مختصری در مورد آلومینا:

آلومینا یکی از مهمترین نسوزهای مورد استفاده در صنعت  فولاد است. این ماده در میان مستحکم ترین و مقاوم به سایش ترین گروه های نسوز قرار دارد. آلومینا به روش بایر (در این روش هیدروکسید آلومینیم با خلوص بالا از بوکسایت تولید شده و با استفاده از کلسینه کردن- نگهداری در دمای حدود ۱۱۰۰ درجه سانتیگراد- به آلومینا تبدیل می شود) تهیه می شود که در محصولات نسوز مورد استفاده قرار می گیرد. برای افزایش میزان مقاومت به فرسایش امکان دارد از آلومینای فیوز شده (که برای تولید آن از کوره ای شبیه قوس الکتریک برای ذوب و تولید آلومینا با تخلخل کم بکار برده می شود) نیز استفاده شود. این ترکیب برای اولین بار در کوره القایی کانالی مورد استفاده قرار گرفت. از ترکیب آلومینای تبولار (از تبلور مجدد یا زینتر کردن آلومینا آلفا برای تولید کوراندوم های با اندازه دانه ۵۰۰ میکرون استفاده می شود) نیز می توان برای بهبود خواص آلومینای معمولی استفاده کرد.

 

سیستم اسلاید گیت:

کنترل جریان فولاد از پاتیل به تاندیش توسط سیستمی با نام سیستم اسلاید گیت صورت می گیرد. در شکل ۱ قسمت های مختلف نسوز های مورد استفاده در سیستم اسلاید گیت نشان داده شده است. همانطور که در شکل مشخص است در حالت بسته و حالت نیمه باز، فشار زیادی بر صفحات اسلاید گیت وارد می شود.  با باز و بسته کردن صفحات اسلاید گیت، جریان ذوب خروجی از سیستم اسلاید گیت را می توان کنترل کرد.

نسوزهای مورد استفاده در سیستم اسلاید گیت

 

با توجه به نوع فولاد، میزان جریان خروجی و ظرفیت پاتیل می توان از نسوز های مختلفی برای صفحات اسلاید گیت استفاده کرد.

 

نسوز های سیستم اسلاید گیت چه ویژگی هایی باید داشته باشند؟

با توجه به جریان مذاب که از داخل نسوز های سیستم اسلاید گیت (نازل درونی، نازل بیرونی و صفحات اسلاید گیت) می گذرد، این نسوز ها در معرض شوک حرارتی و خوردگی خصوصا به دلیل تماس با سرباره ی مذاب می باشند، به همین علت مقاومت به سایش قطعات نسوز سیستم اسلاید گیت از فاکتور های اساسی می باشد. همچنین به دلیل تماس با ذوب با دمای بالا، مقاومت به شوک حرارتی و استحکام حرارتی بالا نیز از دیگر فاکتور های مهم می باشد.

 

عمدتا مشکلاتی که صفحات اسلاید گیت با آن مواجه هستند عبارتند از:

ترک های ناشی از تنش های حرارتی

افزایش قطر مجرا به دلیل جریان مذاب

افزایش قطر مجرا به دلیل استفاده از لنس اکسیژن

از دست رفتن لبه ی مجرا و خوردگی آن در زمان کنترل جریان ذوب

خوردگی ناشی از سایش

اکسیداسیون به دلیل نفوذ هوا از ترک ها

عیوب مربوط به صخات اسلاید گیت

با توجه به مشکلاتی که در بالا به آن اشاره شد فاکتورهایی که برای نسوز های سیستم اسلاید گیت مورد نیاز است عبارتند از:

مقاومت به شوک حرارتی بالا

مقاومت به خوردگی در برابر سرباره و مذاب

ضریب انبساط حرارتی پایین

هدایت حرارتی بالا

مقاومت بالا نسبت به خردایش

مقاومت بالا به سایش

دانسیته ی بالا و تخلل پایین

مقاومت بالا نیبت به اکسیداسیون

چرا از نسوز های Al2O3-C برای نسوز های پاتیل استفاده می شود:

نسوز هایی که برای سیستم اسلاید گیت استفاده می شود باید دارای ویژگی های ذکر شده باشد، از این رو ترکیبات گسترده ای توسط کارشناسان نسوز مورد بررسی قرار گرفته است. اکثر نیاز های نسوزندگی نسوز های سیستم

اسلاید گیت توسط نسوز های Al2O3-C  برآورده می شود. اضافه کردن کربن به نسوز های آلومینایی منجر به افزایش مقاومت حرارتی، کاهش اصطکاک و افزایش مقاومت به سایش و خوردگی می شود.  همـچنین نسوز های Al2O3-C دارای استحکام بالا در دمای ذوب ریزی هستند که نسوز را از خوردگی سرباره و مذاب محافظت می کند. در زیر به تشریح ویژگی های نسوز های Al2O3-C پرداخته شده است.

نقش گرافیت در نسوز های آلومینایی

شوک پذیری:

ساختار گرافیت یک ساختار لایه ای با صفحاتی است که بین آنها نیروی واندروالس برقرار است. یکی از مهمترین عواملی که در شوک پذیری اهمیت دارد ویژگی انتقال حرارت است. گرافیت انتقال حرارت را بالا برده که سبب بهبود خواص شوک پذیری حرارتی می شود. نکته ی دیگری که سبب بهبود خواص توسط گرافیت می شود اینست که انبساط حرارتی نسوز را کاهش می دهد. از آنجایی که گرافیت دارای دمای زینتر شدن متفاوتی نسبت به آلومینا است، در نتیجه عمل زینتر شدن به صورت کامل صورت نمی گیرد. این نکته سبب می شود که در هنگام زینتر یک سری تخلخل ها در بین دانه ها باقی بماند. در نتیجه در هنگام شوک حرارتی تمام قطعه تنش را تحمل نکرده و در این تخلخل ها تنش دفع می گردد.

