معرفی جرم‌های نسوز آلومیناسیلیکات

ترکیبات شیمیایی جرم نسوز آلومینا-سیلیکات ( Alumina-Silicate Castable Refractory )

جرم‌های نسوز ریختنی آلومینا سیلیکات از ترکیبات اصلی و افزودنی‌های مختلفی تشکیل شده‌اند که هر کدام نقش منحصربفردی در تعیین خواص فیزیکی، مکانیکی و حرارتی این مواد ایفا می‌کنند. در ادامه به معرفی این ترکیبات پرداخته می‌شود.

 

۱. ترکیبات اصلی (Primary Components)

الف) آلومینا (Al₂O₃)

مقدار آلومینای موجود در جرم ‌های نسوز آلومیناسیلیکات به طور متوسط بین 30 تا 97 درصد متغیر است. این آلومینا از منابع مختلفی مثل بوکسیت (سنگ معدن آلومینیوم)، کوراندوم مصنوعی (آلومینای خالص) و یا از آلومینای کلسینه شده تامین می‌شود. وجود آلومینا در این ترکیبات، موجب افزایش مقاومت حرارتی جرم نسوز تا 1800 درجه سانتی‌گراد می‌شود و همچنین با تشکیل فاز‌هایی از جمله مولایت (3Al₂O₃·2SiO₂) در واکنش با سیلیس، باعث بهبود مقاومت مکانیکی و شوک‌پذیری حرارتی می‌شود.

 

ب) سیلیس (SiO₂ )

سیلیس موجود در جرم‌های نسوز آلومینایی، از منابعی مثل کوارتز، کریستوبالیت و یا میکروسیلیس تامین می‌شود. وجود سیلیس در این ترکیبات اثرات مهمی با خود به همراه دارد : 1- فضای بین دانه‌های درشت را پر می‌کند و موجب کاهش تخلخل می‌شود. 2- در سیستم‌های بدون سیمان، باعث اتصال ذرات تشکیل‌دهنده‌ی ترکیب می شود. 3- مقدار بهینه‌ی سیلیس، مانع از تشکیل فاز‌های شیشه‌ای کم‌مقاومت می‌شود. همچنین، همانطور که پیش‌تر گفته شد، واکنش بین سیلیس و آلومینا موجب تشکیل فاز مولایت در جرم نسوز می‌شود.

۲. چسباننده‌ها Binders

سیمان آلومینات کلسیم CAC Calcium Aluminate Cement))

سیمان آلومینات کلسیم (به انگلیسی Calcium Aluminate Cement یا CAC ) نوعی سیمان ویژه است که برخلاف سیمان معمولی (پرتلند)، به جای آهک و سیلیس، از آلومینا (Al₂O₃) و آهک (CaO) ساخته می‌شود. رنگ آن معمولاً خاکستری یا سفید است و چسبندگی اولیه جرم نسوز آلومینایی به عهده‌ی این سیمان است. در حالی‌که سیمان‌های پرتلند تا دمای 300 درجه سانتی‌گراد تحمل دمایی دارند، سیمان آلومینات کلسیم تا دمای 1600 درجه سانتی‌گراد تاب‌آوری دارد.

۳. افزودنی‌های Additives

الف) میکروسیلیس (Microsilica)

دانه‌های سیلیس (SiO₂) با اندازه ذرات ~۱۵ نانومتر را میکروسیلیس می‌گویند. میکرو سیلیس علاوه بر این‌که به عنوان یک پرکننده، باعث کاهش تخلخل می‌شود، همچنین به واسطه ی واکنش با مواد دیگر، باعث افزایش چسبندگی بین ذرات نسوز می‌شود. ضمنا به دلیل اینکه آب مورد نیاز برای اختلاط را کاهش می‌دهد، موجب افزایش استحکام جرم نسوز می شود و از ترک خودن آن جلوگیری می‌کند.

 

ب) اکسیدهای فلزی

– اکسید کروم (Cr₂O₃) ، این ماده سبزرنگ، عملکرد جرم نسوز را در برابر سرباره‌های قلیایی بهبود می‌بخشد.

– اکسید منیزیم (MgO) با آلومینا واکنش داده و کریستال‌های محکمی به نام اسپینل (MgAl₂O₄) را در دمای 1400 درجه به وجود می‌آورد. وجود اسپینل در جرم نسوز آلومینایی، مقاومت به شوک‌ها و تنش‌های حرارتی را بسیار افزایش می‌دهد.

 

ج) روان‌سازها (Deflocculants)

روان‌ساز‌ها انواع مختلفی دارند که بعنوان نمونه می‌توان از پلی‌کربوکسیلات‌ها نام برد. آنها باعث می شوند که جرم نسوز راحت‌تر در قالب‌ها جریان پیدا کند و پس از خشک شدن، محکم‌تر و یکدست‌تر باشد.

 

 

منابع: 

– کتاب: Refractories Handbook (CRC Press). 

– استانداردASTM C862 روش‌های تست جرم‌های ریختنی. 

– کتاب Refractory Technology: Fundamentals and Applications  چاپ CRC Press 

– مقاله Alumina-Silicate Castables vs. Magnesia and Silica Refractories  در Journal of the European Ceramic Society