کاهش ترک خشک ملات نسوز اسلیپینگ با سیلیکات سدیم
ملات‌های نسوز اسلیپینگ (Slipping Refractory Mortars) در کوره‌های القایی، ریختهگری مداوم و بخش‌های عایق‌کاریِ صنایع فولاد و آلومینیوم، ستون فقرات اتصال آجرهای دیرگداز به شمار می‌روند. بااین‌حال، هنگام خشک شدن اولیه به‌ویژه در دمای محیط پدیده‌ای به نام ترک خشک (Dry Cracking) رخ می‌دهد که استحکام اتصال و طول عمر تعمیرات را به‌شدت پایین می‌آورد. در سال‌های اخیر افزودن سیلیکات‌های قلیایی (عمدتاً سیلیکات سدیم و سیلیکات پتاسیم) به‌عنوان راهکاری کارآمد برای کاهش ترک خشک ملات نسوز اسلیپینگ معرفی شده است. در این مقاله، به زبان تخصصی اما صمیمی، چرایی و چگونگی این موضوع را با جزئیات بالا بررسی می‌کنیم؛ برای مثال خواهیم دید که چرا تنظیم نسبت سیلیس به اکسید قلیایی، چسبندگی مرطوب را افزایش و تنش انقباضی حین خشک‌شدن را کاهش می‌دهد.
سازوکار ترک خشک در ملات نسوز اسلیپینگ
تخلخل اولیه و فرار آب آزاد
در ملات‌های نسوز اسلیپینگ، پُرکننده‌های دیرگداز (آلومینا، سیلیکا فلور، گرانول گراگ) با یک فاز مایع رقیق مخلوط می‌شوند. هنگام تبخیر رطوبت، نیروهای مویینگی به‌وجود می‌آید؛ اگر مقاومت دوغاب در برابر این کشش‌ها کافی نباشد، میکروترک‌ها پدیدار می‌شوند.
افت لایه‌ای چسب معدنی
چسب‌های فسفاتی یا فسفالومیناتی سنتی به‌سرعت واکنش می‌دهند و انقباض گرمایی اولیه ایجاد می‌کنند؛ این تغییر حجم ناهمگن، ترک‌های خشک را تشدید می‌کند.
ناهمگونی توزیع دانه‌بندی
وجود ذرات ریز انبوه کنار ذرات درشت، مسیر تبخیر را طولانی و تنش خشک‌شدن را متمرکز می‌کند.
سیلیکات‌های قلیایی؛ از خط تولید تا ملات نسوز اسلیپینگ
سیلیکات سدیم یا «آب شیشه» (Na₂SiO₃·nH₂O) و سیلیکات پتاسیم (K₂SiO₃·nH₂O) به‌صورت مایع یا پودر عرضه می‌شوند. این ترکیبات، شبکه‌ای از تترا هدرال SiO₄ دارند که به‌وسیله یون‌های قلیایی متعادل شده است. همین ساختار باعث می‌شود در محیط‌های بازی محلول شده و فیلم سیلیکاتی پیوسته‌ای روی سطح دانه‌ها تشکیل دهند؛ فیلمی که نه‌تنها رطوبت را یکنواخت توزیع می‌کند، بلکه با واکنش با CO₂ محیط، به‌سرعت ژل سیلیسی محکم تولید می‌کند.
بررسی‌های صنایع سیلیکات ایران نشان داده است که سیلیکات سدیم مایع ریشیو ۲٫۳ تا ۲٫۶، چسبندگی اولیه ملات را ۲۵-۳۵ ٪ افزایش داده و پارامتر Shrinkage را به‌طور متوسط ۱٫۵ واحد درصد کاهش می‌دهد.
چرا کاهش ترک خشک ملات نسوز اسلیپینگ با سیلیکات اتفاق می‌افتد؟
افزایش ویسکوزیته کنترل‌شده
ویسکوزیته خمیر، تابع مستقیم نسبت SiO₂/Na₂O است. با ریشیوهای بینابین (۲٫4–۲٫6)، جریان‌پذیری برای تزریق یا اسلیپینگ حفظ می‌شود، ولی ذرات قادرند پیش از تبخیر، به آرایش فشرده‌تری برسند؛ این آرایش، فضای خالی را کم کرده و ریسک ترک خشک را پایین می‌آورد.
