ما هو فوهة الحرارية؟

يأتي اسم الفوهة الحرارية من وظيفتها - تصف كلمة "فوهة" بوضوح دورها كقناة ذوبان ، في حين تبرز "الحرارية" متانتها في بيئات درجة الحرارة العالية. وفقًا لاستخدامه المحدد ، يمكن تقسيم فوهات الحراريات إلى أنواع كثيرة ، مثل الفوهات العليا ، والفوهات السفلية ، وفوهات جامع ، وفوهات الدخول المغمورة (SEN) ، وما إلى ذلك. كل نوع له اختلافات في الهيكل والمواد لتلبية متطلبات العملية المختلفة.

ما هو فوهة الحرارية؟

فوهة الانكسار عبارة عن منتج مواد حرارية يستخدم للمعادن المنصهرة ذات درجة الحرارة العالية (مثل الصلب المنصهر ، أو الحديد المنصهر) أو التحكم في تدفق الذوبان غير المعدني ، وعادة ما يتم تثبيته في المخرج أو نظام الفوهة المنزلق للمعدات المعدنية (مثل الغريد ، المحول ، tundish).

فهو يضمن استقرار وسلامة عملية الصهر والصب عن طريق التحكم بدقة في معدل التدفق ومعدل التدفق واتجاه التدفق للذوبان. لا تحتاج الفوهات الحرارية فقط إلى تحمل درجات حرارة عالية عالية (عادة ما تكون أكثر من 1500 درجة مئوية) ، ولكن يجب أيضًا مقاومة التآكل الكيميائي ، والتجوب الميكانيكي ، وتلف الصدمة الحرارية من الذوبان والخبث.

تكوين ومواد الفوهات الحرارية

يعتمد أداء الفوهات الحرارية مباشرة على اختيار المواد والتصميم الهيكلي. فيما يلي مكوناته الرئيسية وخصائص المواد:

1. المواد الرئيسية

الكربون الألومنيوم (al₂o₃-c): يتم استخدام ألومينا عالية النقاء (al₂o₃) كمكون رئيسي ، ويتم إضافة مواد الكربون (مثل الجرافيت) لتعزيز مقاومة الصدمة الحرارية ومقاومة التآكل. تستخدم فوهات الكربون من الألومنيوم على نطاق واسع في المحافلات والغزاء ، وهي مناسبة لالتقاط الصلب الكربوني العادي.
كربون الزركونيوم الألومنيوم (al₂o₃-Zro₂-C): يضاف أكسيد الزركونيوم (Zro₂) إلى الكربون الألومنيوم لتحسين مقاومة تآكل درجة الحرارة العالية والصدمة الحرارية ، وهو مناسب لارتفاع الصلب المنغنيز أو درجات الصلب الخاصة الأخرى.
عالي الأليوم: مع وجود البوكسيت عالي الأليوم كمواد خام رئيسية ، فهي مناسبة للمناسبات ذات التردد المنخفض أو صب الصلب الكربوني العادي ، وله تكلفة منخفضة.
المغنيسيوم الكربون (MGO-C): مع أكسيد المغنيسيوم (MGO) حيث تتم إضافة مصفوفة ، مواد الكربون ، مناسبة لبيئة الخبث عالي الأسر أو درجات الصلب الخاصة.
الكوارتز المنصهر: يستخدم لالتقاط بعض السبائك الفولاذية منخفضة الكربون أو غير الحديدية ، ولديه مقاومة جيدة للصدمة ، ولكن مقاومة التآكل الضعيفة.
المواد المركبة: مثل الفوهات المركبة مع جوهر أكسيد الزركونيوم والطبقة الخارجية ذات الألومنيوم العالي ، يجمع بين مزايا المواد المختلفة لتحسين الأداء.

2. التصميم الهيكلي

الفوهات الحراريةعادة ما تكون أسطوانيًا أو مخروطيًا ، مع وجود قنوات تدفق دقيقة (الفتحة هي عمومًا 10-100 مم) للتحكم في معدل تدفق الذوبان. تم تصميم بعض الفوهات (مثل فوهات الغمر) بأشكال خاصة ، مثل الثقوب الجانبية أو المنافذ الإهليلجية ، لتحسين توزيع مجال التدفق للصلب المنصهر في البلورة. يمكن تغطية الطبقة الخارجية بأكمام معدنية (مثل غلاف الحديد) لتعزيز القوة الميكانيكية ومنع تكسير الصدمة الحرارية.

