قالب وبلاگ

قالب وبلاگ
وبلاگ تخصصي مهندسي مواد
مواد-سراميك و... 

 

مقدمه:

 دیرگداز ها 
 
 
مواد دیر گداز:
 
به موادی گفته می شود که نقطه خمیری شدن آن ها بالاتر از 1520 درجه سانتیگراد می باشد .
 
تمام مواد تشکیل دهنده شیشه ها و سرامیک ها مواد اکسیدی می باشند .
 
نقطه خمیری شدن :
 
برای تعیین نقطه خمیری شدن از مخروط زگر
Seger یا مخروط اورتون Orton استفاده می کنند به این صورت که ابتدا مخروط تهیه شده را در کوره مورد نظر قرار داده و شروع به حرارت دادن می کنیم تا هنگامی که مخروط از کمر خم شود و در اصطلاح شکسته شود این دما را نقطه خمیره گویند که اگر بیش از 1520 درجه باشد به آن دیر گداز اطلاق می شود .  
مواد اولیه تشکیل دهنده دیر گداز ها :
 
این مواد اولیه عبارتند از :
 
نام اکسید مواد دیر گداز نقطه ذوب
 
اکسید سیلیسیم
SiO2 1723 

اکسید آلومینیم Al2O3 2020 
اکسید کرم
Cr2O3 2262 
اکسید کلسیم
CaO 2570 
اکسید زیر کنیم
ZrO 2750 
اکسید منیزیم
MgO 2800 
پارامتر های مهم یک دیر گداز و نحوه اندازه گیری آن ها :
 
1- تعیین نقطه خمیری و درجه دیر گدازی
 
2- پایداری در برابر سرباره
 
3- استحکام در برابر شوک حرارتی (تغییرات ناگهانی درجه حرارت)
 
4- مقاومت در برابر فشار (در درجه حرارت اتاق و حرارت های بالا)
 
که در دماهای
R.T (Room Temperature) و H.T ( High Temperature) 
5- پایداری حجمی در عملیات حرارتی بعدی ( حرارت دادن مجدد )
 
6- میزان انبساط حرارتی
 
7- میزان انتقال هدایت حرارتی و گرمایی(قابلیت هدایت حرارتی )
 
8- میزان تخلخل و دانسیته و قابلیت نفوذ در مقابل گاز ها
 
9- مقاومت در مقابل ضربه
 
10- خزش
 
1) تعیین نقطه خمیری و درجه دیر گدازی
 
این پارامتر که به وسیله دو مخروط به نام های زگر و اورتون سنجیده می شود بدین صورت است که مخروط دیر گداز را در کوره های عملیات حرارتی گذاشته و تا دمای مورد نیاز که معمولا 1520 درجه سانتی گراد است حرارت می دهند تا هنگامی که دیر گداز به نقطه خمیری خود رسیده و از کمر خم شود سپس زمان صرف شده در این عملیات را حساب کرده و رنج پایداری دیر گداز را به دست می آورند .
 
تصویر از مخروط زگر یا اورتون
seger or Orton  
 2- پایداری در برابر سرباره  
معمولا آجر های دیرگداز ممکن است د رکوره ها یا پاتیل ها در تماس با سرباره قرار گیرند . سرباره ها از نظر خواص شیمیایی به دو دسته اسیدی و قلیایی تقسیم می شوند ، بسته به خواص سرباره و آ‍جر امکان واکنش بین آن ها وجوددارد ( آجر اسیدی با سرباره قلیایی و بالعکس)
 
ابتدا یک قطعه دیر گداز را سوراخ کرده و حفره هایی را در داخل آن ایجاد می کنیم سپس سرباره را که از قبل به صورت ذوب تهیه نموده ایم در داخل حفره های دیر گداز می ریزیم و در داخل کوره قرار می دهیم و پس از گذشت مدت زمان معین بیرون می آوریم اگر سرباره با دیر گداز میل ترکیب شیمیایی داشته باشد وارد جسم دیر گداز میشود سپس قطعه دیرگداز را برش عرض داده و مورد متالوگرافی و (در زیر میکروسکوپ مورد ) بررسی قرار می دهیم . اگر میل ترکیبی دیر گداز با سرباره زیاد نباشد پایداری سرباره زیاد است در غیر این صورت به نسبت میل ترکیبی رنج دیر گداز را تعیین می کند . ر.ج-22
 
3- استحکام(مقاومت) در مقابل شوک حرارتی
 
برای تعیین درجه شوک پذیری ابتدا قطعه دیر گداز مورد نظر را تا دمای کاربردی به مدت زمان معینی حرارت داده و سپس به طور ناگهانی و با سرعت زیاد آن را سرد می کنیم . باید توجه داشت که این کار را 30 مرتبه و بدون وقفه انجام داد . اگر دیر گداز بعد از 30 مرتبه ترک برداشته و یا خرد شود رنج شوک پذیری آن کم اما در غیر این صورت دیر گداز در مقابل شوک حرارتی مقاوم است .
 
