يؤدي استخدام نسبة تتراوح بين 5% و10% (كنسبة مئوية وزنية) من أكسيد الألومنيوم (Al2O3) في الجزء الأساسي من طوب الكربون/الجرافيت المستخدم في أفران الصهر (كتل الكربون) إلى تحسين مقاومة الحديد المنصهر للتآكل بشكل ملحوظ، وهو أحد تطبيقات طوب الكربون والألومنيوم في أنظمة صناعة الحديد. كما يُستخدم طوب الكربون والألومنيوم أيضًا في المعالجة الأولية للحديد المنصهر وفي أحواض الصب.
قوالب كربون الألومنيوم للمعالجة المسبقة للحديد المنصهر
تُستخدم قوالب كربيد السيليكون والألومنيوم بشكل أساسي في معدات نقل الحديد المنصهر، مثل خزانات الحديد المنصهر. مع ذلك، عند استخدام هذا النوع من المواد المقاومة للحرارة في خزانات الحديد المنصهر الكبيرة وخلاطات الحديد، وتعرضه لظروف تسخين وتبريد قاسية، يصبح عرضة للتشقق، مما يؤدي إلى تقشر بنيته. إضافةً إلى ذلك، نظرًا لأن قوالب Al2O3-SiC-C المستخدمة في خزانات الحديد المنصهر الكبيرة وخلاطات الحديد غالبًا ما تحتوي على نسبة كربون تصل إلى 15% وموصلية حرارية عالية تصل إلى 17-21 واط/(متر·كلفن) (عند 800 درجة مئوية)، فإن ذلك يؤدي إلى انخفاض درجة حرارة الحديد المنصهر وتشوه صفائح الحديد في خزانات الحديد المنصهر الكبيرة وعربات الخلط. يتمثل الحل في خفض الموصلية الحرارية عن طريق إزالة كربيد السيليكون، وهو عنصر ذو موصلية حرارية عالية، مع تقليل محتوى الجرافيت وتحسين نقائه.
من خلال البحث الأساسي، تم التوصل إلى الاستنتاج التالي:
(1) عندما يكون محتوى الجرافيت (النسبة الكتلية) في قوالب الألومنيوم الكربونية أقل من 10%، يتكون تركيبها من أكسيد الألومنيوم (Al2O3) الذي يشكل مصفوفة متصلة، ويملأ الكربون هذه المصفوفة على شكل نقاط نجمية. في هذه الحالة، يمكن حساب الموصلية الحرارية λ لقوالب الألومنيوم الكربونية تقريبًا باستخدام الصيغة (1).
في الصيغة، λa هي الموصلية الحرارية لأكسيد الألومنيوم (Al₂O₃)، وVc هي النسبة الحجمية للجرافيت. وهذا يُظهر أن الموصلية الحرارية لطوب الألومنيوم الكربوني لا علاقة لها بالموصلية الحرارية للجرافيت.
(2) عندما يتم تكرير الجرافيت، فإن الموصلية الحرارية لطوب الكربون الألومنيومي تعتمد بشكل أقل على جزيئات الجرافيت.
(3) بالنسبة للطوب المصنوع من الألومنيوم والكربون منخفض الكربون، عندما يتم تكرير الجرافيت، يمكن تشكيل مصفوفة ربط كثيفة، مما يمكن أن يحسن مقاومة التآكل للطوب المصنوع من الألومنيوم والكربون.
وهذا يدل على أن قوالب الكربون المصنوعة من الألومنيوم منخفض الكربون من النوع A يمكن أن تتكيف مع ظروف التشغيل لخزانات المعادن الساخنة الكبيرة وعربات خلط الحديد في نظام صناعة الحديد.
تاريخ النشر: 27 فبراير 2024
