الإجابة المختصرة: تتلف طوبة المغنيسيا-كربون (MgO-C) في فرن القوس الكهربائي (EAF) بأربع طرق رئيسية: يذيب الخبث المغنيسيا، ويحرق أكسيد الحديد في الخبث الكربون، ويحرق الهواء وثاني أكسيد الكربون الكربون في المواضع التي لا يغطي فيها الخبث الجدار، كما تفقد الطوبة الكربون والمتانة بفعل تفاعلاتها الداخلية عند درجات الحرارة المرتفعة. لا تمنع مضادات الأكسدة، مثل الألومنيوم والسيليكون وكربيد السيليكون وكربيد البورون، هذه الهجمات، لكنها تبطئ فقدان الكربون وتساعد على تكوين طبقة كثيفة على السطح الساخن. ويعتمد المزيج المناسب على منطقة الفرن، لذا لا ينبغي استخدام تصميم طوبة خط الخبث نفسه للبقعة الساخنة أو للجدار الجانبي السفلي. ولمقارنة المورّدين، اطلب تصميم الطوبة لكل منطقة، وتقريرًا عن سطح القطع لطوبة مستعملة، والتكلفة لكل طن من الفولاذ، لا سعر الطوبة الواحدة.
1. لماذا أُعدّت هذه الورقة البيضاء
طُوّرت طوب المغنيسيا-كربون أولًا للبقع الساخنة في أفران القوس الكهربائي، ثم استُخدمت لاحقًا في المحوّلات في أواخر سبعينيات القرن الماضي. لذا فإن تاريخ هذه المادة الأطول يعود إلى أفران القوس الكهربائي. ولا تزال فرق المشتريات والهندسة تختلف حولها أكثر من أي مادة أخرى: هل الطوبة الأعلى محتوى من الغرافيت أفضل؟ هل يستحق كربيد البورون تكلفته؟ ولماذا دام عمر الطوبة من العلامة التجارية نفسها ضعف المدة في الفرن المجاور؟
نحن نصنع المواد الحرارية، ولذلك لدينا وجهة نظر. ونحاول أيضًا توضيح أي العبارات تستند إلى أبحاث منشورة وأيها تعكس قراءتنا الخاصة. وحيث لا تتوفر لدينا أرقام موثوقة، نصرّح بذلك ولا نختلق أرقامًا.
ستجد في هذه الورقة:
- الطرق الأربع التي تتآكل بها طوبة MgO-C في فرن القوس الكهربائي، بلغة واضحة؛
- وظيفة كل مضاد أكسدة، وأين قد يسبب مشكلات؛
- كيفية تخصيص الطوبة لكل منطقة من الفرن؛
- كيفية قراءة طوبة مستعملة، وما المعلومات التي ينبغي إرسالها إلى المورّد؛
- طريقة لحساب التكلفة لكل طن، و18 سؤالًا بإجابات مباشرة.
2. كيفية تصنيع طوبة مغنيسيا-كربون لفرن القوس الكهربائي
ثلاث وظائف، وثلاثة مكونات
إن طوبة MgO-C مجموعة من المواد، لكل منها وظيفة واحدة.
- تقاوم حبيبات المغنيسيا الخبث والحرارة، وهي تشكّل معظم الطوبة.
- الغرافيت لا تبتلله الخبث، وهو موصل جيد للحرارة وقليل التمدد. وهذا يمنع دخول الخبث ويساعد الطوبة على تحمّل التسخين والتبريد.
- تربط رابطة كربونية (عادةً من الراتنج) الطوب معًا، وتترك شبكة كربونية بعد التسخين الأول.
المشكلة هي أن الغرافيت يحترق. وكل ما في هذه الورقة نابع من ذلك.
النطاقات الواردة في المراجع
| البند | النطاق المعتاد | ملاحظة |
|---|---|---|
| محتوى الكربون في طوب MgO-C | من 8% إلى 30%، والأشيع من 10% إلى 20% | مرجع منشور لصناعة الفولاذ |
| إضافات مضادة للأكسدة | نحو 2% إلى 3% إجمالًا | الألومنيوم والسيليكون هما الأكثر شيوعًا |
| الغرافيت في أفران القوس الكهربائي التي تعمل على فترات متقطعة | غالبًا أعلى | في المواضع التي يتكرر فيها التسخين والتبريد |
| درجة حرارة التشغيل | أعلى من 1,500 °C | قد تتجاوز درجة حرارة خبث التكرير 1,650 °C |
| الركام الخشن | من 1 إلى 7 mm، وتشكل نحو 70% من الطوب | المصفوفة أدق، إذ يتراوح حجمها بين 50 و500 µm |
هذه قيم عامة مأخوذة من مراجعات منشورة، وليست مواصفات لأي فرن بعينه. ينبغي أن تستند أرقامك إلى ورقة بيانات المورّد وإلى بيانات فرنك نفسه.