عوامل موثر در شوک پذیری :
 
1- ضریب انبساط حرارتی
 
2- قابلیت هدایت حرارتی
 
3- خاصیت آن ایزوتروپی(
Anisotropy) 
4-فاز های تشکیل دهنده دیر گداز
 
5- تغییرات فازی طی فرآیند گرمادهی
 
6- تخلخل و دانسیته
 
(خواص الاستیک)
 
1- ضریب انبساط حرارتی :
 
میزان تغییرات حجمی که جسم در مقابل حرارت از خود نشان می دهد که هر چه این ضریب پایین تر باشد پایداری این جسم بیشتر است .
 
نکته : شوک حرارتی تنش هایی است که بین دمای درون قطعه و دمای بیرون ایجاد می شود .
 
2- قابلیت هدایت حرارتی :
 
که اگر قابلیت هدایت حرارتی بالا باشد پایداری در مقابل شوک حرارتی بیشتر است .
 
3- خاصیت آن ایزوتروپی
 
این خاصیت به این معنا است که خواص در جهات مختلف متفاوت است و هر چه این خواص ایزوتروپ تر باشد دیر گداز مقاومت تر است .
 
4- فاز های تشکیل دهنده دیر گداز ها :
 
اگر فاز های یک دیر گداز یکی باشد یعنی آن دیر گداز فقط از یک فاز تشکیل شده باشد استحکام دیر گداز در مقابل شوک حرارتی بیشتر است و هر چه تعداد فاز ها بیشتر باشد ناپایداری دیر گداز نیز بیشتر است .
 
5- تغییرات فازی طی فرآیند گرمادهی :
 
تغییرات فازی که بر اثر تغییر درجه حرارت به وجود می آید باعث ایجاد فاز های مایع در درجه حرارت های پایین می شود .
 
6- تخلخل و دانسیته :
 
تخلخل و ضریب تراکم در یک دیر گداز هر چه بیشتر باشد مقاومت آن دیر گداز در برابر شوک حرارتی بیشتر است و هر چه دانسیته کمتر باشد پایداری دیر گداز بالا تر است .
 
7- الاستیک ( ضریب کشسانی ) :
 
هر چه الاستیسیته یک دیر گداز بیشتر باشد پایداری آن در مقابل شوک حرارتی بیشتر است .
 
4- پایداری در برابر فشار
 
که به دو صورت پایداری در برابر فشار در درجه حرارت محیط و در دماهای بالا محاسبه می شود
 
1- میزان پایداری دیرگداز در دمای محیط (
R.T)  
در این عملیات دیر گداز را در دمای محیط زیر فشار قرار می دهند تا زمانی که قطعه دیر گداز خرد شود و ترک در آن به وجود آید (فشار در این روش افزاینده می باشد )
 
نکته : در این روش هدف به دست آوردن فشار است
 
تخلخل در این کمیت اثر منفی دارد .
 
2- پایداری در برابر فشار در دماهای بالا
 
که این روش به دو صورت
 
الف: قطعه تحت فشار همراه با افزایش دما(روش درجه حرارت فزاینده )
 
ب: قطعه تحت فشار همراه با دمای ثابت(روش درجه حرارت ثابت )
 
انجام می شود .
 
الف : پایداری در برابر فشار تحت فشار همراه با افزایش دما :
 
در این روش قطعه دیر گداز را تحت فشار استاندارد 28
Psi قرار میدهند سپس قطعه را شروع به حرارت دادن می کنند تا زمانی که قطعه 10 درصد کاهش طول پیدا کند . این دما که قطعه در مقابل آن از خود مقاومت نشان می دهد را معیاری برای اندازه فشار می نامند .  
نکته: در قطعات دیر گداز سیلیسی فشار استاندارد 50
Psiمی باشد .  
نکته: هر اتمسفر فشار برابر 14/7
psi می باشد  
نکته : هدف در این آزمایش به دست آوردن فشار توسط دما می باشد
 
ب: پایداری در برابر فشار تحت فشار در دمای ثابت
 
در این روش قطعه را تحت دمای معین و فشار ثابت 28
psi قرار می دهند تا آنکه پس از گذشت زمان معین قطعه 10 درصد تغییر طول پیدا کند که زمان به دست آمده در این روش معیاری است برای تعیین میزان مقاومت دیر گداز در مقابل فشار  
نکته : هدف در این آزمایش به دست آوردن فشار توسط زمان صرف شده در آزمایش می باشد .
 
