بلوک‌های کف حمام قلع: چالش‌ها و راه حل‌های جدید – قسمت دوم

توجه: این مطلب در ادامه‌ی این پست آمده است. در صورت نیاز می‌توانید با استفاده از این لینک قسمت اول این پست را مشاهده کنید.

لایه برداری نفلین

از آنجایی که لایه برداری نفلین هنوز شایع ترین مشکلی است که در نسوزهای کف حمام قلع با آن مواجه می شود، مکانیسم خوردگی به طور جامع تری مورد بررسی قرار گرفت. سه نوع بلوک مختلف زیر پس از استفاده مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و خواص فیزیکی و ترکیبات شیمیایی در جدول 1 به تفصیل آمده است:
بلوک 1: در ابتدا حاوی 40 درصد آلومینا و تقریباً 30 درصد فاز شیشه ای بود، بدون لایه برداری بود.

بلوک 2: در ابتدا حاوی 43% آلومینا و 15% فاز شیشه ای بود که لایه برداری را نشان داد. این بلوک دارای نفوذپذیری گاز نسبتاً بالایی nPm 8 بود.

بلوک 3: در ابتدا حاوی 46% آلومینا و 15% فاز شیشه ای بود که لایه برداری را نشان داد. این بلوک دارای نفوذپذیری گاز نسبتاً کم nPm 2.5 بود.

بر اساس این نتایج، نتایج زیر حاصل شد:

نفوذپذیری گاز تاثیری بر جذب قلیایی ندارد. این واقعیت با نظریه برخی از تولید کنندگان شیشه که نفوذپذیری کم مانع از نفوذ قلیایی عمیق می شود، در تضاد است. طبق این نظریه تنها لایه های نازک قادر به جدا شدن از بلوک نیستند.

همه بلوک ها مقدار مشابهی از قلیایی را جذب می کنند و نفلین در همه بلوک ها تشکیل می شود. نفوذ قلیایی معمولی و تشکیل نفلین در سطح بلوک در شکل 4 نشان داده شده است. با این حال، تنها بلوک هایی با مقدار کم فاز شیشه ای هستند که لایه برداری را نشان می دهند. تجزیه و تحلیل ها نشان داد که فاز شیشه ای نقش مهمی در لایه برداری دیرگدازهای خاک نسوز ایفا می کند و می تواند به عنوان یک عامل چسبنده در بلوک عمل کند. لایه نفلین که همیشه تشکیل می شود به آجر چسبیده است و با وجود اینکه انبساط حرارتی متفاوت است، لایه قادر به قطع تماس با آجر نیست. همچنین واضح است که حداقل سطح تقریباً 10 تا 12 درصد فاز شیشه ای برای اتصال لایه نفلین ضروری است. در نهایت مشخص شد که در حین سرویس، فاز شیشه ای متبلور می شود و در نتیجه حجم آن کاهش می یابد. درجه کاهش بستگی به شرایط کاری حمام، به ویژه دما و تغییرات دما دارد و من از 0.5٪ تا 2٪ در سال متغیر است.

بنابراین طول کمپین تا اولین لایه برداری به مقدار اولیه فاز شیشه ای در بلوک ها و میزان کاهش آن بستگی دارد. برخی از بلوک های کف حمام قلع بعد از کمپین های بسیار کوتاه (یعنی 4 سال) شروع به کنده شدن می کنند. این بلوک‌ها معمولاً حاوی مقدار کمی فاز شیشه‌ای هستند (یعنی 15%) و در دماهای بالا با تغییرات دما کار می‌کنند. بلوک‌های دیگر اگر فاز شیشه‌ای بالا (یعنی 30 درصد) داشته باشند و حمام قلع بدون هیچ گونه تغییر دما با شیشه‌های رنگی کار کند، می‌توانند به کارزارهای 15 ساله یا بیشتر برسند. بنابراین، اگر نیاز به کمپین های طولانی بدون لایه برداری باشد، باید ماده ای با حداکثر مقدار فاز شیشه ای نصب شود. این توضیح می دهد که چرا توسعه یک ماده با بخش کمتری از فاز شیشه ای در عملیات شکست خورده است.