مغنيسيا منصهرة أم ملبدة؟
يقارن جدول مرجعي منشور بين عينة واحدة من مغنيسيا مياه البحر المنصهرة (99.07% MgO، ومسامية ظاهرية 2.6%) وعينة واحدة من المغنيسيا الطبيعية الملبدة (95.46% MgO، ومسامية ظاهرية 8%). هذا مثال واحد وليس قاعدة، لكنه يوضح الاتجاه: تميل الحبيبات المنصهرة إلى أن تكون أنقى وأكثف، لذا تجد مسارات أقل يتغلغل منها الخبث. وتكتسب الشوائب مثل SiO2 وCaO في الحبيبات أهمية لأنها تكوِّن أطوارًا منخفضة الانصهار مع أكسيد الحديد.
في رأينا، ينبغي أن يتبع اختيار الحبيبات المنطقة. وسنعود إلى ذلك في جدول المناطق.
3. الطرق الأربع لتآكل طوب MgO-C في فرن القوس الكهربائي
1. يذيب الخبث المغنيسيا
يهاجم الخبث المغنيسيا بطريقتين. إذ تتغلغل السيليكا والجير في الحدود بين الحبيبات فتفككها. وينتشر أكسيد الحديد (FeO) داخل حبيبة المغنيسيا نفسها، مكوِّنًا محلولًا صلبًا من المغنيسيا وأكسيد الحديد ينصهر عند درجة حرارة أقل من درجة انصهار المغنيسيا النقية.
في دراسة مختبرية أُجريت عند 1,600 °C باستخدام خبث يحتوي على 25% من FeO، وُجد أن أشد التآكل يحدث عند قاعدية قدرها 0.5، بينما يكون التآكل ضئيلًا عند نحو 2.0 فما فوق. لذلك تؤثر ممارسات تشغيل الفرن وكيمياء الخبث بقدر تأثير الطوب. فقد يؤدي الطوب أداءً جيدًا مع خبث قاعدي مشبع بـ MgO، لكنه قد يتضرر بشدة عندما يصبح الخبث حمضيًا.
2. يحرق أكسيد الحديد الكربون من الداخل
عندما يتغلغل الخبث داخل الطوب، يتفاعل أكسيد الحديد مع الغرافيت، ويسلب التفاعل FeO + C → Fe + CO الكربون. يصبح الطوب مساميًا وضعيفًا، فيدخل المزيد من الخبث وتتسارع عملية التآكل. وتذكر مراجعة منشورة هذا التفاعل سببًا للهشاشة البنيوية في الطوب.
3. يحرق الهواء وثاني أكسيد الكربون الكربون في المواضع التي لا تغطيها الخبَث
لا يكون الوجه الساخن لجدار فرن القوس الكهربائي مغمورًا بالخبث دائمًا. ففي المواضع التي يتعرض فيها الطوب لهواء الفرن أو لثاني أكسيد الكربون، يحترق الكربون مباشرةً. وتشير الأبحاث المنشورة إلى حدوث الأكسدة المباشرة عند درجات حرارة تقل تقريبًا عن 1,400 °C، والأكسدة غير المباشرة بفعل المغنيسيا أو الخبث عند درجات حرارة أعلى من ذلك. ولهذا تحتاج الأجزاء السفلية من الجدران الجانبية والمناطق التي تكون مكشوفة غالبًا إلى مقاومة الأكسدة، حتى عندما يكون تآكل الخبث محدودًا.
4. يهاجم الطوب نفسه
عند درجات الحرارة العالية، قد يتفاعل المغنيسيا والكربون: MgO + C → Mg(gas) + CO(gas). في الظروف القياسية، يبدأ التفاعل عند نحو 1,850 °C. لكن في الطوب الفعلي، يمكن للغاز أن يتسرب عبر المسام، لذا قد يحدث التفاعل عند درجة حرارة أقل بكثير. ويفقد الطوب مادته من الداخل، فتكون النتيجة بنية ضعيفة ومسامية. وتشير الاختبارات المنشورة أيضًا إلى أن طحن المغنيسيا إلى حبيبات دقيقة جدًا (0.1 mm وما دون) يقلل هذا النوع من الضرر.