5
تخلخل  
اگر مک های یک قطعه با سطح بیرونی آن ارتباط داشته باشند تخلخل را باز می نامند و اگر همین مک ها با سطح بیرونی قطعه ارتباط نداشته باشند و در درون قطعه ایجاد شده باشند تخلخل بسته می نامند .
 
تخلخل ظاهری : (
parasity) 
به خارج قسمت حجم تخلخل باز به حجم قطعه تخلخل ظاهری گویند .
 
تخلخل بسته :
 
به خارج قسمت حجم تخلخل بسته به حجم کل نمونه تخلخل بسته گفته می شود
 
تخلخل حقیقی :
 
به خارج قسمت حجم تخلخل باز و بسته به حجم نمونه تخلخل حقیقی گویند .
 
دانسیته کلی :
piknometry 
به خارج قسمت جرم یک جسم به حجم همان مقدار از جسم اصطلاحا دانسیته کلی گویند که واحد آن گرم بر سانتیمتر مکعب است
 
دانسیته ظاهری :
 
به خارج قسمت جرم یک جسم به حجم یک جسم بدون در نظر گرفتن تخلخل ظاهری دانسیته ظاهری گویند .
 
دانسیته حقیقی :
 
به خارج قسمت جرم یک جسم به حجم جسم بدون در نظر گرفتن حجم تخلخل باز و بسته دانسیته حقیقی گویند .
 
در این روش وزن به دست آمده را توسط ترازو وزن کرده و سپس برای بدست آوردن حجم حقیقی آن را به طور کامل خرد کرده و سپس در ظرفی به نام پیکنومتر می ریزند . که در این روش ابتدا ظرف را تا 50 سی سی پر کرده و درب آن را می بندیم سپس قطعه خرد شده مورد نظر را در آن ریخته و مقدار آب بیرون ریخته از ظرف را حساب می کنیم چون دانسیته آب یک است مقدار به دست آمده را در فرمول مورد نظر قرار داده و حجم واقعی قطعه به دست می آید .
 
پایداری حجمی :
 
به میزان مقاومتی که یک جسم دیر گداز در مقابل انجام عملیات های حرارتی از خود نشان می دهد پایداری حجمی گویند . که هر چه این تغییرات حجمی کمتر باشد قطعه پایداری حجمی بیشتری دارد . باید توجه داشت که یکی از عوامل ایجاد تغییرات حجمی ایجاد فاز ها در حرارت های مختلف می باشد که به علت آن که هر فاز حجم مربوط به خود را شامل می شود باعث ایجاد تغییرات حجمی در یک قطعه خواهد شد .
 
انبساط حرارتی :
 
به میزان مقاومت حجمی که یک دیر گداز در مقابل افزایش دما از خود نشان می دهد پایداری در مقابل انبساط حرارتی گویند که توسط دستگاهی به نام دیلاتومتر
thermo mechanical analyzer (TMA) اندازه گیری می شود . روش استفاده از این دستگاه به این صورت می باشد که ابتدا قطعه را درمیان دو میلگرد با انبساط حرارتی کم و تحت حالت کالیبره قرار داده که یکی از این میلگرد ها ثابت و دیگری متحرک می باشد سپس با اضافه کردن دما طول قطعه تغییر پیدا می کند . که تغییرات طولی قطعه توسط میلگرد به صفحه مدرج منتقل می شود . 
تعیین دانسیته کلی :
 
برای تعیین دانسیته کلی از رابطه استفاده می شود که در این رابطه
 
Wa : وزن دیر گداز در هوا  
Wc: وزن دیر گداز پس از جوشاندن در آب و خشک کردن با پارچه مرطوب  
Wb: وزن دیر گداز در درون آب  
نکته : استفاده از آب جوش در این آزمایش به علت این می باشد که آب جوش خلخل و فرج داخلی قطعه را پر نماید و خشک کردن با پارچه مرطوب به این علت می باشد که پارچه فقط سطح قطعه را خشک کند . و هنگامی که آن را در آب می اندازند به این دلیل می باشد که خلخل و فرج های موجود در قطعه با آب پر شود و با مایع قابل استفاده برابر شود .
 
