Fırın kapağı refrakter dökülebilir malzemeleri için kesinlikle "en iyi" malzeme yoktur; yalnızca sıcaklığa, aşındırıcı ortama ve yapısal biçime en iyi uyum sağlayan formül. Kalsiyum karbür fırınların ve elektrik ark ocaklarının fırın kapakları benzer görünse de çalışma koşulları önemli ölçüde farklılık gösterir ve malzeme seçimi yaklaşımı kademeli ve aşamalı olmalıdır.
I. Kalsiyum Karbür Fırın Kapağı: Düşük-Çimento-Mikro Toz Sistemi
Kalsiyum karbür fırınlarının ergitme sıcaklığı yüksek olmasına rağmen, erimiş metal erozyonu nispeten hafiftir ve termal şok darbesinin sıklığı elektrik ark ocaklarına göre daha düşüktür. Bu ortam, "düşük-çimento + mikro-toz" kompozit işlemi için en uygunudur:
1. Çimento içeriği %3'ün altına düşürülür, CaO katılımı en aza indirilir, yüksek sıcaklıklarda sıvı faz içeriği düşüktür, dökülebilir malzemenin orta-ila-yüksek sıcaklık mukavemet eğrisi stabildir ve daha sonraki büzülme minimum düzeydedir;
2. Aktif mikro-toz, kılcal gözenekleri doldurarak su ilavesini %15 ila %20 oranında azaltır, böylece pişirme sonrasında yüzeyde tozlaşma olmayan yoğun bir refrakter gövde elde edilir;
3. Entegre döküm, fırın kapağı için kesintisiz bir kabuk oluşturarak alkali gazların boşluklardan içeri sızmasını önler ve geleneksel tuğla kapaklara kıyasla servis ömrünü yaklaşık %15 uzatır.
Bu sistem sayesinde servis gereksinimlerini karşılamak için ilave çelik fiberlere ihtiyaç duyulmaz, malzeme maliyetleri ve inşaat riskleri kontrol edilebilir.
II. Elektrik Ark Ocağı Kapağı: Çelik Elyafla Sertleştirilmiş Düşük-Çimento Sistemi
1600 derecenin üzerindeki sıcaklıklara dayanmanın yanı sıra, elektrik ark ocağı kapağı aynı zamanda elektrot deliklerinden sık sık ark oluşumuna, hızlı ısınma ve soğumaya ve erimiş damlacık sıçramasına maruz kalarak çalışma koşullarını son derece zorlu hale getirir. Yüksek-alümina tuğlalar, konsantre bağlantıları ve yetersiz termal şok direnci nedeniyle, elektrot delikleri çevresinde halka şeklinde dökülmeye eğilimlidir ve bu da fırın kapağının lokal olarak çökmesine yol açar. Bir kompozit kullanmarefrakter dökülebilir"düşük-çimento + ısıya-dirençli çelik fiber" özellikle aşağıdaki sorunları çözebilir:
1. Çelik fiberlerin üç-boyutlu dağılımı, mikro çatlakların yayılmasını engeller, bükülme dayanıklılığını %30'un üzerinde artırır ve 30 termal şok döngüsünden sonra %60'ın üzerinde kalan mukavemeti korur;
2. Fiber köprüleme, elektrot deliği kenarlarında görünür hiçbir çatlak olmadan, fırında kurutma ve eritme sırasında anlık büzülme stresini azaltır;
3. Orta- ve yüksek-sıcaklık aşamaları sırasında lif oksidasyonu, iç buhar basıncını serbest bırakan ve patlamayı önleyen mikro gözenekli kanallar bırakır;
4. Entegre döküm, tuğla bağlantılarındaki zayıflıkları ortadan kaldırır, yangın kaçış yollarını tıkar ve fırın kapağı bakım döngüsünü 3-4 aydan 6 aya uzatır.
Eklenen çelik elyaf miktarı tipik olarak %1,5 ila %2,5 arasında kontrol edilir. Çok fazla lif kolaylıkla topaklanmaya neden olabilirken, çok az lif, yetersiz sertleşmeyle sonuçlanacaktır. 20–25 mm fiber uzunluğu ve 0,3–0,5 mm çap, refrakter dökülebilir malzemenin akışkanlığıyla optimum uyum sağlar.
III. Malzeme Seçim Mantığı: Önce Çalışma Koşulu, İkinci Malzeme
Seçimifırın kapağı malzemeleriüç-aşamalı bir yaklaşım izlemelidir: sıcaklık, korozyon ve yapı.
1. Sıcaklık seviyesi matrisin ve bağlanma sisteminin saflığını belirler. 1600 dereceden büyük veya ona eşit, düşük-çimento ve hatta ultra-düşük-çimento malzemeleri gerektirir.
2. Termal şokun sıklığı ve sıcaklık farklılıklarının büyüklüğü, çelik liflerin sertleştirilmesinin gerekli olup olmadığını belirler. Fiber hızlı ısıtma ve soğutmanın olduğu ortamlarda gereklidir.
3. Karmaşık yapılar ve yoğun şekilde paketlenmiş elektrot delikleri için, düzensiz şekilli tuğlaların işlenmesini ve montajını basitleştirmek ve zayıf noktaları azaltmak için entegre döküm tercih edilir.
Bu çerçevede, ekonomi ve yeterli kullanım ömrü elde etmek için düşük-çimento-mikro toz sistemi kullanılarak kalsiyum karbür fırın kapaklarından çelik elyaflar çıkarılabilir. Bununla birlikte, daha uzun bir hizmet ömrü için güvenlik ve bütünlük açısından dayanıklılıktan ödün verilerek elektrik ark ocağı kapaklarına çelik elyafların eklenmesi gerekir.
Fırın kapağı refrakter dökülebilir malzemelerin değeri tek bir gösterge seviyesinde değil, sıcaklık değişimlerini, aşındırıcı ortamları ve mekanik gerilimleri malzeme içindeki kontrol edilebilir mikro{0}hasara dönüştürme yeteneklerinde yatmaktadır. Formül ve çalışma koşulları tam olarak eşleştiği sürece, hem düşük-çimento hem de çelik fiber sistemler, geleneksel tuğla duvar yapılarından önemli ölçüde daha iyi performans gösterebilir ve "malzeme-ortam-ömrü" arasında optimum uyum elde edilebilir.