الدورات الحرارية والتآكل الميكانيكي
إضافةً إلى هذه الآليات الأربع، يتعرض طوب أفران القوس الكهربائي للتسخين والتبريد مرارًا، وترتطم به الخردة، ويغسله الفولاذ المتحرك. وتؤدي دورات التسخين إلى إضعاف البنية بمرور الوقت. وأظهرت دراسة منشورة عن المحولات أن تكرار التسخين فوق 1,500 °C والتبريد إلى ما دون 500 °C يمكن أن يحاكي الضرر الفعلي للطوب في المختبر. ويقل التآكل بفعل الفولاذ المتحرك كلما زادت مقاومة الطوب الساخن.
لماذا يعزز بعضها بعضًا
نادرًا ما تعمل آليات التآكل الأربع منفردة. يؤدي فقدان الكربون إلى فتح المسام. وتسمح المسام المفتوحة للخبث بالتغلغل. ويجلب الخبث مزيدًا من FeO. ويحرق المزيد من FeO مزيدًا من الكربون. إذا أردت تذكّر أمر واحد من هذا القسم، فليكن هذا: يتلف الطوب عادةً بسبب سلسلة من التفاعلات، لا بسبب عامل واحد. اقطع هذه السلسلة عند أضعف حلقاتها، وسيطول عمر الطوب كله.
4. أين يتآكل الطوب في الفرن
في كثير من الأفران، يستخدم الجدار العلوي ألواحًا مبردة بالماء، لذا يعمل الطوب أساسًا في الغلاف السفلي، وخط الخبث، والبقع الساخنة. تختلف التصميمات، لذا تحقق من تصميم فرنك (انظر حلول البطانة الحرارية لأفران القوس الكهربائي الشاملة لدينا).
| المنطقة | التهديد الرئيسي | كيف تبدو في الطوب المستعمل |
|---|---|---|
| بقعة ساخنة (الأقرب إلى الأقواس) | درجة حرارة عالية جدًا، وإشعاع القوس، وتآكل سريع بفعل الخبث | طوب متبقٍ رقيق، ووجه ساخن مزجج أو مغسول |
| خط الخبث | تآكل بفعل الخبث وFeO، وتغيّر مستوى الخبث | أخدود عند مستوى الخبث |
| الجدار الجانبي فوق الخبث أو تحته | الأكسدة بفعل الهواء وCO2، والدورات الحرارية | طبقة عميقة منزوعة الكربون، وتشققات موازية للوجه |
| جانب الشحن (تأثير الخردة) | ارتطام الخردة، والتسخين والتبريد | أوجه متكسرة أو متقشرة |
| منطقة الصب | تدفق الفولاذ، والتسخين المتكرر، والأكسدة | تآكل التجويف، وتشققات |
يعتمد الترتيب الدقيق للتآكل على تصميم فرنك، ومدخل الطاقة، وطريقة التعامل مع الخبث، ومزيج الخردة. لا نعطي رقمًا عامًا لعمر الخدمة. إذا أعطاك أحدهم رقمًا من دون تحديد الظروف، فتعامل معه بحذر.
5. ما تفعله مضادات الأكسدة وما لا تستطيع فعله
مضاد الأكسدة مادة تتفاعل مع الأكسجين برغبة أكبر من الغرافيت، أو تعترض طريق الأكسجين إلى داخل الطوبة. وهو يحمي الكربون، لكنه لا يحوّل الطوبة الرديئة إلى طوبة جيدة.
الألومنيوم
يتفاعل الألومنيوم مع أول أكسيد الكربون والكربون الموجود في الطوبة. وجدت دراسة مخبرية منشورة أُجريت في جو من الأرجون طورًا سائلًا يحتوي على الألومنيوم والمغنيسيوم عند درجات حرارة منخفضة، ثم كربيد الألومنيوم على هيئة صفائح رقيقة بعد نحو 850 °C. وفوق 1,000 °C يتفاعل كربيد الألومنيوم مع المغنيسيا ليكوّن سبينل ألومينات المغنيسيوم (MgAl2O4)، الذي يتوافق جيدًا مع كل من المغنيسيا والكربون. ويتمثل الأثر الإجمالي في ملء المسام وإبطاء وصول الأكسجين.
تنبيه (ملاحظة من ممارستنا): قد يتفاعل كربيد الألومنيوم مع الرطوبة. أبقِ الطوب جافًا أثناء التخزين والنقل.