تعیین میزان تخلخل :
 
برای تعیین میزان تخلخل از رابطه
 
چقرمگی :
 
به میزان جذب انرژی که یک جسم تا قبل از شکست از خود نشان می دهد چقرمگی گویند .
 
تعیین مقاومت یک دیرگداز در برابر ضربه :
 
برای تعیین مقاومت یک دیرگداز در مقابل ضربه از آزمایش شارپی استفاده می کنند همچنین می توان از زیر نمودار تنش و کرنش نیز به میزان مقاومت یک دیرگداز در برابر ضربه پی برد .
 
خزش:
 
عبارت است از تغییر شکل یک دیر گداز بر حسب زمان در درجه حرارت های بالا و تحت تنش وارده بر جسم نکته قابل توجه این است که تنشی وارد بر قطعه تنشی می باشد که در دمای معمولی قطعه می تواند آن را تحمل کن
 
تقسیم بندی انواع آجر های دیر گداز :
 
آجر های دیر گداز را به سه شکل تقسیم بندی می کند :
 
1- شیمیایی: این آجر ها را می توان به سه دسته آجر های الف : اسیدی مثل آجر های سیلیکاتی ، آجر های زیر کونیایی آجر های خاک نسوز و آجر های کائولین ب: قلیایی مانند آجر های منیزیتی آجر های دولومیتی و آجر های منیزیت کرومیتی ج: آجر های خنثی مانند آجر های آلومینایی آجرهای کربنی آجر های کروم منیزیتی و آجر های کرومیتی تقسیم بندی کرد .
 
2- روش تولید : این آجر ها را با توجه به روش تولید به چهار دسته تقسیم می کنند :
 
الف: پرس خشک : در این روش قطعه را تا درجه زینتر کردن حرارت داده و سپس پرس می کنند
 
ب: اکستروژن : در این روش معمولا قطعه را به صورت خمیری در آورده و تحت فشار آن را تولید می کنند .
 
ج: ریخته گری (ذوب و انجماد ) : در این روش دیرگداز را ذوب کرده و پس از آماده سازی ذوب آن را در درجه های تعبیه شده می ریزند .
 
د: دوغ آبی : که در این روش دیر گداز مورد نظر را به شکل دوغ آب در آورده و در قالب های گچی مورد نظر ریخته و حرارت می دهند .
 
3- درجه دیر گدازی :که این روش را به چهار دسته تقسیم بندی می کنند
 
الف: در درجه حرارت های پایین :
LOW DUTY که بین درجه حرارت 19 تا 28 درجه زگر یا 1635 تا 1530 درجه می باشد  
ب: در درجه حرارت های متوسط
INTERMEDITT DUTY که بین درجه حرارت های 30 الی 28 زگر 1635 تا 1680 درجه می باشد  
ج: در درجه حرارت های بالا :
HIGHT DUTY که بین درجه حرارت های 30 تا 33 زگر یا 1680 تا 1730 می باشد .  
د: درجه حرارت های فوق بالا :
SUPER DUTYکه بالاتر از 33 زگر یا 1730 درجه می باشد .

مواد مورد نياز براي آزمايش:

شاموت( با دانه بندي 3-1 ميليمتر به مقدار35 درصدكل شاموت،دانه بندي1-1/ ميليمتر به مقدار 15 درصد كل شاموت،دانه بند ي كمتر از 1/ 40 درصدكل شاموت"لازم به ذكر است مقدار شاموت 60 درصد كل بچ را تشكيل مي دهد)،كائولن مرغوب بادانه بندي كمتر از 1/ ميليمتر به مقدار 40 درصد كل بچ،آب به مقدار 9-7 در صد كل بچ، كاردك، بشر ، ابفشان،پلاستيك فريزري،دستگاه پرس، روغن براي چرب كردن داخل قالب پرس

شرح آزمايش:

