ما هو أكسيد الألومنيوم البني؟
الألومينا المصهورة البنية هي حبيبات كاشطة صناعية ومقاومة للحرارة، تُنتج في فرن قوس كهربائي عند درجات حرارة تزيد عن 2000 درجة مئوية. المادة الخام الأساسية هي البوكسيت (خام الألومنيوم)، الذي يُدمج مع كميات صغيرة من فحم الكوك وبقايا الحديد. تُنتج هذه العملية مادة بلورية شديدة الصلابة والكثافة والاستقرار الكيميائي، تتكون أساسًا من ألفا-ألومينا (Al₂O₃) ، بنسبة تتراوح عادةً بين 94% و97% ، بينما يتكون الباقي أساسًا من أكاسيد التيتانيوم والسيليكا، مما يُشكل بنية بلورية متشابكة قوية.
| حجم تقسيم الألومينا المصهورة باللون البني | AL2O3 مين | SIO 2 الأعلى | تي او 2 الأعلى | Fe2O3 الأعلى |
| 0-50 مم | 94.50% | 0.80% | 2.23% | 0.35% |
| 0-1 مم | 95.50% | 0.70% | 2.23% | 0.25% |
| 1-3 مم | 95.75% | 0.66% | 2.18% | 0.23% |
| 3-5 ملم | 95.90% | 0.60% | 2.15% | 0.21% |
| 5-8 مم | 96.00% | 0.50% | 2.10% | 0.18% |
الخصائص الرئيسية التي تجعلها مادة مقاومة للحرارة ممتازة
تنبع فعالية BFA من مزيج قوي من الخصائص الفيزيائية والكيميائية:
نقاء عالٍ وخمول كيميائي: بفضل محتواه العالي من أكسيد الألومنيوم، يتميز بمقاومة عالية للأحماض والخبث والمعادن المنصهرة. كما أنه مستقر في بيئات الأكسدة والاختزال.
صلابة استثنائية (موهس 9): تُعدّ هذه الصلابة الثانية بعد الماس وكربيد السيليكون، وتُترجم إلى مقاومة فائقة للتآكل والتآكل . وهذا أمر بالغ الأهمية في التطبيقات التي تتعرض فيها البطانات المقاومة للحرارة للتآكل الميكانيكي الناتج عن الشحنات الصلبة أو تدفقات الغاز أو التحريك.
نقطة الانصهار العالية (~2050 درجة مئوية): تظل صلبة وسليمة هيكليًا في درجات الحرارة القصوى الموجودة في الأفران الصناعية.
قوة ميكانيكية عالية: تتمتع حبيبات BFA بقوة سحق باردة عالية وتحافظ على قوتها في درجات الحرارة المرتفعة، مما يوفر سلامة هيكلية للبطانة المقاومة للحرارة.
استقرار حجمي ممتاز وتمدد حراري منخفض: يتميز بمعامل تمدد حراري منخفض نسبيًا، مما يعني أنه يتمدد وينكمش بشكل أقل مع تغيرات درجة الحرارة. هذا يقلل من الإجهاد الحراري وخطر التشقق والتقشير.
الموصلية الحرارية الجيدة: تسمح هذه الخاصية بنقل الحرارة بكفاءة عبر البطانة، وهو أمر مفيد في تصميمات أفران معينة مثل أفران الكوك أو المبادلات الحرارية.
شكل الحبوب المُتحكم به: يُمكن سحق BFA وغربلته للحصول على توزيعات مُحددة لأحجام الحبوب. يسمح شكل حبيباته المُتكتل والمُتساوي المحاور (بدلاً من المُستطيل أو المُتشظي) بكثافة تعبئة عالية، وهو أمرٌ بالغ الأهمية لإنشاء أشكال قوية وكثيفة مقاومة للحرارة ذات مسامية منخفضة.
كيف يتم استخدامه في المواد المقاومة للحرارة؟
نادرًا ما يُستخدم BFA بمفرده كطوبة متجانسة. بل يُستخدم كمكوّن أساسي في تركيبات المواد المقاومة للحرارة المختلفة:
كمادة تجميعية: تُشكل البنية الهيكلية الحاملة للوزن للمنتج المقاوم للحرارة. تترابط حبيباتها مع بعضها البعض باستخدام مساحيق أدق ومرحلة مصفوفة.
في الطوب/الأشكال المقاومة للحرارة: هو المكون الرئيسي في الطوب والأشكال عالية الألومينا المستخدمة في المواضع الصعبة للغاية داخل الفرن (على سبيل المثال، خطوط الخبث، وفتحات الصنبور، وكتل الموقد).
في المواد الحرارية المتجانسة: إنه مكون أساسي في المواد القابلة للصب ومخاليط التكسير ومخاليط الرش التي يتم سكبها أو تطبيقها هوائياً لتشكيل البطانات.
كحشو: يتم استخدام درجات دقيقة من BFA لملء الفراغات بين الكتل الأكبر حجمًا، مما يؤدي إلى تحسين الكثافة والقوة.
التطبيقات الحرارية الشائعة
تتواجد المواد المقاومة للحرارة القائمة على BFA في البيئات الأكثر سخونة وعدوانية في الصناعات الثقيلة:
صناعة الصلب:
بطانات المغرفة: خاصة في خط الخبث، حيث تكون مقاومة خبث الفولاذ المسبب للتآكل أمرًا بالغ الأهمية.
بطانات تونديش: للصب المستمر.
كتل الصنبور وأنظمة الممرات: لتوجيه الفولاذ المنصهر.
بطانات الفرن العالي: في مناطق معينة.
أفران الأسمنت والجير: كبطانات مقاومة للتآكل في منطقة الحرق وغيرها من المناطق عالية التآكل.
معالجة المعادن غير الحديدية: في أفران النحاس والزنك والألمنيوم بسبب مقاومة اختراق المعدن المنصهر.
محارق النفايات ومحطات تحويل النفايات إلى طاقة: حيث تكون المقاومة لغازات المداخن المسببة للتآكل والخبث القلوي مطلوبة.
أفران صهر الزجاج: تستخدم في أجهزة فحص التجديد والمناطق الأخرى التي لا تكون على اتصال مباشر مع الزجاج المصهور.
صناعة البتروكيماويات: في المصلحين والمكسرات حيث توجد درجات حرارة وضغط مرتفعين.