آجر نسوز
آجر نسوز ماده‌ای تخصصی است که به منظور مقاومت در برابر دماهای به شدت بالا بدون تغییر شکل، ترک خوردن و یا نرم شدن طراحی شده‌است تا از تخریب تجهیزاتی که با آجرهای نسوز ساخته می‌شود مقاومت کند. آجر نسوز از دسته مواد نسوز شکل‌دار می‌باشد که در ابعاد مشخص و بر طبق استاندارد ساخته شده و در دمای بالا عمل‌آوری می‌شود. در نهایت با توجه به کاربرد مورد نظر در محل مورد نظر با استفاده از ملات نسوز نصب و اعمال می‌شود. این نوع از آجرها با حداقل رسانایی حرارتی طراحی شده‌اند و از طرفی بازدهی انرژی را در فرایندهای صنعتی به بالاترین مقدار خود می‌رسانند. آجرهای نسوز عمدتا از موادی که توانایی مقاومت در برابر دماهای بالا را دارند تشکیل شده‌اند. این مواد شامل آلومینا، سیلیس، منیزیم، کرومیت، زیرکونیا، خاک نسوز و سایر افزودنی‌ها می‌باشند که بسته به کاربردهای مختلف در صنعت، به ترکیبات آجر نسوز اضافه می‌شوند. آجرهای نسوز بر اساس خواص شیمیایی به انواع اسیدی، قلیایی و خنثی دسته بندی می شوند و در کاربردهای مختلف صنعتی در دمای بالا مورد استفاده قرار می گیرند. آجرهای نسوز اسیدی عمدتا از سیلیس که در برابر محیط‌های اسیدی و خورنده مقاوم می‌باشد تشکیل شده‌اند که در زباله سوزها، کوره‌های کراکینگ و در صنعت آهن و فولاد به عنوان عایق مخازن اسیدی مورد استفاده قرار می‌گیرند. منیزیم به عنوان ترکیب اصلی در آجرهای نسوز قلیایی به‌کار گرفته می‌شود که به عنوان عایق در کوره‌های BOF، کوره‌های EAF و پاتیل‌های حمل مذاب نقش موثری دارند. آجرهای نسوز خنثی از آلومینا و سیلیس تشکیل شده‌اند و هم در محیط‌های اسیدی و هم در محیط‌های بازی نسبتاً متعادلی را از خود نشان می‌دهند.
آجرهای نسوز به دلیل مقاومت بی‌نظیر در برابر حرارت، استحکام مکانیکی و پایداری شیمیایی، عضو حیاتی در بسیاری از کاربردهای صنعتی و مسکونی در دمای بالا هستند. هدایت حرارتی کم و مقاومت در برابر سایش و پوسته شدن ارزش آنها را بیشتر می کند و کارایی و دوام تجهیزاتی که در آنها از آجر نسوز استفاده شده است را در چالش برانگیزترین محیط ها تضمین می کند. به دلیل دارا بودن ترکیباتی نظیر آلومینا، سیلیس، منیزیا و… دارای مقاومت و ظرفیت حرارتی بسیار بالا می‌باشند. آجرهای نسوز برای کوره‌های صنعتی، پاتیل‌ها و دیگر تجهیزات صنعتی، عملکرد و محافظت قابل‌اعتمادی را ارائه می‌کنند و آنها را به یک ماده ضروری در مهندسی و ساخت‌وساز مدرن تبدیل می‌کنند. آجرهای نسوز همچنین دارای انعطاف پذیری مناسبی در طراحی و کاربرد می‌باشند. در اشکال، اندازه‌ها و ترکیب‌های مختلف موجود می‌باشند و می‌توانند برای برآوردن نیازهای خاص طراحی شوند. از ویژگی‌های بارز آجرهای نسوز مقاومت حرارتی بالای آنها در برابر دماهای به شدت بالاست و قادر به تحمل دمای بیش از 1500 درجه سانتی‌گراد می‌باشد. برای اعمال و اجرای آجر نسوز بر روی سطح مورد نظر، نیاز به ملات‌های نسوز متفاوت بسته به کاربرد و عملکرد آجر نسوز در ناحیه مورد نظر می‌باشد. این گونه از ملات‌های نسوز در انواع مختلف شامل ملات‌های آلومینا بالا که تا دمای 1760 درجه سانتی‌گراد کاربرد داشته و خاصیت دیرگدازی بالا و مقاومت عالی نسبت به سرباره‌های خورنده دارند. به علاوه، ملات‌های آلومینا-کروم استحکام پیوند بالایی ایجاد کرده و در برابر فلزات آهنی و غیر آهنی مقاومت به خوردگی بالا از خود نشان می‌دهند.
