يلعب الألومينا الأبيض المنصهر دورًا بالغ الأهمية في أفران صهر الصلب، فهو مادة حرارية عالية الأداء، تُستخدم بشكل أساسي في البطانات والمكونات الوظيفية لتحمل ظروف التشغيل القاسية. وتتمحور وظائفه الأساسية حول حماية هيكل الفرن، وضمان جودة الصلب، وإطالة عمر الخدمة، مع تفصيل أدوار محددة أدناه:
1. تبطين حراري للمناطق الحرجة في الأفران
يُعدّ رماد الفحم المتطاير مادة خام أساسية لتصنيع الطوب/المواد المصبوبة المقاومة للحرارة المستخدمة في بطانات أفران مغارف الصلب، مع التركيز على المناطق المعرضة للتآكل الشديد والتآكل العالي:
- بطانة غلاف المغرفة : يتم خلطها مع مواد حرارية أخرى (مثل البوكسيت، الإسبينيل) لإنتاج طوب/مواد صب حرارية عالية الألومينا، مما يشكل عازلاً حرارياً وحاجزاً مضاداً للتآكل بين الغلاف الفولاذي والصلب المنصهر/الخبث.
- منطقة خط الخبث : يتعرض خط الخبث لتآكل كيميائي شديد بفعل الخبث المنصهر (الغني بأكسيد الكالسيوم وثاني أكسيد السيليكون) والتآكل الميكانيكي. يُقاوم محتوى أكسيد الألومنيوم العالي في مادة WFA (≥98%) وبنيتها الكثيفة اختراق الخبث وذوبانه، مما يقلل من تآكل البطانة.
- المناطق السفلية والفوهات : تستخدم في المكونات المقاومة للحرارة مثل قيعان المغارف وفوهات الدخول المغمورة (SEN)، مستفيدة من قوتها الميكانيكية العالية لتحمل تأثير الفولاذ المنصهر ومنع التلف الهيكلي.
2. المكونات الحرارية الوظيفية
يتم تصنيع أفران صهر الوقود الأحفوري إلى أجزاء وظيفية متخصصة تشارك بشكل مباشر في عمليات الفرن:
- المغرفة (سدادات المغرفة المسامية) : يُستخدم رماد الفحم المتطاير كمادة أساسية في السدادات المسامية، التي تُحقن غاز الأرجون في المغرفة لتحريك الفولاذ المنصهر. يمنع ثباته العالي في درجات الحرارة ومقاومته للتآكل انسداد السدادات أو تلفها بفعل الفولاذ المنصهر/الخبث، مما يضمن تحريكًا متجانسًا.
- مواد صب حرارية لإصلاح التآكل : تُستخدم مواد الصب القائمة على رماد الفحم (منخفضة الأسمنت أو منخفضة الأسمنت للغاية) لإصلاح البطانات المتآكلة في الموقع. تتميز هذه المواد بسيولة جيدة وخصائص معالجة سريعة، مما يتيح إجراء صيانة سريعة لإطالة عمر خدمة المغرفة.
3. تحسين جودة الفولاذ واستقرار تشغيل الفرن
- تقليل تلوث الشوائب : يحتوي WFA على نسبة شوائب منخفضة للغاية (Fe₂O₃، SiO₂ ≤1.5٪)، لذلك فهو لا يُدخل عناصر ضارة (مثل Fe، Si) إلى الفولاذ المنصهر أثناء الخدمة، مما يضمن نقاء أنواع الفولاذ الخاصة (مثل الفولاذ السبائكي، والفولاذ المقاوم للصدأ).
- مقاومة الصدمات الحرارية والتشوه الهيكلي : تتعرض أفران صهر الصلب لدورات حرارية متكررة (من درجة حرارة الغرفة إلى أكثر من 1600 درجة مئوية). تمنع مقاومة WFA المعتدلة للصدمات الحرارية ومعامل التمدد الحراري المنخفض تشقق أو تقشر البطانة، مما يحافظ على السلامة الهيكلية ويتجنب مخاطر تسرب الصلب المنصهر.
- إطالة عمر الخدمة : بالمقارنة مع المواد الحرارية التقليدية (مثل الكوروندوم البني)، فإن مقاومة التآكل والتآكل الفائقة لـ WFA تطيل عمر خدمة بطانات المغارف ومكوناتها بنسبة 20-50٪، مما يقلل من وقت التوقف لاستبدال البطانة ويخفض تكاليف الإنتاج.
4. تحسين أداء المواد الحرارية من خلال التركيبات المركبة
في التطبيقات العملية، غالباً ما يتم مزج مادة WFA مع مواد أخرى لتحقيق التوازن في الأداء:
- ممزوج مع الإسبينيل (MgAl₂O₄) لتحسين مقاومة الصدمات الحرارية، وهو مناسب لمناطق المغرفة التي تشهد تغيرات متكررة في درجة الحرارة.
- ممزوج بمواد كربونية (مثل الجرافيت) لتعزيز مقاومة الخبث، مع استهداف مناطق خط الخبث عالية التآكل.
- يستخدم كمادة مضافة مسحوقية ناعمة في المواد الحرارية القابلة للصب لزيادة الكثافة وتقليل المسامية، مما يحسن القدرة العامة للمادة على مقاومة التآكل.
