تطبيق وتطوير المواد الحرارية غير المتبلورة في الصناعة المعدنية

مع التطور السريع لتكنولوجيا الصهر وصناعة الصلب، شهدت تكنولوجيا المواد الحرارية المعدنية ثورةً جديدة. أصبحت المواد الحرارية غير المتبلورة تدريجيًا مادةً مهمةً في الصناعة المعدنية، نظرًا لسهولة ميكنة وأتمتة إنتاجها، وإمكانية إطالة عمرها الافتراضي من خلال الإصلاح. في الدول الصناعية المتقدمة في الخارج، يصل معدل استخدامها إلى أكثر من 50%. ستستكشف هذه المقالة تطبيق وتطوير المواد الحرارية غير المتبلورة في الصناعة المعدنية.

تعريف وخصائص المواد الحرارية غير المتبلورة

تُصنع المواد الحرارية غير المتبلورة، المعروفة أيضًا باسم المواد الحرارية السائبة، من مواد خام، ومساحيق ناعمة، ومواد رابطة، ومضافات بنسب معينة. ويمكن استخدامها مباشرةً دون الحاجة إلى حرق. ومن أهم مميزاتها:

سهولة عملية التصنيع: سهولة الحصول على المواد الخام وانخفاض تكلفتها.

لدونة قوية: مقاومة حرارية عالية وثبات كيميائي، ويمكن تصنيعها مسبقًا على شكل كتل، وهي مناسبة للإنشاءات الميكانيكية.

سهلة الاستخدام: يمكن استخدامها مباشرة أو بعد الخلط.

العيوب: تدوم طويلًا في درجات حرارة منخفضة، وقوة تحمل منخفضة في درجات حرارة متوسطة، وسهلة التقشير بعد الاستخدام طويل الأمد في درجات حرارة عالية، وتتطلب تقنيات خبز عالية.

مزايا استخدام المواد الحرارية غير المُشكلة

تتميز المواد الحرارية غير المُشكلة بمزايا فريدة في صناعة المعادن، تتجلى بشكل رئيسي في الجوانب التالية:

مقاومة حرارية عالية: تتجاوز مقاومة الحرارة عادةً 1500 درجة مئوية، مما يُلبي متطلبات استخدام الأفران عالية الحرارة.

استهلاك منخفض للطاقة: لا حاجة لعملية الحرق، ويقل استهلاك الطاقة بمقدار 15-20 مرة عن استهلاك الطوب الحراري التقليدي.

كفاءة عالية: العملية مُبسطة، وكفاءة الإنتاج تزداد بمقدار 3-5 مرات.

سلامة ممتازة: هيكل داخلي محكم، وعمر خدمة طويل، وأداء إغلاق ممتاز.

التطبيقات المحددة

1. الاستخدام في أفران الصهر

تستخدم أفران الصهر التقليدية بطانات من الطوب الحراري، بينما تستخدم أفران الصهر الحديثة في الغالب طوبًا غير محترق من الألومنيوم الكربوني الملتصق بالراتنج. يستخدم جدار أفران الصهر الكبيرة المبرد بالماء كربيد السيليكون المصبوب، وتُملأ قاعدة الفرن وفواصل الطوب المحيطة به بمواد نيتريد السيليكون. تُستخدم مواد Al₂O₃-SiC-C وMullite SiC-C بشكل شائع كمواد حرارية غير مُشكلة في قنوات التفريز في أفران الصهر.

2. الاستخدام في المغارف

تُستبدل المواد الحرارية للمغارف تدريجيًا بمواد حرارية غير متبلورة بسبب ارتفاع درجة حرارة التفريز وزيادة مدة بقاء الفولاذ المنصهر. تُستخدم قوالب سبينيل Al₂O₃ على نطاق واسع في الجدران الجانبية للمغارف، وتتميز بمقاومة جيدة للتآكل. كما تُحسّن قوالب Al₂O₃-MgO، والقوالب الحرارية المصبوبة من الألومنيوم والمغنيسيوم والكربون، المُطوّرة في اليابان، من عمر خدمة المغارف.

3. الاستخدام في أفران التسخين

يُستخدم فرن التسخين لتسخين قضبان الفولاذ عند درجات حرارة عالية. يمكن استخدام القوالب أو البلاستيك في أسطح وبطانة الفرن. تُستخدم مواد بلاستيكية حرارية في بطانة أفران التسخين ذات العارضة المتحركة الكبيرة، ويمكن أن يصل عمر الخدمة إلى 12-15 عامًا. تُعدّ القوالب ذات الهيكل الطيني مناسبة لأفران التسخين ذات العارضة المتحركة في ورش الأسلاك عالية السرعة، وتتميز بسيولة عالية وأداء بناء ممتاز.

اتجاه التطوير

أصبحت نسبة المواد الحرارية غير المتبلورة في إجمالي المواد الحرارية مؤشرًا مهمًا على مستوى التطور التقني لصناعة المواد الحرارية في أي بلد. تشمل اتجاهات التطوير المستقبلية ما يلي:

تطوير المواد: من الأكاسيد الحمضية والمتعادلة إلى الأكاسيد القلوية والمواد المركبة، وتطوير مواد حرارية عالية الأداء ومتعددة الوظائف.

تطوير المواد المركبة: من الماء والمركبات إلى المواد اللامائية وعالية الكثافة، وتحسين الأداء العام للمادة.

الخلاصة

على الرغم من عيوب المواد الحرارية غير المتبلورة، إلا أنها تتمتع بمزايا كبيرة، وتُعد دعامة مهمة للتطوير عالي الجودة لصناعة المعادن الحديثة. مع التقدم التكنولوجي المستمر، ستعزز المواد الحرارية غير المتبلورة الجديدة التطور المتعمق لصناعة المعادن بأكملها.