متطلبات المواد المقاومة للحرارة لأفران القوس الكهربائي واختيار المواد المقاومة للحرارة للجدران الجانبية!

المتطلبات العامة للمواد المقاومة للحرارة لأفران القوس الكهربائي هي:

(1) يجب أن تكون مقاومة الحرارة عالية. تتجاوز درجة حرارة القوس 4000 درجة مئوية، وتتراوح درجة حرارة تصنيع الفولاذ بين 1500 و1750 درجة مئوية، وقد تصل أحيانًا إلى 2000 درجة مئوية، لذا يجب أن تتمتع المواد المقاومة للحرارة بمقاومة حرارة عالية.

(2) يجب أن تكون درجة حرارة التليين عالية تحت الحمل. يعمل الفرن الكهربائي تحت ظروف حمل عالية الحرارة، ويجب أن يتحمل هيكل الفرن تآكل الفولاذ المنصهر، لذا يجب أن تتمتع المادة المقاومة للحرارة بدرجة حرارة تليين عالية تحت الحمل.

(3) يجب أن تكون قوة الضغط عالية. تتأثر بطانة الفرن الكهربائي بتأثير الشحنة أثناء الشحن، والضغط الساكن للفولاذ المنصهر أثناء الصهر، وتآكل تدفق الفولاذ أثناء الصب، والاهتزاز الميكانيكي أثناء التشغيل. لذلك، يجب أن تتمتع المادة المقاومة للحرارة بقوة ضغط عالية.

(4) يجب أن تكون الموصلية الحرارية منخفضة. لتقليل فقدان الحرارة في الفرن الكهربائي وتقليل استهلاك الطاقة، يجب أن تكون المادة المقاومة للحرارة ذات موصلية حرارية منخفضة، أي أن معامل الموصلية الحرارية يجب أن يكون صغيرًا.

(5) يجب أن يكون الاستقرار الحراري جيدًا. في غضون دقائق قليلة من بدء عملية الصب وحتى الشحن في فرن كهربائي، تنخفض درجة الحرارة بشكل حاد من حوالي 1600 درجة مئوية إلى أقل من 900 درجة مئوية، لذا يجب أن تتمتع المواد المقاومة للحرارة باستقرار حراري جيد.

(٦) مقاومة عالية للتآكل. أثناء عملية تصنيع الفولاذ، تُسبب الخبث وغازات الفرن والفولاذ المنصهر تأثيرات تآكل كيميائي قوية على المواد المقاومة للحرارة، لذا يجب أن تتمتع المواد المقاومة للحرارة بمقاومة جيدة للتآكل.

اختيار المواد المقاومة للحرارة للجدران الجانبية

تُستخدم طوب MgO-C عادةً لبناء الجدران الجانبية للأفران الكهربائية غير المزودة بجدران تبريد بالماء. وتتعرض البقع الساخنة وخطوط الخبث لأشد ظروف الخدمة قسوةً. فهي لا تتعرض للتآكل والتآكل الشديدين بفعل الفولاذ المنصهر والخبث فحسب، بل تتأثر ميكانيكيًا بشدة عند إضافة الخردة، وتتعرض أيضًا للإشعاع الحراري من القوس الكهربائي. لذلك، تُصنع هذه الأجزاء من طوب MgO-C بأداء ممتاز.

بالنسبة للجدران الجانبية للأفران الكهربائية المُبرَّدة بالماء، يزداد الحمل الحراري وتُصبح شروط الاستخدام أكثر صرامةً بفضل استخدام تقنية التبريد المائي. لذلك، يُفضَّل اختيار طوب MgO-C ذي مقاومة جيدة للخبث، وثبات حراري، وموصلية حرارية عالية. تتراوح نسبة الكربون فيه بين 10% و20%.

المواد المقاومة للحرارة للجدران الجانبية للأفران الكهربائية عالية الطاقة

تُبنى الجدران الجانبية لأفران الطاقة الكهربائية فائقة القدرة (UHP) في الغالب باستخدام طوب MgO-C، وتُبنى النقاط الساخنة وخطوط الخبث باستخدام طوب MgO-C عالي الأداء (مثل طوب MgO-C ذي مصفوفة كربون كاملة). يُحسّن هذا من عمر الخدمة بشكل ملحوظ.

على الرغم من انخفاض حمل جدار الفرن بفضل التحسينات في طرق تشغيل الفرن الكهربائي، إلا أنه لا يزال من الصعب على المواد المقاومة للحرارة إطالة عمر خدمة النقاط الساخنة عند التشغيل في ظروف صهر فرن UHP. لذلك، طُوّرت تقنية التبريد بالماء وطُبّقت. في الأفران الكهربائية التي تستخدم تقنية EBT tapping، تصل مساحة التبريد بالماء إلى 70%، مما يُقلل بشكل كبير من استخدام المواد المقاومة للحرارة. تتطلب تقنية التبريد بالماء الحديثة طوب MgO-C ذي موصلية حرارية جيدة. يُستخدم الأسفلت، وطوب المغنيسيا المرتبط بالراتنج، وطوب MgO-C (محتوى الكربون 5%-25%) لبناء الجدران الجانبية للفرن الكهربائي. وفي ظل ظروف الأكسدة الشديدة، تُضاف مضادات الأكسدة.

بالنسبة للمناطق الساخنة المتضررة بشدة من تفاعلات الأكسدة والاختزال، يتم استخدام الطوب MgO-C مع المغنيسيت المندمج البلوري الكبير كمواد خام، ومحتوى الكربون أكبر من 20٪، ومصفوفة الكربون الكاملة للبناء.

أحدث تطور في طوب MgO-C لأفران الضغط العالي للغاية هو استخدام الحرق على درجات حرارة عالية ثم التشريب بالإسفلت لإنتاج ما يسمى بطوب MgO-C المحروق المشبع بالإسفلت. وكما يتضح من الجدول 2، بالمقارنة مع الطوب غير المشبع، يزداد محتوى الكربون المتبقي في طوب MgO-C المحروق بعد التشريب بالإسفلت وإعادة الكربنة بنحو 1%، وتنخفض المسامية بنسبة 1%، كما تتحسن قوة الانحناء ومقاومة الضغط في درجات الحرارة العالية بشكل ملحوظ، مما يجعله يتمتع بمتانة عالية.

مواد المغنيسيوم المقاومة للحرارة للجدران الجانبية للفرن الكهربائي

تُصنف بطانات الأفران الكهربائية إلى قلوية وحمضية. تستخدم الأولى مواد قلوية مقاومة للحرارة (مثل المغنيسيا والمواد المقاومة للحرارة MgO-CaO)، بينما تستخدم الثانية طوب السيليكا ورمل الكوارتز والطين الأبيض، وغيرها.

ملاحظة: بالنسبة لمواد بطانة الفرن، تستخدم الأفران الكهربائية القلوية مواد حرارية قلوية، وتستخدم الأفران الكهربائية الحمضية مواد حرارية حمضية.