پدیده ژل سیلیسی کربناتی
در تماس با CO₂ محیط، سیلیکات سدیم لایه‌ای از سیلیکاژل-کربنات سدیم روی سطح ایجاد می‌کند. این لایه مانع خروج ناگهانی آب capillary می‌شود و تنش خشک‌شدن را در کل مقطع توزیع می‌کند.
پل زنی (Bridging) ذرات دیرگداز
باند سیلیکاتی تازه تشکیل‌شده، مانند پُل بین دانه‌های ریز و درشت عمل می‌کند و میکروترک‌های آغازشده را متوقف می‌سازد عامل کلیدی در کاهش ترک خشک ملات نسوز اسلیپینگ.
تنظیم pH و بازدارندگی فازهای واکنش‌زای سریع
سیلیکات قلیایی، محیط را بازی نگه می‌دارد و هیدرولیز سریع اسید فسفریک یا سولفات‌های فلزی را کند می‌کند؛ بنابراین انقباض شیمیایی زودرس کمتر است و در نتیجه ترک خشک محدود می‌شود.
انواع سیلیکات مناسب برای کاهش ترک خشک ملات نسوز اسلیپینگ
| نوع سیلیکات | ریشیو مولی | فاز عرضه | مزیت در ملات اسلیپینگ |
|---|---|---|---|
| سیلیکات سدیم مایع بینابین | ۲٫۳–۲٫۶ | مایع | ویسکوزیته مناسب، کمترین ترک خشک در آزمایش‌های صنعتی |
| سیلیکات سدیم جامد ریختگری | ۲٫۰–۲٫۲ | پودر گرانوله | حمل آسان، فعال‌سازی در مخلوط کن، مناسب مناطق سرد |
| سیلیکات پتاسیم قلیاییت پایین | ۳٫۰–۳٫۳ | مایع | مقاومت حرارتی بالاتر، انقباض حرارتی کمتر، مناسب کوره‌های فولاد ضدزنگ |
پارامترهای فرایندی اثرگذار بر کاهش ترک خشک ملات نسوز اسلیپینگ
-
درصد افزودنی سیلیکات: معمولاً ۵-۸ ٪ وزن خشک ملات. بیش از ۱۰ ٪، انحلال یون قلیایی اضافی ایجاد و دیرپزی را کاهش می‌دهد.
-
دمای خشک‌کن: گرادیان دمای ۵۰ → ۸۰ °C طی ۴ ساعت بهترین بازده را در پایلوت نشان داده است.
-
رطوبت نسبی سالن: حفظ ۵۵-۶۰ ٪ RH مانع خشک‌شدن انفجاری سطح می‌شود.
-
دانه‌بندی پرکننده: توزیع PSD با تابع Gaudin-Schuhmann (x⁰·⁵) کمترین Void را تولید کرده است.
مطالعات موردی
آزمایش فولاد غرب آسیا
دو سری ملات اسلیپینگ آلومینایی با و بدون سیلیکات سدیم مایع ریشیو ۲٫۵ در لادن گرمخانه ۷۰ °C خشک شدند. نمونه سیلیکاتی، میزان ترک سطحی را از ۱٫۸ mm/m به ۰٫۴ mm/m کاهش داد؛ عدد Pull-off Bond نیز ۱۴ ٪ بیشتر بود.
کارگاه ریختهگری اصفهان
با جایگزینی ۷ ٪ سیلیکات پتاسیم به‌جای بخشی از فسفات منیزیم، ترک خشک در آستر لنس دمنده فولاد زنگ‌نزن تقریباً صفر شد و عمر کاری ۲ شیفت افزایش یافت.
دستورالعمل کاربرد صنعتی
-
پیش‌مخلوط
-
سیلیکات مایع را ابتدا با کل آب فرایند ترکیب کنید.
-
دمای محلول < ۳۰ °C باشد تا ژل زودرس تشکیل نشود.
-
-
زمان مخلوط‌کردن
-
۳ دقیقه هم‌زن با دور ۴۵۰ rpm برای پراکنش یکنواخت کافی است.
-
-
اسلیپینگ و نصب
-
ویسکوزیته هدف ۱۲۰۰-۱۴۰۰ cP (Brookfield #4, 20 rpm).
-
حداکثر فاصله زمانی بین مخلوط و نصب: ۳۰ دقیقه.
