هل كلما انخفضت مسامية الكوروند اللوحي كان ذلك أفضل؟
مسامية كوروندوم اللوح ليست بالضرورة “كلما انخفضت كانت أفضل” ؛ بل يجب تقييمها بدقة بناءً على سيناريو التطبيق المحدد ومتطلبات أداء النواة . يؤثر مستواها بشكل مباشر على مؤشرات رئيسية مثل التوصيل الحراري للمادة، ومتانتها، ومقاومتها للتآكل، وتختلف متطلبات المسامية بشكل كبير باختلاف السيناريوهات.
1. أولاً، وضح: ما هي “مسامية” الكوراندوم اللوحي؟
كوروندوم لوحي مادة مقاومة للحرارة مصنوعة من أكسيد ألفا-ألومينا (Al₂O₃) عالي النقاء، مُلبَّد في درجات حرارة عالية. يحتوي على عدد معين من المسام (بما في ذلك المسام المفتوحة والمغلقة). عادةً ما تُشير المسامية إلى “مسامية الحجم” – وهي نسبة حجم المسام إلى الحجم الإجمالي للمادة – وهي أحد المؤشرات الأساسية لقياس كثافة بنيتها المجهرية.
2. مزايا “المسامية المنخفضة”: في أي السيناريوهات تكون المسامية المنخفضة ضرورية؟
عندما يتطلب سيناريو التطبيق متطلبات عالية لمقاومة التآكل، وقوة تحمل عالية، وموصلية حرارية منخفضة (في بعض الحالات) ، يُعدّ الكوراندوم اللوحي ذو المسامية المنخفضة أكثر ملاءمة. تشمل السيناريوهات النموذجية ما يلي:
- صناعة الحديد والصلب: طوب/مواد صب بطانة المغرفة
والطُبْق. يُعدّ الفولاذ المصهور والخبث شديدي التآكل. انخفاض المسامية يعني وجود قنوات أقل داخل المادة، مما يقلل من تغلغل الخبث وتآكل الفولاذ المصهور، مما يُطيل عمر طوب البطانة. في الوقت نفسه، يُحسّن انخفاض المسامية متانة المادة في درجة حرارة الغرفة ودرجات الحرارة العالية، مما يمنع تقشرها الناتج عن هيكلها المفكك عند درجات الحرارة العالية. - صهر المعادن غير الحديدية: فرن التكرير وبطانات الخلايا الإلكتروليتية.
المعادن غير الحديدية المنصهرة (مثل الألومنيوم والنحاس) والإلكتروليتات معرضة للاختراق. يقلل انخفاض المسامية من خطر “تآكل الاختراق” ويعزز مقاومة المادة للصدمات الحرارية (مما يقلل من تركيز الإجهاد الحراري الناتج عن المسام). - أفران درجات الحرارة العالية: الطوب الحراري لمناطق الحرق ذات درجات الحرارة العالية
تتميز المواد منخفضة المسامية بضغط أعلى، ويمكنها تحمل الأحمال ذات درجات الحرارة العالية التي تزيد عن 1700 درجة مئوية، وتقليل الانكماش الحجمي عند درجات الحرارة العالية (انكماش منخفض عند إعادة الحرق)، مما يضمن الاستقرار الهيكلي للفرن.
3. ضرورة “المسامية العالية”: في أي السيناريوهات تكون المسامية المنخفضة غير مناسبة؟
عندما يتطلب سيناريو التطبيق مقاومة الصدمات الحرارية، والعزل الحراري، ونفاذية الهواء ، فإن التماسك المفرط (المسامية المنخفضة جدًا) يُصبح عيبًا. في هذه الحالات، يُفضل استخدام كوروندوم مسطّح ذي مسامية متوسطة إلى عالية.
- الحالات التي تتطلب مقاومة عالية للصدمات الحرارية: أبواب الأفران وأجزاؤها المعرضة للتسخين/التبريد السريع.
تتميز المواد منخفضة المسامية بموصلية حرارية عالية. أثناء دورات التسخين والبرودة المتناوبة عند درجات حرارة عالية، تُولّد فروق درجات الحرارة الكبيرة بين الداخل والخارج إجهادًا حراريًا هائلاً بسهولة، مما يُسبب تشقق المادة. في المقابل، يُمكن للمواد متوسطة إلى عالية المسامية (عادةً ما بين 15% و25%) أن تُخفف الإجهاد الحراري عبر المسام، مما يُحسّن مقاومة الصدمات الحرارية (مثل طوب التبطين لمنطقة الإخماد في أفران السيراميك). - سيناريوهات العزل الحراري: طبقات عزل الفرن عالية الحرارة.
تمنع المسام (وخاصةً المسام المغلقة) انتقال الحرارة. يتميز كوروندوم الصفائحي ذو المسامية العالية (غالبًا ما يُخلط مع مواد خفيفة الوزن) بموصلية حرارية أقل وأداء عزل أفضل. يؤدي استخدام مواد منخفضة المسامية إلى تبديد سريع للحرارة من الفرن وزيادة استهلاك الطاقة. - الحالات التي تتطلب نفاذية هواء: مواد الترشيح والطوب النفاذ.
في تطبيقات مثل ترشيح ذوبان المعادن غير الحديدية وتحريك الفولاذ المصهور بحقن الغاز، تحتاج المادة إلى مستوى معين من نفاذية الهواء. في هذه الحالة، يجب التحكم في المسامية ضمن نطاق معقول (مثلاً، 20%-30%) لضمان مرور السوائل دون تسرب. سيؤدي انخفاض المسامية إلى سد قنوات نفاذية الهواء مباشرةً.