السيليكون
يتفاعل السيليكون مع الكربون لتكوين كربيد السيليكون (Si + C → SiC). يملأ SiC المتكوّن حديثًا المسام ويحمي الغرافيت. وغالبًا ما يُستخدم مع الألومنيوم. وتشير المراجعات المنشورة إلى أن الألومنيوم والسيليكون هما أكثر مضادات الأكسدة استخدامًا لفعاليتهما وانخفاض تكلفتهما.
كربيد السيليكون (مضاف على شكل SiC)
يؤدي SiC المضاف على شكل مسحوق وظيفتين. فهو يقاوم الأكسدة بنفسه، ويملأ المسام. وتضيف الممارسات المنشورة في المحولات SiC إلى الحلق والمخروط، حيث تمثل الأكسدة في الطور الغازي مشكلة. ويناسب المنطق نفسه جدران الفرن التي لا يغطيها الخبث في كثير من الأحيان.
كربيد البورون
يتفاعل كربيد البورون مع أول أكسيد الكربون، ويكوّن أكسيد البورون السائل، الذي يتحد مع المغنيسيا ليعطي طورًا سائلًا من MgO-B2O3. تذكر المراجعات المنشورة أن هذا السائل يملأ المسام عند درجات الحرارة المتوسطة ويحد من وصول الهواء. وهذه هي ميزته.
تنبيه (استنتاجنا، وليس رقمًا منشورًا): قد يلين الطوب بسبب الطور السائل عندما يكون سطحه شديد السخونة. ننصح بالتحقق بعناية قبل استخدام كربيد البورون في أشد المناطق سخونة، وبطلب بيانات مقاومة الحرارة العالية من المورّد.
ما لا تستطيع مضادات الأكسدة فعله
- لا تمنع هذه المواد الخبث من إذابة المغنيسيا. لذلك تحتاج إلى حبيبات نقية وكثيفة وإدارة سليمة للخبث.
- لا تعالج هذه المواد التسخين الأولي السيئ. فالطوبة الرطبة أو المسخنة بسرعة ستتشقق مهما كانت مكوناتها.
- الكثير ليس دائمًا أفضل. فمضاد الأكسدة الذي يتفاعل مبكرًا جدًا أو يخلّف طورًا ضعيفًا قد يقلل من مقاومة الطوبة للحرارة العالية. تصميم الطوبة ككل أهم من أي مادة مضافة واحدة.
6. تكييف الطوبة لتناسب المنطقة
لا توجد طوبة واحدة هي الأفضل لأفران القوس الكهربائي. لكل منطقة في فرنك طوبتها الأنسب، وفقًا لخبثك وخردتك وطريقة تشغيلك.
| المنطقة | حبيبات المغنيسيا | الكربون | التوجّه بشأن مضاد الأكسدة (يُضبط حسب الحاجة) | لماذا |
|---|---|---|---|---|
| البقعة الساخنة | مغنيسيا منصهرة عالية النقاء ومنخفضة الشوائب | كمية كافية من الغرافيت لمقاومة الصدمة الحرارية، والنقاء مهم | مركبات أساسها الألومنيوم والسيليكون؛ تحقّق بعناية من أي استخدام لكربيد البورون | أعلى درجات الحرارة والتآكل السريع بالخبث |
| خط الخبث | مغنيسيا منصهرة عالية النقاء وكثيفة | من متوسط إلى مرتفع، مع حماية جيدة | الألومنيوم والسيليكون وSiC حيث يكون FeO مرتفعًا | تأثير FeO وتغيّر المستوى |
| الجزء السفلي من الجدار الجانبي | مغنيسيا منصهرة عالية الجودة أو ملبدة عالية الدرجة | متوسط، مع حماية قوية من الأكسدة | قد يفيد الألومنيوم والسيليكون وSiC وكربيد البورون في درجات الحرارة المتوسطة | يصل الهواء وثاني أكسيد الكربون إلى الطوبة |
| جانب الشحن (تأثير الخردة) | مصفوفة قوية ومتينة | يساعد الغرافيت الأعلى على مقاومة الصدمة الحرارية | معادن تزيد المتانة | الصدمات والصدمة الحرارية |
| منطقة الصب | كثيف وعالي النقاء ومشكّل وفق الرسم | متوسط | ملائم لتدفق الفولاذ ودورة التسخين | تدفق الفولاذ ودورات التسخين |
تشير «متوسط» و«أعلى» إلى مستويات نسبية ضمن نطاق الطوب الخاص بك. لا نحدد نسبًا ثابتة، لأن القيمة المناسبة تعتمد على الفرن وتركيبة المورّد.