آجر نسوز؛ در اندازه و اشکال مختلف
در محلی که اجازه احداث ساختمان کوره و شرایط عملیاتی وجود داشته باشد، جداره‌های دیرگداز با آجرهایی با اندازه و شکل‌های استاندارد ساخته می‌شوند. هزینه آجر نسوز با اندازه استاندارد کمتر از اشکال پیچیده و بزرگتر است و این گونه از آجرهای نسوز بیشتر در دسترس هستند به طوریکه تولیدکننده ها تمایل بیشتری به خرید و استفاده از آجرهای نسوز استاندارد دارند. ابعاد استاندارد برای آجرهای نسوز معمولا 230 در 114 در 64 میلیمتر می‌باشد. آجرهای نسوز بیشتر در اشکال مستطیل طراحی شده‌اند. اندازه‌های مستطیلی تقریبا طراحی ساده با شکل‌های مشخص دارند که در زمانی که ساختمان کوره و شرایط عملیاتی مجاز است، ترجیح داده می‌شود.اشکال ویژه آجرهای دیرگداز با طراحی منحصر به‌فرد از ساده تا پیچیده موجود هستند. برخی اشکال ویژه به عنوان اصلاح کننده آجرهای نسوز مستطیلی با اندازه‌های مشابه در نظر گرفته می‌شوند.
توجه!! آجرهای نسوز در شکل‌های مختلف قوسی، گوه‌ای، کلیدی و … و همچنین اندازه‌های سفارشی، بسته به کاربردهای متفاوت در صنعت مورد استفاده واقع می‌شوند.
تحلیل مقایسه‌ای آجرهای نسوز متراکم و نرم در محیط های با دمای بالا
آجرهای نسوزی که در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار می‌گیرند، در دو نوع آجرهای نسوز نرم (عایق) و آجرهای نسوز متراکم نقش‌های متمایزی را ایفا می‌کنند. آجرهای نسوز متراکم با چگالی و استحکام بالای خود مشخص می‌شوند و استفاده از آنها در محیط‌هایی که انعطاف پذیری مکانیکی و مقاومت در برابر شوک حرارتی از اهمیت بالایی برخوردار است، مانند صنایع فولاد سازی و شیشه سازی ارجح شمرده می‌شود. در مقابل، آجرهای نسوز نرم یا عایق به دلیل نقش عایق حرارتی و جگالی کم، سبک هستند و به دلیل همین ویژگی اتلاف گرما را به حداقل می‌رسانند. به علاوه نصب آجرهای نسوز نرم در مقایسه با آجرهای نسوز تتراکم آسان‌تر است و آنها را برای پوشش کوره‌ها ایده‌آل می‌کند.
درک تفاوت بین آجرهای نسوز و آجرهای معمولی
آجرهای معمولی و آجرهای نسوز تفاوت‌های قابل توجهی در ترکیب، ویژگی‌های حرارتی، کاربردها و هزینه‌ها دارند. آجرهای معمولی که از خاک رس، شیل یا بتن ساخته می‌شوند، برای ساخت و سازهای معمولی طراحی شده‌اند و می‌توانند حرارت متوسط را تحمل کنند. این نوع آجرها برای استفاده در ساختمان‌های مسکونی و تجاری مناسب هستند و استحکام مکانیکی مناسبی دارند اما در برابر حرارت بالا شکننده هستند. در مقابل، آجرهای نسوز از مواد مقاوم در برابر حرارت مانند خاک نسوز، آلومینا و سیلیس تولید می‌شوند که به آنها اجازه می‌دهد دماهای بسیار بالا و تغییرات سریع دما را تحمل کنند. این آجرها در شرایط سخت عایق حرارتی عالی و دوام بسیار بالایی را ارائه می‌دهند. نقطه ذوب آجرهای نسوز بسیار بیشتر از آجرهای معمولی است. به طور معمول، نقطه ذوب آجرهای نسوز بیش از 1470 درجه سانتی‌گراد است. آجرهای نسوز قادرند تا دمای 982 درجه سانتی‌گراد را تحمل کنند و همچنان کارایی خود را حفظ کنند، در حالی که آجرهای معمولی در حدود 649 درجه سانتی‌گراد شروع به تخریب می‌کنند. علاوه بر داشتن نقطه ذوب بالاتر، آجرهای نسوز مقاومت بسیار خوبی در برابر شوک حرارتی دارند. این به معنای آن است که این آجرها نه تنها می‌توانند در معرض حرارت شدید قرار گیرند، بلکه می‌توانند تغییرات سریع دما را بدون ترک خوردن یا شکستن تحمل کنند. آجرهای معمولی، وقتی که در معرض حرارت شدید یا تغییرات ناگهانی دما قرار می‌گیرند، بیشتر مستعد آسیب دیدن هستند.
