الحديد والصلب والميتالورجيا

تُحسب كمية الجير من حِمل الأكاسيد الحمضية الداخل إلى الخبث لا من هدف القاعدية. وتُسرد المصادر بالترتيب: السيليكون في المعدن الساخن (كل 1% Si ← 21.4 kg SiO₂/t)، والرمل والتراب على الخردة، وشوائب الخام أو الكريات، وSiO₂ وAl₂O₃ من السبائك الحديدية، وMgO من تآكل البطانة. وقبل أن يكتمل هذا المجموع لا يحمل هدف B2 أي معنى رقمي.

الحساب من خطوتين. أولًا يُستخرج CaO الذي تتطلبه القاعدية المستهدفة (CaO = B2 × ΣSiO₂)، ثم تُقسم الكمية على نسبة CaO الفعّال في الجير. فمع جير فعّاليته 92% يلزم 74.5 kg منتَج مقابل 68.5 kg من CaO؛ وإذا هبطت الفعّالية إلى 86% كلّفت النتيجة نفسها 80 kg. وهذه الكيلوغرامات الستة الزائدة تأتي من الشهادة مباشرة دون أي خطأ من المشغّل.

بداية السلسلة في تجهيز الخام لا في مصنع الصهر. فقاعدية خلطة السنتر وفلكسة الكريات تُضبطان في جانب التعدين وإثراء الخامات؛ والسنتر عالي القاعدية يخفض منذ البداية حِمل الأكاسيد الحمضية الواصل إلى المحوّل. وحصر حساب الشحنة في مصنع الصهر يعني تجاهل أرخص مصدر للقاعدية لديك.

لقراءة الشهادة ترتيب: CaO الفعّال أولًا، ثم الفقد بالحرق، ثم الكبريت، ثم التفاعلية، والتوزيع الحبيبي أخيرًا. فـ CaO الكلي وحده مضلِّل؛ والجير المحروق بإفراط يبدو نظيفًا كيميائيًا لكنه لا يذوب في الخبث ولا يسهم في القاعدية رغم وجوده في ورقة الشحن.

تُقاس التفاعلية باختبار الإطفاء الرطب حسب EN 459-2 وتُعبَّر بـ t60: زمن ارتفاع ماء عند 20 °C إلى 60 °C. والجير اللين الحرق يقلّ عن ثلاث دقائق؛ وما تجاوز ست دقائق فهو محروق بشدة ويتأخر ذوبانه في مصنع الصهر. وهذا الاختبار يقرأ معايرة فرن الجير لا التركيب الكيميائي — وهو غالبًا سبب اختلاف سلوك مصنعين اختلافًا كبيرًا عند رقم CaO نفسه.

كيمياء الجير تأتي من خامته. فملف SiO₂ وAl₂O₃ والكبريت في كربونات الكالسيوم الطبيعية المغذّية للفرن يحدد ملف شوائب الجير الخارج منه؛ وعند تغيّر المحجر أو العِرق يُتوقع انزياح في تحليل الجير أيضًا. وتتبّع كل مصدر بدل كل دفعة يكفي عادةً في فحص الاستلام؛ لكن متى تجاوز مكوث الجير في الصومعة ثلاثة إلى أربعة أسابيع وجبت إعادة قياس الفقد بالحرق.

يتراوح الكبريت في معدن الفرن العالي عادةً بين 0.020 و0.040%. ولأن المحوّل وعاء مؤكسِد فإنه لا يزيل الكبريت بفعالية؛ وانتظار ذلك منه لا يزيد سوى حجم الخبث وفقد الحديد. لذلك يُزال الكبريت في عربة التوربيدو أو مغرفة الشحن، بخلّاط من نوع KR أو بالحقن المشترك.

الوصفة النموذجية في الحقن المشترك 0.4–0.8 kg/t مغنيسيوم مع 3–6 kg/t جير ناعم. فالمغنيسيوم يخفض الكبريت سريعًا، والجير يربط الكبريتيد المتكوّن بصورة مستقرة فيمنع الارتداد ويُبقي الخبث قابلًا للكشط. أما العمل بالجير وحده فيحتاج 5–10 kg/t ومعالجة أطول؛ والاختيار بين الطريقين مقارنة بين سعر المغنيسيوم والنافذة الزمنية المتاحة على المغرفة.