ثلاث مفاضلات يجدر معرفتها
- يقلل الغرافيت الأعلى من خطر الصدمة الحرارية، لكنه يوفّر أيضًا مزيدًا من الكربون للأكسدة كي تحرقه. زيادة الكربون تستلزم حماية أفضل، لا مجرد كمية أكبر منه.
- المغنيسيا الأعلى نقاءً أغلى ثمنًا، لكنها غالبًا ما تحقق عائدًا في البقعة الساخنة وخط الخبث، حيث يؤدي تآكل الخبث إلى الفقد. أما في الجدار الجانبي، فقد لا تبرر الوفورات ذلك.
- تعزز مضادات الأكسدة المعدنية متانة الطوبة، لكنها قد تزيد التكلفة ومتطلبات المناولة. استخدمها حيث تكون فعالة، لا في كل المواضع.
ما تحتاجه منا لتصميم مخصص
كلما زادت المعلومات التي ترسلها، كان التصميم الأولي أدق:
- نوع الفرن وسعته وقدرته والوقت بين الصبات؛
- مخطط البطانة وسُمك الطوب حسب المنطقة؛
- مزيج الخردة وأي حديد مختزل مباشر أو حديد منصهر؛
- ممارسات الخبث (القاعدية، وإضافة MgO، والرغوة، ونطاق FeO)؛
- الطوبة الحالية، عمرها بعدد الصهرات وكيفية تعطلها، حسب المنطقة؛
- صور للطوب المستعمل والفرن أثناء التشغيل.
7. قراءة طوبة مستعملة: تحليل من 4 خطوات
الطوبة المستعملة تقرير اختبار مجاني. إليك طريقة قراءته.
الخطوة 1. صوّر الوجه الساخن أولًا
التقط صورًا قبل قطع الطوبة أو تنظيفها. دوّن المنطقة والموضع وعدد الصهرات.
الخطوة 2. اقطع عبر السُمك
اقطع من الوجه الساخن إلى الوجه البارد، وافحص سطح القطع.
الخطوة 3. قِس الطبقات
سجّل سُمك كل طبقة بدءًا من الوجه الساخن، بالملليمتر: الطبقة المغطاة بالخبث، الطبقة الكثيفة، الطبقة الخالية من الكربون، واللب غير المتأثر.
الخطوة 4. اتخذ القرار
| ما تراه | المعنى المرجح | ما الذي سنفحصه |
|---|---|---|
| طبقة سميكة مسامية خالية من الكربون | الأكسدة هي السبب الرئيسي | نظام مضادات الأكسدة، والتخزين والتسخين، وغطاء الخبث |
| تغلغل الخبث عميقًا، والحبيبات مستديرة | هجوم الخبث هو السبب الرئيسي | نقاء المغنيسيا وكثافتها، وقلوية الخبث وFeO |
| طبقة كثيفة ورقيقة على الوجه الساخن | تكوّنت طبقة واقية وظلت ثابتة | حافظ على التركيبة، وتحقق من ثبات التسخين والممارسات |
| تشققات موازية للوجه الساخن | التناوب الحراري أو التسخين السريع | مستوى الغرافيت، ومنحنى التسخين، وممارسات تشغيل الطاقة |
| أخدود تآكل عند مستوى الخبث | تآكل خط الخبث مع تغيّر مستواه | درجة الطوبة عند ذلك الخط، والتحكم في مستوى الخبث |
| ترسّب أبيض ناعم على الوجه البارد | تسرّب بخار المغنيسيوم وإعادة أكسدته (تشير أبحاث مخبرية منشورة إلى وجود شعيرات دقيقة من MgO على الوجه البارد) | قراءتنا: افحص الكثافة وتوازن الكربون |
ما الذي يمكن أن تضيفه الاختبارات
ابدأ بأدوات بسيطة
تخبرك الصور والمسطرة والمجهر الضوئي بالكثير. ويمكن تحديد الكثافة الظاهرية والمسامية الظاهرية للطوبة غير المستعملة باستخدام اختبارات قياسية.
ثم أضف الأجهزة عند الحاجة إليها
يُظهر المجهر الإلكتروني الماسح المزود بتحليل العناصر (SEM/EDS) أي طور يحتوي على أي عنصر. ويحدد حيود الأشعة السينية (XRD) الأطوار البلورية، مثل الإسبينيل أو كربيد السيليكون.
لا تبالغ في الاستنتاج من طوبة واحدة
قد تكون الطوبة الواحدة مضللة. قارنها بطوبة غير مستعملة من الدفعة نفسها، وبطوبة مستعملة أخرى من المنطقة نفسها.
