نازل نسوز چیست؟

نام نازل نسوز از عملکرد آن ناشی می شود - کلمه "نازل" به وضوح نقش خود را به عنوان یک کانال ذوب توصیف می کند ، در حالی که "نسوز" دوام خود را در محیط های درجه حرارت بالا برجسته می کند. با توجه به استفاده خاص آن ، نازل های نسوز می توانند به انواع مختلفی از جمله نازل های فوقانی ، نازل های پایین ، نازل های جمع کننده ، نازل های ورودی غوطه ور (SEN) و غیره تقسیم شوند. هر نوع در ساختار و مواد برای پاسخگویی به نیازهای مختلف فرآیند تفاوت دارد.

نازل نسوز چیست؟

نازل نسوز یک محصول مواد نسوز است که برای فلز مذاب با دمای بالا (مانند فولاد مذاب ، آهن مذاب) یا کنترل جریان ذوب غیر فلزی استفاده می شود ، که معمولاً در خروجی یا سیستم نازل کشویی تجهیزات متالورژی (مانند ملافه ، مبدل ، توندیش) نصب می شود.

این امر با کنترل دقیق سرعت جریان ، سرعت جریان و جهت جریان ذوب ، ثبات و ایمنی فرآیند ذوب و ریخته گری را تضمین می کند. نازل های نسوز نه تنها در برابر دمای شدید شدید (معمولاً بیش از 1500 درجه سانتیگراد) مقاومت نمی کنند ، بلکه باید در برابر فرسایش شیمیایی ، تمیز کردن مکانیکی و آسیب شوک حرارتی در برابر ذوب و سرباره مقاومت کنند.

ترکیب و مواد نازل نسوز

عملکرد نازل های نسوز به طور مستقیم به انتخاب مواد و طراحی ساختاری آنها بستگی دارد. در زیر مؤلفه های اصلی و ویژگی های آن وجود دارد:

1. مواد اصلی

کربن آلومینیوم (AL₂O₃-C): آلومینا با خلوص بالا (Al₂o₃) به عنوان مؤلفه اصلی استفاده می شود و مواد کربن (مانند گرافیت) برای تقویت مقاومت در برابر شوک حرارتی و مقاومت در برابر فرسایش اضافه می شوند. نازل های کربن آلومینیوم به طور گسترده ای در ملاقه ها و تاندیش ها مورد استفاده قرار می گیرند و برای ریخته گری فولاد کربن معمولی مناسب هستند.
کربن زیرکونیوم آلومینیوم (Al₂o₃-Zro₂-C): اکسید زیرکونیوم (Zro₂) برای بهبود مقاومت در برابر فرسایش درجه حرارت بالا و شوک حرارتی به کربن آلومینیوم اضافه می شود و برای فولاد منگنز بالا یا سایر درجه های مخصوص فولاد مناسب است.
آلومینا بالا: با وجود بوکسیت بالا آلومینا به عنوان ماده اولیه اصلی ، برای موارد کم نظیر یا ریخته گری فولادی معمولی مناسب است و هزینه کم دارد.
منیزیم-کربن (MGO-C): با اکسید منیزیم (MGO) به عنوان ماتریس ، مواد کربن اضافه می شوند ، مناسب برای محیط سرباره با لکالیته بالا یا نمرات مخصوص فولاد.
کوارتز ذوب شده: برای ریخته گری برخی از آلیاژهای کم کربن یا آلیاژهای غیر آهنی استفاده می شود ، از مقاومت در برابر شوک حرارتی خوبی برخوردار است ، اما مقاومت در برابر فرسایش ضعیف است.
مواد کامپوزیت: مانند نازل های کامپوزیت با هسته اکسید زیرکونیوم و لایه بیرونی آلومینیوم بالا ، ترکیب مزایای مواد مختلف برای بهینه سازی عملکرد.

2. طراحی ساختاری

نازل های نسوزمعمولاً استوانه ای یا مخروطی هستند ، با کانال های دقیق جریان در داخل (دیافراگم به طور کلی 10-100 میلی متر است) برای کنترل سرعت جریان ذوب. برخی از نازل ها (مانند نازل های غوطه وری) با اشکال ویژه مانند سوراخ های جانبی یا رسانه های بیضوی طراحی شده اند تا توزیع میدان جریان فولاد مذاب در تبلور را بهینه کنند. لایه بیرونی ممکن است با یک آستین فلزی (مانند آستین آهن) پوشانده شود تا استحکام مکانیکی را تقویت کرده و از ترک خوردن شوک حرارتی جلوگیری شود.

