چکیده
خوردگی تیوبهای کوره مولیبدن یکی از مهمترین مشکلات صنایع حرارتی و متالورژی است که موجب کاهش عمر تجهیزات، توقف تولید و افزایش هزینههای نگهداری میگردد. در این پژوهش، برای اولین بار در کشور، یک کامپوزیت نوین ضدخوردگی بر پایه کاربوراندوم توسط شرکت دانشبنیان صنایع پیشگامان برهان استیل توسعه و تولید شد. این کامپوزیت به عنوان لاینر داخلی تیوب نصب گردیده و از تماس مستقیم مذاب و گازهای خورنده با فلز جلوگیری میکند.
نتایج آزمایشهای کوره نشان دادند که تیوبهای مجهز به این پوشش بیش از ده برابر تیپهای معمولی عمر کاری دارند و نرخ خوردگی در دماهای بالا به طور چشمگیری کاهش یافته است. برای ارزیابی دقیق، یک کوره آزمایشگاهی ویژه با قابلیت دستیابی به دمای 800 درجه سانتیگراد طراحی و ساخته شد.
- مقدمه
خوردگی فلزات در دماهای بالا یکی از چالشهای اصلی صنایع انرژی، فولاد و متالورژی است. تیوبهای کوره مولیبدن به دلیل تماس با مذاب و گازهای خورنده، به شدت در معرض خوردگی قرار دارند. این پدیده منجر به کاهش عمر تجهیزات، توقفهای مکرر و هزینههای بالای تعمیرات میشود.
شرکت صنایع پیشگامان برهان استیل با تکیه بر بیش از ده سال تجربه تحقیق و توسعه و فعالیتهای دانشبنیان، موفق به تولید کامپوزیت ضدخوردگی بر پایه کاربوراندوم شده است. این پوشش نوآورانه نه تنها عمر تیوبها را به طور چشمگیر افزایش میدهد، بلکه قابلیت استفاده در شرایط عملیاتی شدید و دمای بالا را نیز دارد.
هدف اصلی این پژوهش ارائه نتایج عملکرد این فناوری، طراحی و ساخت کوره آزمایشگاهی و بررسی علمی اثر کامپوزیت در شرایط واقعی است. این پروژه نشاندهنده توانمندی علمی و فناوری داخلی و توانایی تیم تحقیق و توسعه جوان و پرانرژی شرکت در بومیسازی فناوریهای پیشرفته است.
- مواد و روشها
2-1. طراحی کوره آزمایشگاهی
کوره طراحیشده دارای دو بخش عملکردی است:
- بخش ذوب: شامل المنتهای NiCr و SiC برای تأمین حرارت یکنواخت تا دمای 800°C
- بخش خروجی مذاب: جهت هدایت مذاب و بررسی میزان خوردگی
ویژگیهای کلیدی طراحی:
تیوب داخلی: طول 400 میلیمتر، قطر 250 میلیمتر، پوشش کامپوزیتی ضخامت 1 اینچ
سیستم دوران: دینام و گیربکس برای توزیع یکنواخت مذاب و کاهش تنشهای حرارتی
بدنه فلزی مقاوم با پوشش محافظ و عایق حرارتی از پشم سرامیکی و آجر سبک نسوز
کنترل دقیق دما با کنترلر PID و ترموکوپل نوع K
دو بخش مجزا برای عملکرد ذوب و خروج مذاب جهت شبیهسازی واقعی شرایط صنعتی
2-2. تولید و قالبسازی کامپوزیت
قالب فولادی H13 جهت تولید پوشش استوانهای طراحی و ساخته شد. پودر کامپوزیتی کاربوراندوم تحت پرس هیدرولیک 100 تن فشرده و سپس عملیات حرارتی برای تثبیت ساختار انجام شد.
ویژگیهای کامپوزیت:
مقاومت بسیار بالا در برابر خوردگی مذاب و گازهای فعال
پایداری حرارتی تا 1000°C
قابلیت نصب آسان داخل تیوبهای کوره موجود
عملکرد بیش از ده برابر تیپهای معمولی
- نتایج و بحث
تیوبهای پوششدار با کامپوزیت کاربوراندوم عمر کاری بیش از ده برابر تیپهای معمولی دارند.
نرخ خوردگی به شکل چشمگیری کاهش یافته و سطح فلز در دماهای بالا محافظت میشود.
سیستم دوران تیوب سبب توزیع یکنواخت مذاب و کاهش تمرکز حرارت شد.
مقایسه المنتهای NiCr و SiC نشان داد که SiC پایداری حرارتی بیشتری دارد و عمر مفید بالاتری ارائه میدهد.
تیم تحقیق و توسعه شرکت با بهرهگیری از دانش فنی و تجربههای پیشین، طراحی سیستم حرکت دورانی و عایقبندی پیشرفته را بهینه نمود.
دادههای آزمایشگاهی نشان میدهد که ترکیب طراحی مکانیکی، عایق حرارتی و پوشش کامپوزیتی، شرایط عملیاتی واقعی و پایدار برای تست کامپوزیت فراهم کرده است.
- بهینهسازی و پیشنهادات
استفاده از کنترلر PID چندمرحلهای و سیستم مانیتورینگ دادهها برای پایش دقیق دما
توسعه پوششهای چندلایه کامپوزیتی برای افزایش مقاومت بیشتر
ساخت نسخه پایلوت صنعتی و تست میدانی در شرایط واقعی
همکاری با صنایع فولاد، پتروشیمی و متالورژی برای توسعه کاربردی
آموزش تیمهای عملیاتی و تولید جهت بهرهبرداری صحیح از فناوری نوین
- نتیجهگیری
این پژوهش نشان داد که:
کامپوزیت ضدخوردگی بر پایه کاربوراندوم تولید شده توسط صنایع پیشگامان برهان استیل، برای اولین بار در کشور عملکردی فوقالعاده دارد.
تیوبهای مجهز به این پوشش بیش از ده برابر تیپهای معمولی عمر کاری دارند و نرخ خوردگی کاهش چشمگیری دارد.
ساخت کوره آزمایشگاهی امکان بررسی علمی و عملی فناوری را فراهم کرده است.
سالها تحقیق و توسعه، دانشبنیان بودن شرکت، و تیم تحقیق و توسعه جوان و پرانرژی نقش اساسی در موفقیت پروژه داشته و نشان از ظرفیت بالای کشور در بومیسازی فناوریهای پیشرفته دارد.
منابع
- Fontana, M. G. Corrosion Engineering. McGraw-Hill, 1986.
- Davis, J. R. High-Temperature Corrosion of Metals. ASM International, 2000.
- Smith, W. F. Principles of Materials Science and Engineering. McGraw-Hill, 1996.
- گزارشهای داخلی شرکت صنایع پیشگامان برهان استیل، 2025