रिफ्रैक्टरी

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एक टैंक कार में दुर्दम्य ईंटें टारपीडो वैगनों का उपयोग पिघले हुए लोहे को ढोने के लिए किया जाता है

सामग्री विज्ञान में, एक रिफ्रैक्टरी सामग्री या रिफ्रैक्टरी एक सामग्री है जो थर्मल अपघटन, दबाव या रासायनिक हमले से अपघटन के लिए प्रतिरोधी है, और उच्च तापमान पर शक्ति और रूप बनाए रखती है।[1] रिफ्रैक्टरी पाली क्रिस्टलीय, पॉलीफ़ेज़, अकार्बनिक यौगिक, अधातु, सरंध्रता और विषम हैं। वे सामान्यतः निम्नलिखित सामग्रियों के ऑक्साइड या करबैड, नाइट्राइड आदि से बने होते हैं: सिलिकॉन, अल्युमीनियम, मैग्नीशियम, कैल्शियम, बोरॉन, क्रोमियम और ज़िरकोनियम ।[2] एएसटीएम इंटरनेशनल C71 अपवर्तक को उन रासायनिक और भौतिक गुणों वाली अधातु सामग्री के रूप में परिभाषित करता है जो उन्हें संरचनाओं के लिए लागू करते हैं, या सिस्टम के घटकों के रूप में, जो 1,000 °F (811 K; 538 °C) ऊपर के वातावरण के संपर्क में हैं।[3]

रिफ्रैक्टरी सामग्री का उपयोग धातुकर्म भट्टियों, भट्टों, भस्मक और परमाणु रिएक्टर प्रौद्योगिकी में किया जाता है। कांच और धातुओं की ढलाई के लिए क्रूसिबल और मोल्ड बनाने के लिए और रॉकेट लॉन्च संरचनाओं के लिए फ्लेम डिफ्लेक्टर सिस्टम को सरफेस करने के लिए रिफ्रैक्टरी का भी उपयोग किया जाता है।[4] आज, लौह धातु विज्ञान और इस्पात उद्योग और धातु कास्टिंग क्षेत्र उत्पादित सभी अपवर्तक का लगभग 70% उपयोग करते हैं।[5]


रिफ्रैक्टरी सामग्री

रिफ्रैक्टरी सामग्री उच्च तापमान पर रासायनिक और शारीरिक रूप से स्थिर होनी चाहिए। ऑपरेटिंग वातावरण के आधार पर, उन्हें ऊष्मीय आघात के लिए प्रतिरोधी होना चाहिए, और रासायनिक रूप से निष्क्रिय होना चाहिए, और/या तापीय चालकता की विशिष्ट श्रेणी और थर्मल विस्तार के गुणांक होना चाहिए।

एल्यूमीनियम (एल्यूमिना ), सिलिकॉन (सिलिका ) और मैग्नीशियम (मैग्नीशियम ऑक्साइड ) के ऑक्साइड रिफ्रैक्टरी के निर्माण में उपयोग की जाने वाली सबसे महत्वपूर्ण सामग्री हैं। सामान्यतः रिफ्रैक्टरी में पाया जाने वाला अन्य ऑक्साइड कैल्शियम (चूना (खनिज) ) का ऑक्साइड है।[6] रिफ्रैक्टरी के निर्माण में आग मिट्टी का भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

रिफ्रैक्टरी को उन परिस्थितियों के अनुसार चुना जाना चाहिए जिनका वे सामना करते हैं। कुछ अनुप्रयोगों के लिए विशेष रिफ्रैक्टरी सामग्री की आवश्यकता होती है।[7] जिरकोनिया का उपयोग तब किया जाता है जब सामग्री को अत्यधिक उच्च तापमान का सामना करना पड़ता है।[8] सिलिकन कार्बाइड और कार्बन (सीसा ) दो अन्य दुर्दम्य सामग्री हैं जिनका उपयोग कुछ बहुत ही गंभीर तापमान स्थितियों में किया जाता है, लेकिन उनका उपयोग ऑक्सीजन के संपर्क में नहीं किया जा सकता है, क्योंकि वे ऑक्सीकरण करेंगे और जलेंगे।