8. حساب التكلفة لكل طن من الفولاذ
قد تكون تكلفة الطوبة الأقل سعرًا أعلى لكل طن إذا صمدت لعدد أقل من الصهرات.
تكلفة التبطين لكل طن = (سعر الطوب + التركيب + تكلفة الإصلاح والتوقف) / (عدد الصهرات × الأطنان لكل صهرة)
مثال بأرقام افتراضية للتوضيح فقط:
| المعيار | الطوبة A | الطوبة B |
|---|---|---|
| تكلفة تبطين المنطقة (وحدة) | 1,000 | 1,350 |
| عدد الصهرات المنجزة | 400 | 650 |
| الأطنان لكل صهرة | 100 | 100 |
| التكلفة لكل طن (وحدة) | 0.025 | 0.021 |
في هذه الحالة الافتراضية، تتفوق الطوبة الأعلى سعرًا. أضف سطرين آخرين من سجلاتك: تكلفة كل توقف غير مخطط له، وأي إصلاح إضافي لتلك المنطقة. قد تتجاوز تكلفة التوقف غير المخطط له تكلفة الطوب.
9. ستة فحوصات قبل الطلب
| اسأل | لماذا | تبدو الإجابة الجيدة هكذا |
|---|---|---|
| هل تُصمَّم الطوبة حسب المنطقة؟ | لا تناسب طوبة واحدة كل المناطق | قائمة بالدرجات المناسبة لكل منطقة، مع السبب |
| ما نوع حبيبات المغنيسيا، وما محتواها من MgO وSiO2 وCaO؟ | تخفض الشوائب نقطة الانصهار | أرقام من ورقة البيانات، مع طريقة الاختبار |
| ما مضادات الأكسدة، وما المنطق وراء استخدامها؟ | لتجنب الوصفات المنسوخة | سبب مرتبط بمنطقتك والخبث |
| كيف يكون أداؤها في اختبار الأكسدة؟ | لمعرفة فقدان الكربون في اختبار قابل للتكرار | نتيجة اختبار موثقة بالطريقة والظروف |
| هل يمكنني رؤية سطح القطع لطوبة مستعملة؟ | تقرير الاختبار الفعلي | صور وسماكات الطبقات بالملليمتر |
| كم عدد الصهرات في فرن مشابه؟ | لتحديد هدف واقعي | نطاق يعتمد على الظروف، لا رقم مثالي واحد |
10. كيف تعمل YK Chanshine مع فرق أفران القوس الكهربائي
نصنع طوب المغنيسيا-الكربون ومواد حرارية أخرى لمصانع الصلب في منشآتنا التصنيعية الداخلية. وإجراءاتنا في مشروع فرن القوس الكهربائي بسيطة:
- ترسل بيانات الفرن وممارسات الخبث وصور الطوب المستخدم.
- نحلل نمط التآكل معك، منطقةً بمنطقة.
- نقترح تصميمًا للطوب لكل منطقة، ونوضح ما الذي سنغيّره والسبب.
- نوثّق تعليمات التخزين والتركيب والتسخين كتابةً.
- بعد التجربة، نفحص الطوب المستخدم معًا ونجري التعديلات.
11. الأسئلة الشائعة (FAQ)
فيمَ تُستخدم طوب المغنيسيا-الكربون في فرن القوس الكهربائي؟
تُبطّن هذه الطوب أجزاء الفرن التي تتعرض لأقسى الظروف: البقع الساخنة قرب الأقطاب، وخط الخبث، وأجزاء من الجدار الجانبي السفلي. وهي تجمع بين مقاومة المغنيسيا للخبث والتوصيل الحراري للغرافيت وقدرته على طرد الخبث.
لماذا تتآكل طوب MgO-C في أفران القوس الكهربائي؟
هناك أربعة أسباب رئيسية: يذيب الخبث المغنيسيا، ويحرق أكسيد الحديد الكربون من الداخل، ويحرق الهواء وCO2 الكربون في المواضع التي لا يغطي فيها الخبث جدار الفرن، وقد تتفاعل الطوبة مع نفسها عند درجات الحرارة العالية. كما تزيد دورات التسخين واصطدام الخردة من التلف.
