لماذا منحنى التدفئة من “الحرارة الأولى” يحدد حياة أو موت البطانة

في المسبك, هناك مقولة شائعة: “30% تثبيت, 70% تلبد.” إذا كان بناء بطانة الفرن هو بناء الجسم, ثم التلبيد هو العملية التي تعطي البطانة روحها.

للبطانات الحمضية (رمل السيليكا في المقام الأول / SIO2), عملية ذوبان الحرارة الأولى يكون عملية التلبيد. إذا كان منحنى التسخين هذا يأخذ منعطفًا خاطئًا, سوف يصبح الهيكل البلوري الداخلي للبطانة فوضويًا, مما يؤدي إلى التشقق, نفاد (تسرب), أو نصف عمر الخدمة.

يكشف هذا المقال, من منظور تحول المرحلة المجهرية, لماذا معدلات التدفئة وأوقات الانتظار “الحياة أو الموت” عوامل بطانة الفرن.

أنا. الآلية الأساسية: الكوارتز “تحويل” رحلة (تغيير المرحلة)

بطانة رمل السيليكا ليست ثابتة عند درجات الحرارة المرتفعة; يخضع لسلسلة من أعمال العنف التحولات متعددة الأشكال. يمتلك كل شكل بلوري كثافة وحجم مختلفين. إن الضغط الداخلي الناتج عن هذه التغيرات في الحجم هو السبب الأساسي الذي يجعلنا نتحكم بشكل صارم في منحنى التسخين.

1. المرحلة الأولية: α-الكوارتز إلى β-الكوارتز

• نطاق درجة الحرارة: تقريبا. 573درجه مئوية
• التغيير الجسدي: هذه هي أخطر لحظة في المرحلة المبكرة. يتحول α-Quartz ذو درجة الحرارة المنخفضة إلى β-Quartz ذو درجة الحرارة العالية.
• عواقب حرجة: حجم فجأة يتوسع بنحو 0.82%. بينما يبدو العدد صغيرا, في طبقة كثيفة صدمت, هذا التوسع الفوري يخلق إجهادًا حراريًا هائلاً. إذا كان التسخين سريعًا جدًا في هذه المرحلة, الشقوق الصغيرة - المعروفة باسم “تشظي” أو تقشير - سيحدث على سطح البطانة.

2. المرحلة الحرجة: β-الكوارتز إلى تريديميت

• نطاق درجة الحرارة: 870درجه مئوية إلى 1470 درجه مئوية
• التغيير الجسدي: بمساعدة حمض البوريك (H3BO3) أو أكسيد البورون (B2O3) بمثابة تمعدن, يتحول الكوارتز إلى Tridymite.
• عواقب حرجة:هذا هو تغيير المرحلة نحن نرغب أكثر. ترايديميت يتوسع بنحو 16% مقارنة بالكوارتز.
• لماذا هو “بطل”? هذا التوسع الحجمي الهائل يملأ الفراغات بين جزيئات البطانة, مما يجعل الطبقة الملبدة كثيفة للغاية وتمنع تغلغل الحديد المنصهر. معًا, يوفر Tridymite ثباتًا ممتازًا للصدمات الحرارية, وهو أساس حياة البطانة الطويلة.

3. مرحلة ارتفاع درجة الحرارة: ترايديميت إلى كريستوباليت

• نطاق درجة الحرارة: > 1470درجه مئوية
• التغيير الجسدي: في المنطقة الأكثر سخونة، الاتصال بالحديد المنصهر, يتحول بعض Tridymite إلى Cristobalite.
• عواقب حرجة: يتمتع Cristobalite بنقطة انصهار عالية (1713درجه مئوية), صلابة عالية, ومقاومة التآكل. إنها تشكل الأصعب “درع” من البطانة. لكن, إذا أصبحت طبقة Cristobalite سميكة أو عميقة جدًا, الانكماش الشديد أثناء التبريد سوف يسبب الشقوق.