3. مواد افزودنی عملکردی

برای بهبود عملکرد ، مواد افزودنی زیر اغلب به نازل های نسوز اضافه می شوند:

آنتی اکسیدان ها: مانند پودرهای سیلیکون (SI) و آلومینیوم (AL) ، برای جلوگیری از اکسیداسیون مواد کربن در دماهای بالا.

تثبیت کننده ها: مانند اکسیدها مانند کلسیم (CAO) و منیزیم (MGO) ، برای تقویت مقاومت در برابر شوک حرارتی و مقاومت در برابر فرسایش.

اتصال دهنده ها: مانند رزین ها و آسفالت ، برای بهبود استحکام قالب و ثبات در دمای بالا.

عملکرد نازل های نسوز

نازل های نسوز عملکردهای مختلف کلیدی را در فرآیندهای متالورژی با دمای بالا انجام می دهند:

1. کنترل جریان

نازل های نسوز دقیقاً سرعت جریان و جریان ذوب را از طریق اندازه و شکل کانال های جریان داخلی آنها کنترل می کنند. به عنوان مثال ، در فرآیند ریخته گری مداوم ، نازل غوطه ور با سیستم نازل کشویی همکاری می کند تا سرعت را که در آن فولاد مذاب وارد تبلور می شود ، تنظیم کند تا از نقص ناشی از خیلی سریع یا خیلی آهسته جلوگیری شود.

2. از ذوب محافظت کنید

نازل غوطه ور در اعماق تبلور می شود تا از قرار گرفتن در معرض فولاد مذاب در معرض هوا ، کاهش اکسیداسیون و تشکیل گنجاندن و بهبود کیفیت بیل جلوگیری شود. علاوه بر این ، طراحی صاف دیواره داخلی نازل می تواند تلاطم در جریان مذاب را کاهش داده و خطر ورود سرباره را کاهش دهد.

3. مقاومت در برابر درجه حرارت بالا و فرسایش

درنازل نسوزباید در برابر تأثیر فولاد یا سرباره مذاب در دمای 1500-1700 درجه سانتیگراد مقاومت کند. مقاومت زیاد و مقاومت در برابر فرسایش مواد اطمینان حاصل می کند که در طی چندین ریخته گری پایدار است و عمر خدمات خود را طولانی می کند.

4. ثبات شوک حرارتی

هنگامی که ملاقه تعویض می شود یا ریخته گری شروع و متوقف می شود ، نازل یک تغییر درجه حرارت شدید را تجربه می کند. نازل های نسوز با کیفیت بالا با بهینه سازی فرمولاسیون مواد و طراحی ساختاری ، خطر ترک خوردگی حرارتی را کاهش می دهند.

5. از گرفتگی جلوگیری کنید

برای فولاد آلومینیوم بالا یا فولاد حاوی کلسیم ، اجزاء آلومینا ممکن است در فولاد مذاب ایجاد شود و باعث گرفتگی نازل شود. نازل های نسوز اغلب از مواد ضد چسبندگی (مانند مواد کامپوزیت حاوی CAO) برای جلوگیری از گرفتگی با تولید مواد نقطه ای کم ذوب (مانند CAO · al₂o₃) استفاده می کنند.

زمینه های کاربرد نازل های نسوز

نازل های نسوز به طور گسترده در زمینه های زیر مورد استفاده قرار می گیرند:

1. متالورژی آهن و فولادی

ملاقه: از نازل های فوقانی و تحتانی در پایین ملاقه استفاده می شود و با سیستم نازل کشویی برای کنترل جریان فولاد مذاب به سمت تاندیش همکاری می کنید.
Tundish: نازل جمع آوری و نازل غوطه ور برای انتقال فولاد مذاب از tundish به تبلور دهنده برای بهینه سازی فرآیند ریخته گری مداوم استفاده می شود.
مبدل و کوره برقی: از نازل های نسوز برای خروجی فولادی برای مقاومت در برابر فرسایش آهن و سرباره مذاب با دمای بالا استفاده می شود.

2. ذوب فلزی غیر آهنی

در ذوب فلزات غیر آهنی مانند آلومینیوم ، مس و منیزیم ، از نازل های نسوز برای انتقال ذوب و ریخته گری مانند نازل های راهنما در ریخته گری آلیاژ آلومینیوم استفاده می شود.

