تقنية إزالة الخبث الفعالة تعمل على تحسين نقاء المعادن ويحمي بطانة الفرن

في عملية صهر المعادن, deslagging (إزالة الخبث) هي عملية بالغة الأهمية ولكنها صعبة للغاية. لا تعمل تقنيات إزالة الخبث الفعالة على تحسين نقاء المعدن بشكل كبير عن طريق إزالة الشوائب الضارة فحسب، بل تعمل أيضًا على إطالة عمر خدمة البطانة المقاومة للحرارة للفرن, وبالتالي تقليل تكاليف الإنتاج وتحقيق عملية صهر أكثر كفاءة واستدامة. توفر هذه المقالة استكشافًا متعمقًا لعوامل الخبث المختلفة وطرق إزالة الخبث, ويشرح كيفية تحقيق التوازن بين الإزالة الفعالة للشوائب وحماية البطانة المقاومة للحرارة.

ⅰ. تشكيل الخبث الدقيق: الخطوة الأولى لإزالة الشوائب بكفاءة

الهدف الأساسي من تكوين الخبث هو إدخال عوامل التمويه (وكلاء الخبث) التي تتفاعل مع الأكاسيد, الكبريت, الفوسفور, والشوائب الأخرى داخل المعدن المنصهر. يشكل هذا التفاعل خبثًا ذو نقطة انصهار منخفضة وكثافة منخفضة غير قابلة للامتزاج مع المعدن المنصهر, مما يسمح لها بالطفو على السطح لإزالتها لاحقًا. يعد اختيار عوامل التخلص من الخبث المناسبة شرطًا أساسيًا لإزالة الخبث بنجاح.

عوامل الخبث المشتركة ووظائفها

يكمن مفتاح تكوين الخبث الفعال في التحكم في الخبث “قاعدية.” الخبث الأساسية (يتم التعبير عنها غالبًا بنسبة CaO/SiO2) وهو مؤشر حاسم للخصائص الكيميائية للخبث.

• الخبث عالي القاعدة (>1): مناسب لإزالة الفوسفور والكبريت, ولكن يمكن أن تكون سيولتها ضعيفة وتكون عدوانية تجاه البطانات الحمضية المقاومة للحرارة.
• الخبث منخفض القاعدة (<1): يتمتع بسيولة جيدة ولكنه أقل كفاءة في إزالة الفوسفور والكبريت, وهو عدواني تجاه البطانات المقاومة للحرارة الأساسية.

لذلك, أثناء عملية الصهر, يجب تعديل تركيبة عوامل الخبث ديناميكيًا بناءً على تركيبة المعدن الذي تتم معالجته, الشوائب المستهدفة, والمواد المقاومة للحرارة لتحقيق قاعدية وسيولة الخبث المثالية.

ⅱ. الإزالة الذكية: فن الموازنة بين النقاء والحماية

بمجرد أن يتشكل الخبث ويمتص الشوائب بالكامل, التحدي الأساسي لعملية إزالة الخبث هو كيفية إزالته بكفاءة ودقة مع تقليل إزعاج المعدن المنصهر والضرر الذي يلحق بالبطانة المقاومة للحرارة.

