نسوزهای کوره نورد:تفکیک،تحلیلی و بررسی

در این مقاله به کاربردهای نسوزهای کوره نورد که جزء حیاتی ترین مواد مصرفی در صنایع فولادی است می پردازیم. دیرگدازها مواد معدنی، غیرفلزی، متخلخل و ناهمگن هستند که از سنگدانه های معدنی پایدار حرارتی، فاز چسبنده و مواد افزودنی تشکیل شده اند. آنها موادی هستند که در برابر حرارت و قرار گرفتن در معرض درجات مختلف تنش و کرنش مکانیکی، تنش و کرنش حرارتی، خوردگی/فرسایش ناشی از جامدات، مایعات و گازها، انتشار گاز و سایش مکانیکی در دماهای مختلف مقاوم هستند. به زبان ساده، نسوزها را مصالح ساختمانی می دانند که قادر به تحمل دمای بالا هستند. الزامات کلی دیرگدازها عبارتند از: (1) توانایی تحمل دماهای بالا و به دام انداختن گرما در یک منطقه محدود مانند کوره پیش گرم  نورد، (2) توانایی مقاومت در برابر تغییرات ناگهانی دما، (iii) توانایی تحمل بار در شرایط خدمات، (IV) توانایی مقاومت در برابر مواد شیمیایی و ساینده موادی مانند فلز مایع، سرباره مایع و گازهای داغ و غیره که در تماس با مواد نسوز هستند، (v) توانایی مقاومت در برابر آلودگی مواد مانند رسوب و غیره که با آن در تماس است، (vi) توانایی حفظ پایداری ابعادی کافی در دماهای بالا و پس از/در طول چرخه حرارتی مکرر، (vii) توانایی حفظ گرما، (viii) توانایی مقاومت در برابر بار و نیروهای ساینده، و (ix) ضریب انبساط حرارتی پایینی داشته باشد. خواص دیرگدازها را می توان به گونه ای طبقه بندی کرد که در برابر چهار نوع تنش خدماتی یعنی (i) شیمیایی، (ii) مکانیکی، (iii) حرارتی و (iv) حرارتی فنی مقاومت کنند. انتخاب مناسب نسوزهای کوره نورد برای آستر کوره پیش گرم تنها با آگاهی دقیق از خواص دیرگداز و تنش های وارده بر دیرگدازها در حین سرویس قابل انجام است. رابطه بین تنش های سرویس و خواص مهم دیرگدازها در جدول 1 آمده است.

عملکرد اصلی کوره پیش گرم  نورد این است که دمای فولادهای نیمه تمام (شمش، بیلت، تحتال یا بلوم) را معمولاً به دمای بین 1100 درجه سانتیگراد تا 1250 درجه سانتیگراد افزایش می دهد تا زمانی که به اندازه کافی پلاستیکی شود که تا حد مطلوب نورد شود. کوره پیش گرم باید الزامات و اهداف خاصی را از نظر نرخ گرمایش به دلایل متالورژی و بهره وری برآورده کند. در کوره پیش گرم  نورد، جریان مداومی از مواد وجود دارد که هنگام عبور از کوره تا دمای مورد نظر گرم می شود. کوره پیش گرم  نورد عمدتاً شامل (1) یک محفظه ساخته شده از نسوزهای کوره نورد و عایق برای حفظ گرما در دمای عملیاتی بالا، (2) یک کوره برای حمایت و حمل فولاد، و (iii) مجموعه ای از مشعل ها که ممکن است استفاده شود. سوخت جامد، مایع یا گاز برای بالا بردن و حفظ دما در محفظه، و (iv) مجموعه ای از درها برای شارژ و تخلیه مواد فولادی و همچنین برای بازرسی کوره داخل کوره در طول کار.  نسوزهای کوره نورد باید بتوانند در برابر عمل جامدات ساینده و گازها در دماهای بالا مقاومت کنند. با توجه به ترکیبات مختلف شرایط عملیاتی که در آن از نسوزهای کوره نورد استفاده می شود، استفاده از طیف وسیعی از مواد نسوز با خواص متفاوت ضروری است. هدف از استفاده از نسوزهای کوره نورد در یک کوره پیش گرم جلوگیری از اتلاف گرما از کوره و اطمینان از دستیابی به دمای پوست کوره نزدیک به دمای محیط به منظور دستیابی به مصرف سوخت خاص هدفمند است. نسوزها و عایق ها نقش عمده ای در به حداقل رساندن تلفات حرارتی از دیوارهای جانبی و سقف دارند.

کوره های پیش گرم یا گرمایش مجدد برای نورد به طور سنتی با مواد نسوز سخت (متراکم) مانند آجر نسوز، ریخته گری، جرم سبک، گانینگ، شاتکریت و غیره پوشانده می شوند. چنین نسوزهای متراکمی زمانی که در معرض برخورد شدید و مداوم شعله، چرخه حرارتی و حمله قلیایی قرار می گیرند، خوب عمل نمی کنند. فرآیندهای معمول مانند افزایش سطح شیب دار، پایین آمدن سطح شیب دار، و باز و بسته کردن درب های کوره برای شارژ یا خارج کردن محصول می تواند باعث شوک حرارتی شدید و آسیب به نسوزهای کوره نورد شود.

