استفاده از کیانایت، آندالوسیت و سیلیمانیت در آتش شکن های مونولیتیک

در زمینه مواد غیر فلزی و دیرگداز، به ویژه دیرگدازها، کیانیت، سیلیمانیت و آندالوزیت در مجموع به عنوان "سه کانی" نامیده می شوند که همه متعلق به مواد خام معدنی با آلومینا بالا هستند.

کاربردهای اصلی این سه کانی در دیرگدازهای یکپارچه عبارتند از: (1) به عنوان سنگدانه های نسوز، مانند استفاده از آندالوزیت درشت به عنوان سنگدانه نسوز. (2) به عنوان پودرهای نسوز، مانند استفاده از کنسانتره آندالوزیت و سیلیمانیت به عنوان پودر. (3) به عنوان مواد افزودنی، در درجه اول به عنوان عوامل انبساط استفاده می شود. در بین سه کانی، کیانیت بیشترین استفاده را دارد. این به این دلیل است که ارزش انبساط مرتبط با واکنش مولتی شدن کیانیت بالاترین است، و آن را به یک عامل انبساط عالی برای دیرگدازهای یکپارچه تبدیل می کند، به جبران انقباض دیرگدازها در دماهای بالا و بهبود عملکرد آنها در دمای بالا کمک می کند.

I. کاربرد سه کانی در ریخته گری های نسوز

مطالعات اخیر در مورد کاربرد سه کانی در ریخته گری های نسوز بر چهار حوزه اصلی متمرکز شده است:

1. کاربرد کیانیت در ریخته گری های نسوزافزودن کیانیت به مواد ریخته‌گری عمدتاً شامل استفاده از کیانیت از Hushan و Shuyang می‌شود، با کیانیت از Tongbai بالاترین ارزش انبساط را نشان می‌دهد و آن را به‌ویژه به عنوان یک عامل انبساط در دیرگدازهای یکپارچه مناسب می‌کند. هنگامی که کیانیت از نانیانگ به قالب‌های ریخته‌گری ملاقه‌ای اضافه می‌شود، نرخ تغییر خطی قطعات ریخته‌گری را بهبود می‌بخشد، ترک‌های انقباضی را که می‌تواند در هنگام استفاده در دمای بالا و خنک‌سازی ایجاد شود، از بین می‌برد و در نتیجه طول عمر مواد را افزایش می‌دهد. در عمل با تعمیرات لازم در کف ملاقه می توان از 1200 تا 1300 دور ملاقه استفاده کرد. قالب‌های ریخته‌گری با آلومینا بالا که با کیانیت به‌عنوان عامل انبساط فرموله شده‌اند، تغییرات خطی پس از شلیک بهبود یافته را نشان می‌دهند. بدون کیانیت، تغییرات خطی پس از شلیک همگی منفی هستند و با دما افزایش می‌یابند. در دمای 1300 درجه سانتیگراد 0.09- و در 1500 درجه سانتیگراد 05/1- است. با این حال، هنگامی که کیانیت اضافه می شود، انقباض کاهش می یابد یا به انبساط مثبت تبدیل می شود. برای گریدهای مختلف (0.175 میلی‌متر یا 0.09 میلی‌متر) کیانیت اضافه شده با 8 درصد یا 10 درصد، قطعات ریخته‌گری مقادیر مثبتی را در دمای بین 1300 درجه سانتی‌گراد تا 1500 درجه سانتی‌گراد نشان می‌دهند، که به طور موثر انقباض در دمای بالا را جبران می‌کند و در عین حال انبساط را نیز نشان می‌دهد. در تولید، انتخاب اندازه ذرات کنسانتره کیانیت مناسب حداقل انقباض (یا بسیار کم) را در دماهای بالا تضمین می‌کند و در عین حال استحکام بالایی را حفظ می‌کند. به طور کلی، اندازه ذرات 0.174-0.074 میلی متر متوسط ​​در نظر گرفته می شود.