طرق الإزالة الشائعة

1. الجرف اليدوي:
   • طريقة: يستخدم المشغل مشعلًا ذو مقبض طويل لسحب الخبث العائم يدويًا من باب الفرن إلى وعاء الخبث.
   • الايجابيات: مرن, يتطلب معدات بسيطة, وهو مناسب للأفران الصغيرة أو لإزالة الخبث الموضعي.
   • سلبيات: كثافة اليد العاملة العالية, سلامة منخفضة, تعتمد النتائج بشكل كبير على خبرة المشغل, غالبا ما يؤدي إلى فقدان المعادن, ويمكن أن تكون غير مكتملة.
2. القشط الميكانيكي:
   • طريقة: يستخدم آلة إزالة الخبث المتخصصة مع مشعل أو شفرة في نهاية الذراع التي تمتد إلى داخل الفرن. يمكن تشغيلها هوائيًا أو هيدروليكيًا.
   • الايجابيات: درجة عالية من الأتمتة, سرعة التحلل السريع, عملية أكثر أمانا, ويقلل بشكل كبير من كثافة اليد العاملة.
   • سلبيات: ارتفاع الاستثمار الأولي, متطلبات محددة لتصميم الفرن, وارتفاع تكاليف الصيانة للذراع الميكانيكية.
3. إمالة وصب:
   • طريقة: يتم إمالة الفرن لصب المعدن المنصهر من الصنبور, بينما يتم إعاقة الخبث الأقل كثافة بواسطة سد الخبث, كرة الخبث, أو يتم نزعه من باب خبث منفصل.
   • الايجابيات: مناسبة للمحولات الكبيرة وEAFs, مما يسمح بالفصل السريع لكميات كبيرة من الخبث والصلب.
   • سلبيات: يتطلب تكنولوجيا فعالة للغاية لوقف الخبث; يمكن أن يؤدي التشغيل غير السليم إلى “ترحيل الخبث,” المساس بنقاء الفولاذ المنصهر.
4. سحب/مكنسة deslagging:
   • طريقة: يتم إدخال أنبوب سيفون مقاوم للحرارة في طبقة الخبث, ويتم استخدام الفراغ لامتصاص الخبث.
   • الايجابيات: إزالة الخبث بشكل شامل للغاية مع عدم فقدان أي معادن تقريبًا, الحصول على نقاء المعادن عالية جدا.
   • سلبيات: المعدات المعقدة وتكاليف الصيانة العالية; يستخدم في المقام الأول في تكرير السبائك المتخصصة أو درجات الفولاذ مع متطلبات الجودة الصارمة.
5. تطهير الغاز بمساعدة إزالة الخبث:
   • طريقة: أثناء التحلل, غاز خامل (مثل الأرجون) يتم نفخها في الحمام المنصهر من خلال الطوب النفاذ في أسفل الفرن أو جداره. يؤدي تحريك الغاز إلى دفع الخبث العائم نحو باب الخبث, وتسهيل إزالتها.
   • الايجابيات: يزيل الخبث بشكل فعال من “المناطق الميتة,” تحسين كفاءة واكتمال إزالة الخبث.
   • سلبيات: يتطلب نظامًا إضافيًا لإمداد الغاز وقد يتسبب في انخفاض طفيف في درجة حرارة المعدن المنصهر.

ⅲ. حماية البطانة المقاومة للحرارة: الاستراتيجية الأساسية لتمديد عمر الخدمة

يعد تآكل البطانة المقاومة للحرارة عملية فيزيائية كيميائية معقدة مدفوعة بثلاثة عوامل رئيسية: التآكل الكيميائي, التآكل الجسدي, والتشظي الحراري.

الآليات الأولية للتآكل الحراري

• التآكل الكيميائي: وهذا هو السبب الأكثر أهمية للتآكل. مكونات معينة في الخبث (على سبيل المثال, الحديد O, SIO2) تتفاعل كيميائيا مع الأكاسيد الأساسية للبطانة المقاومة للحرارة (على سبيل المثال, MGO, تساو), تشكل مركبات ذات نقطة انصهار منخفضة تؤدي إلى ذوبان مادة البطانة وتحللها. على سبيل المثال, سيؤدي الخبث الحمضي الذي يحتوي على SiO2 إلى تآكل بطانة طوب المغنيسيا والكربون الأساسية.
• التآكل الجسدي: يؤدي تدفق المعدن المنصهر والخبث إلى تآكل وتآكل البطانة بشكل مستمر, خاصة عند باب الشحن, ثقب الحنفية, وخط الخبث.
• التشظي الحراري: تؤدي التقلبات الشديدة في درجات الحرارة أثناء دورة الصهر إلى حدوث إجهاد حراري في المادة المقاومة للحرارة. عندما يتجاوز هذا الضغط قوة المادة, فهو يؤدي إلى التشقق والتشظي.

