جرم نسوز چیست و چه کاربردهایی دارد؟

در هر صنعتی که فرآیندهای آن با دمای بالا سروکار داشته باشند، جرم نسوز می‌تواند کارآمد باشد. این محصول به دلیل مقاومت بالایی که در برابر حرارت و شوک حرارتی دارد، در صنایع گوناگونی مانند فولاد، خودروسازی، شیشه سازی، تولید سرامیک و… دارای کاربردهای گوناگونی است. ویژگی‌های منحصر به فرد انواع جرم‌های نسوز آن‌ها را به محصولاتی با گستره کاربرد وسیع تبدیل ساخته است. این ماده به دلیل خواص فوق العاده‌ای که دارد گاهی به شکل آلیاژ در ترکیب با دیگر فلزات مورد استفاده قرار می‌گیرد و خواص و ویژگی‌های بی‌نظیری را خلق می‌کند. در ادامه با دسته بندی‌های مختلف جرم‌های نسوز و نقش آن‌ها در بزرگ‌ترین و مهم‌ترین صنایع ایران و جهان، بیشتر آشنا خواهیم شد.

جرم نسوز چیست؟

به ماده‌ای که در گستره‌های دمایی بسیار بالا مقاومت زیادی از خود نشان دهد و عایق حرارتی خوبی باشد، جرم نسوز (Refractory Mass) یا دیرگدازه گفته می‌شود. این نوع ماده غیرآلی به خوبی می‌تواند در برابر تغییرات دمایی، خصوصاً در دماهای بسیار بالا، بدون تغییر در ساختار و خواص، مورد استفاده قرار بگیرد. ترکیب شیمیایی این ماده با توجه به نوع آن متفاوت است، اما ممکن است از فلزاتی مانند سیلیس، آلومینیوم، منیزیم و… تشکیل شده باشد. استفاده در دیواره‌های کوره‌ها در صنایعی مانند فولادسازی، یکی از ملموس‌ترین موارد کاربرد جرم نسوز به شمار می‌رود. خوب است بدانید این محصول می‌تواند شرایط دمایی تا 1500 درجه سانتی گراد را به راحتی تاب بیاورد، بدون این که آتش بگیرد یا حتی تغییر شکل دهد. به همین دلیل در صنایع حساسی مانند شیشه سازی و نفت و گاز نیز جایگاه ویژه‌ای دارد.

مزایا و خواص جرم نسوز کدام است؟

همان‌طور که تا اینجا متوجه شدید، بارزترین ویژگی این محصول، مقاومت بسیار بالای آن در برابر حرارت است که علت نام‌گذاری آن را مشخص می‌سازد. با این وجود انواع جرم نسوز دارای ویژگی‌های منحصر به فرد دیگری نیز هستند که موجب محبوبیت و کاربرد بیشتر آن‌ها در صنایع مختلف می‌شود. یکی از ویژگی‌های عالی جرم نسوز، مقاوم بودن آن نسبت به مواد اسیدی و بازی است. به این ترتیب می‌توان از این محصول به راحتی در صنایع شیمیایی و در مجاورت مواد بازی یا اسیدی استفاده کرد. فرآیند تولید آسان و سریع، دوام بالا در برابر خوردگی و سایش، عایق بودن نسبت به حرارت و توانایی حفظ دمای موجود، اشتعال ناپذیری، رسانایی الکتریکی و حرارتی خوب، مقاومت در برابر تغییر شکل، خواص ترمودینامیکی بسیار خوب، استحکام فشاری و خمشی بالا و… از دیگر خواص جرم‌های نسوز به شمار می‌روند. استفاده از این محصول در صنعت می‌تواند موجب حفظ کیفیت مواد، کاهش هزینه‌های تولید و کاهش خسارات مربوط به حریق شود. همچنین صرفه جویی در انرژی و گرما یکی دیگر از مزایای ویژه استفاده از جرم‌های نسوز به شمار می‌رود.

چرا استفاده از جرم نسوز در صنایع ضروری است؟

مواد نسوز این امکان را فراهم می‌کنند تا واکنش دهنده‌ها بتوانند در فرآیندهایی که انرژی حرارتی بزرگی را آزاد می‌کنند، به شکل مؤثر شرکت داشته باشند. همچنین استفاده از جرم نسوز در صنایع گوناگون میزان هدررفت حرارت را حین واکنش کاهش می‌دهد و همچنین از بروز حوادثی همچون حریق جلوگیری به عمل می‌آورند. وجود این محصول، کوره‌ها و ابزارآلات مورد استفاده در جریان فرآیندها را برای تحمل گرمای زیاد آزاد شده از واکنش، آماده می‌سازد. به این ترتیب می‌توان گفت در هر صنعتی که فرآیندها در دمای بسیار بالا انجام می‌شوند، بکارگیری جرم نسوز ضروری و لازم است. در غیر این صورت، حفظ دمای فرآیند و جلوگیری از استهلاک تجهیزات به یک کار غیرممکن تبدیل می‌شود.