ما نسبة الكربون التي ينبغي أن تحتوي عليها طوبة فرن القوس الكهربائي؟
تورد المراجعات المنشورة نطاقًا واسعًا يتراوح بين نحو 8% و30%، مع شيوع نسبة 10% إلى 20%. تساعد نسبة الكربون الأعلى على مقاومة الصدمة الحرارية، لكنها تتطلب حماية أفضل من الأكسدة. وتعتمد النسبة المناسبة على المنطقة وممارساتك، لذا اطلب توضيح أسس التصميم، لا مجرد رقم.
ما دور مضادات الأكسدة في طوب MgO-C؟
تحمي هذه المواد الكربون. إذ تتفاعل المعادن مثل الألومنيوم والسيليكون، والمركبات مثل كربيد البورون، مع الأكسجين أو أول أكسيد الكربون، فتكوّن نواتج تملأ المسام وتبطئ نفاذ الأكسجين. لكنها لا تمنع الخبث من إذابة المغنيسيا.
ما وظيفة الألومنيوم في طوبة MgO-C؟
يتفاعل الألومنيوم مع الكربون والغاز داخل الطوبة ليكوّن كربيد الألومنيوم. وعند درجات حرارة تتجاوز نحو 1,000 °C، يتفاعل الكربيد مع المغنيسيا ليكوّن السبينل. ويملأ السبينل والنواتج الأخرى المسام. حافظ على جفاف الطوب، لأن كربيد الألومنيوم قد يتفاعل مع الرطوبة.
ما وظيفة السيليكون في طوبة MgO-C؟
يتفاعل السيليكون مع الكربون ليكوّن كربيد السيليكون، الذي يملأ المسام ويحمي الغرافيت. ويُستخدم السيليكون على نطاق واسع مع الألومنيوم لأنه فعّال وأقل تكلفة من كثير من البدائل.
هل يستحق كربيد البورون التكلفة الإضافية؟
قد يكون ذلك مجديًا في المناطق التي يصل فيها الهواء إلى الطوبة عند درجات حرارة متوسطة، لأنه يُكوّن طورًا سائلاً يسد المسام. أما في أشد المناطق حرارة، فقد يؤدي الطور السائل إلى تليين الطوبة؛ لذا اطلب من المورد بيانات مقاومة الحرارة وتقريرًا عن الطوبة المستعملة.
ما الطبقة منزوعة الكربون؟
هي الطبقة من الطوبة المستعملة التي احترق منها الكربون. وهي مسامية وضعيفة، لذا يمكن للخبث أن يتغلغل فيها وقد تنفصل عن الطوبة. ويُعد سمكها بالملليمترات، مقاسًا من السطح الساخن، من أكثر الأرقام فائدةً التي يمكن الحصول عليها من طوبة مستعملة.
ما الطبقة الكثيفة الموجودة على السطح الساخن للطوبة المستعملة؟
عند درجات الحرارة العالية، قد تتكوّن على السطح الساخن طبقة كثيفة من المغنيسيا أو من المغنيسيا مع الإسبينيل. وهي تُبطئ المزيد من الأكسدة ودخول الخبث. إذا أظهرت طوباتك المستعملة هذه الطبقة وظلت ثابتة في مكانها، فمن المرجح أن وصفتك وممارساتك تعملان بتناغم.
هل أختار المغنيسيا المصهورة أم الملبدة لطوبة فرن القوس الكهربائي؟
عادةً ما يكون المغنيسيا المصهورة أنقى وأكثف، وغالبًا ما تناسب البقعة الساخنة وخط الخبث. وقد تكفي الأنواع الجيدة الملبدة للمناطق الأقل تعرضًا للظروف القاسية. افحص نسب MgO وSiO2 وCaO والمسامية في ورقة البيانات، وقارن التكلفة لكل طن، لا سعر الطوبة.
كيف تؤثر قاعدية الخبث في تآكل الطوبة؟
وجدت دراسة مخبرية عند 1,600 °C وبوجود 25% من FeO أن أشد التآكل يحدث عند قاعدية منخفضة (0.5)، وأن التآكل يكون ضئيلاً جدًا عند نحو 2.0 فما فوق. الأفران الفعلية أكثر تعقيدًا، لكن الرسالة واضحة: يجب تحديد ممارسات الخبث واختيار الطوبة معًا.
لماذا تدوم الطوبة نفسها مدة أطول في فرن مقارنةً بآخر؟
يؤثر تصميم الفرن، ومدخلات الطاقة، ومزيج الخردة، وممارسات الخبث، وروتين التسخين، والوقت بين النقرات في مقدار الجهد الذي تتحمله الطوبة. قارن بين الأفران ذات الظروف المتشابهة، أو اطلب من المورد توضيح الظروف التي يستند إليها أي تقدير للعمر التشغيلي.