टंगस्टन कार्बाइड या बोरॉन नाइट्राइड जैसे बाइनरी यौगिक बहुत दुर्दम्य हो सकते हैं। हेफ़नियम (IV) कार्बाइड 3890 °C के गलनांक के साथ ज्ञात सबसे दुर्दम्य बाइनरी यौगिक है।[9][10] त्रिगुट यौगिक टैंटलम हेफ़नियम कार्बाइड में सभी ज्ञात यौगिकों (4215 डिग्री सेल्सियस) के उच्चतम गलनांक में से एक है।[11][12]

मोलिब्डेनम डिसिलिसाइड में 2030 ° C का उच्च गलनांक होता है और इसे अधिकांश ताप तत्व के रूप में उपयोग किया जाता है।

उपयोग

रिफ्रैक्टरी सामग्री निम्नलिखित कार्यों के लिए उपयोगी है:[13][2]

  1. एक गर्म माध्यम और युक्त बर्तन की दीवार के बीच थर्मल बाधा के रूप में कार्य करना
  2. शारीरिक तनाव को झेलना और गर्म माध्यम के कारण पोत की दीवारों के क्षरण को रोकना
  3. जंग से बचाव
  4. थर्मल इन्सुलेशन प्रदान करना

रिफ्रैक्टरी के कई उपयोगी अनुप्रयोग हैं। धातु विज्ञान उद्योग में, अपवर्तक का उपयोग अस्तर भट्टियों, भट्टों, रिएक्टरों और अन्य जहाजों के लिए किया जाता है जो धातु और लावा जैसे गर्म माध्यमों को पकड़ते और परिवहन करते हैं। रिफ्रैक्टरी में अन्य उच्च तापमान अनुप्रयोग होते हैं जैसे कि फायर हीटर, हाइड्रोजन सुधारक, अमोनिया प्राथमिक और माध्यमिक सुधारक, क्रैकिंग फर्नेस, यूटिलिटी बॉयलर, कैटेलिटिक क्रैकिंग यूनिट, एयर हीटर और सल्फर भट्टियां।[13]


रिफ्रैक्टरी सामग्री का वर्गीकरण

रिफ्रैक्टरी को कई प्रकार से वर्गीकृत किया जाता है, इसके आधार पर:

  1. रासायनिक संरचना
  2. बनाने की विधि
  3. फ्यूजन तापमान
  4. अपवर्तकता
  5. ऊष्मीय चालकता

रासायनिक संघटन पर आधारित

अम्लीय अपवर्तक

अम्लीय अपवर्तक सामान्यतः अम्लीय सामग्री के लिए अभेद्य होते हैं लेकिन आसानी से मूल सामग्री द्वारा हमला किया जाता है, और इस प्रकार अम्लीय वातावरण में अम्लीय स्लैग के साथ उपयोग किया जाता है। इनमें सिलिकॉन डाइऑक्साइड, एल्यूमिना और फायर क्ले ब्रिक रिफ्रैक्टरी जैसे पदार्थ सम्मिलित हैं। उल्लेखनीय अभिकर्मक जो एल्यूमिना और सिलिका दोनों पर हमला कर सकते हैं वे हाइड्रोफ्लोरिक एसिड, फॉस्फोरिक एसिड और फ्लोरिनेटेड गैसें (जैसे HF, F2) हैं।[14] उच्च तापमान पर, अम्लीय अपवर्तक भी चूने और मूलभूत आक्साइड के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं।

