آشنایی با آجرهایی شاموتی

 آجر های شاموتی عمدتا" شامل اکسیدهای 2Sio و Al2O3 و می باشند . میزان Sio  بین 50% و 85 % و میزان Al2O3  بین 10% تا 45% است . این آجر ها بر  طبق میزان Al2o3  طبقه بندی مذکور این آجر ها بر اساس روش شكل دهی و خواص آنها نیز تقسیم می گردند . (جدول 4 و 5 ).

جدول 3 – طبقه بندی آجر های شاموتی بر طبق میزان Al2 O3   :

استاندارد رایج در آلمان که به وسیله صنعت فولاد و آهن تنظیم گردیده است . 

FC = fireclay 

LF = low alumina firecl

SS= siliceous= siliceous fireclay

        *انواع مخصوص آجر های شاموتی سیسیلی عبارتند از :

          - آجر های شا موتی کوار تزی (نوع E) مورد استفاده در کوره های کک پزی

(DIN 1089 T2 ) Si O2  % 70< E1، SiO2  65 % < E2 که معمولا دارای  کوارتز های دانه درشت هستند .

-        آجر های شا موتی ضد اسید .

        طبقه بندی بر اساس فر آیند تو لید و ساخت :

P = پرس پلاستیک    (روش شکل دهی )

H= پرس نیمه خشک (روش شکل دهی )

T = پرس خشک       (روش شکل دهی) 

آجر های شاموتی دارای تا حدود 3 درصد Fe 2O(نوع کم آهن آن زیر يك در صد Fe2O  ). تا حدود 3 درصد TiO2  زیر يك در صد CaO + MgO و زیر 5/3 در صد Na2 O +K2 O (مقدار K2 O عموما" از Na2O بیشتر است ) می باشند . نوع کم قلیایی آنها حاوی 5/0 در صد اکسید های قلیایی می باشند . آجر های شا موتی از رس های پلاستيك دیر گداز و شا مو تهای که از رس های پخته شده تشكيل شده تولید می شوند . منابع مهم رسو بات رسی در آلمان در مناطق زیر قرار دارند .

Westerwald, Bonn area, Eifel, Rhineland, Palatinate,      

, Upper palatinate, upper, Franconica, Hessen, Schlesien, Saxony,  

                 جدول 4- روش های ساخت آجر های شاموتی  .

رس های چين و آمريكا نیز اغلب مورد استفاده قرار می گیرند . رس ها ،کا نی های رسوبی هستند که از ذرات ریز (کمتر m 2 )کریستالی سيليكات های آلمینیوم آبدار با ساختار لایه ای تشكيل شده اند . اصلیترین مینرال های رسی عبارتند از : کائولینیت ،فایر کلی ،هالو یزیت با فرمول کلی 2H2O  و 2 SiO 2  و Al2O3 یا هالویزیت با

 4 H2O.

گروه کا ئو لن شبکه کريستالي دو لایه ای دارد . مینرال های گروه مونت موری لو نیت و ایلیت شبکه کریستالی سه لایه ای دارد که هر دو فر مول 4H2O و 4 SiO2 و Al2O3 دارند . گر چه آنها به وسیله وجود یون های مختلفی در درون شبکه کریستالی از هم تفکیک می گردند . مینرال های دیگر نظیر پیریت ، کلیست، یا سیدریت می توانند علاوه بر کوارتز در رس ها وجود داشته باشند و در بعضی حا لات اجزا کربنی نیز در آنها وجود پلاستی سیته رس ها حین اختلاط با آب و قابلیت شكل دادن به آنها مهم ترین خاصیت رس ها در تکنو لو ژی ساخت آجر های شاموتی است . پلاستی سیته بر اساس ایجاد لایه نازکی از مایع بر روی ذرات رس حاصل می شود . این مایع اتصال بین ذرات رس را سست می کند و به این تر تیب رس قادر است تحت فشار شکل گیرد . مینرال های کائو لن آب کریستالی خود را در دمای C600-500 از دست می دهد و يك فاز واسط تحت عنوان متا کا ئو لن با نظم کم دانه تشكيل می شود . در دمای C925شبکه کا ئو لن  کا ملا" فرو می ریزد . در دمای C 950واکنش 3AL2O و2 SiO برای تشكيل مولایت شروع می شود . در بالای C 1100فقط مویلایت ، کریستو بالیت و فاز مذاب وجود دارد . رس ها در طول خشک شدن و پخت انقباض بسیار شدیدی پیدا می کنند که برای پخت آجر های شاموتی با دقت ابعادی مناسب و پایدار از نظر حجم . پیش از پخت بخشی از رس ضرورت پیدا می کند به عبارت دیگر باید شاموت تشكيل شود . شاموت ها در کوره های قائم (Shaft kiln ) . کوره های گرد (Round  kiln ) . کوره های تونلی و کوره های دوار در دمای C 1200تا 1500پخته می شوند . ساخت آجرهای شاموتی با خرد کردن و دانه بندی شاموت شروع می شود . سپس با يك رس مخلوط می شود و به آن آب افزوده می شود و قابلیت شكل گیری پیدا می کند . میزان رس و آب افزوده شده متفاوت است و به شكل دهی بستگی دارد که در زیر تشریح شده است :

بسته به میزان رس و آب . پروسه های خشک کردن ویژه ای مورد نیاز هستند . فرآیند پخت معمولا" در کوره های تونلی در محدوده دمایی بین C 1250و1500 انجام می شود . شکل های ویژه معمولا" در کوره های جداگانه پخت می شوند .آجرهای پخته شده بسته به روش شکل دهی نوسانات مشخصی در ابعادشان دارند و باد کردگی و تاب برداشتگی پیدا می کنند . این عیوب با کم شدن مقدار رس کمتر خواهد شد .از آن جایی که بعد از پخت در آجر های شا موتی فاز مولایت ، کریستو بالیت ، و فاز شیشه ای به وجود می آید ، این فازها تعیین کننده خواص آجرهای شاموتی می باشند . ترکیب مینرالی بعد از پخت هنوز حالت تعادلی فازی را به دست نیاورده است . حالت تعادلی فقط در طول کار کرد آجر شاموتی در مقابل حرارت ایجاد می گردد .