رس وظيفه شكل پذيري و افزايش استحكام خام را دارد لذا بايد مواد اوليه ريزدانه باشند لذا بايد  مواد اوليه با الك مش بالا الك شوندپس در ابتدا شاموت را با سه نوع الك (20-8،100-20و100)الك كرده تا به سه نوع دانه بندي كه در قسمت مواد مورد نياز  اوليه گفته شد برسد. سپس كائولن را با الك مش 100 الك كرده اين مواد اوليه الك  شده را باتوجه به درصد مورد نيازي كه دراين آزمايش مورد نيا زاست(در قسمت مواد مورد نياز براي آزمايش مقدار درصد مورد نياز در هر قسمت گفته شده است) برداشته و در داخل يك پلاستيك فريزري ريخته و آن را به خوبي به هم زده تا مواد خوب با هم مخلوط شود و پس از مخلوط شدن مناسب مواد ،مخلوط را داخل يك ظرف پلاستيكي ريخته و به مقدار 10-7 در صد آب به مخلوط اضافه شد.(به دليل آن كه نمونه ما براي پرس آماده مي شود نبايد مقدار زيادي آب به مخلوط اضافه كنيم . همچنين نبايد به يكباره آب را به مخلوط اضافه كرد زيرا باعت كلوخه شدن نمونه و عدم يكنواختي رطوبت در نمونه مي شود)پس از اضافه كردن آب مخلوط ر ا داخل يك پلاستيك فريزري ريخته و به مدت يك روز در فضاي آزاد گذاشته و. پس از فرصت دهي يك روزه براي يكنواخت تر شدن رطوبت ،نمونه پرس شد.(با فشار هاي 1000-1500-2000، و فرصت دهي 15 ثانيه اي براي هر فشاربه اين ترتيب كه نمونه را تا فشار 1000 پرس كرده 15 ثانيه فرصت داده و سپس تا 1500 و به همين شكل تا 2000 برده شد)پس از پرس مواد خام(4 نمونه پرس ساخته شد) آن ها رابا سوسپانسيون كروم علامت گذاري كرده به خشك كن منتقل كرده و پس از خشك شدن قطعات وزن آن ها را اندازه گرفته وآن ها را به كوره برده و در دماي 1250 درجه سلسيوس به مدت 3 ساعت پخت داده شد.در اين مرحله نيز بايد وزن قطعات پس از پخت اندازه گيري شود پس از مرحله كوره دو نمونه براي آزمايش تخلخل و دانسيته و دو نمونه براي آزمايش استحكام انتخاب شد.

دو نمونه براي آزمايش دانسيته و تخلخل رابه مدت 2 ساعت در داخل آب جوش انداخت هو پس از 2 ساعت بيرون آورده و با يك ابرمرطوب رطوبت اضافي را گرفته و وزن دو نمونه اندازه گيري شد(وزن اشباع) د ر مرحله بعدي  وزن نمونه ها را توسط ترازوي شناوري سنج اندازه گرفته و با استفاده از فرمول هاي زير ميزان تخلخل و دانسيته دو نمونه محاسبه شد.

براي آزمايش استحكام سنجي ، دونمونه را در دستگاه استحكام سنج قرار داده م ميزان استحكام آن ها محاسبه شد.

 

Wa=وزن بعد از پخت

Wb= وزن اشباع

Wc=وزن غوطه وري

W=وزن پس از خشك كن

=  بالكρ      Wa__

                Wb_ Wc

                                                         =  ظاهريρ    Wa       

                Wa_ Wc

 

Wa  - Wb =درصد تخلخل

                                                       Wc -Wb  

 

 

 

 

 

 

 

نتايج آزمايش در جدول زير آمده است

 

 

شماره گروه

Wa

Wb

Wc

بالكρ

ظاهريρ

درصد تخلخل

 

نمونه

اول

دوم

اول

دوم

اول

دوم

اول

دوم

اول

دوم

اول

دوم

A1

55.05

53.12

58.68

56.53

32.9

31

2.22

2.16

2.44

2.4

14

13.4

A2

52.28

52.79

59.94

56.05

32.6

35.1

 

 

 

 

 

 

A3

51.82

41.73

54.78

44.34

31.8

25.9

2.25

2.24

2.59

2.64

12.9

15

A4

52.7

52.61

55.89

55.98

33.2

32.3

2.31

2.27

2.24

2.41

13

14.5

A5

53

50.6

56.54

54.08

33.3

31.5

2.28

2.18

 

 

 

 

A6

42.53

56.9

44.91

60.2

26.2

35.1

2.27

2.26

2.26

2.62

2.61

13-13.35

A7

54.58

53.49

53.49

57.49

57.15

33.5

3.22

2.25

2.23

2.58

2.636

13.03-15.28

نتايج حاصل از آزمايش استحكام

 

   = استحكامF/A    = 32928=47.61×  106N/m2  

                                                                                                      691.51   

[ شنبه بیست و پنجم اردیبهشت 1389 ] [ 10:36 ] [ مسعود ابراهيميان ]
.: Weblog Themes By Pichak :.