مادة حرارية
التسخين المبدئي للحراريات واهميته

كل أنواع الحراريات التي تكون نوعية الرابطة بها رابطة كربونية (وليست رابطة سيراميكية) لها مقاومة عالية للصدمات الحرارية أثناء التسخين المبدئي ولكن التسخين الزائد عن اللازم يؤدي إلى أكسدة الكربون من الطبقات السطحية للبطانة الحرارية انظر الشكل التالي:
وهذه الطبقات السطحية المتأثرة تكون سهلة التقصف مع بدء التشغيل لذا فإنه من الضروري تقليل سمك هذه الطبقة قدر المستطاع لحماية البطانة الحرارية من التقصف والتآكل السريع أثناء التشغيل.
بعد انتهاء التسخين المبدئي للبوتقة يتم تجهيزها للتشغيل مباشرة أما إذا لم يكن هناك حاجة إلى استخدامها في الوقت الحالى مباشرة فإنه يكون من الأفضل إدخال البوتقة في التشغيل لصبة أو صبتين ثم يتم إعادتها تحت المسخن في وضع الاستعداد (وهذه الطريقة تؤدي إلى تقليل المسام السطحية للبطانة وبالتالي تقليل فرص تأكسد الكربون من الطبقة السطحية للبطانة).
ومن الأفضل أنه بمجرد انتهاء البوتقة من برنامج التسخين أن يتم إدخالها في التشغيل مباشرة ويمكن تحقيق ذلك عن طريق تقليل عدد البواتق الداخلة في دورة التشغيل قدر الإمكان.
ويجب تغطية البواتق المسخنة دائماً فأثناء الصب المستمر يتم تغطيتها بغطاء محكم وأثناء تجهيزها يتم وضعها خلف الواقي الحراري Heat Shield لحين الانتهاء من التجهيز.
وفي حالة دخول البوتقة لعمل صيانة أو عمرة جزئية فإنه لا يسمح بتريد البوتقة في الوضع الأفقي خوفاً من انهيار أو تساقط الطوب أثناء التبريد.
وأخيراً يجب أن يتم التأكد من سلامة وانتظام أداء المسخنات ومراجعة برامج التسخين بشكل دائم ومستمر.
التغير الحجمي للمواد الحرارية:
والمواد الحرارية قد تتعرض للانهيار نتيجة للتغيرات المفاجئة في الحجم ونلاحظ أن هذا التمدد أو الانكماش الفجائي الذي قد يحدث يكون نتيجة لأحد الأسباب التالية:
التفاعلات الكيميائية التي يتولد عنها مركبات كيميائية جديدة لها كثافات مختلفة وبالتالي لها حجوم مختلفة عن المتفاعلات الأصلية.
التحول من الصورة الصلبة إلى السائلة (الانصهار) أو العكس (التجمد والتصلب).
تفاعلات التلبيد (Sintering) أو شبه الانصهار.
التغيرات والتحولات الطورية في التركيب البنائي للمادة.
التأثيرات الكيميائية على الحراريات «تأثير الخبث (Slag Effect)»
البطانة الحرارية لها عمر محدود، هذا العمر يتوقف مداه على مقدار التعرض للتأثيرات الثلاثة (الكيميائية – الميكانيكية - الحرارية)، ولأن صناعة الصلب لا يمكنها الاستغناء عن هذه العوامل، فإن ما علينا فقط هو التحكم الجيد لتقنين مقدار تأثير كل منها على الحراريات وتقليلها قدر الإمكان. وسنركز الحديث هنا حول التعرضات الكيميائية (والتي تعني في المقام الأول الخبث) وكيفية التحكم فيها للحد من تأثيرها السلبي على عمر وأداء الحراريات في صناعة الصلب.
هناك جملة شهيرة جداً في مجال صناعة الصلب:
«اصنع الخبث أولاً، ثم أصنع الصلب» بالانكليزية: Make the slag first and then make the steel.
والخبث ما هو إلا خليط من الأكاسيد التي تطفو على سطح الصلب المصهور، هذا الخليط إما أن يكون سائلاً مصهوراً أو أن يكون متجمداً صلباً أو أن يكون متوسطاً بين اللزوجة والسيولة. هذه الأكاسيد التي يتكون منها الخبث تأتي عن طريق أتربة الخردة وشوائب حديد الاختزال المباشر DRI وكذلك نواتج تفاعلات أكسدة بعض العناصر المعدنية بين الصلب المنصهر والإضافات.
والخبث جزء حيوي في صناعة الصلب وهو ضروري لتحسين جودة الصلب المنتج وزيادة الإنتاجية وتوفير وقت وتكلفة الإنتاج فهو بمثابة قطعة من الإسفنج توضع لامتصاص قطرات الماء المتساقطة على منضدة خشبية، كذلك الخبث يتكون على سطح الصلب المنصهر ليمتص الشوائب والعناصر غير المرغوب فيها من المعدن.
فالخبث الجيد (الرغوى أو الفوار) يقلل من زمن الإنتاج ويقلل من تكلفته نتيجة لتقليل استهلاك الإضافات والإلكترودات وكذلك البطانة الحرارية حيث يساعد على حمايتها من التآكل بمعنى أن الخبث يقوم بالمهام التالية:
يغطى القوس المنبعث من الإلكترودات وهذا يتيح سرعة صهر أكبر علاوة على حماية الحراريات.
امتصاص الشوائب ونواتج الأكسدة من مصهور المعدن.
إزالة الفسفور (في فرن القوس الكهربي) والكبريت (في فرن البوتقة).
تقليص احتمالية التقاط مصهور المعدن للنيتروجين أو الهيدروجين.
منع ارتداد نواتج الأكسدة أو إعادة تأكسد الحديد بفعل الأكسجين مرة أخرى في صورة FeO.
مساعدة المصهور المعدني في الاحتفاظ بحرارته وعدم فقدها في الجو المحيط أو خلال البطانة الحرارية.
ما هي مصادر الخبث في فرن القوس الكهربي وفرن البوتقة؟