ما هي المواد الحرارية؟

المواد الحرارية مغرفة هي مواد رئيسية تستخدم في عملية صناعة الصلب لحماية بطانة مغرفة وتحمل تآكل الفولاذ المنصهر ذات درجة الحرارة العالية. باعتبارها الحاوية الرئيسية لعقد ونقل الصلب المنصهر (من المحول / الفرن الكهربائي إلى الصب المستمر) ، تحتاج المواد الحرارية للمواد المميزة إلى أن تظل مستقرة في ظل الظروف الديناميكية الحرارية والكيميائية المتطرفة ، مع التكيف مع تأثير الصلب المنصهر المتكرر ، والتغيرات في درجة الحرارة والتفاعلات العنيفة في واجهة الخلف. فيما يلي المكونات الرئيسية ومتطلبات الأداء والتحديات الفنية للمواد الحرارية المغطاة:

ما هي مواد الحراريات مغرفة؟

تتكون المواد الحرارية مغرفة بشكل رئيسي من بطانة مغرفة ومنتجات وظيفية حرارية. تحتاج موادها الحرارية الداخلية إلى تحمل الظروف القاسية مثل التنقل والتآكل الكيميائي والصدمة الحرارية للصلب المنصهر بدرجة الحرارة العالية.

عادةً ما يتم تقسيم بطانة المغرفة إلى الأجزاء التالية وفقًا للمناطق المختلفة في اتصال مع الصلب المنصهر والمتطلبات الوظيفية:

طبقة دائمة (طبقة أمان):

المواد: الطوب عزل خفيف الوزن أو المنقارات الموصلية الحرارية المنخفضة (مثل الطين).

الوظيفة: العزل الحراري ، مما يقلل من درجة حرارة غلاف مغرفة وتقليل فقدان الحرارة.

طبقة العمل (اتصال مباشر مع الصلب المنصهر والخبث):

منطقة خط الخبث:

المواد: Magnesia Carbon Brick (MGO-C ، يحتوي على 10 ٪ ~ 20 ٪ الجرافيت).

الميزات: مقاومة عالية لتآكل الخبث (خاصة ضد الخبث القلوي) ، يوفر الجرافيت مقاومة الصدمة الحرارية وزيوت التشحيم.

منطقة الجدار:

المادة: لبنة الكربون من الألومنيوم (al₂o₃-mgo-c) أو ألومنيوم عالي التصلب (al₂o₃ 80 ٪).
الميزات: أرصدة مقاومة لتآكل الفولاذ المنصهر والتكلفة ، مناسبة للمناطق غير المقلدة.

المساحة السفلية:

المواد: طوب الألومنيوم العالي أو corundum castable (al₂o₃ 90 ٪).
الميزات: قوة ميكانيكية عالية ، مقاومة للضغط الثابت الصلب المنصهر وارتداء التأثير.

المكونات الوظيفية:

بوابة الانزلاق الحرارية:

المواد: مركب الكربون الزركونيوم الألومنيوم (al₂o₃-Zro₂-C) أو الكربون المغنيسيوم (MGO-C).

الوظيفة: التحكم بدقة في تدفق الفولاذ المنصهر ، وتحتاج إلى مقاومة تآكل درجة الحرارة العالية والصدمة الحرارية.

قابس تطهير:

المادة: corundum-spinel (al₂o₃-mgal₂o₄) أو المغنيسيوم (MGO).

الوظيفة: حرك الصلب المنصهر عن طريق نفخ الأرجون / النيتروجين ، ودرجة الحرارة الموحدة والتكوين ، والنفاذية العالية ومضادة الفصح.

بلوك حسنا:

المواد: عالية الألومنيوم أو الكربون المغنيسيوم.

الوظيفة: إصلاح البوابة وتحمل التأثير الميكانيكي لتدفق الصلب المنصهر.

متطلبات الأداء للمواد الحرارية مغرفة

• مقاومة تآكل الخبث: تحتاج منطقة خط الخبث في المغرفة إلى مقاومة التآكل الكيميائي للخبث العالي الأساس (Cao / sio₂> 2).
• مقاومة الصدمة الحرارية: تتقلب درجة الحرارة بشكل كبير أثناء دوران المغرفة (مثل تبريد مغرفة فارغة من 1600 درجة مئوية إلى درجة حرارة الغرفة) ، وتحتاج المادة إلى تجنب التكسير.
• قوة درجة الحرارة العالية: صمود الضغط الثابت من الفولاذ المنصهر (مثل الضغط السفلي لمغرفة 200 طن يصل إلى 0.3 ميجا باسا) وصدمة ميكانيكية.
• التلوث المنخفض: تجنب الشوائب في المواد الحرارية (مثل SIO₂) من التفاعل مع الصلب المنصهر والتأثير على نقاء الصلب.