2. تاثیر افزودن اندالوزیت بر خواص ریخته گری(1)کاربرد آندالوزیت در مواد فرورفتگی آهن

(1) با بهره برداری در مقیاس بزرگ کوره های بلند، نیروی شست و شوی آهن مذاب و سرباره افزایش می یابد، به ویژه در قسمت اصلی که شرایط کار به طور فزاینده ای سخت می شود و در نتیجه طول عمر کاهش می یابد. آندالوزیت در تولید مواد اصلی برای افزایش عملکرد آنها استفاده می شود. بسته به نیازهای مختلف استفاده، اندازه ذرات مختلف (0-1 میلی‌متر، 0.074 میلی‌متر) آندالوزیت به قالب‌های ریخته‌گری فرورفتگی آهن اضافه می‌شود که به کاهش تخلخل و بهبود مقاومت فشاری در دمای اتاق کمک می‌کند و پایداری شوک حرارتی را افزایش می‌دهد. هرچه کیفیت آندالوزیت بهتر باشد، عملکرد آن در دماهای بالا بهتر است. قطعات ریخته‌گری شده با آندالوزیت افزوده شده می‌توانند از یک کوره بلند 250 مترمکعبی، با تعمیرات و وصله‌کاری، به یک خروجی آهن 80000 تا 120000 تن دست یابند که منجر به طول عمر بیش از 1.5 میلیون تن و کاهش هزینه‌های تولید می‌شود. این مکانیسم در درجه اول از تجزیه آندالوزیت در دماهای بالا برای تولید مقدار مشخصی فاز مولایت و مایع استفاده می کند که باعث بهبود پایداری شوک حرارتی و دمای نرم شدن تحت بار ریخته گری می شود. فاز مایع تولید شده نه تنها پخت را برای پیوند محکم ماتریس و سنگدانه تقویت می کند، بلکه فضاهای خالی را پر می کند، تخلخل ظاهری را کاهش می دهد و استحکام فشاری مواد ریخته گری را افزایش می دهد.

(2)پیش تصفیه تفنگ گوگرد زدایی با مواد ریخته گریتفنگ های گوگردزدایی تغییرات شدید دما را تجربه می کنند، جایی که آسیب معمولاً از ترک های تنش حرارتی به جای فرسایش ناشی می شود. افزایش مقاومت شوک حرارتی قطعات ریخته گری به جلوگیری از ترک و پوسته شدن بدنه تفنگ کمک می کند. افزودن آندالوزیت انقباض را جبران می کند، ثبات حجم را تضمین می کند و عملکرد را بهبود می بخشد. در آزمایشات در کارخانه فولاد در نینگبو، اسلحه ها به بیش از 200 چرخه با حداقل تعمیر رسیدند.

1. تاثیر افزودن سیلیمانیت و کیانیت بر خواص ریخته گریافزودن سیلیمانیت یا ترکیبی از کنسانتره سیلیمانیت و کیانیت به قطعات ریخته گری تغییرات خطی پس از شلیک را بهبود می بخشد. این نیز به طور قابل توجهی بر دمای نرم شدن تحت بار و مقاومت فشاری تأثیر می گذارد. کنسانتره های سیلیمانیت با عیار بالا اثرات قابل توجه تری دارند. به عنوان مثال، با استفاده از سیلیمانیت با محتوای Al2O3 59٪ و بوکسیت درجه یک به عنوان سنگدانه، دمای نرم شدن (4٪) بیش از 1600 درجه سانتیگراد است. در حالی که استفاده از سیلیمانیت با 48% Al2O3 دمای نرم شدن را کاهش می دهد، همانطور که در نمونه SC-12 در دمای 1565 درجه سانتیگراد دیده می شود.

2. تاثیر افزودن پودر معدنی سیلیمانیت طبیعی و کامپوزیت آندالوزیت بر خواص ریخته گریترکیب پودرهای معدنی کامپوزیت مقاومت شوک حرارتی قطعات ریخته گری را بهبود می بخشد و تغییرات خطی پس از شلیک را کاهش می دهد. افزودن مناسب پودر معدنی سیلیمانیت طبیعی و کامپوزیت آندالوزیت به ریخته گری های کم سیمان با آلومینا بالا منجر به بهبود شاخص های فنی کلیدی می شود. این عمدتا به دلیل تولید قابل توجه مولایت در ماتریس است. پودرهای معدنی کامپوزیتی در دماهای پایین تر (1000 تا 1300 درجه سانتی گراد) فاز مایع را تشکیل می دهند که تشکیل مولایت درجا و مولایت ثانویه را تسهیل می کند و در نتیجه بر عملکرد قطعات ریخته گری تأثیر مثبت می گذارد. مقدار بهینه افزودن پودر معدنی کامپوزیت حدود 5 درصد است. از لحاظ تاریخی، کیانیت در درجه اول به عنوان یک عامل انبساط برای جبران انقباض در قالب های ریخته گری نسوز استفاده شده است. با این حال، با افزایش درک، ترکیب آندالوزیت، سیلیمانیت، یا سه کانی به طور موثر کیفیت مواد مبتنی بر Al2O3-SiO2 را بهبود می‌بخشد، که هم برای دیرگدازهای شکل‌دار و هم بی‌شکل قابل استفاده است.

