الأنواع الرئيسية وتحليل أداء الطوب الحراري الثقيل لبطانات الأفران الكهربائية في صناعة تعدين المساحيق

يُعدّ الاختيار الرشيد للمواد الحرارية لبطانات الأفران الكهربائية في صناعة تعدين المساحيق أساسًا بالغ الأهمية لضمان التشغيل المستقر للمعدات وتحسين الكفاءة الحرارية. في تطبيقات الأفران الكهربائية لتعدين المساحيق، تُستخدم بشكل أساسي أنواع الطوب الحراري الثقيل كمواد للبطانات. تشمل الأنواع الشائعة الطوب الطيني، والطوب عالي الألومينا، وطوب الكوراندوم، وطوب السيليكا، وطوب المغنيسيا، وطوب المغنيسيا-الألومينا، ومنتجات كربيد السيليكون، ومنتجات الجرافيت الحرارية، ومواد الألومينا. تتميز المواد المختلفة بخصائص مختلفة من حيث مقاومة الحرارة، واستقرار الصدمات الحرارية، ومقاومة التآكل الكيميائي، مما يجعلها مناسبة لظروف التشغيل المختلفة.

الطوب الطيني: مادة حرارية أساسية واسعة الاستخدام

يُعدّ الطوب الطيني أحد أنواع الطوب الحراري الثقيل الأساسية الشائعة الاستخدام في الأفران الكهربائية لتعدين المساحيق.

يُصنع الطوب الطيني من الطين الحراري أو الكاولين كمادة خام رئيسية، ويتم تلبيده عند درجة حرارة 1300-1400 درجة مئوية، مع محتوى من أكسيد الألومنيوم (Al₂O₃) يتراوح عادةً بين 30% و40%. يتميز هذا النوع من المواد بمقاومة جيدة للتبريد والتسخين السريع، ومقاومة حرارية تتراوح بين 1610 و1750 درجة مئوية، ودرجة حرارة تشغيل قصوى تتراوح بين 1300 و1400 درجة مئوية.

تشمل التطبيقات النموذجية للطوب الطيني في الأفران الكهربائية جدران الفرن، وأسقف الفرن، وقيعان الفرن.

يمكنه مقاومة تآكل الخبث الحمضي، ولكنه ضعيف المقاومة للخبث القلوي. وهو عرضة للتآكل بفعل أول أكسيد الكربون والهيدروجين في الأجواء المتحكمة، كما أنه يشكل خطرًا للتآكل على أسلاك المقاومة المصنوعة من الحديد والكروم والألومنيوم، لذلك فهو غير مناسب كمادة لدعم أسلاك المقاومة.

الطوب عالي الألومينا: تحقيق التوازن بين مقاومة الحرارة ومقاومة التآكل

يشير الطوب عالي الألومينا إلى المواد الحرارية من سيليكات الألومنيوم التي تحتوي على نسبة من أكسيد الألومنيوم (Al₂O₃) تزيد عن 48%.

يستخدم هذا النوع من المواد البوكسيت عالي الألومينا كمادة خام، مع درجة حرارة حرق تبلغ حوالي 1500 درجة مئوية، ومقاومة حرارية تتراوح بين 1750 و1790 درجة مئوية، ودرجة حرارة بدء التليين تحت الحمل تتراوح بين 1420 و1500 درجة مئوية، ويتميز بمقاومة جيدة للتآكل الكيميائي.

يجب مراعاة خصائص الانكماش الناتجة عن إعادة الحرق للطوب عالي الألومينا بعناية عند استخدامه في بطانات الأفران عالية الحرارة. خاصةً الطوب عالي الألومينا الذي يحتوي على نسبة Al₂O₃ تتراوح من 60% إلى 75%، إذا كانت درجة حرارة الحرق غير كافية، فإنه يكون عرضة للانكماش بعد التشغيل طويل الأمد في درجات حرارة عالية، مما قد يتسبب في ترهل سقف الفرن أو تشوه الهيكل.

طوب الكوراندوم: مواد حرارية عالية الأداء مناسبة للأفران الكهربائية عالية الحرارة

طوب الكوراندوم هو مواد حرارية عالية الجودة بنسبة Al₂O₃ تزيد عن 98%. وفقًا لعمليات الإنتاج المختلفة، ينقسم طوب الكوراندوم بشكل أساسي إلى نوعين: طوب الكوراندوم المنصهر وطوب ألومينا الكوراندوم، والتي تتميز بمقاومة عالية للحرارة، ومقاومة جيدة للتآكل، واستقرار ممتاز للصدمات الحرارية.

طوب الكوراندوم المنصهر

يُصنع طوب الكوراندوم المنصهر من رمل الكوراندوم المنصهر كمادة خام رئيسية. يمكن أن تصل مقاومته للحرارة إلى 1950 درجة مئوية، وتبلغ درجة حرارة بدء التليين تحت الحمل حوالي 1770 درجة مئوية، ودرجة حرارة التشغيل 1800-1850 درجة مئوية، والكثافة 3.1-3.4 جم/سم³، ومقاومة الصدمات الحرارية حوالي 50 دورة. وهي مناسبة لأجزاء مثل أنابيب الأفران في أفران أسلاك الموليبدينوم عالية الحرارة.

طوب ألومينا الكوراندوم

يُصنع طوب ألومينا الكوراندوم عن طريق حرق ألومينا صناعية عالية النقاء كمادة خام. تتراوح درجة حرارة التشغيل طويلة الأمد عادةً بين 1750-1850 درجة مئوية، ويستخدم على نطاق واسع في بطانات الأفران الكهربائية عالية الحرارة، وأنابيب الأفران، والأفران عالية الحرارة.