  • सिलिका रिफ्रैक्टरी रिफ्रैक्टरी हैं जिनमें 93% से अधिक सिलिकॉन ऑक्साइड (SiO2). वे अम्लीय हैं, थर्मल शॉक, फ्लक्स और स्लैग प्रतिरोध, और उच्च स्पैलिंग प्रतिरोध के लिए उच्च प्रतिरोध है। सिलिका ईंटों का उपयोग अधिकांश लोहा और इस्पात उद्योग में भट्टी सामग्री के रूप में किया जाता है। सिलिका ईंट की एक महत्वपूर्ण गुण इसकी संलयन बिंदु तक उच्च भार के अनुसार कठोरता बनाए रखने की क्षमता है।[2] सिलिका रिफ्रैक्टरी सामान्यतः सस्ती होती हैं इसलिए आसानी से डिस्पोजेबल होती हैं। कार्बनिक रेजिन के साथ मिश्रित होने पर कम सिलिकॉन ऑक्साइड (90%) के साथ उच्च शक्ति और अधिक कास्टिंग अवधि प्रदान करने वाली नई प्रौद्योगिकियां विकसित की गई हैं।
  • जिरकोनिया रिफ्रैक्टरी मुख्य रूप से ज़िरकोनियम डाइऑक्साइड (ZrO2) हैं. वे अधिकांश कांच की भट्टियों के लिए उपयोग किए जाते हैं क्योंकि उनके पास कम तापीय चालकता होती है, जो पिघले हुए कांच से आसानी से गीली नहीं होती है और पिघले हुए कांच के साथ कम प्रतिक्रिया होती है। ये रिफ्रैक्टरी उच्च तापमान निर्माण सामग्री में अनुप्रयोगों के लिए भी उपयोगी हैं।
  • एल्युमिनोसिलिकेट रिफ्रैक्टरी में मुख्य रूप से एल्यूमिना (Al2O3) और सिलिका (SiO2). एल्युमिनोसिलिकेट रिफ्रैक्टरी सेमीएसिडिक, फायरक्ले कम्पोजिट या हाई एल्युमिना कंटेंट कम्पोजिट हो सकते हैं।[15]

मूलभूत रिफ्रैक्टरी

मूलभूत अपवर्तक का उपयोग उन क्षेत्रों में किया जाता है जहां स्लैग और वातावरण मूलभूत होते हैं। वे क्षारीय सामग्री के लिए स्थिर हैं लेकिन एसिड पर प्रतिक्रिया कर सकते हैं, जो कि महत्वपूर्ण है। उदाहरण के रूप में कच्चा लोहा से फास्फोरस को हटाते समय (गिलक्रिस्ट-थॉमस प्रक्रिया देखें)। मुख्य कच्चा माल RO समूह से संबंधित है, जिनमें से मैग्नेशिया (एमजीओ) एक सामान्य उदाहरण है। अन्य उदाहरणों में डोलोमाइट और क्रोम-मैग्नेशिया सम्मिलित हैं। बीसवीं सदी की पहली छमाही के लिए, स्टील बनाने की प्रक्रिया में भट्टी अस्तर सामग्री के रूप में कृत्रिम पेरिक्लेस (भुना हुआ मैग्नेसाइट ) का प्रयोग किया गया था।

  • मैग्नेसाइट रिफ्रैक्टरी ≥ 85% मैग्नीशियम ऑक्साइड (MgO) से बने होते हैं। उनके पास चूने और लोहे से भरपूर स्लैग, शक्तिशाली घर्षण और संक्षारण प्रतिरोध, और लोड के अनुसार उच्च अपवर्तनीयता के लिए उच्च स्लैग प्रतिरोध है, और जो सामान्यतः धातुकर्म भट्टियों में उपयोग किया जाता है।[16]
  • डोलोमाइट रिफ्रैक्टरी में मुख्य रूप से कैल्शियम मैग्नीशियम कार्बोनेट होता है। सामान्यतः, डोलोमाइट रिफ्रैक्टरी का उपयोग कनवर्टर और रिफाइनिंग भट्टियों में किया जाता है।[17]
  • मैग्नेशिया-क्रोम रिफ्रैक्टरी में मुख्य रूप से मैग्नीशियम ऑक्साइड (MgO) और क्रोमियम (III) ऑक्साइड (Cr2O3) होते हैं। इन अपवर्तकों में उच्च अपवर्तकता होती है और संक्षारक वातावरण के लिए उच्च सहनशीलता होती है।

तटस्थ रिफ्रैक्टरी

इनका उपयोग उन क्षेत्रों में किया जाता है जहां स्लैग और वातावरण या तो अम्लीय या मूलभूत होते हैं और रासायनिक रूप से अम्ल और क्षार दोनों के लिए स्थिर होते हैं। मुख्य कच्चे माल R2O3 समूह से संबंधित हैं, लेकिन यह यहीं तक सीमित नहीं हैं। इन सामग्रियों के सामान्य उदाहरण एल्यूमीनियम ऑक्साइड (Al2O3), क्रोमियम (III) ऑक्साइड (Cr2O3) और कार्बन हैं।[2]