تشکیل حباب

در برخی از حمام های قلع، تشکیل حباب (حباب زدن) تا حد زیادی مشاهده شده است. از آنجایی که حباب ها کیفیت ریبون شیشه ای را از بین می برند، باید از تشکیل آنها جلوگیری شود. به طور معمول، دلیل تشکیل حباب به دلیل فراتراوش حرارتی بلوک ها است. اگر قطر متوسط منافذ بلوک کوچکتر از قطر مولکولهای گاز در جو باشد، فراتراوش حرارتی شروع می شود. گاز از سمت پایین و سردتر بلوک‌ها به سمت داغ مکیده می‌شود و حباب‌های تشکیل‌شده از این طریق به سمت نوار شیشه شناور می‌شوند و فرورفتگی ایجاد می‌کنند. برای توصیف پتانسیل فراتراوش حرارتی، مقدار نفوذ هیدروژن معرفی شد. این اثر مهاجرت و افزایش فشار گازها از سرمای بیرون به سمت داخل گرم را تشریح می کند و آزمایش مربوطه معرفی شده است. اگر در این آزمایش مقادیر کمتر از 150 میلی متر آب سنج (WG) بدست آید، بلوک فاقد پتانسیل فراتراوش حرارتی در نظر گرفته می شود. با این حال، باید در نظر گرفت که یک بلوک همگن نیست و برخی از قطعات ممکن است مقادیر بالاتری داشته باشند، حتی اگر نمونه آزمایش شده زیر مقدار بحرانی باشد. به همین دلیل، مقادیر کمتر از 100 میلی متر آب سنج حیاتی در نظر گرفته نمی شود.
رابطه بین نفوذپذیری، نفوذ هیدروژن و اندازه منافذ در شکل 5 نشان داده شده است. که نشان می دهد برای دستیابی به نفوذپذیری کم، قطر منافذ باید کاهش یابد. در موارد شدید (یعنی با نفوذپذیری کمتر از nPm 1)، میزان انتشار بر حسب گیج آب (افزایش فشار) به مقادیر 120 میلی‌متر WG یا بیشتر می‌رسد و در نتیجه حباب بلوک ایجاد می‌شود.
احتمال تشکیل حباب با افزایش اختلاف دمای تایر بین قسمت سرد و گرم یک بلوک زیرین حمام حلبی به دلیل حرکت بیشتر گاز افزایش می‌یابد. اگر شیشه ویژه ای تولید شود که به سطح دمای بالاتری در حمام قلع نیاز دارد، فشار گاز می تواند منجر به شناور شدن حباب در انتشار هیدروژن کمتری نسبت به فرآیندهای معمولی شیشه شناور (سودا-آهک-سیلیکا) شود.

