعد از۲۴ ساعت به ۸۰ تا ۹۰ درصد مقاومت نهایی خود می رسند.

جهت جلوگیری از خشک شدن سطح جرم و اطمینان از هیدراتاسیون سیمان و سخت شدن آن باید سطح جرم به وسیله رزین یا پوشش های پلاستیکی یا پارچه مرطوب پوشش داده شود. از اسپری آب نیز می توان استفاده نمود لیکن برای سطوح بزرگ این کار قدری مشکل است. جرم ریخته شده تا ۲۴ ساعت (Curing time) باید در دمای C 25-16 درجه قرار گیرد.

گرم آرایی و پخت جداره نسوز (زینترینگ)

قبل از شروع عملیات جهت کنترل درجه حرارت ۲ تا ۳ عدد ترموکوپل در کف ودیواره جانبی کوره قرار داده ترموکوپلها بایستی طوری نصب گردند که خارج از رنج تشعشع مشعلها قرارگیرند که برای این منظور می توان محرک ترموکوپل را توسط خاک نسوز پوشاند.

جهت عملیات پیش گرم اولیه در صورت استفاده از جرم خشک درجه حرارت شابلونها را تا C درجه ۳۵۰-۳۰۰ در مدت ۶ ساعت بالا برده و در این درجه حرارت به مدت ۱۰-۶ ساعت بسته به ظرفیت کوره نگه می داریم. سپس شابلونها سریعا با هوای فشرده تا C150 درجه سرد می شوند و انقباض حاصله به شابلون اجازه می دهد تا به اندازه کافی از جداره نسوز فاصله بگیرد و هنگام خارج سازی به راحتی خارج گردند.

پس ازخارج سازی شابلونها جداره ای صاف و با استقامت کافی جهت شروع عملیات پخت نهایی داریم که بعد از قراردادن درب کوره و آببندی کامل آن با بدنه عملیات زینترینگ را با شیب حرارتی c/h 40-25 تا درجه حرارت C 1200-1100 ادامه داده و به مدت چند ساعت در این درجه حرارت نگه می داریم.

جهت اطمینان از رسیدن دمای مناطق حساس مانند ناودانی ورودی و خروجی و گلویی اندکتور به درجه حرارت نهایی و همچنین طولانی نشدن زمان زینترینگ، اجکتورهایی (لوله هایی که با فشار هوا در حین عملیات گرمایش هوای داخل کوره را به دنبال خود به بیرون می مکند) در این مناطق نصب می نماییم.

اینداکتور کوره های کانالی

در شکل (۳) شمایی از اینداکتور یک کوره کانالی نشان داده شده است. طراحی جداره نسوز اینداکتور از پوسته فولادی اینداکتور به سمت کانال تقریبا از همان اصولی که در مورد بدنه است پیروی می کند.

منتهی در اینجا جداره از دو لایه عایق و جرم نسوز تشکیل شده است که لایه عایق به ورقهای عایق و فیبرهای سرامیکی منحصر می شود.

امروزه رایج ترین جرم نسوز مورد استفاده در پوسته اندکتور، جرمهای خشک بازی (اسپینل) می باشد که دارای ۸۳-۸۲ درصد Mgo و ۱/۲-۸/۱ درصد Sio2 و ۱۲ درصد Al203 و ۲-۹/۱ درصد Cao می باشد که در اثر حرارت تشکیل فاز اسپینل Al203 و Mgo می دهند.

این جرمها به صورت خشک در ایندکتورهای بزرگ با ویبراتورهای کوبه ای برقی به صورت لایه لایه و در اینداکتورهای متوسط و کوچک در یک مرحله توسط ویبراتورهای بادی که به نگهدارنده شابلون اندکتور متصل می شود کوبیده می شوند، شابلون نعلی شکل کانال اندکتور می تواند فولادی یا از جنس چدن باشد.

چون جرم خشک نصب شده در اینداکتور هنوز پیوندی ندارد و امکان ریزش و صدمه دیدن آن هنگام نصب وجود دارد از یک پوشش ملات مانند در سطح فلانج اندکتور جهت جلوگیری از صدمه دیدن آن استفاده می کنیم به این صورت که پس از کوبیدن جرم اسپینل حدود ۲ تا ۳ سانتیمتر از جرم سطح فلانج تراشیده شده و بیرون ریخته می شود و جرم سطح فلنج تا حدود C300 درجه با مشعل گرم شده و توسط پوشش ملات مانند اسپینل پر می شود و می بایست توسط سیمی سوراخهایی در سطح این پوشش ایجاد کرد تا حبابها خارج شوند، پس از مسطح و صاف کردن سطح فلنج، اینداکتور آماده نصب خواهد بود.