كيف ينبغي تخزين طوب MgO-C؟
احفظها جافة وبعيدة عن الأرض، واحمها من المطر والهواء الرطب. فقد تضر الرطوبة برابطة الراتنج وبعض مضادات الأكسدة. افحص العبوة عند الاستلام، ولا تكدّسها بما يتجاوز ما صُمّمت المنصة النقالة لتحمله.
كيف ينبغي تسخين بطانة فرن القوس الكهربائي الجديدة؟
اتبع منحنى التسخين المكتوب الذي يحدده المورد، وحافظ على فترة التثبيت البطيء عند درجة حرارة منخفضة للسماح للمواد المتطايرة بالخروج. قد يؤدي التسخين السريع جدًا إلى تشققات وتقشّر. وقد يفسد التسخين الأولي السيئ وصفةً جيدة.
كيف أعرف ما إذا كانت الأكسدة أم تآكل الخبث هو السبب الرئيسي للتآكل؟
اقطع طوبة مستعملة وقِس الطبقات. تشير الطبقة السميكة المسامية والخالية من الكربون إلى الأكسدة. ويشير وجود الخبث في عمق الطوبة مع حبيبات مستديرة إلى تآكل بفعل الخبث. غالبًا ما تلاحظ الأمرين معًا، وتُظهر الأعماق المقاسة أيهما هو العامل الأبرز.
هل يمكنكم تصميم طوب MgO-C خصيصًا لفرني؟
نعم. أرسل نوع الفرن وسعته، ورسم البطانة، وممارسات الخبث، ومزيج الخردة، ونوع الطوب المستخدم حاليًا وعمره الافتراضي في كل منطقة، وصورًا للطوب المستهلك. وسنرد عليك بمقترح موزع حسب المناطق مع توضيح الأسباب.
ما المعلومات التي ينبغي إرسالها للمراجعة الفنية أو طلب عرض سعر؟
أرسل بيانات الفرن، ورسم البطانة موزعًا حسب المناطق، وممارسات الخبث، ونوع الطوب المستخدم حاليًا وعمره الافتراضي بعدد الصهارات، وصورًا للطوب المستهلك، والهدف الذي ترغب في بلوغه. وتفيد كثيرًا صور المقطع المقطوع مع مسطرة.
كيف أحسب تكلفة بطانة فرن القوس الكهربائي لكل طن؟
أضف تكلفة الطوب والتركيب والإصلاح أو التوقف للمنطقة، ثم اقسم الناتج على عدد الصهارات مضروبًا في الأطنان لكل صهارة. استخدم سجلاتك الخاصة لحساب تكلفة التوقف. غالبًا ما تكون تكلفة الطوب الأغلى أقل لكل طن إذا استمر مدة أطول.
12. المصادر المرجعية
تستند المعلومات المنشورة في هذه الورقة إلى المصادر التالية. وقد وُضعت أحكامنا الخاصة بوضوح في النص.
- حراريات المغنيسيا-الكربون، Ispatguru
- حراريات المغنيسيا-الكربون للمحولات، التقرير الفني لشركة Nippon Steel رقم 125، 2020
- كيمياء التفاعلات وتطور البنية المجهرية لحراريات MgO-C المحتوية على مضادات أكسدة معدنية، Guha وSmith، 2006
- تأثير قاعدية الخبث وتركيبه على حراريات المغنيسيا-الكربون في ConArc خلال مرحلة النفخ، A. Muller، مجلة معهد جنوب أفريقيا للتعدين والمعادن، 2011
- حلول أنظمة أفران القوس الكهربائي: حلول متكاملة لبطانات أفران القوس الكهربائي الحرارية
- منتج بطانة العمل: طوب MgO-C عالي النقاء لأفران القوس الكهربائي والمغارف ومحولات BOF
- حراريات قاع الفرن وفتحة الصب اللامركزية (EBT): خلطة الدك الجافة لفرن القوس الكهربائي وأنظمة فتحة الصب اللامركزية (EBT)
- دراسة هندسية ذات صلة: تآكل فتحة الصب في محول BOF: الأسباب والتدابير المضادة
13. تحدث إلينا عن بطانة فرن القوس الكهربائي لديك
أخبرنا ببيانات فرنك، وممارسات الخبث، ونوع الطوب المستخدم حاليًا وعمره الافتراضي في كل منطقة. وسنرد عليك برأي فني.
البريد الإلكتروني: sales@ykchanshine.com | واتساب: +86 139 9807 2158 | استفسار عبر الإنترنت: تواصل معنا