آشنایی با آجرهای عایق سبک آلومینایی
آجرهای عایق سبک آلومینایی یکی از عایق های پرمصرف در ساخت کوره های پخت سرامیک ها و عملیات حرارتی فلزات می باشند. ویژگی های مهم آجرهای عایق سبک عبارتند از : نسوزندگی بالا ، دانسیته کم ، قیمت ارزان که بسیار ویژگی مهمی در مقایسه با سایر مواد عایق می باشد. در ساخت آجرهای عایق از دو شیوه تولید استفاده می گردد. یا در داخل مواد اولیه از فوم های سبک استفاده می گردد و یا از مواد قابل سوختن نظیر خاک اره یا شلتوک برنج استفاده می گردد.
اصولاً آجرهای عایق سبک دارای تخلخل واقعی بیش از ۴۵ درصد و دمای کاربردی بیش از ۸۰۰ درجه سانتی گراد می باشند. بر اساس استانداردهای ASTM C 155-70 و یا DIN EN 1094 ، دمایی که در آن انقباض ماده پس از ۲۴ ساعت از ۲% بیشتر نباشد را بعنوان دمای کاربرد آجر معرفی می نمایند.
از لحاظ ساختار شیمیایی می توان آجرهای عایق سبک را به چهار گروه اصلی طبقه بندی نمود که عبارتند از :
۱- آجرهای سبک سیلیکاتی
۲- آجرهای سبک آلومینوسیلیکاتی
۳- آجرهای سبک زیرکونیایی
۴- آجرهای سبک کوراندومی
شایان ذکر است که گروه آجرهای آلومینو سیلیکاتی که شامل آجرهای شاموتی و مولایتی می باشند ، متداولترین گروه از آجرهای عایق سبک را تشکیل می دهند.
برای تولید آجرهای عایق سبک از مواد اولیه حاوی اکسید آلومینیوم ( Al۲O۳ ) و اکسید سیلیس ( SiO۲ ) استفاده می گردد. اصلی ترین عناصر تامین کننده اکسید آلومینیوم عبارت است از : خاک رس ، کائولن ، شاموت ، سیلیمانیت ، آندالوزیت ، کیانیت ، مولایت ، آلومینا می باشند.
از مهم ترین ویژگی های فنی یک آجر عایق سبک مطلوب می توان به مقاومت به شوک حرارتی ( Thermal Shock Resistance ) ، هدایت کم حرارتی ( Thermal Conductivity ) ، استحکام فشاری سرد ( Cold Crushing Strength ) ، میزان انقباض ابعادی ( Shrinkage ) نام برد. البته ویژگی های دیگری نظیر یکنواختی رنگ در تمام سطوح ، دقت ابعادی آجر ، گونیا بودن برش سطوح آجر ، دانسیته آجر نیز در انتخاب یک آجر عایق سبک مؤثر و تعیین کننده می باشند.
بستگی به نوع کاربرد آجر در یک کوره ، عوامل مؤثر در انتخاب متغییر می باشند. بعنوان مثال چنانچه لایه اول عایق یک کوره عملیات حرارتی با قابلیت کوئنچ از آجر عایق سبک استفاده گردد ، میزان مقاومت به شوک حرارتی بسیار مهم بوده و در صورت عدم تحمل شوک های حرارتی ناشی از باز شدن درب کوره در دماهای بالا ، آجر ترک خورده و به مرور تخریب می گردد. اما این ویژگی برای آجر عایق که در پشت لایه آجر نسوز یا الیاف سرامیکی استفاده می گردد خیلی مهم و مؤثر نمی باشد.
در آجرهای عایق هر چه دانسیته آجر کمتر باشد به همان میزان استحکام آجر کمتر و هدایت حرارتی مطلوب تری خواهند داشت. بطور مثال در کف واگن کوره ها از آجرهای با دانسیته بیشتر و استحکام فشاری بالاتر استفاده می گردد.
از دیگر نکات مهم در انتخاب آجر عایق ، کلاس دمایی آجر می باشد. اصولاً می باشیت دمای پخت اولیه آجر حداقل ۱۰۰ الی ۱۵۰ درجه سانتی گراد بالاتر از دمای کارکرد آجر باشد تا شاهد کمترین میزان انقباض ابعادی در حین مصرف آجر باشیم.