کاربرد جرم نسوز چیست؟

شناخته‌ترین کاربرد مواد نسوز، استفاده در کوره‌های صنایع مختلف از جمله صنایع فولاد است. با این حال ده‌ها کاربرد مهم دیگر نیز می‌توان برای جرم نسوز برشمرد که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:

• کوره‌های محفظه‌ای و تونلی در صنعت سرامیک سازی
• کوره‌های گاززدایی، تصفیه، عملیات حرارتی، کوره‌های الکتریکی، کوره‌های نورد و مبدل‌ها در صنعت فولاد
• مبدل‌های حرارتی، هودهای کوره، کوره‌های دوار و خنک کننده‌ها در صنعت تولید سیمان
• کوره بلند، میکسرهای چدنی، کوره‌های برقی، واگن‌های قطار و… در صنعت فولاد یکپارچه
• دیگ‌های بخار، کوره‌های اتان، کوره‌های بنزینی و… در صنعت پتروشیمی
• کوره‌های سربی و آلومینیومی، کوره‌های ذوب مس، کوره‌های پخت و… در صنعت فلزات

علاوه بر این، صنایعی مانند ضایعات، ریخته‌گری، نیروگاه‌ها، خودروسازی، هوافضا، آلومینیوم سازی و… از دیگر موارد کاربرد جرم‌های نسوز به شمار می‌روند.

دسته بندی جرم نسوز به چه گونه است؟

انواع مختلف جرم نسوز را می‌توان بر اساس معیارهای مختلف، در دسته‌های گوناگون قرار داد. با این حال سه معیار مهم و عمده برای تعیین انواع مختلف این محصول وجود دارد که در ادامه توضیح داده خواهند شد.

دسته بندی جرم نسوز بر اساس خواص شیمیایی

یکی از دسته بندی‌های رایج انواع جرم‌های نسوز بر اساس خواص شیمیایی و به طور خاص، خاصیت اسیدی و بازی آن است. بر این اساس انواع جرم نسوز به سه نوع بازی، اسیدی و خنثی تقسیم می‌شوند و با توجه به نوع فرآیند و واکنش، انتخاب شده و مورد استفاده قرار می‌گیرند. علاوه بر خاصیت اسیدی و بازی، نوع واکنش مواد نسوز در برابر حرارت‌های بالا نیز آن‌ها را از یکدیگر متمایز کرده و برای استفاده در موارد کاربرد متفاوت، مناسب می‌سازد.

دسته بندی جرم نسوز بر اساس روش مصرف

در یک تقسیم بندی دیگر، انواع جرم‌های نسوز بر اساس روش مصرف در سه گروه کوبیدنی، ریختنی و پاشیدنی قرار می‌گیرند. این نوع دسته بندی، نحوه اجرای جرم نسوز در صنایع مختلف را نیز مشخص می‌سازد. لازم به ذکر است هر یک از انواع کوبیدنی، پاشیدنی و ریختنی نسوز، از نظر ساختار اولیه نیز با یکدیگر تفاوت دارند و همین امر موجب تفاوت در نحوه کارکرد آن‌ها می‌شود.

دسته بندی جرم نسوز بر اساس ترکیبات تشکیل دهنده

انواع مختلف جرم‌های نسوز را می‌توان بر اساس ترکیبات تشکیل دهنده به شکل‌های مختلف دسته بندی کرد. جرم‌های نسوز سیلیکاتی، زیرکونیایی، کرومی، سرامیکی و آلومینایی از انواع متداول مواد نسوز هستند. هر یک از این مواد بر اساس خواص ویژه‌ای که دارند در صنایع گوناگون مورد استفاده قرار می‌گیرند و کاربردهایی خاص دارند.

دسته بندی جرم نسوز بر اساس خواص شیمیایی

در این بخش شما را با انواع مختلف جرم‌های نسوز بر اساس خواص اسیدی و بازی، به طور دقیق‌تر آشنا خواهیم کرد.