میزان مولایت با افزایش دما و زمان مقدار کمی تغییر می کند . میزان کریستو بالیت و کوارتز بسته به میزان مواد گداز آور کاهش پیدا می کند و در بالای C 1400 تا 1500نمی توان اثری از آنها یافت . در نتیجه در آجرهای شاموتی در دما های بالا فقط فاز مولایت و يك فاز شیشه ای ویسکوز وجود دارد که علاوه بر   SiO2 کمی 3 Al2 O  اغلب شامل قلیایی ها و گدازآورهای دیگر می باشد . کریستو بالیت می تواند در طول سرد کردن در آجر هایی که میزان مواد گداز آور کم دارند دو باره کریستا لیزه شود . وقتی آجر شاموتی برای مدت زمان طولانی در حال استفاده باشد تری دیمیت می تواند تشكيل شود . میزان فاز شیشه ای بعد از پخت در C 1400برای مواد اولیه حاوی گداز آور زیاد تقریبا" 40% است . این درصد برای آجرهای سیلیسی که میزان زیادی فلاکس دارند بیشتر نیز نمود .

اگر میزان قلیایی ها و مواد گداز آور در مواد اولیه کم باشد میزان فاز شیشه ای در آجرهای شاموتی حاوی 40% Al2 O3 می تواند تا 20% کاهش پیدا کند . مولایت تقریبا" 55% و کریستو بالیت 25-20 % می باشد . میزان فاز شیشه ای و ترکیب شیمیایی آن و نیزنحوه تشكيل مو لایت رفتار نرم شو ندگی آجرهای شاموتی را تعيين می کند . فاز شیشه ای در نتیجه میزان قلیایی های آن و بقیه مواد گداز آور در دمای حدود

C 1000 نرم می شوند . به طوری که محدوده نرم شوندگی آن به علت بالا بودن ویسکوزیته فاز شیشه ای بزرگ می باشد . در نتیجه فاز شیشه ای به طور قابل ملاحظه ای روی خواص دیر گدازی تحت بار ،خزش و استحکام فشاری گرم اثر می گذارد و تعیین کننده دمای کار کرد آجرهای شاموتی می باشد .

آجرهای شاموتی بر عکس آجرهای سیسیلی وقتی که مورد حمله سر باره و مذاب قرار می گیرند فقط مناطق واکنشی کوچکی تشكيل می دهند . خوردگی در این آجرها عمدتا" به خاطر حل شدن آن ها در مذاب حمله کننده روی می دهد . مقدار SiO2 در آجرهای شاموتی بر رفتار خوردگی آنها در مقابل بخار قلیایی ها اثر می گذارد . اگر میزان SiO2 زیاد باشد مقاومت در برابر قلیایی ها بهتر می شود (آجر تمایل کمتری به ترکیدن تحت تاثیر قلیایی ها دارد ) و پایداری در مقابل اسیدها بهبود می یابد . در اتمسفرها ی احیایی مثل منو اکسید کربن رفتار انواع مختلف آجرهای شاموتی تحت تاثیر مقدار Fe2 O3 است . اگر آهن اکسیدی در آجر شا موتی موجود باشد به عنوان کاتالیزور برای تجزیه منو اکسید کربن عمل می کند . بر طبق فر مول بود وارد (Boudouard ) در محدوده دمایی بین 400 و C 600 این کربن در ساختار آجر رسوب می کند و افزایش حجم حاصله باعث می شود که ساختار شكننده شود . با مقادیر Fe2 O3 (کمتر از 5/1 % )و دمای پخت بالا تر از C 1450می توان از این واکنش جلو گیری کرد . پخت در دمای بالا تر موجب رسوب آهن موجود در آجر در درون شبکه سيليكاتي میگردد. تنش های وارده بر آجرهای شاموتی اغلب متفاوت است برای کاربردهای خاص آجرهای شاموتی در انواعی ساخته می شوند که خواصی مناسب با کار برد مربوط داشته باشند . آجرهای شاموتی در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار می گیرند .

مهم ترین کاربردهای آجرهای شاموتی عبارتند از :

- دیواره داخلی کوره                                  - کوره بلند آهن و دستگاه دمش آن 

- ریخته گری فولاد                                   - کوره های صنایع فلزات غیر آهنی

- کوره های کک پزی و گاز سوز                - صنعت سیمان

- صنعت شیشه مانند بلو ک های کف تانک قلع در روش فلوت .

SK= دمای مخروط زگر(دیر گدازی )                 DE= دیر گدازی تحت بار(تفاضلی)

=DFB دیر گدازی تحت بار                      TWB = مقومت در برابر شوک حرارتی

WLF =هدایت حرارتی