II. کاربرد سه کانی در پلاستیک های نسوز

در پلاستیک‌های نسوز، مقایسه نمونه‌ها با و بدون کیانیت نشان می‌دهد که اولی تغییرات خطی بیشتری را پس از پخت در دمای 1400 درجه سانتی‌گراد نشان می‌دهد، که نشان‌دهنده افزایش انبساط است که به پایداری چارچوب ساختاری کمک می‌کند و ترک‌خوردگی و پوسته شدن را کاهش می‌دهد. تغییرات خطی در 1600 درجه سانتیگراد در مقایسه با 1400 درجه سانتیگراد انبساط جزئی را نشان می دهد.

III. کاربرد سه کانی در مواد نسوز

پس از افزودن سه ماده معدنی، تغییر خطی در مواد رمینگ با آلومینا بالا از انقباض به انبساط پس از شلیک تغییر می کند. در این میان، کیانیت بهترین اثر را نشان می‌دهد، با تغییرات خطی در دمای 1400 درجه سانتی‌گراد که از 0.40-% به +1.60% افزایش می‌یابد که نقش عامل انبساط سه کانی را نشان می‌دهد. با این حال، افزودن این سه کانی تأثیر قابل‌توجهی بر استحکام فشاری مواد با آلومینا بالا در دمای 1400 تا 1500 درجه سانتی‌گراد ندارد، زیرا کیانیت و آندالوزیت به سرعت تجزیه می‌شوند و در این مرحله دمایی به طور کامل مولتیزه نمی‌شوند.

IV. کاربرد سه کانی در مواد پاشش نسوز

مواد پاشش نسوز، دیرگدازهای آمورف هستند که با استفاده از ابزارهای پنوماتیک استفاده می شوند. از سنگدانه های نسوز، پودرها و چسب ها (یا مواد افزودنی) تشکیل شده اند و بر اساس چگالی ظاهری به مواد پاشش سبک، متوسط ​​و سنگین تقسیم می شوند. مواد پاشش سبک (0.5-1.39 g/cm³) معمولاً به عنوان پوشش های عایق استفاده می شوند، در حالی که مواد متوسط ​​و سنگین (به ترتیب 1.3-1.8 g/cm³ و بیشتر از 1.89 g/cm³) می توانند به عنوان روکش کاری در دمای پایین تا متوسط ​​عمل کنند. کوره ها انواع مختلفی از مواد پاشش نسوز در مناطقی مانند شکم فوقانی کوره های بلند، محفظه های احتراق اجاق های انفجار داغ، محفظه های احیا کننده، اتاق های اختلاط و انواع دیواره های داخلی مجرای هوای گرم مورد استفاده قرار می گیرند که برای عایق کاری، حفظ گرما، افزایش گاز استفاده می شوند. سفتی، و محافظت از پوست آهن کوره. بزرگترین کوره بلند چین (با حجم بیش از 5500 متر مکعب) نیز از مواد پاشش نسوز استفاده می کند. معرفی سه کانی نه تنها نرخ تغییر خطی مواد پاشش نسوز را بهبود می بخشد، بلکه عملکرد مواد را با معرفی فازهای جدید مولایت افزایش می دهد. کانی های اضافه شده می توانند تک نوع یا کامپوزیت باشند. هم در مواد پاشش نسوز و هم در مواد ریخته گری، افزودن سه ماده معدنی نتایج مثبتی را به همراه دارد. بسته به نیازهای خاص برای دیرگدازهای شکل دار یا بی شکل، نوع یا نوع ترکیبی مناسب از سه کانی باید انتخاب شود.