3. إضافات وظيفية

لتحسين الأداء ، غالبًا ما تتم إضافة الإضافات التالية إلى فوهات الحرارية:

مضادات الأكسدة: مثل مساحيق السيليكون (SI) والألومنيوم (AL) ، لمنع مواد الكربون من التأكسد في درجات حرارة عالية.

مثبتات: مثل أكاسيد مثل الكالسيوم (CAO) والمغنيسيوم (MGO) ، لتعزيز مقاومة الصدمة الحرارية ومقاومة التآكل.

المجلدات: مثل الراتنجات والإسفلت ، لتحسين قوة القولبة واستقرار درجة الحرارة العالية.

وظائف الفوهات الحرارية

تؤدي الفوهات الحرارية وظائف رئيسية متعددة في العمليات المعدنية ذات درجة الحرارة العالية:

1. السيطرة على التدفق

تتحكم الفتحات الحرارية بدقة في معدل التدفق وتدفق الذوبان من خلال حجم وشكل قنوات التدفق الداخلية. على سبيل المثال ، في عملية الصب المستمر ، تتعاون الفوهة المغمورة مع نظام الفوهة المنزلق لضبط السرعة التي يدخل بها الفولاذ المنصهر إلى التبلور لتجنب العيوب التي تسببها بسرعة كبيرة أو بطيئة للغاية.

2. حماية الذوبان

يذهب الفوهة المغمورة في عمق التبلور لمنع التعرض من الصلب المنصهر للهواء ، وتقليل الأكسدة والشمول ، وتحسين جودة البليت. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للتصميم السلس للجدار الداخلي للفوهة أن يقلل من الاضطراب في تدفق الذوبان ويقلل من خطر إدراج الخبث.

3. درجة الحرارة المرتفعة وتآكل المقاومة

الفوهة حراريةيحتاج إلى تحمل تأثير الصلب المنصهر أو الخبث عند 1500-1700 درجة مئوية. تضمن مقاومة الانكسار العالية وتآكل المادة أنها تظل مستقرة أثناء الصباغ المتعددة وتطيل عمر خدمتها.

4. استقرار الصدمة الحرارية

عندما يتم استبدال المغرفة أو بدء الصب وإيقافها ، ستشهد الفوهة تغييرًا حادًا في درجة الحرارة. تقلل الفوهات الحرارية عالية الجودة من خطر تكسير الصدمة الحرارية عن طريق تحسين صياغة المواد والتصميم الهيكلي.

5. منع الانسداد

بالنسبة للصلب عالي الألومنيوم أو الصلب المحتوي على الكالسيوم ، قد يتم إنشاء شوائب الألومينا في الفولاذ المنصهر ، مما يسبب انسداد الفوهة. غالبًا ما تستخدم فوهات الحراريات مواد مضادة للالتصاق (مثل المواد المركبة التي تحتوي على CAO) لمنع الانسداد عن طريق توليد مواد ذات صلة منخفضة (مثل CAO · al₂o₃).

حقول التطبيق من الفوهات الحرارية

تستخدم الفوهات الحرارية على نطاق واسع في الحقول التالية:

1. المعادن الحديد والصلب

مغرفة: يتم استخدام الفتحات العلوية والسفلية في أسفل المغرفة ، وتعاون مع نظام الفوهة المنزلق للتحكم في تدفق الصلب المنصهر إلى tundish.
Tundish: يتم استخدام فوهة التجميع والفوهة المنغمسة لنقل الصلب المنصهر من tundish إلى البلورة لتحسين عملية الصب المستمرة.
المحول والفرن الكهربائي: يتم استخدام فوهات الحراريات لمخرج الصلب لتحمل تآكل الحديد المنصهر بدرجة الحرارة العالية.

