1ـ “ كاربرد مواد ديرگداز در صنايع آهن و فولاد”

حدود 70% كل توليدات مواد نسوز در صنايع توليد آهن و فولاد مصرف مي شود. بسياري از توليد كنندگان فولاد در مراكز خود داراي پخش ديرگداز هستند كه در اين بخشها آزمايشهاي متداول و معيني بر روي ديرگدازهاي جديد دريافت شده انجام مي دهند. بعضي از كارخانه ها نيز بخش هاي بزرگ تحقيقاتي دارند كه در آنها تحقيقات مداومي بر روي ساخت انواع ديرگدازهاي جديد صورت مي پذيرد.

مذاب فلزات و سرباره اثرات مخربي بر روي آستر كوره هاي مورد مصرف در صنايع آهن و فولاد دارد. اين مواد موجبات آلودگي، پوسيدگي، سائيدگي، شستن و حمل كردن آجرهاي ديرگدازي را كه ظاهراً بايد در مقابل عوامل شيميائي سخت و مقاوم باشند را فراهم مي سازند. هدف اصلي طراحان و سازندگان مواد نسوز اينستكه موادي براي آسترها تهيه كنند كه فلز و سرباره نه در آنها نفوذ نمايد و نه با آنها وارد واكنش گردند. ايده آل اين طراحان ساخت موادي است كه بدون عيب بوده و مقاوم در مقابل شوكهاي حرارتي باشند، البته آنها بايد در عمل اين ايده خود را تعديل بخشند.

توليد آهن در كوره بلند

عليرغم احتمال وجود رقابتهائي از طرف روش احيا مستقيم در آينده، بنظر ميرسد كه استفاده از كورة بلند براي تهيه آهن خام لااقل براي سالهاي زياد ديگري همچنان متداول باقي بماند. شواهد و قرائن بسياري تمايل بيشتر براي استفاده از كوره هاي بزرگتر از جانب تهيه كنندگان را نشان مي دهد. استفاده از درجه حرارتهاي بالاتر، دمش اكسيژن اضافي و كار در فشارهاي بالاتر، شرايط انتخاب و كاربرد مواد نسوز بهتر، دقيقتر و بحراني تري را فراهم مي سازد.

كورة بلند عبارتست از يك سيلندر مخروطي فولادي كه آستر آن بدليل شرايط متفاوت ساختمان هر قسمت از كوره. توسط مواد ديرگداز مختلفي پوشيده شده است مواد شارژ شامل سنگ معدن آهن، كك و آهك از دهانه بالاي كوره كه مي تواند تا حدود 36 متر نيز ارتفاع داشته باشد، وارد كوره بلند مي گردد. هواي پيش گرم شده اغلب بهمراه مواد ديگري چون اكسيژن، بخار آب و ديگر گازها از ميان لوله هايي بدرون توده شارژ دميده مي شود. در نتيجه اين عمل كك سوخته و به CO2 تبديل مي گردد و آهن موجود در سنگ معدن شارژ را احياء كرده و به آهن فلزي تبديل مي كند. واكنش زير محصول كوره بلند را نشان مي دهد:

مذاب آهن تهيه شده در ته كوره جمع آوري مي گردد تا اينكه يا مستقيماً تحويل كوره فولاد سازي شود و يا براي انجام عمليات بعدي، ريخته گري و سرد گردد.

كوره بلند بر اساس تبادل متقابل انرژيهاي شيميائي و حرارتي عمل مي كند. عليرغم وجود بيش از يك قرن سابقه تحقيقاتي در مورد تهيه آهن توسط كوره بلند، اطلاعات مختصري دربارة توزيع درجه حرارت در هنگام كار اين كوره ها موجود است. اين امر مانع از عملكرد دقيق مواد ديرگداز بكار رفته در نقاط مختلف كوره مي شود. بدنه، شكم و تنوره بخش هاي اصلي يك كورة بلند را تشكيل مي دهد.( به شكل 1 توجه كنيد). انتخاب دقيق مواد نسوز مناسب همراه با تعبيه سيستم خنك كننده در نقاط گرم كوره بخصوص نواحي شكم و بوته( محل جمع آوري مذاب) عمر كوره را افزايش مي دهد اگر چه غالباً در اثر عملكرد عوامل مخرب ناشناخته، امكان بروز شكستهاي ناگهاني وجود دارد.