V. کاربرد سه کانی در دوغاب های نسوز

با توسعه دیرگدازهای بدون شکل، دوغاب های نسوز پیشرفت های گسترده ای در تحقیق و توسعه، تولید و آزمایش داشته اند. با گسترش دامنه کاربرد دوغاب های نسوز، دوغاب های معمولی دیگر نمی توانند الزامات ساخت کوره را به طور کامل برآورده کنند. ترکیب کیانیت نقش مهمی در دوغاب های نسوز جدید دارد. با افزودن کنسانتره کیانیت به دوغاب، واکنش انبساط مولتی شدن انقباض در دماهای بالا را جبران می کند.

VI. کاربرد سه کانی در قطعات پیش ساخته بلوک سرباره با استحکام بالا

در قطعات پیش ساخته بلوک سرباره با استحکام بالا برای کانال های ضربه زنی کوره بلند، افزودن عوامل انبساط به مواد اجازه می دهد تا به طور یکنواخت در دماهای مختلف، به ویژه در محدوده 1000 تا 1500 درجه سانتی گراد منبسط شوند. این انبساط انقباض هایی را که در مراحل مختلف دمایی رخ می دهد، جبران یا کاهش می دهد. استفاده از عوامل انبساط می تواند ریز ترک های ناشی از انقباض ماتریس و تنش داخلی را پر کند و در نتیجه پایداری حجم مواد را بهبود بخشد.

به طور خلاصه، انواع مختلفی از مواد نسوز آمورف، مانند مواد ریخته گری، پلاستیک، مواد رمینگ و دوغاب نسوز، از سه کانی - آندالوزیت، کیانیت و سیلیمانیت - به درجات مختلف استفاده می کنند که کیانیت بیشترین استفاده را دارد. مکانیسم اولیه شامل تجزیه این کانی‌ها در دماهای بالا می‌شود که منجر به انبساط حجمی به دلیل واکنش مولتی‌شدن می‌شود که انقباض مواد نسوز آمورف را در دماهای بالا جبران می‌کند. این فرآیند منجر به انبساط خطی مثبت، کاهش پوسته پوسته شدن ساختار و افزایش پایداری حجم مواد می شود.

علاوه بر این، تجزیه این سه ماده معدنی به طور مثبت به دمای نرم شدن بار و استحکام مواد کمک می کند. سایر عوامل انبساط برای مواد دیرگداز آمورف شامل کوارتز (SiO2) است که همچنین انقباض در دمای بالا را از طریق تبدیل فاز جبران می کند، در درجه اول انبساط مربوط به تبدیل α-کوارتز (کوارتز با دمای بالا) به β-کوارتز، به عنوان این انتقال. بیشترین تغییر حجم را نشان می دهد.

با این حال، کیانیت در این کاربرد بهتر از کوارتز عمل می کند. کیانیت ارزش انبساط نسبتاً بیشتری را ارائه می‌کند و پس از تجزیه، کریستال‌های مولایت تولید می‌کند که برای عملکرد در دمای بالا مواد مفید است. در نتیجه، کیانیت معمولاً به عنوان یک عامل انبساط در مواد دیرگداز آمورف، به تنهایی یا در ترکیب با آندالوزیت یا سیلیمانیت استفاده می شود.

استفاده موثر از کیانیت، آندالوزیت و سیلیمانیت از طریق واکنش‌های مولتی‌شدن آنها می‌تواند به طور قابل توجهی خواص مواد را افزایش دهد. انتخاب دقیق درجه، دوز و اندازه ذرات بر اساس دمای عملیاتی ضروری است. در غیر این صورت، ممکن است منجر به خرابی داخلی، ایجاد ترک های انبساط و کاهش چگالی و استحکام در مواد شود.

این روش‌ها از تجزیه و واکنش‌های انبساط همراه سه کانی و همچنین انبساط مرتبط با تبدیل فاز کوارتز برای جبران انقباض در دمای بالا در مواد نسوز آمورف و بهبود پایداری حجم استفاده می‌کنند. با این حال، مزایای واکنش های انبساط فراتر از این است. به عنوان مثال، آجرهای کم خزش و سری آجرهای اصلاح شده با آلومینا بالا که در اجاق‌های انفجار داغ استفاده می‌شوند، از واکنش‌های انبساط داخلی برای افزایش دمای نرم شدن بار، مقاومت در برابر خزش و مقاومت در برابر شوک حرارتی استفاده می‌کنند. بنابراین، استفاده موثر از این سه ماده معدنی برای بهبود عملکرد مواد نسوز بسیار مهم است.