-
-
درایینگ کنترل‌شده
-
۲ ساعت هوادهی در ۳۰ °C
-
افزایش تدریجی تا ۸۰ °C با نرخ ۱۰ °C/h
-
با رعایت این چهار قدم، می‌توان به حداکثر کاهش ترک خشک ملات نسوز اسلیپینگ دست یافت.
محصول پیشنهادی برای متخصصان صنعت
«سیلیکات سدیم مایع ریشیو ۲٫۴۵» – صنایع سیلیکات ایران
-
ریشیو بهینه برای ملات نسوز اسلیپینگ: توازن عالی سیالیت و چسبندگی
-
pH کنترل‌شده برای جلوگیری از انقباض شیمیایی زودرس
-
گواهی آنالیز کارخانجات فولاد مبنی بر کاهش ۳۰ ٪ی ترک خشک در لایه نسوز تعمیراتی
کال تو اکشن:
همین حالا به صفحه محصول «سیلیکات سدیم مایع ریشیو ۲٫۴۵» در وب‌سایت Iransilicate بروید، جزئیات فنی و برگه آنالیز را دریافت کنید و سفارش آنلاین خود را ثبت نمایید تا تیم فنی، فرایند بهینه‌سازی کاهش ترک خشک ملات نسوز اسلیپینگ را در کارخانه‌تان آغاز کند! صنایع سیلیکات ایران
جمع‌بندی
ترک خشک، دشمن خاموش ملات‌های نسوز اسلیپینگ است و هزینه نگه‌داری کوره‌ها را تصاعدی بالا می‌برد. افزودن سیلیکات‌های قلیایی به‌ویژه سیلیکات سدیم مایع ریشیو میانی با مکانیسم‌هایی همچون افزایش ویسکوزیته کنترل‌شده، تشکیل ژل سیلیسی و پل‌زنی بین دانه‌ها، اثربخشی فوق‌العاده‌ای در کاهش ترک خشک ملات نسوز اسلیپینگ دارد. مطالعات میدانی در صنایع فولاد و ریختهگری، کاهش میزان ترک تا ۷۵ ٪ و افزایش مقاومت چسبندگی را تأیید کرده‌اند. رعایت پارامترهای فرایندی، انتخاب ریشیو مناسب و استفاده از محصولات معتبر مانند «سیلیکات سدیم مایع ریشیو ۲٫۴۵» می‌تواند عمر آسترهای نسوز را چشمگیر افزایش دهد و هزینه توقف خط را به حداقل برساند.
پرسش‌های متداول
۱. سیلیکات سدیم بهتر است یا پتاسیم برای کاهش ترک خشک ملات نسوز اسلیپینگ؟
برای آسترهای آلومینایی-سیلیکایی، سیلیکات سدیم ریشیو ۲٫۴-۲٫۶ بهترین عملکرد را دارد؛ در آسترهای پایه منیزیا یا جایی که شوک حرارتی شدید است، سیلیکات پتاسیم ریشیو ۳٫۲ توصیه می‌شود.
۲. آیا سیلیکات افزودنی روی مقاومت در دمای بالا اثر منفی دارد؟
خیر، لایه سیلیسی در دمای بالای ۹۰۰ °C شیشه‌ای می‌شود و در واقع نفوذپذیری سرباره را کاهش می‌دهد.
۳. حداکثر درصد مجاز سیلیکات در ملات اسلیپینگ چقدر است؟
بیش از ۱۰ ٪ وزنی، خطر قلیاییت مازاد و شوره‌زنی بعد از پخت را دارد؛ محدوده بهینه ۵-۸ ٪ است.
۴. زمان باز (Open Time) ملات سیلیکاته چقدر کاهش می‌یابد؟
معمولاً از ۴۵ دقیقه به حدود ۳۰ دقیقه می‌رسد؛ بنابراین باید برنامه نصب دقیق باشد.
۵. آیا سیلیکات با افزودنی‌های ضد‌کاکینگ (Anti-caking) تداخل دارد؟
در غلظت‌های استاندارد، خیر؛ فقط نباید فسفات اسیدی بالا به‌طور همزمان اضافه شود چون pH واکنش را پایین می‌آورد.
با پیاده‌سازی راهکارهای فوق، از این پس کاهش ترک خشک ملات نسوز اسلیپینگ نه یک رؤیا، بلکه یک استاندارد جدید در تعمیرات نسوز صنایع شما خواهد بود.