• جرم‌های نسوز اسیدی
  اگر فرآیند مورد نظر از نوع اسیدی باشد، جرم نسوز اسیدی بهترین انتخاب به شمار می‌رود، زیرا این نوع از جرم‌های نسوز به خوبی می‌توانند در شرایط اسیدی بدون تغییر در شکل و ساختار باقی بمانند. این مواد معمولاً در ساختار خود حاوی ترکیباتی مانند سیلیس یا SiO2 و رس یا Al2O3 هستند که خاصیت اسیدی دارند. یکی از موارد کاربرد این نوع جرم نسوز در کوره‌های القایی صنایع فولاد است.
• جرم‌های نسوز بازی
  مواد نسوز بازی، همان‌طور که از نام آن‌ها پیدا است در دسته بازها قرار می‌گیرند و به این ترتیب برای استفاده در محیط‌های قلیایی یا بازی مناسب هستند. ترکیبات منیزیم-کلسیم، دولومیت-کلسیم، دولومیت، منیزیت-دولومیت، فورستریت-کرومیت و… از جمله جرم‌های نسوز مورد استفاده در صنعت هستند که در مجاورت مواد قلیایی دچار آسیب نمی‌شوند.
• جرم‌های نسوز خنثی
  نوع سوم جرم نسوز از نظر خواص شیمیایی، نسوز خنثی است. این محصول در هر دو شرایط قلیایی و بازی، پایداری خود را حفظ می‌کند و به این ترتیب در گستره متنوعی از فرآیندها قابل استفاده است. جرم‌های نسوز خنثی عمدتاً از کربن، اکسید کروم و آلومینا تشکیل می‌شوند.

دسته بندی جرم نسوز بر اساس روش مصرف

همان‌طور که پیش‌تر اشاره کردیم، انواع جرم‌های نسوز بر اساس روش مصرف به سه دسته ریختنی، پاشیدنی و کوبیدنی تقسیم می‌شوند که در ادامه عنوان خواهند شد.

• جرم نسوز ریختنی
  جرم نسوز ریختنی ماده‌ای بی‌شکل است که عمدتاً از ترکیباتی مانند سیلیکات و آلومینات تشکیل می‌شود. این ماده مقاومت حرارتی بالایی دارد و به همین دلیل برای استفاده در کوره‌هایی با دمای خیلی زیاد، گزینه مناسبی به نظر می‌رسد. جرم نسوز ریختنی به دو نوع سبک و سنگین تبدیل تقسیم می‌شود و به عنوان آستر یا عایق در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. جرم نسوز سیلیکاتی به طور معمول در کوره‌های فرآوری مواد معدنی و کوره‌های آهک و جرم نسوز آلومینایی در صنایع شیشه، سرامیک و فولاد بیشترین کاربرد را دارد. نصب و اجرای بدون دردسر و آسان و همچنین قیمت بسیار مناسب، از مزایای این دسته از جرم‌های نسوز به شمار می‌روند. انواع جرم نسور عبارتند از:
  جرم ریختنی معمولی (CCR)
   جرم ریختنی با سیمان متوسط (MCC)
   جرم ریختنی با مقدار سیمان کم (‏LCC‏)‏
  جرم ریختنی فوق العاده کم سیمان ‏(ULCC)
   جرم ریختنی بدون سیمان ‏(NCC)
• جرم نسوز پاشیدنی
  جرم‌های نسوز پاشیدنی یا جرم نسوز پاششی به شکل پودر، در دانه بندی بسیار ریز در دسترس هستند و به دو روش گانینگ یا پاششی در دیواره کوره‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. این نوع جرم نسوز خود به سه دسته شاموتی، آلومینایی و منیزیتی تقسیم می‌شود. نسوز شاموتی معمولاً به عنوان عایق در دیواره کوره‌ها به کار می‌رود و در صنایع شیمیایی، پتروشیمی، فولاد و سیمان بیشترین کاربرد را دارد. نسوز آلومینایی عمدتاً در خط سرباره و تعمیر دیواره کوره‌های صنعتی مانند کوره‌‎های قوس الکتریکی و دوار کارایی دارد و دارای چگالی بالا و چسبندگی بسیار خوب است. نسوز منیزیتی سومین نوع از نسوز پاشیدنی است که مانند نسوز آلومینایی برای تعمیر دیواره انواع کوره‌ها، خصوصاً کوره‌های دوار و قوس الکتریکی، مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع نسوز در برابر سایش و خوردگی و شوک دمایی بسیار مقاوم است.
• جرم نسوز کوبیدنی
  جرم‌های نسوز کوبیدنی درست مانند انواع ریختنی، بی‌شکل هستند، با این تفاوت که در دماهای بالاتر، سخت می‌شوند. نصب این نوع مواد نسوز به صورت کوبیدنی است و به همین دلیل با این نام خوانده می‌شوند. جرم نسوز کوبیدنی به سه نوع منیزیتی، آلومینایی و سیلیسی تقسیم می‌شود. نوع منیزیتی، به دلیل مقاومت حرارتی قابل توجه، عمدتاً به عنوان عایق حرارتی قوی با تحمل شوک حرارتی بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. نسوز آلومینایی که خاصیت خنثی دارد، در صنایعی مانند فولاد، سرامیک و شیشه بسیار پرکاربرد است. این ماده یک آستر ضد فرسایش و ضد خوردگی بسیار خوب به شمار می‌رود. نسوز سیلیسی را می‌توان پرکاربردترین نوع نسوز در صنایع فولاد دانست که نصب آسان و قیمت پایین از ویژگی‌های بارز آن است. این محصول جایگاه عمده‌ای در نسوزکاری دیواره پاتیل‌ها و کوره‌های القایی دارد.