مشخصات مکانیکی و شیمیایی آجر نسوز
| مشخصات | IN-23 | IN-26 | IN-28 | IN-30 | IN-32 |
| Al2O3 (%) | 45 | 51 | 64 | 72 | 78.3 |
| SiO2 (%) | 50 | 43 | 33 | 26 | 20.7 |
| Fe2O3 (%) | 0.9 | 0.8 | 0.7 | 0.5 | 0.2 |
| TiO2 (%) | 1.2 | 1.3 | 0.9 | 0.5 | 0.5 |
| CAO و MgO (%) | 1.5 | 1.5 | 1 | 0.3 | 0.2 |
| K2O و Na2O (%) | 0.4 | 0.4 | 0.4 | .02 | 0.1 |
| مقاومت فشاری سرد (MPa) | 1.2 | 2.6 | 3 | 4.2 | 3.1 |
| مدول گسیختگی (MPa) | 0.85 | 1.7 | 2 | 3.1 | 2.1 |
| دانسیته حجمی (kg/m³) | 618 | 801 | 881 | 1036 | 1201 |
ویژگی‌ها
- مقاومت در برابر دماهای بسیار بالا
- عایق حرارتی عالی
- استحکام مکانیکی
- پایداری شیمیایی
- مقاوم در برابر سایش
- پایداری ابعادی
- تنوع در ترکیبات متناسب با کاربرد مورد نظر
- سهولت در نصب
- انبساط حرارتی پایین
- تخلخل
- استحکام خمشی بالا
- مقاومت در برابر خزش
- توانایی در برابر تحمل بارهای شدید
کاربردها
- در صنعت فولادسازی، از آجرهای نسوز به عنوان عایق حرارتی در دیواره‌های پاتیل‌های حمل مذاب کوره بلند و تاندیش‌ها استفاده می‌شود. همچنین به منظور جلوگیری از اثرات فرسایشی فلزات مذاب و سرباره آجرهای نسوز، انتخابی مطمین برای افزایش طول عمر عملیاتی تجهیزات می‌باشند.
- صنعت تولید شیشه از جمله صنایعی است که در آن به صورت گسترده از آجرهای نسوز در کوره‌های ذوب شیشه استفاده می‌شود. این آجرها از دیواره‌های کوره محافظت کرده و شرایط را برای فرایندهایی نظیر ذوب و شکل‌دهی به شیشه تسهیل می‌کنند.
- در صنعت پتروشیمی، آجرهای نسوز به عنوان پوشش حرارتی در راکتورها در دماهای بالا و واکنش‌های شیمیایی دخیل در تولید مشتقات نفتی و پتروشیمی استفاده می‌شود.
- در تولید فلزات غیرآهنی، آجرهای نسوز در عملیات ذوب فلزات غیرآهنی مانند آلومینیوم، روی و مس ضروری شمرده می‌شوند. به علاوه، آجرهای نسوز کوره‌ها و بوته‌ها را می‌پوشانند و استخراج و تصفیه فلز را تضمین می‌کنند.
- در ریخته‌گری، آجرهای نسوز به منظور حفظ شکل و استحکام قالب‌ها در برابر دما محافظت می‌کنند.