التدابير الفعالة لحماية البطانة المقاومة للحرارة

1. تكييف الخبث:
   • زيادة أهداب الشوق التشبع: يعد التأكد من احتواء الخبث على مستوى كافٍ ومشبع من MgO هو الطريقة الأكثر فعالية لحماية البطانات القائمة على المغنيسيا (شائع في EAFs والمحولات). عندما يكون الخبث مشبعًا بـ MgO, ميلها إلى “غسيل” يتم تقليل MgO من البطانة بشكل كبير. يمكن تحقيق ذلك عن طريق إضافة الدولوميت أو المغنيسيا المحترقة أثناء تكوين الخبث.
   • الحفاظ على أساس معقول: يمكن أن يؤدي الحفاظ على قاعدة خبث مستقرة ومعتدلة نسبيًا وتجنب التقلبات الحادة إلى إبطاء معدل التآكل الكيميائي على البطانة.
   • يقلل الحديد O محتوى: يؤدي المحتوى العالي جدًا من FeO في الخبث إلى تسريع أكسدة الحراريات المحتوية على الكربون وتآكل البطانات القائمة على المغنيسيا. ويمكن إدارة ذلك عن طريق التحكم بشكل صحيح في نفخ الأكسجين وتوازن الكربون والأكسجين.
2. رش الخبث:
   • هذه تقنية صيانة البطانة الاستباقية. بعد التنصت على الفولاذ, يتم ترك كمية صغيرة من الخبث المعدل تركيبيًا في الفرن عمدًا.
   • يتم بعد ذلك نفخ النيتروجين عالي الضغط من خلال أنبوب الأكسجين لرش هذا الخبث اللزج بالتساوي على جدران الفرن, تشكيل طبقة واقية.
   • هذا “ضربة الصقيل” يعزل بشكل فعال المواد المقاومة للحرارة من الاتصال المباشر والتآكل بواسطة الفولاذ المنصهر ذو درجة الحرارة العالية وخبث الحرارة التالية, إطالة عمر البطانة بشكل ملحوظ. يعد رش الخبث تقنية أساسية لتحقيق عمر طويل للحملة في المحولات الكبيرة الحديثة.
3. تحسين عمليات التخلص من الخمول:
   • عملية لطيفة: تجنب التأثيرات العنيفة على البطانة المقاومة للحرارة من أذرع إزالة الخبث الميكانيكية.
   • التحكم في وقت الإلغاء: قلل من الوقت الذي يكون فيه باب الفرن مفتوحًا لتقليل فقدان الإشعاع الحراري والصدمة الحرارية للبطانة.
   • تجنب القشط المفرط: في بعض الحالات, إن ترك طبقة رقيقة من الخبث المكيف جيدًا عند خط الخبث يمكن أن يكون في الواقع بمثابة حاجز وقائي.

خاتمة

إن عملية إزالة الخبث الفعالة ليست عملية واحدة ولكنها نظام متكامل يشمل دقة تشكيل الخبث, التخلص الذكي من الخبث, و الحماية الحرارية الاستباقية. إنه عنصر أساسي في سعي الصناعة المعدنية الحديثة لتحقيق الجودة العالية, تكلفة منخفضة, وعمر الفرن الطويل. من خلال اختيار وتناسب عوامل الخبث بشكل علمي, يمكن التحكم في خصائص الخبث منذ البداية, وضع الأساس لإزالة الشوائب بكفاءة. من خلال اعتماد أساليب ومعدات إزالة الخبث المتقدمة, ويمكن ضمان نقاء المعدن مع تقليل فقدان المعادن والمخاطر التشغيلية. الأكثر أهمية, من خلال تحسين كيمياء الخبث وتنفيذ التقنيات المتطورة مثل رش الخبث, ما كان في السابق نفايات يمكن تحويله إلى أداة لحماية بطانة الفرن.

إن إتقان هذه التقنيات الشاملة وتطبيقها هو المفتاح لتحقيق النصر المزدوج المتمثل في نقاء المعدن المعزز والحماية القوية ضد الحراريات, مما يؤدي في النهاية إلى الكفاءة, مستقر, وعمليات الصهر منخفضة الاستهلاك في سوق تنافسية.