باید توجه داشت که جداره دیرگداز اینداکتور و محفظه کوره در محل اتصال باید ازهر طرف ۳ تا ۵ میلیمتر بیرون آمده باشد تا پس از اتصال، جداره های نسوز روی هم بنشیند اگر فلانجهای فولادی روی هم قرار گیرند پس از گرم شدن و ایجاد انبساط ، محل فلانج باز شده و ذوب از آن ناحیه بیرون می زند.

پس از نصب اینداکتور آخرین مرحله زینترینگ آن می باشد که بسته به اندازه و انرژی داده شده به آن در حدود ۲/۱ تا ۴ ساعت به طول می انجامد. تعداد دفعاتی که به صورت Kwh به نعلی کانال اینداکتور در هنگام زینترینگ آن بار داده می شود با در نظر گرفتن وزن شابلون اندکتور و انرژی ویژه ذوب چدن یا فولاد تعیین می شود. با استفاده از فرمول عمومی زیر می توان میزان انرژی لازم جهت ذوب فعلی اندکتور در مدت ۲ ساعت را حساب نمود.

میزان انرژی که در مدت ۲ ساعت به شابلون اعمال می گردد[Kwh]= وزن شابلون ۶۰۰[Kwh]*[ton] فاکتور ۰٫۶ مثلا اگر وزن شابلون اندکتوری ۳۹۰ کیلوگرم باشد ۰/۶*۶۰۰*۰/۳۹۰=۱۴۰[Kwh] یعنی Kwh 70 برای ساعت اول و دوم که این میزان انرژی می بایست در مدت ۲ ساعت به شابلون اندکتور با قدرت پایین به صورت خاموش وروشن اعمال گردد.

تجربه شده که به ۶۰ درصد انرژی تئوری محاسبه شده در عمل جهت ذوب شابلون اندکتور نیاز است زیرا مقداری انرژی گرمایی نیز از سوی مشعلها به شابلون منتقل می گردد.

وقتی شابلون کانال اندکتور در اثرذوب ناحیه ای از آن بریده شد ذوب تمیز و بدون شلاکه با دمای حدود C 1500-1450 که از قبل آماده شده را داخل کوره ریخته تا پاشنه کوره پر شود، در صورت عدم بروز مشکل تا ۴۰ درصد ظرفیت کوره پر شده و درجه حرارت مذاب را تا C1450 درجه رسانده و در صبح روز بعد کوره را به صورت کامل پر نموده لازم به ذکر می باشد که در تمام این مدت مشعلها روشن خواهند بود.

کنترل وضعیت جداره نسوز

ضخامت جداره نسوز کوره با اندازه گیری دمای بدنه فولادی کوره کنترل می گردد، نواحی حساس شماره گذاری شده و در فواصل زمانی دمای آن به وسیله ترموکوپل اندازه گیری و ثبت می گردد، معمولا دمای بحرانی حدود C300 درجه می باشد که اگر درجه حرارت نقاطی از بدنه به این میزان رسید و ثابت ماند خطر جدی وجود ندارد و دمای این نقاط باید تحت نظارت بیشتری قرار گیرد. ولی در صورت افزایش درجه حرارت می بایست کوره متوقف شده و نسبت به تخلیه و نوکوبی یا تعمیر آن تصمیم گیری گردد.

یکی از مزایای جرمهای خشک امکان تخلیه کوره و سردکردن آن و تعمیر و بازسازی نواحی آسیب دیده بدنه می باشد، روشن است که چنین تعمیراتی در تعطیلات بلندمدت صورت خواهد پذیرفت. ایجاد ترک در جداره نسوز هنگام سرد کردن اجتناب ناپذیر می باشد، اما ترکهایی که عرض آنها کمتر از ۳ میلیمتر می باشد در طول عملیات گرمایش مجدد در اثر انبساط بسته خواهند شد و نیاز به تعمیر ندارند. اما ترکهای بزرگتر از ۳ میلیمتر باید باز شده و اگر شلاکه یا آهن داخل آن می باشد به خوبی تمیز شده و توسط جرمهای ریختنی یا جنس اصلی جداره مجددا پر گردد، و توسط یک رژیم حرارتی مخصوص مجددا گرم آرایی شده و شروع به کار کرد.

منبع: ویژه نامه ریخته گری

جهت جستجو سریع موضوع مقاله ، پرسشنامه ، پاورپوینت و گزارش کارآموزی می توانید از قسمت بالا سمت راست جستجو پیشرفته اقدام نمایید.

همچنین جهت سفارش تایپ ، تبدیل فایل پی دی اف (Pdf) به ورد (Word) ، ساخت پاورپوینت ، ویرایش پایان نامه و مقاله با ما در تماس باشید.