- در تولید سرامیک و آجر، کوره‌های مورد استفاده به آجرهای نسوز برای حفظ دماهای بالا برای پخت و شکل دادن به محصول مورد نظر متکی هستند.
- در صنعت سیمان، این‌گونه از آجرها به عنوان پوشش برای کوره‌های دوار مورد استفاده قرار می‌گیرند تا در برابر شوک‌های حرارتی از کوره‌ها محافظت کنند.
نصب آجر نسوز در عملیات‌های بزرگ که در کوره‌ها استفاده می‌شود، نیازمند تجربه و تخصص می‌باشد که وجود نصابان حرفه‌ای را در این امر ضروری می‌کند. مراحل نصب آجر نسوز به صورت زیر است:
- آماده سازی سطح:
سطحی که قرار است آجر نسوز بر روی آن اعمال شود، باید عاری از هرگونه گرد و غبار و باقی مانده ملات قدیمی باشد. در صورت لزوم پاک کردن و شستن محلی که می‌خواهیم آجر نسوز را روی آن اعمال کنیم، ضروری می‌باشد.
- آماده سازی ملات نسوز
دستورالعمل‌های سازنده را به برای مخلوط کردن و به‌دست آوردن نسبت‌های مناسب ملات نسوز دنبال کنید تا مقادیری مساوی از آب و سایر افزودنی‌ها را به منظور رسیدن به مخلوطی یکدست و یکنواخت داشته باشیم.
- اعمال ملات نسوز
لایه‌ای نازک و یکنواخت از ملات مورد نظر را به اندازه تقریبی 3 تا 5 میلیمتر بر روی سطح اعمال می‌کنیم. برای پخش کردن ملات بر روی سطح از کاردک و یا ماله جهت سهولت نصب استفاده می‌کنیم.
- نصب آجر نسوز بر روی ملات
آجر را با آرامی بر روی ملات نسوز فشار می‌دهیم تا به خوبی با ملات نسوز چسبندگی ایجاد کند و به استحکام مورد نظر برسد. چیدمان درست و مرتب و همچنین تراز بودن آجرهای نسوز از نکاتی است که باید هنگام نصب به آن توجه شود.
- گیرش نهایی
در این مرحله باید اجازه دهیم تا آجرهایی که بر روی ملات نسوز اعمال کرده بودیم، به طور کامل به ملات بچسبند و گیرش پیدا کنند. زمان گیرش ممکن است در شرایط محیطی مختلف متفاوت باشد و از 24 تا 48 ساعت تا چند روز و جند هفته به طول بینجامد.
به منظور حفظ کیفیت و عملکرد آجرهای نسوز در کاربردهای مختلف و موردنیاز در صنعت، ملزم به رعایت در نگهداری آجرهای نسوز و انبار آنها در محیط‌های با شرایط مطلوب هستیم.
- آجرهای نسوز باید روی پالت‌ها و با فاصله‌ای معین از سطح زمین قرار بگیرند چراکه در صورت برخورد با زمین امکان ورود آلاینده به داخل کیسه‌های حمل آجرهای نسوز وجود خواهد داشت.
- از پوشش‌های ضد آب و یا برزنت برای آجرهای نسوز استفاده کنید تا در برابر باران و شرایط جوی نامساعد محافظت شوند.
- استفاده از تهویه مناسب به منظور جلوگیری از چگالش آجرهای نسوز از نکاتی است که باید به آن توجه شود. هوای راکد می‌تواند باعث تجمع رطوبت در بین آجرها شود و عملکرد و کیفیت آنها را دچار مشکل کند.
- آجرهای نسوز در حالت ایده‌ال باید در محدوده‌ی دمایی مشخصی بین 10 تا 25 درجه سانتی‌گراد قرار گیرند. دماهای شدید، به‌ویژه یخ‌زدگی در آجرهای نسوز موجب انبساط رطوبت در آجرها و ایجاد ترک در آنها می‌شود.
- از روی هم چیدن آجرها به صورت فشرده و با ارتفاع زیاد اجتناب شود تا یکپارچگی ساختاری آجرهای نسوز حفظ شود.
- از سیستم های ذخیره سازی هوشمند می‌توان برای کنترل دقیق‌تر دما، رطوبت و سایر عوامل محیطی در آجرهای نسوز بهره برد.