دسته بندی جرم نسوز بر اساس ترکیبات تشکیل دهنده

متداول‌ترین انواع جرم‌های نسوز بر اساس ترکیبات تشکیل دهنده به قرار زیر هستند.

• جرم نسوز آلومینایی
  می‌توان ادعا کرد رایج‌ترین و پراستفاده‌ترین نوع جرم نسوز، نسوز آلومینایی است که از کاربید سیلیسیم و آلومینا تشکیل می‌شود. این محصول با درصد خلوص آلومینا از 40 تا 90 درصد و حتی بیشتر در دسترس است و به دلیل قیمت نسبتاً ارزان خود، طرفداران زیادی دارد. نسوز آلومینایی در صنایع فولاد، ریخته گری، شیشه سازی و… دارای کاربردهای فراوان است.
• جرم نسوز سیلیسی
  نوع دیگری از جرم‌های نسوز پرکاربرد در صنعت، سیلیسی یا سیلیکایی نامیده می‌شوند که در ساختار خود حاوی ترکیبات سیلیس هستند. سیلیس، منگنز و سیلیکات آلومینیوم از مواد اصلی تشکیل دهنده نسوز سیلیسی به شمار می‌روند. این نوع نسوز در کوره‌های سرامیکی و فولادسازی کاربردهای فراوانی دارند، اما کاربرد ویژه آن‌ها در کوره‌های القایی فرکانس متوسط است.
• جرم‌ نسوز منیزیتی
  نسوز منیزیت یکی دیگر از انواع جرم نسوز مورد استفاده در صنایع گوناگون است که در ترکیبات تشکیل دهنده آن آن، منیزیت به عنوان ترکیب اصلی دیده می‌شود. این محصول در برابر خوردگی و شوک حرارتی، بسیار مقاوم است و از طول عمر بالایی برخوردار است. کوره فولاد کربن، تعمیر فولاد ضد زنگ و فولاد منگنز و… از موارد کاربرد این نوع ماده نسوز به شمار می‌روند.
• جرم نسوز سیمانی
  یکی دیگر از انواع جرم‌های نسوز که طرفداران زیادی دارد، جرم نسوز سیمانی است که از سیمان‌های با اکسید آهن، سیمان‌های کلسیم آلومینی و… تشکیل می‌شود. این نوع نسوز در دو نوع کم سیمان (5 تا 10% سیمان) و پرسیمان (30 تا 40% سیمان) موجود است که هر کدام ویژگی‌ها و خواص منحصر به فردی دارند. به طور کلی می‌توان گفت جرم‌های نسوز پرسیمان سختی بالاتری دارند و در پخت قطعات فولادی، کوره‌های ذوب، عایق‌های حرارتی و اجرای سازه‌های آتش بندی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

نقش جرم نسوز در صنایع مختلف

در ادامه “مقاله جرم نسوز چیست؟” به بررسی نقش این ماده در صنایه مختلف می پردازیم.

