دیرگدازها از جمله مواد اولیه‌ای هستند که در طبیعت یافت می‌شوند و همانند دیگر منابع طبیعی، منابعی محدود را در بر می‌گیرند. صنعت فولاد نیز یکی از عرصه‌هایی است که از دیرگدازهای دولومیتی بهره می‌برد. با این حال، دسترسی به منابع این دیرگدازها روز به روز دشوارتر می‌شود. بنابراین، ارائه جایگزین‌هایی که قابل دسترسی باشند و موثر باشند، همواره در اولویت تولیدکنندگان مواد نسوز است. دولومیت و محصولات فرآوری شده آن از جمله این جایگزین‌ها هستند که خوشبختانه، منابع آن به وفور در اکثر نقاط کشور یافت می‌شود. در این مقاله، علاوه بر بررسی کاربرد این محصولات در صنعت فولاد، به مکانیسم‌های مختلف خوردگی دیرگدازها در تجهیزات فولادسازی و پالایش آن می‌پردازیم. در ادامه، کاربرد این دیرگدازها در صنعت سیمان را نیز بررسی خواهیم کرد.
دولومیت، که حاوی حدود ۶۰ درصد کلسیم اکسید و ۴۰ درصد مگنزیم اکسید است، به عنوان یک دیرگداز مقاوم در برابر حرارت در فرآیندهای صنعتی، به خصوص در فولادسازی، استفاده می‌شود. این دیرگداز در مواجهه با سرباره‌ها و مذاب فلزی، استوار و پایدار از نظر ترمودینامیکی عمل می‌کند. با این حال، همچون سایر دیرگدازها، دولومیت نیز در مواجهه با چندین مکانیسم خوردگی، در اکثر موارد از هم پاشیدگی لایه‌های نسوز جلوگیری نمی‌کند.
درک مکانیسم‌های رفتار اکسیدهای جامد در دیرگدازهای دولومیتی، هنگام تماس با سرباره‌ها، بهبود خواص این دیرگدازها را فراهم می‌کند. این نوع دیرگداز برای لایه‌های نسوز مختلف کوره‌های آهک و دولومیتی، کوره‌های دوار سیمان، و سایر تجهیزات مورد استفاده در فرآیند تولید فولاد، مناسب است. همچنین، در فرآیند‌هایی مانند فسفرزدایی و سولفورزدایی، دیرگدازهای دولومیتی، عملکرد موثری دارند.
آجرهای دیرگداز دولومیتی برای استفاده در پاتیل‌های فولاد، کوره‌های مختلف، و فرآیندهای مختلف فولادسازی، از جمله فرآیندهای اکسیژن‌زدایی و گاززدایی، بکار می‌روند.
استفاده از دیرگدازهای دولومیتی باعث کاهش منبع تامین اکسیژن در مذاب فولاد و مقاومت بالا در برابر سرباره‌های قلیایی می‌شود. همچنین، این دیرگدازها اقتصادی بوده و عملکرد بالایی در فرآیندهای صنعتی دارند. اما باید به دقت به نقاط ضعف آنها مانند حساسیت به هیدراتاسیون در محیط‌های مرطوب توجه شود.
خوردگی دیرگدازها در واحدهای تولید فولاد یک فرایند پیچیده است که شامل فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی می‌شود. این فرآیندها ممکن است به طور مستقل یا در برخی موارد به صورت همزمان عمل کنند. خوردگی ناشی از واکنش‌های شیمیایی بین اجزای دولومیت و سرباره مایع اتفاق می‌افتد و می‌توان آن را به فرآیندهای اصلی زیر تقسیم کرد:
نفوذ: سرباره مایع از طریق تخلخل باز به نسوز نفوذ می‌کند.
انتشار: ذرات سرباره به دلیل حرکت تصادفی در مقیاس اتمی، در اثر حرارت منتشر می‌شوند.
انحلال: اجزای نسوز به طور مداوم در سرباره مایع حل می‌شوند.
فرسایش: سایش مواد متشکله نسوز به علت حرکت سرباره.
خوردگی را می‌توان به خوردگی فعال و غیرفعال تقسیم کرد. در خوردگی فعال، فازهای تشکیل شده به علت واکنش سرباره و نسوز، محلول و سپس جدا شده، مستقیماً منجر به تخریب دیرگداز می‌شود. در مقابل، خوردگی غیرفعال زمانی رخ می‌دهد که محصول واکنش محلول نیست یا تنها در حدودی در سرباره مایع حل می‌شود و گاهی می‌تواند یک لایه محافظ برای جلوگیری از خوردگی بیشتر ایجاد کند.
کارکرد آستر نسوز دولومائی به شدت به کیفیت دیرگداز، محل مصرف و فرآیند متالورژی بستگی دارد. بنابراین روند تخریب آستر نسوز به سه صورت زیر خلاصه می‌شود:
۱. سوختن فاز اتصال‌دهنده به دلیل تلاشی ریزساختار (برای اتصال کربن).