نتیجه گیری برای بلوک ها کف حمام قلع Fireclay

بر اساس نتایج مورد بحث، یک بلوک کف حمام قلع خاک نسوز ایده آل دارای ویژگی های زیر است:
مقدار آلومینا تقریباً 40٪.
محتوای فاز شیشه ای تقریباً 30٪.
استحکتم خرد کردن سرد تقریباً 50 نیوتن بر میلی‌متر مربع برای اطمینان از ظاهر خوب سطح با خطر آسیب کم در حین حمل و نقل و نصب.
نفوذ هیدروژن در محدوده 50 میلی متر WG.
خواص مقاومتی اضافی مانند مدول گسیختگی و انعطاف‌پذیری یک ماده که با مدول یانگ نشان داده می‌شود، در حال حاضر اهمیت کمتری دارند، زیرا دلایل تشکیل ترک و شکستگی بررسی شده‌اند و تحت تأثیر خواص سرمای مواد نیستند.
تجزیه و تحلیل از سطح تا عمق 5 میلی متر منحنی جذب قلیایی برای بلوک خاک نسوز حمام قلع در معرض قلع حاوی قلیایی های محلول، در یک اتمسفر کاهنده، با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروآنالیز انرژی پراش اشعه ایکس (EDX) در ماده انجام شد. به وضوح نشان داد که بلوک خاک نسوز Na2O را جذب کرده است و واکنشی بین Na2O و بلوک صورت گرفته است. همچنین نشان داد که ماتریس پیوند اساساً قلیاها را جذب می کند در حالی که دانه های درشت به میزان بسیار کمتری تحت تأثیر قرار می گیرند. بنابراین، به نظر می‌رسد که یک بلوک با فاز شیشه‌ای متمرکز در فاز پیوند بهتر از یک بلوک با فاز شیشه‌ای با توزیع مساوی یا زمانی که فاز شیشه‌ای عمدتاً در دانه‌ها متمرکز است، در برابر حمله قلیایی مقاومت می‌کند. این بدان معنی است که عوامل تشکیل دهنده فاز شیشه ای در فلدسپات مانند K 2O و Na2O باید پس از پخت در قسمت ریز بلوک که فاز پیوند را تشکیل می دهد متمرکز شوند.
از آنجایی که بلوک‌های مبتنی بر خاک نسوز در طول عملیات، نفلین را تشکیل می‌دهند، واضح بود که برای رفع این مشکل باید یک ماده کاملاً جدید ایجاد شود. بررسی ها با مواد پیوند هیدرولیک نشان داد که فاز پیوند آلومینات کلسیم توسط ترکیبات قلیایی مورد حمله قرار نمی گیرد. این منجر به توسعه جدید RHI Refractories درجه SUPRAL CA، متشکل از تقریبا 100٪ آلومینات کلسیم، که الزامات لازم را در مورد ویژگی های شیمیایی و فیزیکی برای مواد پوشش کف حمام قلع برآورده می کند، از جمله:
عدم واکنش شیمیایی با قلع: نتیجه آزمایشی که در آن قلع مذاب در بوته ای از مواد جدید پر شده است در شکل 7 نشان داده شده است. و هیچ واکنشی نشان نداده بود.
عدم واکنش با اجزای قلیایی حل شده در حمام قلع: مقایسه منحنی جذب Na2O بلوک های خاک نسوز با مشخصات غلظت Na2O در این گرید جدید در شکل 8 ارائه شده است. به وضوح نشان می دهد که جذب و واکنش توصیف شده برای خاک نسوز بلوک در مورد مواد جدید رخ نمی دهد. عملاً هیچ جذبی توسط این بلوک وجود ندارد و در نتیجه فقط واکنش پذیری بسیار جزئی مشاهده می شود. نتایج آزمون خوردگی قلیایی دو درجه SUPRAL در شکل 9 نشان داده شده است. نمونه های SUPRAL CA و SUPRAL 40FG بر روی یک بوته پلاتین حاوی سدیم به عنوان واکنش دهنده قرار گرفتند. بوته ها تا دمای 950 درجه سانتی گراد گرم شدند و پس از 96 ساعت تفاوت به وضوح مشهود بود. در حالی که مواد خاک نسوز تشکیل نفلین قوی را نشان دادند، گرید جدید تنها توسط بخار بدون هیچ واکنشی نفوذ کرد.

سایر مشاهدات:

هیچ تأثیری از اتمسفر کاهنده موجود در حمام قلع وجود ندارد.
استحکام مکانیکی خوب برای فعال کردن سنگ زنی و سوراخ کاری کامل و همچنین از بین بردن آسیب های ناشی ازحمل و نقل: سطح صاف و لبه های تیز پس از سنگ زنی و سوراخ کاری به دست می آید.
انبساط حرارتی مشابه با بلوک های نسوز: طراحی درزهای انبساط در هنگام جایگزینی خاک نسوز با مواد جدید نیازی به اصلاح ندارد.
رسانایی حرارتی در مقایسه با مواد نسوز کمتر است: خنک کننده حرارتی را می توان کاهش داد تا به همان دمای بدنه برسد و یک گرادیان حرارتی مشابه یا کاهش ضخامت بلوک را نیز می توان برای به دست آوردن نتیجه مشابه در نظر گرفت. مقاومت حرارتی در مقایسه با بلوک های نسوز بالاتر است: بنابراین ماده جدید می تواند در دمای حداکثر 1200 درجه سانتی گراد کار کند، در حالی که خاک نسوز در دمای 1100 درجه سانتی گراد شروع به خزش می کند.
نفوذ هیدروژن در سطح بسیار پایین تقریباً 10 میلی متر WG است: تشکیل حباب در زیر نوار شیشه ای توسط تعرق حرارتی در طول کمپین می تواند کاملاً حذف شود.