3. صنعت شیشه و سرامیک

از نازل های نسوز برای کنترل جریان شیشه با دمای بالا یا ذوب سرامیکی استفاده می شود و باید از مقاومت در برابر خوردگی بسیار بالا و پایداری ابعادی برخوردار باشد.

4. سایر صنایع درجه حرارت بالا

مانند سوزاندن زباله ، راکتورهای درجه حرارت بالا شیمیایی و غیره ، از نازل های نسوز برای کنترل تخلیه یا انتقال مایعات درجه حرارت بالا استفاده می شود.

فرآیند تولید نازل های نسوز

تولید نازل های نسوز شامل بسیاری از فرآیندهای پیچیده برای اطمینان از عملکرد آنها مطابق با استانداردهای صنعتی است:

1. انتخاب مواد اولیه و مواد تشکیل دهنده
آلومینا با خلوص بالا ، اکسید زیرکونیوم ، گرافیت و سایر مواد اولیه را انتخاب کنید و محتوای ناخالصی را کاملاً کنترل کنید. آنتی اکسیدان ها ، اتصال دهنده ها و غیره را با توجه به نسبت فرمول اضافه کرده و به طور مساوی مخلوط کنید.

2. قالب
برای اطمینان از اینکه ساختار نازل متراکم و کانال جریان دقیق است ، از فن آوری قالب گیری ایزوستاتیک یا با فشار بالا استفاده کنید. برخی از نازل ها (مانند نازل های غوطه وری) باید توسط قالب های دقیق به شکل های پیچیده شکل بگیرند.

3.
پخت و پز در دمای بالا (1400-1800 درجه سانتیگراد) در یک فضای بدون اکسیژن یا محافظ (مانند نیتروژن) باعث افزایش استحکام مواد و مقاومت در برابر شوک حرارتی می شود. برخی از محصولات برای بهینه سازی بیشتر عملکرد از پخت و پز ثانویه یا عملیات حرارتی استفاده می کنند.

4. درمان سطح
کانال جریان را صیقل دهید یا یک لایه ضد چسبندگی (مانند پوشش Zro₂) برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی و سیالیت اعمال کنید. لایه بیرونی ممکن است با یک آستین فلزی یا درمان آنتی اکسیداسیون پوشانده شود.

5 بازرسی با کیفیت
تخلخل ، ترک ها و دقت بعدی نازل توسط روشهای آزمایش غیر مخرب مانند اشعه ایکس و سونوگرافی بررسی می شود. عملکرد نسوز و مقاومت در برابر فرسایش با تست های شبیه سازی آزمایشگاهی تأیید می شود.

مزایای نازل های نسوز

کاربرد گسترده نازل های نسوز در صنایع با درجه حرارت بالا ناشی از مزایای زیر است:

دوام بالا: مواد و فرآیندهای با کیفیت بالا اطمینان می دهند که از نازل ها برای مدت طولانی در محیط های شدید قابل استفاده است و زندگی مجرد می تواند به چند ساعت تا چند روز برسد.
کنترل دقیق: صحت طراحی کانال جریان ، ثبات جریان ذوب را تضمین می کند و کیفیت محصول را بهبود می بخشد.
مقاومت در برابر فرسایش: مقاومت شدیدی در برابر فرسایش شیمیایی و فرسایش مکانیکی فولاد و سرباره مذاب و کاهش هزینه های نگهداری دارد.
پایداری شوک حرارتی: فرمول بهینه شده مواد خطر ترک خوردگی شوک حرارتی را کاهش می دهد و با نیازهای فرآیند شروع مکرر شروع می شود.
طراحی متنوع: نازل ها از انواع و مشخصات مختلف ، نیازهای مختلف فرآیند را برآورده می کنند و طیف گسترده ای از سناریوهای کاربردی را دارند.

به عنوان مؤلفه اصلی صنعت درجه حرارت بالا ، نازل نسوز عملکردهای مختلفی از قبیل مقاومت در برابر دمای بالا ، مقاومت در برابر خوردگی و کنترل جریان را ادغام می کند. این یک "قهرمان پشت صحنه" در متالورژی آهن و فولادی ، ذوب فلزی غیر آهنی و سایر صنایع ضروری است.