الثاني. لماذا “التحكم الدقيق في معدل التسخين”?

جوهر التحكم في معدل التسخين هو موازنة التناقض بين “التنفيس” و “تغيير المرحلة توسع.”

1. تجنب “انفجار”: الهروب من الرطوبة

تحتوي مواد البطانة على ماء مادي (الرطوبة الممتصة) والمياه الكيميائية (ماء التبلور من تحلل حمض البوريك).

• عندما يتحول الماء إلى بخار, يتوسع حجمه 1600 مرات.
• الخطر: إذا كان التسخين سريعًا جدًا, لا يمكن للبخار الداخلي الهروب عبر طبقة الرمل الكثيفة في الوقت المناسب. يؤدي الضغط المتراكم إلى تشظي موضعي أو حتى صغر حجمه.“انفجارات” داخل البطانة.

2. ترويض “توسع”: تشكيل التدرج

يجب أن يكون هيكل البطانة المثالي أ هيكل ثلاثي الطبقات:

1. الطبقة الملبدة (الوجه الساخن): كثيفة للغاية, مكونة من الكريستوباليت + ترايديميت.
2. طبقة شبه متكلس (المنطقة الانتقالية): في المقام الأول ترايديميت, قوة معتدلة, يوقف انتشار الكراك.
3. طبقة فضفاضة (الجانب الاحتياطي/الملف): رمل السيليكا غير متكلس, يبقى فضفاضًا لتوفير العزل والعازل الميكانيكي.

إذا كان التسخين سريعًا جدًا: تجري الحرارة بسرعة إلى الطبقات العميقة, مما يتسبب في خضوع عملية الانتقال وحتى الطبقات السائبة لتغيير الطور والتلبيد قبل الأوان. بدون عازلة للطبقة السائبة, لا يوجد لدى جسم الفرن مجال للمناورة أثناء انكماش التبريد, مما يؤدي حتما إلى الشقوق التي تهدد الملف بشكل مباشر.

ثالثا. أهمية الاحتفاظ بدرجة حرارة منخفضة: ساحة المعركة غير المرئية

يميل العديد من المشغلين إلى عدم الصبر خلال هذه المرحلة, الاعتقاد بأن لا شيء يحدث في المنطقة ذات درجات الحرارة المنخفضة. وهذا خطأ فادح! فترة الاحتفاظ بدرجة الحرارة المنخفضة (عادة بين 200 درجة مئوية ~ 400 درجة مئوية) هو الوقت الأكثر أهمية للتفاعلات الكيميائية.

ملخص: عقد درجة حرارة منخفضة هو ل تنفيس شامل و تفعيل الموثق. إن تخطي هذه الخطوة يشبه بناء ناطحة سحاب على الخرسانة الرطبة.

رابعا. الاستنتاج والمشورة العملية

ال “الحرارة الأولى” البطانة لا تتعلق فقط بإذابة خردة الفولاذ; هذا هو التصنيع في الموقع لمادة مركبة سيراميكية عالية الأداء.

1. بطيء قبل 600 درجة مئوية: للسماح للانتقال البلوري بدرجة حرارة 573 درجة مئوية بالمرور بسلاسة ولكي يجف حمض البوريك بالكامل.
2. مستقر بين 900 درجة مئوية ~ 1200 درجة مئوية: هذه هي الفترة الذهبية لتشكيل Tridymite; يزيد وقت التثبيت المناسب من كثافة الطبقة الملبدة.
3. حاسم في التنصت: لا ينبغي إفراغ الحرارة الأولى بسرعة كبيرة. من الأفضل ترك بعض الحديد المنصهر (أ “كعب”) لتجنب الصدمة الحرارية الناجمة عن التبريد السريع.

يتذكر: أي وقت يتم توفيره في منحنى التسخين بالتلبيد سيتم تسديده في النهاية بشكل مضاعف على شكل “الترقيع” و “نفاد.”