طوب السيليكا: مواد حرارية حمضية ذات درجة حرارة عالية للتليين تحت الحمل

طوب السيليكا هو مواد حرارية عالية السيليكا مصنوعة من الكوارتزيت كمادة خام. عادةً ما يكون محتوى SiO₂ أعلى من 93%، ومقاومته للحرارة 1710-1730 درجة مئوية، ودرجة حرارة بدء التليين تحت الحمل قريبة من مقاومة الحرارة، وهي ميزة تقنية مهمة.

يتميز طوب السيليكا بمقاومة ضعيفة للصدمات الحرارية، ويجب التحكم في ظروف التشغيل بدقة أثناء الاستخدام. هذا النوع من المواد مناسب للأفران عالية الحرارة التي تعمل بشكل مستمر، ولكنه غير مناسب للأفران الكهربائية المتقطعة. طوب المغنيسيا وطوب المغنيسيا-الألومينا: مواد حرارية قلوية نموذجية

طوب المغنيسيا هو طوب حراري قلوي مصنوع من المغنيسيت المكلس كمادة خام. يتجاوز محتواه من أكسيد المغنيسيوم (MgO) 80%، وتصل مقاومته للحرارة إلى 2000 درجة مئوية، ويتميز بمقاومة جيدة للتآكل الناتج عن الخبث القلوي وأكسيد الحديد، ولكنه يعاني من ضعف في مقاومة الصدمات الحرارية. أما طوب المغنيسيا-الألومينا فيُحسّن الأداء العام من خلال دمج بنية المغنيسيوم-الألومنيوم الإسبينيل.

تتميز هذه المواد، التي تحتوي على 5% إلى 10% من أكسيد الألومنيوم (Al₂O₃) في تركيبتها، بمقاومة حرارية تصل إلى 2135 درجة مئوية، كما أن مقاومتها للصدمات الحرارية ودرجة حرارة التليين تحت الحمل تفوق مثيلاتها في طوب المغنيسيا العادي.

تتميز هذه المواد، مع إضافة 5%-10% من أكسيد الألومنيوم (Al₂O₃) إلى تركيبتها، بمقاومة حرارية تصل إلى 2135 درجة مئوية، كما أن مقاومتها للصدمات الحرارية ودرجة حرارة التليين تحت الحمل تتفوق على طوب المغنيسيا العادي، مما يجعلها مناسبة للظروف عالية الحرارة والتآكل الشديد.

منتجات كربيد السيليكون الحرارية: مواد ذات موصلية حرارية عالية وقوة عالية

تُصنع منتجات كربيد السيليكون الحرارية باستخدام كربيد السيليكون كمادة خام رئيسية. تتميز هذه المواد بقوة ميكانيكية عالية، ومقاومة ممتازة للتآكل، ومقاومة جيدة للتسخين والتبريد السريع، وموصلية حرارية وكهربائية عالية، مع نقطة تليين تحت الحمل تبلغ حوالي 1600 درجة مئوية.

يجب مراعاة مقاومة أكسدة مواد كربيد السيليكون عند درجات الحرارة العالية بعناية.

فهي عرضة للأكسدة فوق 1300 درجة مئوية وقد تتآكل بفعل الخبث القلوي. ويساعد التركيب الكثيف على تحسين مقاومتها للأكسدة.

منتجات الجرافيت الحرارية: مواد ذات مقاومة حرارية فائقة

تُصنع منتجات الجرافيت الحرارية باستخدام الجرافيت كمادة خام رئيسية. تتميز هذه المواد بمقاومة حرارية تصل إلى 3000 درجة مئوية، ودرجة حرارة تشغيل تبلغ حوالي 2000 درجة مئوية، ودرجة حرارة بدء التليين تحت الحمل تتراوح بين 1800 و1900 درجة مئوية، مما يجعلها مناسبة لظروف درجات الحرارة العالية للغاية.

مواد الألومينا: الجمع بين المقاومة الحرارية والعزل الحراري

تؤدي مواد الألومينا وظيفتي المقاومة الحرارية والعزل الحراري في أفران الصهر الكهربائية المستخدمة في تعدين المساحيق. تتميز بنقطة انصهار تبلغ 2015 درجة مئوية، وتُظهر استقرارًا كيميائيًا جيدًا في كل من الأجواء المؤكسدة والمختزلة بشدة، ويمكن استخدامها في ظل ظروف جوية مختلفة أقل من 1900 درجة مئوية.

تُستخدم مواد الألومينا بأشكال مختلفة في الأفران الكهربائية عالية الحرارة. فبالإضافة إلى استخدامها كبطانات للأفران، تُستخدم أيضًا بشكل شائع في أنابيب الأفران الكهربائية، ودروع اللهب، والبوتقات، وطبقات العزل، مما يلعب دورًا إيجابيًا في تحسين الكفاءة الحرارية للفرن. ويُعد الاختيار الأمثل للطوب الحراري عالي التحمل ضمانًا مهمًا للتشغيل الآمن والفعال لأفران الصهر الكهربائية المستخدمة في تعدين المساحيق.

في التطبيقات العملية، يجب تقييم خصائص أداء المواد الحرارية المختلفة بشكل شامل بالاقتران مع هيكل الفرن، ودرجة حرارة التشغيل، وجو الفرن، وظروف التآكل الكيميائي لتحقيق تشغيل مستقر طويل الأمد لهيكل بطانة الفرن.