يجب أن تتبنى الموقد والقاع من فرن عالية بنية مصنوعة بالكامل من طوب الكربون أو طوب الكربون المركب، باستخدام طوب الكربون عالي الجودة للبناء.للفنادق العالية الكبيرةمع اعتماد جدران التبريد من النحاس، انتقلت النقطة الضعيفة للوقت الطويل من جسم الفرن السفلي،البطنلذلك، أصبح تمديد عمر الموقد محورًا رئيسيًا لتحقيق عمر خدمة طويل للأفران العالية.
في السنوات الأخيرة، شهدت عدة أفران عالية في الصين زيادة اختلافات درجة حرارة المياه أو حتى الحرق في الموقد، مما يتطلب تدابير شاملة لمعالجة هذه المشكلات.يجب أن تستوفي الطوب والكتل الكربونية عالية الجودة المستخدمة في الفرن العالي معايير الأداء التقليدية مع الوفاء أيضًا بمتطلبات الموصلة الحرارية، قابلية النفاذ، مقاومة الأكسدة، مقاومة القلي، ومقاومة تآكل الحديد المنصهر.
يوصى باستخدام منطقة tuyere لهيكل الطوب المركب ، عادةً طوب الكوروندوم-موليت ، طوب الكوروندوم البني ، أو طوب الكربون المضغوط الساخن مثل NMA أو NMD.الأسباب الشائعة للتآكل في المواقد تشمل الكسح الميكانيكي من الكوكس والخامات، التآكل الكيميائي، الأكسدة بواسطة بخار الماء، الهجوم من الزنك والمعادن القلوية، والأضرار الحرارية.
لمعالجة هذه المشكلات، يمكن للأفران العالية أن تتبنى طوب الكربون الميكروبوري ذو التوصيل الحراري العالي وتعزيز تدابير التبريد على جدار تبريد الموقد.هذا يضمن أن درجة حرارة تجمد الخامات والحديد المنصهر (1150 درجة مئوية) تبقى داخل الطوب الكربونيأبقيها بعيدة عن جدار التبريد
يوجد حاليًا ثلاثة هياكل أساسية للمواقد والقاع في الفرن العالي المحلي والدولي:
أثبتت جميع الهياكل الثلاثة أنها تعزز عمر الفرن. وقد تم اعتماد طوب الكربون ذو التوصيل الحراري العالي ، وطوب الكربون الميكروبوري ، وهياكل الأغطية السيراميكية على نطاق واسع.
في الفرن العالي للاستعمال، تؤكد العمليات على الحفاظ على مركز حراري نشط مع ضمان درجة حرارة مركزية مناسبة.الانتباه قد تحول إلى مقاومة الحرارة من وسادة السيراميك وتحسين عمرها لتحقيق درجات حرارة مناسبة وسط القاع.
نظرية تشكيل الطبقة الصلبة عن طريق التبريد المحسن:
استخدام مواد مقاومة للحرارة ذات الموصلات الحرارية العالية (18.4 W/mK عند 600 درجة مئوية ، 60-80 W/mK عند 20 درجة مئوية) على الجدار الجانبي للمحفر ، جنبا إلى جنب مع التبريد المكثف ،يمنع دخول الخث والحديد المنصهركما توفر هذه المواد مقاومة عالية للقلي، وتمتص الإجهاد الحراري، وتنقل الحرارة بسرعة إلى مياه التبريد من خلال نظام تبريد مياه فعال.هذا يخلق طبقة واقية ثابتة متصلبة على السطح الساخن من الغطاء المقاوم للنيران (مع خطوط عازلة الحرارة فوق 1150 درجة مئوية)، تشكل "قشرة حديدية" على قاع الموقد وتقاوم تآكل الجدران الجانبية الناجمة عن تأثيرات "قدم الفيل".
مفتاح طول العمر الموقد يكمن في التوصيل الحراري لمواد الجدران الجانبية الموقد. التركيز على اختيار المواد مع التوصيل الحراري ممتازة،ومقاومة للتشقق الحلقيةالاحتفاظ المناسب يؤكد على فعالية التبريد، ومراقبة اختلاف درجة حرارة الماء على جدار التبريد، وحقن القماش في المناطق المسامية.
يعتبر القاع المتكامل مع التبريد بنية معقولة. وهو يتضمن مواد الكربون فوق أنابيب التبريد و 2-3 طبقات من الطوب الكربوني.الأجزاء المختلفة تتطلب طوب الكربون مع خصائص محددةتحت فتحة الصنبور ، يجب استخدام طوب الكربون الميكروبوري ذو عدم المرورية العالية ، في حين يجب استخدام طوب SiC ذو التوصيل الحراري العالي لأدنى طبقة أسفل الفرن.أما المناطق الأخرى فيمكن استخدام طوب الكربون القياسي أو الميكروبوري.
يزيد دمج طوب الكربون الأطول تحت محيط قاع الفرن تحت فتحة الصنبور من مقاومة دخول الحديد المنصهر والمعادن القلوية والتآكل.الفجوات بين الطوب يجب أن تقل إلى أقل من 0.5 ملم للبناء
فيما يتعلق ببنية "الكأس السيراميكية" ، تنقسم الآراء الأكاديمية. يجادل البعض بأن الكأس السيراميكية تلعب دورًا مهمًا ويجب تعزيزها.بينما يعتقد آخرون أنها سوف تتدهور في نهاية المطاف، يترك الطوب الكربوني كهيكل أساسي.يمكن أيضاً استخدام الطوب الكربوني الصغير المضغوط بالحر الذي يقاوم اختراق الحديد المنصهر والقيادة الحرارية العالية على الجدران الجانبية للمشع.
كلا النهجين لهما مزايا وعيوب، ويمكن لأي منهما تحقيق عمر فرن طويل، على الرغم من وجود تكاليف اقتصادية مختلفة.اعتماد الطوب الكربوني ذو الجودة العالية، فضلا عن الطوب الكربوني الصغير المضغوط بالساخن، قد حسنت بشكل كبير من عمر الفرن العالي في الصين.معظم الفرن الكبير المتوسط والكبير في الصين قد تخلى عن رمي أسفل مواد الكربون وعمليات الإنتاج الخبز الذاتي.