۲. فشارهای زیاد مکانیکی.
۳. واکنش‌های شیمیایی.
در فرایند تولید فولاد، واکنش‌های شیمیایی میان مواد نسوز مانند دولومایی و سرباره‌ها اتفاق می‌افتد که می‌تواند تأثیر زیادی بر روی عملکرد سیستم داشته باشد. این واکنش‌ها در تماس با سرباره‌ها، باعث تشکیل فازهای ترمودینامیکی پایدار می‌شود. عملکرد دولومایی در مقابل سرباره‌ها وابسته به عواملی مانند حضور آهک آزاد است. آهک آزاد، باعث افزایش مقاومت در برابر سرباره‌ها در دولومایی می‌شود، به‌ویژه در مواقعی که سرباره‌ها به طور کامل اشباع نشده باشند. این مقاومت بیشتر به دلیل تشکیل لایه‌های متراکم از آهک کریستالیزه و کلسیم سیلیکات‌ها در سطح داغ آجر ایجاد می‌شود.
همچنین، در مواقعی که سرباره‌ها دارای آهک کم و غنی از اکسیدهای سه ظرفیتی هستند، خوردگی اجزای دیرگداز دولومایی می‌تواند به دلیل تشکیل کلسیم آلومینات و کلسیم فریت‌های با نقطه ذوب پایین‌تر رخ دهد. این فرآیند منجر به افزایش فرسایش در حالت گرم می‌شود، که ممکن است در فرآیند تصفیه فولاد مایع تسریع شود. بررسی و فهم بهتر این واکنش‌های شیمیایی می‌تواند به بهبود عملکرد و کیفیت فرآیندهای تولید فولاد کمک کند.
خوردگی مستقیم دیرگدازهای دولومائی باند مستقیم و مگدول از طریق نفوذ سرباره از تخلخل‌های باز شروع می‌شود. عواملی مانند نفوذ پذیری ریزساختار نسوز، ویسکوزیته سرباره و درجه حرارت می‌توانند بر میزان نفوذ سرباره تأثیر بگذارند. واکنش آهک با اکسیدهای فلزی منجر به تشکیل دی کلسیم فریت و کلسیم آلومینات در سطوح داغ آجر می‌شود.
نسبت فازهای با نقطه ذوب بالا و پایین تازه تشکیل شده تنظیم‌کننده عمق نفوذ و مقاومت آجر در برابر سرباره است. کوتینگ سرباره در سطح داغ آجر، عمدتاً از دی کلسیم سیلیکات تشکیل شده و در هنگام سرد شدن به فازهای چندگانه ای تبدیل می‌شود.
تبدیل مونوکلینیک به اورتورمبیک پلی‌مورف با افزایش حجم همراه با تلاشی سرباره منجمد شده ایجاد می‌شود. ترک‌ها موازی با سطح داغ آجر، در مرز ناحیه نفوذ سرباره و ناحیه سالم ظاهر می‌شوند که منجر به تخریب ناگهانی لایه نسوز می‌شود.
عمر لایه نسوز به طور قابل توجهی می‌تواند با حفظ دما در بالاترین حد ممکن در طی توقف‌های فرآیند فولادسازی بهبود یابد. در مقایسه با آجرهای دولوما و مگدول باند مستقیم، در آجرهای باند کربنی نفوذ سرباره هنگامی رخ می‌دهد که پیوند کربنی تخریب شود.
تحلیل آماری رفتار خوردگی آجرهای دولومائی استفاده شده در کنورتورها و تجهیزات تصفیه فولاد، که شامل ترکیبات CaO – SiO2 – Fe2O3 – MgO بوده‌اند، به طور معمول نشان می‌دهد که میزان سایش به طور کلی با افزایش بازیسیته سرباره کاهش می‌یابد. افزایش Fe2O3 منجر به کاهش بازیسیته (۰٫۱ / C = S) و در نتیجه افزایش سایش شده است.
دولوما به عنوان جایگزینی با کیفیت و کارآمد برای استفاده در آستر نسوز شناخته می‌شود که عملکرد بالا و کاهش قابل توجه در هزینه‌ها را به دنبال دارد. علاوه بر این، دارای پتانسیل کاهش اکسیداسیون است و فرآیند گوگرد زدایی را تسهیل می‌کند. خواص شیمیایی و فیزیکی دولوما با روش‌های متالورژیکی از جمله سرباره‌های قلیایی سازگار است. با این حال، ممکن است خوردگی اجزای دولوما در سرباره‌هایی که حاوی مقدار کمی آهک و غنی از اکسیدهای سه‌گانه هستند، به دلیل تشکیل ترکیبات با نقطه ذوب کمتر از ۱۶۰۰ درجه سانتیگراد، افزایش یابد. با درک دقیق از مکانیزم‌های خوردگی از طریق مطالعات پس از تخریب، ترکیب شیمیایی سرباره و بهینه‌سازی فرآیند فولادسازی، می‌توان عمر لایه نسوز را به حداکثر ممکن افزایش داد.