گاز از ناحيه فوقاني كوره بلند خارج مي شود و اين در حاليست كه در حدود 15ـ 10 گرم بر سانتيمتر مكعب گرد و غبار حاوي ذرات سنگ معدن آهن، كك و مواد روانساز را به همراه دارد. در بعضي موارد غلظت اين گردو غبارها به حدود 100 نيز مي‌رسد. مجموعه اي از عوامل چون درجه حرارت بالا، گرد و غبار معلق در كوره و مواد ساينده ناشي از حركت نزولي شارژ كوره از بالا به پائين، مدت عمر آستر را معين مي سازد. از آنجائيكه اين اعمال با سرعت هاي متفاوتي در قسمت هاي مختلف كوره صورت مي پذيرد لذا طراح مي بايد براي نواحي مختلف، مواد نسوز متفاوتي را انتخاب نمايد.

برحسب مواد ديرگداز بكار رفته براي كورة بلند دو ناحية متفاوت را مي توان تصور نمود:

الف) منطقة فوقاني كه بحراني ترين ناحية اين قسمت، بدنه كوره بلند است.

ب) منطقة تحتاني شامل قسمت هاي تنوره، كف، شكم و لوله هاي دمندة هوا و…

حدود تغييرات درجه حرارت در منطقة تحتاني با تقريب بسيار مابين C‌ْ 1800ـ1300 و در منطقة فوقاني بين C ْ1300ـ200 مي باشد. منطقه تحتاني كه اجباراً در آن مذاب به همراه سرباره وجود دارد و فعل و انفعالات موجود در درجه حرارتهاي بالا صورت مي پذيرد، موقعي مي تواند پايدار بوده و عمل كند كه آستر توسط جريان آب سرد خنك شود. نحوه ساخت منطقة فوقاني نيز بايد بگونه اي باشد كه در مقابل عمليات مكانيكي و خوردگي شيميائي ناشي از گازها و بخاراتي كه توسط شارژ ايجاد مي شود مقاومت ورزد.

هنگاميكه كوره بلند در حال فعاليت مي باشد تنورة آن در تمام طول عمرش تحت تأثير مذاب آهن با درجه حرارتي حدود C ْ1500 و فشار قرار دارد. باين ترتيب تنوره بزودي از بين خواهد رفت.

در اين حالت مواد نسوز( آجرهاي كربني و يا خاك نسوز) در مذاب شناور شده و متصديان كوره در معرض خطر نشت و نفوذ آهن به خارج كوره قرار مي گيرند.

از آنجائيكه براي هر تعمير اساسي لازم است كاملاً كار كوره متوقف گردد و بنابراين تنوره كوره بلند بايد با مراقبت هاي ويژه اي ساخته شود. سرعت سايش و خوردگي مواد نسوز علاوه بر نوع و كيفيت ديرگداز بكار رفته تحت تأثير نوع آهن شارژ شده نيز مي باشد. ريخته گري چدن اسفنجي و فرو سيليس ها نياز به كوره هاي با درجه حرارت بالاتري نسبت به فولاد ريزيهاي معمولي دارد. آهن هاي فسفر دار بدليل ويسكوزيتة كمتر داراي قدرت سايش بيشتري بر روي كف كوره هستند. سايش كف كوره هاي بلند نيز بسيار پيچيده و نامشخص است. علت اين مسئله هم اينستكه از مواد ديرگداز كف كوره در طول انجام عمليات نمي توان بسادگي نمونه برداري و آزمايش نمود. كف كوره بصورت مداوم پوشيده از فلز مذاب آهن بوده و بنابراين تحت فشار زياد قرار دارد.