تعمیر و تکه‌کاری سخت نسوز پس از آسیب، سخت، زمان‌بر، کار فشرده و پرهزینه است. کوره های پیش گرم نورد اغلب باید برای روزها خاموش شوند، زیرا ابتدا باید نسوز به طور کامل خنک شود، سپس تعمیرات و سپس برنامه های خشک شدن خاص انجام شود. در نهایت، کوره پیش گرم  نورد به آرامی به دمای عملیاتی باز می گردد (بالا رفتن ناگهانی باعث ایجاد شوک حرارتی به نسوزهای کوره نورد می شود). بخش بزرگی از این انرژی توسط پوشش نسوز جذب می شود و به دلیل رسانایی حرارتی بالای نسوزهای کوره نورد متراکم، درصد زیادی از این گرما از طریق پوشش فولادی کوره پیش گرم هدایت می شود. علاوه بر این، آسترهای سنتی دیرگداز سخت سنگین هستند و به اجزای مکانیکی و ساختار تجهیزات فشار وارد می‌کنند. فرسودگی و پارگی حاصل از این اجزای مکانیکی بیشتر به مشکلات نگهداری و همچنین هزینه ها می افزاید.

کوره پیش گرم عمدتاً از سه ناحیه تشکیل شده است که عبارتند از (i) منطقه پیش گرمایش، (ii) منطقه گرمایش و (iii) منطقه هم دما سازی . محفظه کوره شامل دو دیوار جانبی، دو دیوار انتهایی یکی در سمت منطقه هم دما سازی  و دیگری در سمت منطقه پیش گرمایش، یک شعله (burner) و یک سقف است. عرض کوره باید ابعاد کافی داشته باشد تا بتواند طول مواد فولادی را که باید گرم می شود همراه با فاصله کافی در هر دو طرف داشته باشد تا مواد فولادی در طول حرکت رو به جلو، دیواره های جانبی را ساییده نکند.

از آنجایی که شرایط جوی در کوره پیش گرم موجود در سه ناحیه بسیار متفاوت است، نیاز به وجود انواع نسوزهای کوره نورد برای این مناطق وجود دارد. به همین ترتیب، کیفیت نسوزهای کوره نورد مورد نیاز برای کوره و سقف برای برآوردن نیازهای عملیاتی منطقه است.

پوشش نسوز یک کوره پیش گرم را می توان به چندین روش جایگزین انجام داد. راه‌حل‌های جایگزینی که می‌توان برای یک کوره پیش گرم اتخاذ کرد می‌تواند شامل (1) پوشش آجری کلاسیک، یا (2) ترکیبی از پوشش آجری با مواد نسوز یکپارچه باشد. تکنیک های نصب بسته به مواد نسوز مورد استفاده می تواند متفاوت باشد، مانند تخمگذار، ریخته گری یکپارچه، رمینگ، گانینگ یا شاتکریت. در برخی از کوره های گرمایش مجدد از بلوک های نسوز پیش ساخته نیز استفاده می شود.

اهداف محلول های پوشش نسوز برای یک کوره پیش گرم عبارتند از: (i) برای برآوردن الزامات تحمیل شده توسط شرایط عملیاتی، (2) برای برآورده کردن الزامات فناوری اتخاذ شده برای محلول های نسوز، (iii) برای دستیابی به عمر هدف نسوزهای کوره نورد ، (IV) برای برآورده کردن چارچوب زمانی هدف برای نسوزهای کوره نورد ، (v) برای برآورده کردن شرایط محیطی تحمیل شده توسط نوع کوره پیش گرم نورد، و (vi) اطمینان از اینکه محلول نسوز اتخاذ شده در محدوده بودجه در دسترس برای آستر این شش هدف بر راه حل مهندسی برای پوشش نسوز تأثیر می گذارد.

دیوارهای جانبی کوره پیش گرم باید با مواد نسوز چند لایه پوشانده شوند. به سمت پوسته کوره باید از نسوزهای عایق با کیفیت و ضخامت های مورد نیاز استفاده شود تا اطمینان حاصل شود که گرمای کوره به پوسته کوره منتقل نمی شود و دمای پوسته کوره بالاتر از دمای محیط منطقه نیست. نسوزهای دیوار جانبی مورد نیاز به سمت مواد فولادی به نسوز بالا، مقاومت بالا در برابر پوسته شدن حرارتی، مقاومت بالا در برابر شوک حرارتی، تغییر خطی دائمی کم، مقاومت سایشی خوب و مقاومت خوب در برابر حملات شیمیایی نیاز دارند. در سه ناحیه کوره پیش گرم از درجه های مختلف نسوزهای کوره نورد آلومینا معمولاً برای لایه های داخلی دیواره های جانبی استفاده می شود.