تطور وتحديات تكنولوجيا المواد

تحسين طوب الكربون المغنيسيا

طوب الكربون في المغنيسيا التقليدية: الاعتماد على الجرافيت لتحسين مقاومة الصدمة الحرارية ، ولكن الجرافيت يتأكسد بسهولة (مضادات الأكسدة مثل AL و SI بحاجة إلى إضافة).

اتجاه الكربون المنخفض: تطوير طوب الكربون المغنيسي المنخفض الكربون (محتوى الجرافيت <8 ٪) ، واستبدل جزءًا من الجرافيت بالكربون النانوي (مثل الكربون الأسود) أو بنية الكربون المولدة في الموقع (مثل كربنة الراتنج) لتقليل مخاطر الأكسدة.

حماية البيئة وخالية من الكروم

مشكلة تلوث الكروم: يتم تقييد الطوب التقليدي للمغنيسيا-كروم (MGO-CR₂O₃) بسبب سرطان CR⁶⁺.

الحل البديل: استخدم مواد إسبنيل (mgal₂o₄) أو المواد المغنيسيوم-الكالسيوم (MGO-CAO) ، والتي هي مقاومة للخبث وصديقة للبيئة.

تمديد التطبيق القابل للتعبير

تقنية الصب المتكاملة: استخدم ألومينا-ماجنيسيا أو إسبنيل معلمين لاستبدال الأعمال التقليدية ، وتقليل تآكل المفصل وتوسيع عمر الخدمة.

المراكب ذاتية التسلية: يتم تحقيق البناء الخالي من الاهتزاز من خلال تحسين حجم الجسيمات ، مما يقلل من تكاليف العمالة.

أوضاع الفشل النموذجية للمواد الحرارية مغرفة

تآكل خط الخبث: يؤدي تغلغل الخبث إلى تكوين مراحل نقطة الصلة المنخفضة (مثل نظام CAO-MGO-SIO₂) على سطح طوب المغنيسيا والكربون ، ويقشر الهيكل.

الإجهاد الحراري: التغيرات المتكررة في درجة الحرارة تسبب توسيع microcracks داخل المادة ، وفي النهاية سفك الطبقات.

انسداد طوب الهواء: يتم إيداع الادراج في الصلب المنصهر (مثل al₂o₃) في ثقوب الهواء ، مما يؤثر على تأثير نفخ الأرجون.

تطبيق المواد الحرارية مغرفة:

صهر الفولاذ النظيف: استخدم طوب الهواء العالي من طراز Corundum (al₂o₃> 99 ٪) لتقليل إدخال الشوائب.

تصميم عمر طويل: تحسين التكلفة والحياة من خلال بنية التدرج (مثل طوب الكربون المغنيسيوم في منطقة خط الخبث وألوثيوم الألومنيوم من أجل جدار المغرفة).

المراقبة الذكية: استخدم الصور الحرارية بالأشعة تحت الحمراء أو تقنية الانبعاثات الصوتية لمراقبة حالة تآكل بطانة المغرفة في الوقت الفعلي.

المواد الحرارية مغرفة هي المواد الاستهلاكية الأساسية في عملية صناعة الصلب ، ويؤثر أدائها بشكل مباشر على جودة الصلب المنصهر وسلامة الإنتاج والتكلفة. بالمقارنة مع مواد الحراريات الغذائية ، تحتاج مواد المغرفة إلى تحمل وقت إقامة الصلب المنصهر أطول ، وردود فعل أكثر تعقيدًا من الفولاذ الخبث والأحمال الميكانيكية الأعلى. تشمل اتجاهات التطوير المستقبلية مواد منخفضة الكربون وصديقة للبيئة ، وتصميم عمر طويل وتكنولوجيا الصيانة الذكية. على سبيل المثال ، لا يمكن لتطبيق مواد المغنيسيوم-الكالسيوم والأمباع الخالية من الكربون تحسين مقاومة الخبث فحسب ، بل يفي أيضًا بمتطلبات التصنيع الأخضر.