• صنعت سیمان و نقش جرم نسوز در آن  یکی از صنایعی که از نسوزها در روند تولید بسیار بهره می‌برد، صنعت سیمان است. سه نوع نسوز قلیایی (بازی)، مقاوم به قلیا و آلومینای بالا از انواع پرکاربرد مواد نسوز در صنعت سیمان به شمار می‌روند. گریت کولر قسمت سرد، سیلیکون‌های بالایی و پایینی، زیگمنت و مشعل، رایزر داکت، کوره و… از بخش‌های مختلف خط تولید سیمان هستند که به دلیل شرایط دمایی بالا موارد کاربرد مناسبی برای جرم‌های نسوز به شمار می‌روند.
• صنایع آهن و فولاد و نقش جرم نسوز در آن  به طور کلی، بیش از دو سوم مواد نسوز مورد استفاده در صنایع گوناگون، به صنعت فولاد اختصاص دارد. از کاربردهای مهم جرم‌‎های نسوز، استفاده در لایه‌های مختلف کوره‌های فولاد است. این کوره‌ها به طور مداوم در معرض حرارت شدید و مواد مذاب هستند و به همین دلیل به آسانی دچار خوردگی، سایش و آسیب می‌شوند. استفاده از انواع جرم نسوز در لایه‌های کوره، میزان آسیب و خوردگی را به حداقل می‌رساند و از کاهش بهره وری فرآیند، آلوده شدن کوره، کاهش کیفیت محصولات و… جلوگیری به عمل می‌آورند. همچنین بکارگیری نوع خاصی از نسوز (آلومینا اسپینل) در جداره کوره‌های پاتیل، بسیار رایج است. خوب است بدانید برای این که حدود یک تن فولاد تولید شود، به مقدار تقریبی 10 الی 20 کیلوگرم نسوز نیاز است.
• صنعت شیشه و نقش جرم نسوز در آن  صنعت شیشه یکی از صنایع بسیار مهم در ایران است که به دلیل شرایط دمایی ویژه‌ای که دارد، از انواع جرم نسوز در جریان فرآیندهای خود استفاده می‌کند. به عنوان مثال جرم نسوز سیلیسی یکی از انواع نسوزهایی است که در صنعت شیشه کاربرد فراوانی دارد. همچنین نسوزهای آلومینا و منیزیت نمونه‌ای از جرم‌های نسوز مورد استفاده در کوره‌های شیشه‌ای هستند.
• صنعت پتروشیمی و نقش جرم نسوز در آن
  در بخش‌های قبل نیز اشاره کردیم که یکی از موارد کاربرد جرم‌های نسوز، صنعت نفت، گاز و پتروشیمی است. این صنعت به دلیل حساسیت بالایی که دارد، حتماً باید با رعایت تمام نکات ایمنی به منظور پیشگیری از حریق و اشتعال، به فعالیت خود ادامه دهد. استفاده از انواع مختلف نسوز در این صنعت، رسیدن به این هدف را تسهیل می‌کند. جرم نسوز به عنوان یک عایق حرارتی بسیار مقاوم، در پالایشگاه‌ها و کوره‌های حرارتی نفت و گاز نقش ویژه‌ای دارد. استفاده از این محصول موجب عایق کاری اتصالات، لوله‌ها و مخازن پالایشگاه‌ها، جلوگیری از هدررفت حرارت در کوره‌ها، افزایش طول عمر تجهیزات، افزایش راندمان کاری و… می‌گردد. همچنین کاهش هزینه‌های مربوط به انرژی، یکی دیگر از مزایای مهم استفاده از جرم‌های نسوز در صنعت پتروشیمی است.

قیمت جرم نسوز چقدر است؟

به طور کلی می‌توان گفت انواع مختلف جرم‌های نسوز، با توجه به کاربرد و خواص ویژه‌ای که دارند دارای قیمت کاملاً به صرفه‌ای هستند. با این حال تعیین یک عدد خاص به عنوان قیمت محصول کار آسانی نیست، زیرا فاکتورهای مختلفی وجود دارند که گستره قیمت این ماده ارزشمند را مشخص می‌کنند. از جمله این فاکتورها می‌توان به موارد زیر اشاره داشت:

• نوع جرم نسوز
• گرید محصول
• اندازه محصول
• ظرفیت
• ویژگی‌های فنی
• شرکت سازنده
• نوسانات بازار

بدیهی است بهترین راه برای انتخاب و خرید جرم نسوز مناسب، بررسی نوع کاربرد و بودجه مورد نظر است. هر یک از انواع نسوز، از نظر ترکیبات، روش مصرف یا خواص شیمیایی، برای اهدافی خاص مناسب‌تر هستند. همچنین تکنولوژی تولید و ویژگی‌های فنی محصول بر نوع اثرگذاری و کاربرد آن بسیار مؤثر است. با این حساب انتخاب از میان انواع گوناگون جرم نسوز ممکن است در وهله اول کار پیچیده‌ای به نظر برسد، اما مشورت با کارشناسان مربوطه به شما کمک می‌کند بهترین نوع نسوز را با قیمتی مقرون به صرفه تهیه نمایید. نتیجه این کار، افزایش کیفیت محصولات و بهبود راندمان فرآیندهای تولید در صنایع مختلف خواهد بود.