البحث وتطبيق مواد صب عالية المتانة ومقاومة للتآكل في أبراج التحبيب في أفران الصهر

تُعدّ أبراج التحبيب في أفران الصهر معدات أساسية في صناعة الحديد لمعالجة الخبث المنصهر عالي الحرارة. يُبرّد الخبث المنصهر عالي الحرارة بسرعة بالماء لتكوين خبث مُحبّب، يُفصل بعد ذلك عن الخبث عبر خزان ترسيب، وخزان توزيع، وجهاز تجفيف أسطواني دوار، ليُحوّل في النهاية إلى خبث قابل لإعادة الاستخدام كمواد خام للأسمنت، مما يُحقق إعادة تدوير الموارد وتوفير الطاقة وخفض الانبعاثات.

نظرًا لارتفاع درجة الحرارة، والصدمات القوية، والتآكل الشديد في بيئة برج التحبيب، فإن متطلبات المواد المقاومة للتآكل عالية الحرارة المستخدمة في البطانة عالية للغاية. على الرغم من أن صفائح الفولاذ المصبوب التقليدية وصفائح الحديد الزهر تتميز بمتانة عالية، إلا أنها عرضة للأكسدة والتآكل في درجات الحرارة العالية، مما يؤدي إلى قصر عمر الخدمة وتكرار دورات الصيانة. لذلك، أصبحت القوالب المصبوبة المقاومة للتآكل تدريجيًا مادةً بديلةً مثاليةً لبطانات أبراج التحبيب.

أولًا: مزايا واتجاهات تطوير القوالب المصبوبة المقاومة للتآكل

مقارنةً بالبطانات المعدنية، تتميز القوالب المصبوبة المقاومة للتآكل بمزايا مثل بساطة البناء، والمتانة العالية، ومقاومة التآكل القوية، وعمر الخدمة الطويل. أثناء عملية البناء، تُوضع شبكة فولاذية ببساطة على سطح الفرن، ثم يُسكب القالب المصبوب المقاوم للتآكل أو يُوضع على البطانة لتشكيل طبقة كثيفة ومقاومة للتآكل.

ومع ذلك، لا تزال القوالب المصبوبة المقاومة للتآكل التقليدية تعاني من بعض المشاكل أثناء الاستخدام، مثل ضعف ثبات الصدمات الحرارية، وسهولة التآكل الموضعي، وانخفاض مقاومتها لدرجات الحرارة العالية. ولتحسين الأداء بشكل أكبر، طور فريق البحث نوعًا جديدًا من المواد المقاومة للتآكل في درجات الحرارة العالية باستخدام كوراندوم الكروم كمادة خام رئيسية، بهدف تحسين العمر الافتراضي الكلي والاستقرار التشغيلي لبطانة الفرن بشكل كبير.

ثانيًا: المواد الخام وتصميم تركيبة الصب المقاوم للتآكل

يستخدم الصب المقاوم للتآكل الجديد كوروندوم الكروم المصهور كمواد خام رئيسية. يُنتج كوروندوم الكروم عن طريق صهر الألومينا وأكسيد الكروم في درجات حرارة عالية، مما يتميز بصلابة عالية ومتانة ممتازة ومقاومة ممتازة للتآكل.

يُضاف مسحوق كوروندوم الكروم، ومسحوق الألومينا المنشطة، ومسحوق أكسيد الكروم، والأسمنت عالي الألومينا إلى المادة الخام، مع إضافة عامل اختزال للماء لتحسين السيولة. بتعديل نسبة مسحوق الألومينا الدقيق إلى الأسمنت، يحافظ الصب المقاوم للتآكل على قوة عالية مع قابلية تشغيل وكثافة جيدتين.

بعد الخلط، والتقليب، والصب، والمعالجة، والحرق، خضعت العينات لاختبارات الأداء، بما في ذلك مؤشرات مثل الكثافة الظاهرية، والمسامية الظاهرية، وقوة الانحناء، وقوة الضغط، للتحقق من الأداء الشامل للمادة الجديدة المقاومة للتآكل في درجات الحرارة العالية.