  • कार्बन ग्रेफाइट रिफ्रैक्टरी में मुख्य रूप से ग्रेफाइट होता है। इन रिफ्रैक्टरी का उपयोग अधिकांश अत्यधिक कम करने वाले वातावरण में किया जाता है, और उच्च अपवर्तकता के उनके गुण उन्हें उत्कृष्ट तापीय स्थिरता और स्लैग के प्रतिरोध की अनुमति देते हैं।
  • क्रोमाइट रिफ्रैक्टरी निसादित मैग्नेशिया और क्रोमिया से बने होते हैं। उनके पास उच्च तापमान, उच्च अपवर्तकता और स्लैग के लिए उच्च प्रतिरोध पर निरंतर मात्रा होती है।[18]
  • एल्यूमिना रिफ्रैक्टरी ≥ 50% एल्यूमिना (Al2O3).

निर्माण की विधि के आधार पर

  1. ड्राई प्रेस प्रक्रिया
  2. फ्यूज्ड कास्ट
  3. हाथ ढाला
  4. गठित (सामान्य, निकाल दिया या रासायनिक रूप से बंधुआ)
  5. अन-गठित (मोनोलिथिक-प्लास्टिक, रैमिंग और गनिंग मास, कास्टेबल्स, मोर्टार, ड्राई वाइब्रेटिंग सीमेंट्स।)
  6. अन-गठित सूखी रिफ्रैक्टरी।

आकार

इनका मानक आकार और आकार होता है। इन्हें आगे मानक आकारों और विशेष आकारों में विभाजित किया जा सकता है। मानक आकारों में आयाम होते हैं जो अधिकांश दुर्दम्य निर्माताओं द्वारा पुष्टि किए जाते हैं और सामान्यतः एक ही प्रकार के भट्टों या भट्टियों पर लागू होते हैं। मानक आकार सामान्यतः ईंटें होती हैं जिनका मानक आयाम 9 in × 4.5 in × 2.5 in (229 mm × 114 mm × 64 mm) होता है और इस आयाम को एक ईंट समतुल्य कहा जाता है। ईंट समकक्षों का उपयोग यह अनुमान लगाने में किया जाता है कि औद्योगिक भट्टी में स्थापना करने के लिए कितनी दुर्दम्य ईंटें लगती हैं। दीवारों, छतों, मेहराबों, ट्यूबों और वृत्ताकार छिद्रों आदि का निर्माण करने के लिए निर्मित विभिन्न आकारों के मानक आकार हैं। विशेष रूप से भट्टियों के भीतर विशिष्ट स्थानों और विशेष भट्टों या भट्टियों के लिए विशेष आकार बनाए जाते हैं। विशेष आकृतियाँ सामान्यतः कम घनी होती हैं और इसलिए मानक आकृतियों की तुलना में कम कठोर होती हैं।

अनशेप्ड (मोनोलिथिक रिफ्रैक्टरी)

ये बिना निश्चित रूप के होते हैं और इन्हें केवल लगाने पर ही आकार दिया जाता है। इन प्रकारों को अखंड अपवर्तक के रूप में जाना जाता है। सामान्य उदाहरण प्लास्टिक द्रव्यमान, रेमिंग द्रव्यमान, कास्टेबल, गनिंग मास, फेटलिंग मिक्स, मोर्टार आदि हैं।

प्रेरण भट्टी लाइनिंग में अधिकांश उपयोग किए जाने वाले ड्राई वाइब्रेशन लाइनिंग भी मोनोलिथिक होते हैं, और सूखे पाउडर के रूप में बेचे और ले जाए जाते हैं, सामान्यतः विशिष्ट गुणों को बदलने के लिए अन्य रसायनों के अतिरिक्त मैग्नेशिया / एल्यूमिना संरचना के साथ। वे ब्लास्ट फर्नेस लाइनिंग में भी अधिक अनुप्रयोग पा रहे हैं, चूंकि यह उपयोग अभी भी दुर्लभ है।