با توجه به روش های متفاوت تولید آجر عایق ، خواص مکانیکی آجرها متفاوت می باشند. روش های تولید آجرهای عایق عبارتند از :
۱- روش تولید با پرس
۲- روش تولید دوغابی
۳- روش اکسترودری
بهترین کیفیت آجر عایق متعلق به روش تولید دوغابی می باشد. در این روش میزان دانسیته آجر بسیار کم بوده و به همان نسبت کیفیت عایقی آجر ( هدایت حرارتی ) مطلوب می باشد ولی استحکام آجر نیز پایین می باشد. روش دوم اکسترودری می باشد که مواد اولیه داخل اکسترودر ریخته و از انتهای اکسترودر بیرون آمده و پس از خشک شدن بر اساس ابعاد مورد نیاز برش خورده و سپس پخت انجام می گردد.
ابعاد آجرهای عایق دارای چندین استاندارد می باشد که معروفترین آنها ابعاد ۶۴×۱۱۴×۲۳۰ میلیمتر معروف به NF1 و ۷۶×۱۲۴×۲۵۰ معروف به NF2 می باشند. البته استاندارد NF1 را در ابعاد ۷۶×۱۱۴×۲۳۰ نیز تولید می نمایند. لازم به توضیح است که استانداردهای دیگری برای ابعاد آجرها موجود می باشد.
رنج دمایی آجرهای عایق را به کلاسه های دمایی مختلفی تقسیم بندی نموده اند که عبارتند از : گریدهای (GM23 ( 1260°c ) ، GM26 ( 1430°c
، (GM28 ( 1540°c ) ، GM30 ( 1650°c ) ، GM32 ( 1760°c که اخیراً گرید GM34 نیز به گریدهای متداول افزوده شده است.
لازم به ذکر است که عدد مقابل عبارت GM منظور رنج دمایی به فارنهایت می باشد. بطور مثال منظور از آجر GM23 یعنی ۲۳۰۰ درجه فارنهایت که معادل ۱۲۶۰ درجه سانتی گراد می باشد.
آخرین موضوع قابل ذکر درخصوص آجرهای عایق میزان عناصر تشکیل دهنده آنها می باشد که مربوط به میزان اکسید آلومینیوم ( Al۲O۳ ) و اکسید سیلیس ( SiO۲ ) می باشد.
هر چه رنج دمایی آجر عایق بالاتر باشد به همان میزان رنج اکسید آلومینیوم در آجر بیشتر می باشد و به همان نسبت دانسیته آجر افزایش خواهد یافت.
در زیر جدولی از میزان تقریبی این عناصر بر اساس گریدهای دمایی آجر نشان داده شده است.
| GM32 | GM30 | GM28 | GM26 | GM23 | % |
| ۷۵-۷۷ | ۷۰-۷۵ | ۶۰-۶۵ | ۵۲-۵۵ | ۳۸-۴۰ | Al۲O۳ |
لازم به توضیح است که مقادیر فوق تقریبی بوده و بر اساس تولیدکنندگان مختلف این مقادیر تفاوت خواهند داشت.
از دیگر نکات مورد توجه در انتخاب یک آجر عایق ، میزان اکسید آهن موجود می باشد که برای یک آجر خوب می بایست زیر نیم درصد باشد و گاهاً تا سقف یک درصد قابل اغماض و چشم پوشی می باشد.
آخرین نکته در انتخاب یک آجر عایق ، میزان تحمل شوک پذیری آجر می باشد. استاندارد DIN 51068-1 نحوه تست شوک پذیری آجر عایق را معرفی نموده است.
البته این آزمایش بسیار دشوار و زمان بر می باشد. ساده ترین روش تست شوک پذیری یک آجر عایق خوب این است که بتواند حداقل ۲۰ بار در دمای ۹۵۰ درجه سانتی گراد قرار گیرد و در همان دما آجر بیرون آورده شود و دوباره پس از ۱۵ دقیقه داخل دمای ۹۵۰ درجه سانتی گراد قرار گیرد. چنانچه یک آجر بتواند حداقل ۲۰ بار این آزمایش را بدون ترک و شکستن پشت سر بگذارد به یقین از لحاظ مقاومت به شوک حرارتی یک آجر مطلوب می باشد.