2. صهر المعادن غير الحديدية

في صهر المعادن غير الحديدية مثل الألومنيوم والنحاس والمغنيسيوم ، يتم استخدام الفوهات الحرارية في انتقال الذوبان والصب ، مثل فوهات التوجيه في صب سبائك الألومنيوم.

3. صناعة الزجاج والسيراميك

يتم استخدام الفوهات الحرارية للتحكم في تدفق الزجاج أو ذوبان الخزانة عالية الحرارة ، ويجب أن يكون لها مقاومة تآكل عالية للغاية واستقرار الأبعاد.

4. الصناعات الأخرى ذات درجة الحرارة العالية

مثل محارق القمامة ، والمفاعلات الكيميائية عالية درجة الحرارة ، وما إلى ذلك ، يتم استخدام الفوهات الحرارية للتحكم في تصريف أو انتقال السوائل عالية الحرارة.

عملية إنتاج الفوهات الحرارية

يتضمن إنتاج الفوهات الحرارية العديد من العمليات المعقدة لضمان أن أدائها يفي بالمعايير الصناعية:

1. اختيار المواد الخام والمكونات
حدد ألومينا عالية النقاء وأكسيد الزركونيوم والجرافيت والمواد الخام الأخرى ، والتحكم في محتوى الشوائب بدقة. أضف مضادات الأكسدة ، المجلدات ، إلخ. وفقًا لنسبة الصيغة وتخلطها بالتساوي.

2. صب
استخدم تقنية الضغط المتساوية أو تقنية الضغط العالي لضمان أن تكون بنية الفوهة كثيفة وقناة التدفق دقيقة. يجب تشكيل بعض الفوهات (مثل فوهات الانغماس) في أشكال معقدة بواسطة قوالب دقيقة.

3. التلبد
التلبد في درجة حرارة عالية (1400-1800 درجة مئوية) في الغلاف الجوي الخالي من الأكسجين أو الحماية (مثل النيتروجين) يعزز قوة المواد ومقاومة الصدمة الحرارية. تستخدم بعض المنتجات التلبد الثانوي أو المعالجة الحرارية لتحسين الأداء.

4. المعالجة السطحية
تلميع قناة التدفق أو تطبيق طبقة مضادة للالتهاب (مثل طلاء Zro₂) لتحسين مقاومة التآكل وسيولة. قد تكون الطبقة الخارجية مغطاة بأكمام معدنية أو معالجة مضادة للأكسدة.

5. فحص الجودة
يتم فحص المسامية والشقوق ودقة الأبعاد للفوهة من خلال طرق الاختبار غير المدمرة مثل الأشعة السينية والموجات فوق الصوتية. يتم التحقق من الأداء الحراري ومقاومة التآكل من خلال اختبارات المحاكاة المختبرية.

مزايا الفوهات الحرارية

ينبع التطبيق الواسع للفوهات الحرارية في الصناعات ذات درجة الحرارة العالية من مزاياه التالية:

المتانة العالية: تضمن المواد والعمليات عالية الجودة أن الفتحات يمكن استخدامها لفترة طويلة في البيئات القصوى ، ويمكن أن تصل الحياة الفردية إلى عدة ساعات إلى عدة أيام.
التحكم الدقيق: تضمن دقة تصميم قناة التدفق استقرار تدفق الذوبان ويحسن جودة المنتج.
مقاومة التآكل: لديها مقاومة قوية للتآكل الكيميائي والتآكل الميكانيكي للصلب المنصهر والخبث ، مما يقلل من تكاليف الصيانة.
استقرار الصدمة الحرارية: يقلل صيغة المواد المحسنة من خطر تكسير الصدمة الحرارية وتكيف مع متطلبات عملية البدء المتكررة.
التصميم المتنوع: فوهات الأنواع والمواصفات المختلفة تلبي متطلبات العملية المختلفة ولها مجموعة واسعة من سيناريوهات التطبيق.

كمكون أساسي في صناعة درجة الحرارة العالية ، يدمج فوهة الحرارية وظائف متعددة مثل مقاومة درجات الحرارة العالية ومقاومة التآكل والتحكم في التدفق. إنه "بطل وراء الكواليس" الذي لا غنى عنه في المعادن من الحديد والصلب ، والصهر المعدني غير المحرك وغيرها من الصناعات.