संलयन तापमान के आधार पर

अपवर्तक सामग्री को संलयन तापमान (पिघलने बिंदु) के आधार पर तीन प्रकारों में वर्गीकृत किया जाता है।

  • सामान्य अपवर्तक में 1580–1780 डिग्री सेल्सियस का संलयन तापमान होता है (उदाहरण के लिए अग्नि मिट्टी)
  • उच्च अपवर्तक में 1780–2000 डिग्री सेल्सियस का संलयन तापमान होता है (जैसे क्रोमाइट)
  • सुपर रिफ्रैक्टरी का फ्यूज़न तापमान > 2000 °C होता है (जैसे जिरकोनिया)

अपवर्तकता पर आधारित

रिफ्रैक्टरीनेस रिफ्रैक्टरी के मल्टीफ़ेज़ का गुण है जो लोड के बिना उच्च तापमान पर विशिष्ट नरमी की डिग्री तक पहुंचता है, और इसे पाइरोमेट्रिक शंकु समकक्ष (पीसीई) परीक्षण से मापा जाता है। रिफ्रैक्टरी को इस प्रकार वर्गीकृत किया गया है:[2]

  • सुपर ड्यूटी: 33-38 का पीसीई मूल्य
  • उच्च कर्तव्य: 30-33 का पीसीई मूल्य
  • इंटरमीडिएट ड्यूटी: 28-30 का पीसीई मूल्य
  • कम कर्तव्य: 19–28 का पीसीई मूल्य

तापीय चालकता के आधार पर

रिफ्रैक्टरी को तापीय चालकता के आधार पर वर्गीकृत किया जा सकता है जैसे या तो संचालन, गैर-चालन, या इन्सुलेटिंग। सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) और जिरकोनियम कार्बाइड (ZrC) कंडक्टिंग रिफ्रैक्टरी के उदाहरण हैं, जबकि सिलिका और एल्यूमिना नॉनकंडक्टिंग रीफ्रेक्ट्रीज के उदाहरण हैं। इन्सुलेट रिफ्रैक्टरी में कैल्शियम सिलिकेट सामग्री, काओलिनाइट और ज़िरकोनिया सम्मिलित हैं।

भट्ठी की दीवारों के माध्यम से गर्मी के क्षति की दर को कम करने के लिए इन्सुलेटिंग रिफ्रैक्टरी का उपयोग किया जाता है। तापीय चालकता को कम करने के लिए छोटे, समान छिद्रों की वांछित झरझरा संरचना के साथ, इन रिफ्रैक्टरी में उच्च स्तर की सरंध्रता के कारण कम तापीय चालकता होती है। इन्सुलेट रिफ्रैक्टरी को आगे चार प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है:[2]

  1. अनुप्रयोग तापमान ≤ 1100 डिग्री सेल्सियस के साथ गर्मी प्रतिरोधी इन्सुलेट सामग्री
  2. अनुप्रयोग तापमान के साथ रिफ्रैक्टरी सामग्री ≤ 1400 डिग्री सेल्सियस
  3. अनुप्रयोग तापमान ≤ 1700 डिग्री सेल्सियस के साथ उच्च रिफ्रैक्टरी सामग्री
  4. अनुप्रयोग तापमान ≤ 2000 डिग्री सेल्सियस के साथ अल्ट्रा-उच्च रिफ्रैक्टरी सामग्री

रिफ्रैक्टरी लंगर

सभी रिफ्रैक्टरी को एंकरेज सिस्टम की आवश्यकता होती है जैसे तार से बने एंकर, निर्मित धातु (उदाहरण के लिए, हेक्समेटल) या सिरेमिक टाइलें दुर्दम्य अस्तर का समर्थन करने के लिए। छतों और ऊर्ध्वाधर दीवारों पर रिफ्रैक्टरी के लिए उपयोग किए जाने वाले एंकरेज अधिक महत्वपूर्ण हैं क्योंकि उन्हें ऊंचे तापमान और ऑपरेटिंग परिस्थितियों में भी रिफ्रैक्टरी के वजन का समर्थन करने में सक्षम रहना चाहिए।