برای دیوارهای انتهایی نیز از آستر چند لایه نسوز استفاده می شود. پوشش به سمت اتمسفر بیرونی شامل دیرگدازهای عایق است در حالی که برای لایه‌های داخلی به سمت کوره کیفیت‌های مختلف دیرگداز برای دیواره‌های انتهایی ناحیه پیش گرم و دیواره‌های انتهایی ناحیه هم دما سازی  مناسب است. نسوزهای دیوار انتهایی جانبی منطقه پیش گرم باید نسوز خوب و همچنین مقاومت سایشی خوب داشته باشند در حالی که نسوزهای دیوار انتهایی منطقه هم دما سازی  باید دارای نسوز بالا، ویژگی های پوسته شدن حرارتی خوب و انتشار خوب برای تابش گرما باشند. در حال حاضر نسوزهای کوره نورد از نوع یکپارچه برای این کاربرد ترجیح داده می شوند.

کوره پیش گرم به طور مداوم با ساییدگی در دمای بالا و همچنین ایجاد رسوب مواجه می شود. نسوزهای کوره نورد انتخاب شده برای این منطقه برای تحمل این دو شرایط نامطلوب است. همچنین باید ثبات حجمی داشته باشد. قالب‌های ریخته‌گری آلومینا با سیمان کم تا متوسط با تقویت‌کننده (انکر) فولاد ضد زنگ، راه‌حل‌های ارجح برای پوشش اجاق هستند. در منطقه هم دما سازی ، جایی که مواد فولادی توسط یک اجکتور به بیرون رانده یا خارج می‌شوند، پوشش با بلوک‌های ذوب-ریخته گری شده آلومینا بالا (High Alumina Fused cast refractories) ترجیح داده می‌شود زیرا این بلوک‌ها مقاومت بسیار بالایی در برابر سایش دارند. پوشش با قطعات ریخته گری پایه نیز عملکرد خوبی را برای دیرگدازهای اجاق گاز فراهم می کند.

در مورد نسوزهای کوره نورد مورد استفاده برای سقف کوره پیش گرم، انتخاب نسوزها به نوع سقف کوره بستگی دارد. نسوزهای سقفی باید مقاومت حرارتی خوب، نسوزندگی خوب و همچنین مقاومت سایشی خوب داشته باشند. از آنجایی که نسوزهای سقف برای تابش گرما به سطح فولادی که گرم می شود مورد نیاز است، باید تابش خوبی داشته باشد. در حال حاضر نسوزهای مورد استفاده در سقف از مواد نسوز ذوب-ریخته گری شده با آلومینا و میزان کم سیمان نسبت به آجرهای نسوزهای آلومینایی  ترجیح داده می شوند هرچمد استفاده از بلوک های ذوب-ریخته گری شده در سقف به دلیل اینکه سایش در این منطیقه اتفاق نمی افتد، برای کاهش هزینه های عملیاتی توصیه نمی شود و میتوان آن ها را با آجرهای نسوز عادی نیز جایگزین کرد. در پشت این دیرگدازها نیاز به نصب نسوزهای عایق با ضخامت مناسب برای جلوگیری از اتلاف حرارت از طریق سقف وجود دارد.

نسوزهای کوره نورد در بخش بلوک های مشعل معمولاً از بلوک های ذوب-ریخته گری شده ساخته می شوند. در مورد درب های کوره نیز بلوک نسوز بر پایه ریخته گری برای عمر بهتر نسوزهای درب ترجیح داده می شود.

نسوزهای کوره نورد نقش کلیدی در مهار مصرف انرژی و بهبود راندمان کوره پیش گرم  نورد دارند. طول عمر پوشش نسوز و کارایی کوره پیش گرم تا حد زیادی به انتخاب مناسب، کیفیت و نصب صحیح مواد نسوز در کوره بستگی دارد. در واقع بین همه این عوامل یک رابطه کاملاً ثابت وجود دارد.

در کوره های پیش گرم نورد (به ویژه در کوره های پوشری) شدت شرایط عملیاتی در جهت حرکت مواد فولادی افزایش می یابد و در ناحیه هم دما سازی  به حداکثر می رسد. در واحدهای تخلیه جانبی، خروج مواد شارژ فولادی باعث سایش اضافی روی کف کوره می شود. خطرات عملیاتی در منطقه گرمایش و هم دما سازی  شامل (1) ضربه ای که به دنبال افت بار انباشته می شود، (2) خنک شدن مکرر برای تعمیر و نگهداری که منجر به تنش های حرارتی می شود، و (iii) سایش بیش از حد نسوزهای کوره نورد. سایش مکانیکی که با وجود فلس در دمای بالا تشدید می شود، یکی دیگر از مسائل مشکل ساز است. مقدار و ماهیت رسوب تشکیل شده نیز در تعیین عمر نسوزهای کوره پیش گرم گرمایش و هم دما سازی  اهمیت حیاتی دارد.

شرکت ویستا آسمان تامین کننده انواع نسوز مورد استفاده در کوره های پیش گرم نورد از برترین برندهای مطرح اروپایی و چینی. جهت کسب اطلاعات بیشتر با کارشناسان فنی ما در تماس باشید.