المقاس الحبيبي هو الحاسم هنا: 0–1 mm، وd50 بين 40 و100 µm، ومنتَج لا يتكتّل في النقل الهوائي. فالجير الذي التقط رطوبة يسدّ الرمح وخط النقل؛ ولذلك يحتاج جير الحقن صومعة مغلقة وجافة خاصة به. والكبريت المستهدف دون 0.005% عمومًا، ودون 0.002% في رتب IF وأنابيب الخطوط.

يُشحن معظم الجير في الثلث الأول من النفخة. فالجير المبكر يمنع الخبث الحمضي الأولي الناتج عن أكسدة السيليكون من مهاجمة البطانة؛ أما الجير المتأخر فلا يجد وقتًا للذوبان ويبقى جزيرةً صلبة في نهاية النفخة. وتوقيت الشحن يغيّر النتيجة بقدر ما تغيّرها جودة الجير.

تتطلب إزالة الفوسفور ثلاثة شروط معًا: 15–25% FeO في الخبث، وB2 ≥ 3.0، وحرارة منخفضة نسبيًا. وفوق 1650 °C ينعكس الاتزان ويعود الفوسفور من الخبث إلى المعدن. لذلك ليست حرارة نهاية النفخ متغيّرًا منفصلًا إلى جانب هدف الفوسفور، بل جزءًا مباشرًا منه.

يقع معامل توزيع الفوسفور Lp = (%P)/[%P] بين 50 و150 في محوّل جيد التشغيل. وإذا انخفض فأول ما يُسأل عنه ليس شحنة الجير بل ما إذا كان الخبث سائلًا فعلًا. فالجير غير المذاب يرفع القاعدية على الورق دون أن يسحب الفوسفور؛ وهذه الفجوة بين القياس والواقع هي السبب الحقيقي وراء معظم قرارات زيادة الشحنة.

القاعدية المستهدفة في فرن القوس أدنى منها في المحوّل؛ وتتراوح B2 عادةً بين 1.8 و2.4. والسبب فيزيائي لا كيميائي: فلكي يغطي الخبث الرغوي القوسَ عليه أن يبقى لزجًا وسيّالًا في آن. وفوق 2.5 يجفّ الخبث وتنهار الرغوة وينكشف القوس؛ فيرتفع الحمل الحراري على الألواح واستهلاك الأقطاب والضجيج معًا.

ما يُبقي الرغوة قائمة هو جسيمات الطور الثاني الصلبة داخل الخبث. والعمل فوق تشبّع MgO بقليل (8–14% MgO) يولّد هذه الجسيمات؛ أما البقاء دون التشبّع فيُضعف الرغوة ويسحب MgO من البطانة. وفي شحنات DRI/HBI يرتفع Al₂O₃ وSiO₂ معًا، فينبغي متابعة B4 = (CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃)؛ إذ تقرأ B2 وحدها في هذه الشحنات قراءة متفائلة بشكل منهجي.

والغبار والغاز الخارجان من الفرن نقطة تماس أخرى للجير. فالتقاط المكوّنات الحمضية قبل المرشّح الكيسي وإزالة SO₂ من مدخنة السنتر يعودان إلى معالجة غازات المداخن؛ والنعومة والتفاعلية المطلوبتان في تلك المادة الماصة مواصفة مختلفة تمامًا عن جير الخبث، والاثنان لا يتشاركان صومعة واحدة.

انسياب خبث المحوّل إلى المغرفة أثناء الصبّ هو أكبر عائق أمام الخبث الأبيض. فكل كيلوغرام خبث حامل لـ FeO يعبر إلى المغرفة يستهلكه الألمنيوم، فيرفع كلفة السبائك ويؤخر إزالة الكبريت. وحواجز الخبث وقياس سماكته وممارسة إنهاء الصبّ مبكرًا لا تقل أهمية هنا عن جودة الجير.

