Non esiste un materiale assolutamente "migliore" per i calcinabili refrattari della copertura del forno; solo la formula più adatta alla temperatura, all'ambiente corrosivo e alla forma strutturale. Anche se i coperchi dei forni a carburo di calcio e dei forni elettrici ad arco possono sembrare simili, le loro condizioni operative differiscono in modo significativo e l’approccio alla selezione dei materiali dovrebbe essere graduale e progressivo.
I. Copertura del forno in carburo di calcio: sistema a basso contenuto di-cemento-micropolveri
Sebbene la temperatura di fusione dei forni a carburo di calcio sia elevata, l'erosione del metallo fuso è relativamente lieve e la frequenza dell'impatto dello shock termico è inferiore a quella dei forni ad arco elettrici. Questo ambiente è più adatto per un processo composito a "basso contenuto di-cemento + micro-polvere":
1. Il contenuto di cemento è ridotto al di sotto del 3%, l'incorporazione di CaO è ridotta al minimo, il contenuto di fase liquida è basso alle alte temperature, la curva di resistenza alle temperature da media-a-alta del materiale colabile è stabile e il ritiro successivo è minimo;
2. La micro-polvere attiva riempie i pori capillari, riducendo l'aggiunta di acqua del 15%–20%, risultando in un corpo refrattario denso senza polvere superficiale dopo la cottura;
3. La fusione integrale crea un guscio senza giunzioni per la copertura del forno, impedendo ai gas alcalini di penetrare attraverso gli spazi vuoti, prolungando la durata di circa il 15% rispetto alle tradizionali coperture in mattoni.
Con questo sistema non sono necessarie fibre di acciaio aggiuntive per soddisfare i requisiti di servizio e i costi dei materiali e i rischi di costruzione sono controllabili.
II. Copertura del forno ad arco elettrico: sistema a basso-cemento rinforzato con fibra di acciaio
Oltre a resistere a temperature superiori a 1600 gradi, il coperchio del forno ad arco elettrico è soggetto anche a frequenti archi elettrici dai fori degli elettrodi, riscaldamento e raffreddamento rapidi e spruzzi di goccioline fuse, rendendo le condizioni operative estremamente dure. I mattoni ad alto-allumina, a causa dei giunti concentrati e dell'insufficiente resistenza agli shock termici, tendono a scheggiarsi a forma di anello- attorno ai fori degli elettrodi, portando al collasso localizzato della copertura del forno. Utilizzando un compositocolabile refrattariodi "fibra di acciaio a basso-cemento + resistente al calore-in grado di risolvere specificamente i seguenti problemi:
1. La distribuzione tridimensionale delle fibre di acciaio inibisce la propagazione delle microfessure, aumentando la resistenza alla flessione di oltre il 30% e mantenendo una resistenza residua superiore al 60% dopo 30 cicli di shock termico;
2. Il ponte in fibra riduce lo stress da ritiro istantaneo durante l'essiccazione e la fusione in forno, senza crepe passanti visibili-ai bordi del foro dell'elettrodo;
3. L'ossidazione delle fibre durante le fasi di temperatura media- e alta-lascia canali microporosi che rilasciano la pressione del vapore interno, prevenendo lo scoppio;
4. Il getto integrale elimina i punti deboli nelle giunzioni dei mattoni, bloccando le vie di fuga antincendio ed estendendo il ciclo di manutenzione della copertura del forno da 3-4 mesi a oltre 6 mesi.
La quantità di fibra di acciaio aggiunta è generalmente controllata tra l'1,5% e il 2,5%. Troppa fibra può facilmente causare agglomerazioni, mentre troppo poca si tradurrà in un rafforzamento insufficiente. La lunghezza della fibra di 20–25 mm e il diametro di 0,3–0,5 mm forniscono un adattamento ottimale alla scorrevolezza del calcinabile refrattario.
III. Logica di selezione del materiale: prima le condizioni di lavoro, poi il materiale
La selezione dimateriali di copertura del fornodovrebbe seguire un approccio a tre-livelli: temperatura, corrosione e struttura.
1. Il livello di temperatura determina la purezza della matrice e del sistema adesivo. Maggiore o uguale a 1600 gradi richiede materiali a basso-cemento o addirittura ultra-a basso-cemento.
2. La frequenza dello shock termico e l'entità delle differenze di temperatura determinano se è necessaria la tenacizzazione delle fibre di acciaio. La fibra è essenziale negli ambienti con riscaldamento e raffreddamento rapidi.
3. Per strutture complesse e fori degli elettrodi densamente ravvicinati, è preferibile la fusione integrale per semplificare la lavorazione e l'assemblaggio di mattoni di forma irregolare e ridurre i punti deboli.
In questo contesto, le fibre di acciaio possono essere omesse dalle coperture dei forni in carburo di calcio, utilizzando un sistema a basso contenuto di-cemento-micropolveri per ottenere economia e durata sufficiente. Tuttavia, le fibre di acciaio devono essere introdotte nelle coperture dei forni elettrici ad arco, sacrificando la robustezza a favore della sicurezza e dell'integrità per una maggiore durata.
Il valore dei materiali calcinabili refrattari per la copertura del forno non risiede nel livello di un singolo indicatore, ma nella loro capacità di trasformare gradienti di temperatura, mezzi corrosivi e stress meccanici in micro-danni controllabili all'interno del materiale. Finché la formula e le condizioni di lavoro sono perfettamente abbinate, sia i sistemi a basso-cemento che quelli con fibra di acciaio possono superare significativamente le tradizionali strutture in muratura di mattoni, ottenendo un accoppiamento ottimale di "materiale-ambiente-durata della vita".
