آیا هرچه تخلخل کوراندوم تابولار کمتر باشد، بهتر است؟
تخلخل کوراندوم تابولار کاملاً به این صورت نیست که «هرچه کمتر، بهتر» ؛ در عوض، باید بر اساس سناریوی کاربردی خاص و الزامات عملکرد هسته، به طور جامع قضاوت شود . سطح آن مستقیماً بر شاخص‌های کلیدی مانند رسانایی حرارتی، استحکام و مقاومت در برابر خوردگی ماده تأثیر می‌گذارد و الزامات تخلخل در سناریوهای مختلف به طور قابل توجهی متفاوت است.
۱. ابتدا، روشن کنید: «تخلخل» کوراندوم تخته‌ای چیست؟
کوراندوم تابولار یک ماده نسوز است که از α-آلومینای با خلوص بالا (Al₂O₃) که در دماهای بالا تف‌جوشی شده است، ساخته شده است. این ماده حاوی مقدار مشخصی منافذ (شامل منافذ باز و منافذ بسته) است. تخلخل معمولاً به “تخلخل حجمی” – درصد حجم منافذ در کل حجم ماده – اشاره دارد و یکی از شاخص‌های اصلی برای اندازه‌گیری فشردگی ریزساختار آن است.
۲. مزایای «تخلخل کم»: در چه مواردی تخلخل کم مورد نیاز است؟
وقتی سناریوی کاربردی الزامات بالایی برای مقاومت در برابر خوردگی، استحکام بالا و رسانایی حرارتی پایین (در برخی موارد) داشته باشد ، کوراندوم تابولار با تخلخل کم، مزیت بیشتری دارد. سناریوهای معمول عبارتند از:
- صنعت آهن و فولاد: آجرها/مواد ریختنی پوشش پاتیل و تاندیش
فولاد مذاب و سرباره بسیار خورنده هستند. تخلخل کم به معنای “کانال‌های” کمتر در داخل ماده است که نفوذ سرباره و فرسایش فولاد مذاب را کاهش می‌دهد و عمر مفید آجرهای پوشش را افزایش می‌دهد. در عین حال، تخلخل کم، استحکام ماده را در دمای اتاق و دمای بالا بهبود می‌بخشد و از پوسته پوسته شدن به دلیل ساختار سست در دماهای بالا جلوگیری می‌کند. - ذوب فلزات غیرآهنی: کوره‌های پالایش و پوشش‌های سلولی الکترولیتی.
فلزات غیرآهنی مذاب (مثلاً آلومینیوم، مس) و الکترولیت‌ها مستعد نفوذ هستند. تخلخل کم، خطر «خوردگی نفوذی» را کاهش می‌دهد و مقاومت در برابر شوک حرارتی ماده را افزایش می‌دهد (تمرکز تنش حرارتی ناشی از منافذ را به حداقل می‌رساند). - کوره‌های دما بالا: آجرهای نسوز برای مناطق پخت دما بالا
مواد کم تخلخل فشردگی بالاتری دارند، می‌توانند بارهای دما بالای ۱۷۰۰ درجه سانتیگراد را تحمل کنند و انقباض حجمی را در دماهای بالا کاهش می‌دهند (انقباض کم در پخت مجدد) و پایداری ساختاری کوره را تضمین می‌کنند.
۳. لزوم «تخلخل بالا»: در چه مواردی تخلخل پایین نامناسب است؟
وقتی سناریوی کاربرد به مقاومت در برابر شوک حرارتی، عایق حرارتی و نفوذپذیری هوا نیاز دارد ، فشردگی بیش از حد بالا (تخلخل خیلی کم) به یک عیب تبدیل می‌شود. در چنین مواردی، کوراندوم تابولار با تخلخل متوسط تا زیاد ترجیح داده می‌شود:
- سناریوهایی که نیاز به مقاومت در برابر شوک حرارتی بالا دارند: درب‌ها و قطعات کوره که در معرض گرمایش/سرمایش سریع قرار دارند
. مواد با تخلخل کم، رسانایی حرارتی بالایی دارند. در طول چرخه‌های متناوب گرم و سرد در دماهای بالا، اختلاف دمای زیاد بین داخل و خارج به راحتی تنش حرارتی زیادی ایجاد می‌کند و باعث ترک خوردن ماده می‌شود. در مقابل، تخلخل متوسط تا زیاد (معمولاً 15 تا 25 درصد) می‌تواند از طریق منافذ “تنش حرارتی را کاهش دهد” و مقاومت در برابر شوک حرارتی را بهبود بخشد (به عنوان مثال، آجرهای آستر برای ناحیه خنک‌کننده کوره‌های سرامیکی). - سناریوهای عایق حرارتی: لایه‌های عایق کوره با دمای بالا
منافذ (به‌ویژه منافذ بسته) انتقال حرارت را مسدود می‌کنند. کوراندوم تخته‌ای با تخلخل بالا (که اغلب با سنگدانه‌های سبک ترکیب می‌شود) رسانایی حرارتی پایین‌تر و عملکرد عایق بهتری دارد. استفاده از مواد با تخلخل کم منجر به اتلاف سریع گرما از کوره و افزایش مصرف انرژی می‌شود. - سناریوهایی که نیاز به نفوذپذیری هوا دارند: مواد فیلتر و آجرهای نفوذپذیر
در کاربردهایی مانند فیلتراسیون مذاب فلزات غیرآهنی و هم زدن فولاد مذاب با تزریق گاز، ماده به سطح مشخصی از نفوذپذیری هوا نیاز دارد. در این زمان، تخلخل باید در یک محدوده معقول (مثلاً 20٪ -30٪) کنترل شود تا عبور سیال بدون نشتی تضمین شود. تخلخل کم مستقیماً کانال‌های نفوذپذیر هوا را مسدود می‌کند.