सामान्यतः प्रयोग किए जाने वाले एंकरेज में गोलाकार या आयताकार क्रॉस-सेक्शन होते हैं। सर्कुलर क्रॉस-सेक्शन का उपयोग कम मोटाई के दुर्दम्य के लिए किया जाता है और वे प्रति यूनिट क्षेत्र में कम वजन का समर्थन करते हैं; जबकि आयताकार क्रॉस-सेक्शन का उपयोग उच्च मोटाई वाले रिफ्रैक्टरी के लिए किया जाता है और प्रति इकाई क्षेत्र में रिफ्रैक्टरी के उच्च वजन का समर्थन कर सकता है। एंकरों की संख्या ऑपरेटिंग परिस्थितियों और अपवर्तक सामग्री पर निर्भर करती है। एंकर की सामग्री, आकार, मात्रा और आकार के चुनाव का रिफ्रैक्टरी के उपयोगी जीवन पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।

टुंडिश बोर्डों को धातु के एंकरों की आवश्यकता नहीं होती है, किन्तु वे विशेष रिफ्रैक्टरी पेस्ट और पाउडर द्वारा एक साथ फंस जाते हैं। अच्छा अभ्यास यह सुनिश्चित करने के लिए पेस्ट और पाउडर के संयोजन का उपयोग करना है कि सिस्टम लीक प्रूफ है और कास्टिंग की लंबी अवधि के समय स्वयं को एक साथ रखता है।

यह भी देखें

  • अग्नि ईंट
  • चिनाई ओवन
  • अपवर्तन (धातु विज्ञान)

संदर्भ

  1. ↑ Ailsa Allaby and Michael Allaby (1996). Concise Dictionary of Earth Sciences. Oxford Paperbacks Oxford University Press.
  2. ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 "Refractories and Classification of Refractories". IspatGuru. Retrieved 2020-03-06.
  3. ↑ ASTM Volume 15.01 Refractories; Activated Carbon, Advanced Ceramics
  4. ↑ "Refractory Materials for Flame Deflector Protection System Corrosion Control: Similar Industries and/or Launch Facilities Survey". NASA, January 2009
  5. ↑ "How cool are refractory materials?" (PDF). The Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 106 (September): 1–16. 2008. Retrieved 22 April 2016.
  6. ↑ Groover, Mikell P. (2010-01-07). Fundamentals of Modern Manufacturing: Materials, Processes, and Systems (in English). John Wiley & Sons. ISBN 9780470467008.
  7. ↑ Sonntag, Kiss, Banhidi, Weber (2009). "New Kiln Furniture Solutions for Technical Ceramics". Ceramic Forum International. 86 (4): 29–34.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  8. ↑ Roza, Greg (2009). zirconium (in English). The Rosen Publishing Group. ISBN 9781435850705.
  9. ↑ Hugh O. Pierson (1992). Handbook of chemical vapor deposition (CVD): principles, technology, and applications. William Andrew. pp. 206–. ISBN 978-0-8155-1300-1. Retrieved 22 April 2011.
  10. ↑ Hafnium Archived 11 August 2017 at the Wayback Machine, Los Alamos National Laboratory
  11. ↑ McGraw-Hill encyclopedia of science and technology: an international reference work in fifteen volumes including an index. McGraw-Hill. 1977. p. 360. ISBN 978-0-07-079590-7. Retrieved 22 April 2011.
  12. ↑ "हेफ़नियम". Encyclopædia Britannica. Encyclopædia Britannica, Inc. Retrieved 17 December 2010.
  13. ↑ 13.0 13.1 Alaa, Hussein. "Introduction to Refractories" (PDF). University of Technology - Iraq.
  14. ↑ "सटीक". Aluminum Oxide, Al2O3 Ceramic Properties. 2013. Retrieved November 22, 2014.
  15. ↑ Poluboiarinov, D. N. (1960). Vysokoglinozemistye keramicheskie i ogneupornye materialy. Moscow.{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link)
  16. ↑ "Magnesite Refractories". www.termorefractories.com. Retrieved 2020-03-06.
  17. ↑ "Dolomite brick and magnesia dolomite brick". www.ruizhirefractory.com. Retrieved 2020-03-06.
  18. ↑ "Chromite Refractories". termorefractories.com. Retrieved 2020-03-06.
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