ثالثًا: تحليل الأداء والنتائج

1. أداء الإنشاء

يتميز هذا النوع الجديد من الخرسانة المصبوبة المقاومة للتآكل بانسيابية جيدة، مما يلبي متطلبات الإنشاء في الموقع. يُحسّن مزيج مسحوق الألومينا الدقيق وعامل اختزال الماء تجانس الملاط، مما ينتج عنه عملية صب سلسة دون أي فصل ملحوظ وكفاءة بناء عالية.

2. أداء درجة حرارة الغرفة

بعد المعالجة الحرارية، تزداد الكثافة الظاهرية للمادة بشكل ملحوظ، وتنخفض مساميتها، ويصبح هيكلها أكثر تماسكًا. مع زيادة مسحوق الألومينا الدقيق، تزداد قوة الضغط والانثناء للخرسانة المصبوبة المقاومة للتآكل في آن واحد، وتتفوق خصائصها الميكانيكية العامة على الخرسانات المصبوبة العادية.

3. أداء درجات الحرارة العالية

عند درجة حرارة 600 درجة مئوية، تتحسن قوة تحمل درجات الحرارة العالية ومقاومة التآكل للخرسانة المصبوبة المقاومة للتآكل بشكل أكبر. يُشكّل كوراندوم الكروم والأسمنت عالي الألومينا أطوارًا بلورية من أكسيد الألومنيوم (CA) وألفا-ألومنيوم (α-Al₂O₃) عند درجات حرارة عالية، مما يُعزز ثبات المادة الهيكلي في درجات الحرارة العالية ويجعلها مادة عالية الأداء ومقاومة للتآكل.

رابعًا: نتائج التطبيق العملي

استُخدمت هذه المادة المصبوبة المقاومة للتآكل في برج التحبيب في فرن الصهر. أثناء البناء، أظهرت المادة سيولة جيدة وقوة التصاق قوية، مما أدى إلى بطانة فرن كثيفة خالية من التشققات بعد التشكيل. بعد التشغيل طويل الأمد، أظهر سطح بطانة الفرن تآكلًا طفيفًا، دون تقشير أو تلف هيكلي.

مقارنةً بالصفائح المعدنية التقليدية، فإن عمر خدمة المادة المصبوبة المقاومة للتآكل يتضاعف عدة مرات، وينخفض تكرار الصيانة بشكل كبير، وينخفض تكاليف الصيانة بشكل كبير، مما يوفر ضمانًا موثوقًا به لاستقرار تشغيل نظام فرن الصهر.

خامسًا: الخاتمة

باستخدام كوراندوم الكروم كمادة خام رئيسية، وتحسين نسبة التركيب، تم تطوير مادة صب جديدة مقاومة للتآكل، تتميز بقوة عالية وكثافة عالية ومقاومة ممتازة للتآكل.

خامسًا: الخاتمة

باستخدام كوراندوم الكروم كمادة خام رئيسية، وتحسين نسبة التركيب، تم تطوير مادة صب جديدة مقاومة للتآكل، تتميز بقوة وكثافة عاليتين، ومقاومة ممتازة للتآكل، مما يجعلها مادة متقدمة مقاومة للتآكل في درجات الحرارة العالية. تشمل مزاياها الرئيسية:

أداء بناء ممتاز وسهولة في التشغيل؛

قوة محسنة بشكل ملحوظ في درجات الحرارة العادية ودرجات الحرارة العالية؛

مقاومة قوية للتآكل والصدمات الحرارية؛

عمر خدمة طويل وتكاليف صيانة منخفضة.

يوفر الاستخدام الناجح لهذه المادة الجديدة المقاومة للتآكل في أبراج التحبيب في أفران الصهر دعمًا فنيًا مهمًا للتشغيل الموفر للطاقة والآمن والصديق للبيئة في صناعة المعادن، وله تطبيقات واسعة.