يُبنى الخبث الأبيض في نظام CaO–Al₂O₃–SiO₂ مع FeO+MnO دون 1% وقاعدية بين 2.5 و4.0. وفي هذه الظروف يصعد معامل توزيع الكبريت Ls إلى 300–1000، بينما القيمة نفسها في المحوّل بين 2 و8. والفارق ناتج عن خفض نشاط الأكسجين لا عن القاعدية — ففي مغرفة لم تُهدّأ بالألمنيوم لن ينخفض الكبريت مهما بلغت القاعدية.

على الجير الداخل إلى المغرفة أن يكون منخفض الكبريت ومنخفض الفقد بالحرق وجافًا. فالجير الرطب أو الهيدرات مصدر هيدروجين في الصلب السائل؛ وفي المقاطع السميكة يكفي ارتفاع 1 ppm في الهيدروجين ليضخّم خطر عيب الرقائق. أما الخبث الاصطناعي القائم على ألومينات الكالسيوم فليس بديلًا عن الجير بل رفيقًا له، يُستخدم لتسريع انصهاره.

يتوقف عمر بطانة MgO-C إلى حد بعيد على تشبّع الخبث بـ MgO من عدمه. فالخبث غير المشبع يذيب البطانة، والمشبع يترك طبقة واقية على سطحها. ورفع MgO في الخبث من 6% إلى 10% في الفرن نفسه يُحدث فرقًا مرئيًا في استهلاك الحراريات لكل صبّة دون المساس بتركيبة الطوب إطلاقًا.

وفي المحوّل يتحول هذا المبدأ إلى ممارسة رشّ الخبث: يُغلَّظ الخبث المتبقي بعد الصبّ بالجير الدولوميتي ثم يُرشّ على جدار البطانة بنفخ النيتروجين فيتجمّد عليها. والرشّ المُتقن يرفع عمر حملة المحوّل من بضعة آلاف صبّة إلى عشرات الآلاف؛ والمتغيّران الحاسمان هما نسبتا MgO وFeO في الخبث المتبقي وزمن النفخ.

لكن رفع MgO بلا حدود لا ينجح أيضًا. فبعيدًا فوق التشبّع يصير الخبث لزجًا، ويسوء امتزاج المعدن بالخبث أثناء النفخ، وتنخفض إزالة الفوسفور، وتبدأ مشكلات احتباس الخبث. والممارسة الصحيحة البقاء فوق منحنى التشبّع بقليل وإزاحة الهدف مع تغيّر الحرارة وFeO — فهدف MgO الثابت مضلِّل بقدر جرعة الجير الثابتة.

خبث مصنع الصلب ليس نفاية بل منتَجًا يجب إدارته. ولأن CaO وMgO الحرّين في خبث المحوّل يتماهان ويتمددان عند ملامسة الماء، يجب تعتيق الخبث ثلاثة إلى ستة أشهر أو تثبيته بالبخار قبل استخدامه في أساسات الطرق أو الخرسانة. وإغفال هذه الخطوة يجعل المادة المفروشة بوصفها ركامًا تنتفخ بعد أشهر وترفع الطبقة التي فوقها.

أما خبث الفرن العالي المحبَّب فهو بعد الطحن رابط يحلّ محل الأسمنت ويولّد قيمة مباشرة في جانب مواد البناء والتشييد. ولا يستطيع خبث المحوّل سلوك الطريق نفسه بسبب جيره الحر؛ وجمع الاثنين في بند واحد خطأ تقنيًا وتجاريًا معًا، وهو يُخفي في أغلب المصانع نصف العائد الممكن من الخبث.

ومياه التخليل الحمضية وتصريف مياه التبريد وحمأة القشور تُعادَل بالجير في جانب معالجة المياه ومياه الصرف؛ والمنتج المستخدم هناك ليس جير مصنع الصهر بل هيدرات قابلة للتجريع مباشرة. وإن أردت بناء موازنة جير من تحاليل خبثك وسجلات شحنك فيمكنك الوصول إلينا عبر صفحة الاتصال.