∂wof: کار لازم برای شکست
E: مدول الاستیک
K: ضریب هدایت حرارتی
α: ضریب انبساط حرارتی

این فرمول نحوه محاسبه شوک پذیری در ساختارهایی که پیوند سرامیکی در سه جهت وجود ندارد را نشان می دهد. گرافیت ضریب انبساط حرارتی را کم و کار لازم برای شکست را زیاد کرده و در نتیجه سبب بهبود خواص شوک پذیری می شود. نکته قابل توجه اینست که وجود گرافیت باعث کامپوزیتی شدن ساختار می شود. زمانی که ترک به گرافیت می رسد به دو صورت می تواند رفتار کند، یا باید پولک های گرافیتی را  دور بزند یا باید از میان آن رد شود که در هر دو صورت نیاز به انرژی زیادی دارد. شکستن صفحات به علت قابلیت تغییر فرم بالای گرافیت که می توانند تا ۹۰ درجه خم شوند، انرژی زیادی می خواهد.

نکته دیگری که با افزودن گرافیت مشاهده می شود، عدم زینتر شدن بیش از حد این نسوز ها است. اگر نسوزی بیش از حد زینتر شود، شوک حرارتی سبب تکه تکه شدن نسوز می شود. اما زمانی که بیش از حد زینتر نشده باشد، احتمال این اتفاق کم است.

بهبود مقاومت به خوردگی

یکی از شرایط لازم برای خوردگی نسوز، ترشوندگی توسط مذاب یا سرباره است. گرافیت ترشوندگی بسیار کمی را ایجاد می کند که این نکته سبب می شود زمانی که سرباره یا مذاب با سطح گرافیت در تماس است، به صورت قطره ای در آید و دیگر به حفره ها نفوذ نکند، اما به این نکته باید دقت شود که گرافیت به شدت با اکسیژن واکنش می دهد.  زمانی که سطح اکسیژن مذاب به هر دلیلی مثل لنس زدن یا استفاده زیاد از  قراضه های زنگ زده و غیره بالا رود، می تواند سبب واکنش با کربن شده و در نهایت باعث از بین رفتن گرافیت و متخلخل شدن ساختار شود. در ضمن مشاهده شده است که افزایش دما نیز می تواند سبب افزایش میزان این اکسیداسیون شود.

برای بهبود خواص اکسیداسیون این محصولات گاهی پودر های فلزی به سیستم اضافه می شود. این پودر ها تمایل بیشتری به واکنش با اکسیژن دارند که سبب می شوند  عدم واکنش کربن با اکسیژن شده و خواص این گروه از نسوز ها بهبود می یابد.

کاهش استحکام

استحکام دیر گداز با حضور کربن کاهش می یابد. دلیل این امر، عدم زینتر شدن کامل دیر گداز است. البته این نکته باید ذکر شود که این کاهش به حدی نیست که به کاربرد نسوز در دمای بالا آسیب بزند.

خواص سایشی

یکی از نکاتی که در بیشتر سیستم های تحت سایش روی هم قرار دارند، نحوه کاهش میزان اصطکاک است. گرافیت خود به عنوان یک روانساز مهم همیشه کاربرد داشته است و در صورتی که تحت این شرایط قرار بگیرد می تواند سبب شود که میزان ضریب اصطکاک به علت ساختار لایه ای آن کاهش یابد.

با توجه به ویژگی های ذکر شده در استفاده از نسوز های Al2O3-C در نسوز های سیستم اسلاید گیت، امکان استفاده از این نسوزها در دفعات متعدد بار ریزی پاتیل های ذوب وجود دارد که همین عامل منجر به کاهش هزینه های ناشی از مصارف نسوز ها در ماشین ریخته گری پیوسته می شود.

دلیل مناسب بودن جنس آلومینا-کربن برای استفاده به عنوان ول بلوک نازل درونی، پورس بلاگ و بدنه نازل تاندیش اینست که به علت اینکه در مقابل مذاب ترشوندگی بسیار کمی دارد، می تواند به عنوان ول بلوک عمر مناسبی را داشته باشد، زیرا در مقابل مذاب و سرباره میزان خوردگی کمتری را نسبت به سایر نسوزها تجربه می کند. به علاوه چون پاتیل دائما پر و خالی می گردد و تحت شوک حرارتی بالایی قرار دارد، این گروه از نسوزها تحت شوک حرارتی می توانند خواص مناسبی را ارائه دهند.

نازل درونی و بیرونی

در مورد استفاده از این جنس به عنوان نازل درونی نیز می تواند به ایجاد جریان مناسب مذاب به علت تر نشدن در مقابل مذاب اشاره کرد. این نکته نیز باید ذکر شود که در نازل خارجی بیشتر خواص شوک حرارتی می تواند مطرح باشد، چون این منطقه نزدیک ترین منطقه به محیط است و تحت گرادیان دمایی زیادی به علت نزدیک بودن به دمای محیط قرار دارد. در نتیجه دائما تحت شوک حرارتی است.

صفحات اسلاید گیت

صفحات اسلاید گیت علاوه بر نیاز به خواص ذکر شده در قبل، باید این ویژگی را داشته باشند که روی هم با کمترین اصطکاک بلغزند. به همین دلیل باید بین صفحات اسلاید گیت مخلوط روغن و گرافیت اضافه شود تا خواص مناسبی از لحاظ سایش داشته باشند. حال از آنجایی که جنس این قطعات Al₂O₃-C است، خود گرافیت نیز به عنوان یکه روانکار قوی می تواند به بهبود لغزش کمک می کند.