În timpul utilizării cuptorului cu frecvență medie, grosimea materialului refractar utilizat pentru căptușeală este de numai 70-110mm. Interiorul este în contact cu metalul topit la temperatură ridicată, iar exteriorul este aproape de serpentina de răcire cu apă. Diferența de temperatură dintre interiorul și exteriorul materialului refractar este mare. Se află într-o secțiune relativ subțire și în condițiile de utilizare a unui mediu extrem de coroziv pentru multe operațiuni de topire. Principalele condiții de proces care afectează deteriorarea căptușelii includ: temperatura de topire, timpul de degazare, cantitatea de degazare unică, compoziția chimică a zgurii și tipul de oțel (fier) produs. Principalii factori care afectează deteriorarea căptușelii sunt: eroziunea chimică a zgurii, descuamarea structurii refractare și eroziunea termică.
Figura 1. Eroziunea căptușelii fontei de topire
Figura 2. Eroziunea căptușelii oțelului turnat
1. Căptușeala cuptorului cu frecvență medie Căptușeala cuptorului cu frecvență medie este de obicei realizată din materiale refractare de diferite specificații și dimensiuni ale particulelor (materialele refractare utilizate în mod obișnuit sunt în principal magneziu, cuarț, aluminiu și materiale compozite). Caracteristicile sale sunt: lipirea directă. Prin urmare, are rezistență ridicată la coroziune, rezistență mecanică ridicată și rezistență bună la șocuri termice.
Figura 3, căptușeala cuptorului înnodat strict conform procesului de înnodare
2. Mecanismul de deteriorare a materialului de căptușire a cuptorului cu magneziu
Luați materialul refractar de magneziu ca exemplu pentru a explica mecanismul de deteriorare al materialului de magneziu:
Principalele manifestări ale deteriorării materialelor cu magneziu sunt: eroziunea termică cauzată de curgerea oțelului topit și eroziunea chimică cauzată de pătrunderea componentelor din zgură în material.
În timpul procesului de topire, soluția va pătrunde în matricea refractară prin canalele capilare din matricea refractară pentru a coroda căptușeala cuptorului. Componentele care pătrund în matricea refractară includ; CaO, SiO2, FeO în zgură; Fe, Si, Ai, Mn, C în oțelul topit și chiar vapori de metal, CO gaz etc. Aceste componente infiltrate se depun în canalele capilare ale materialului refractar, determinând discontinuitatea proprietăților fizice și chimice ale refractarului. suprafața de lucru și matricea refractară originală. Crăpăturile, decojirea și structura liberă vor apărea sub schimbarea bruscă a temperaturii de funcționare. Strict vorbind, acest proces de deteriorare este mult mai grav decât procesul de deteriorare prin dizolvare.
Materialele metalice adăugate în cuptor vor aduce diverși oxizi, iar compoziția zgurii din diferite materiale și diferite cuptoare este, de asemenea, diferită. Majoritatea diferiților oxizi, carburi, sulfuri și diferite forme de compuși compoziți din zgură vor reacționa chimic cu căptușeala cuptorului pentru a genera noi compuși cu diferite puncte de topire.
Unii oxizi cu punct de topire scăzut generați în reacție, cum ar fi olivina de fier (FeOSiO2) și olivina de mangan (MnOSiO2), au în general puncte de topire în jur de 1200 de grade. Zgura cu punct de topire scăzut are o fluiditate excelentă și poate forma un agent de flux, provocând eroziune chimică severă pe căptușeala cuptorului, reducând astfel durata de viață a căptușelii cuptorului. Zgura cu punct de topire ridicat generată în reacție, cum ar fi mullita (3Al2O3•2SiO2), forsterita (2MgO•SiO2), etc. și unele elemente metalice cu punct de topire înalt au un punct de topire mai mare de 1800 de grade. Există o întrepătrundere relativ complexă și o dizolvare reciprocă între zgura cu punct de topire ridicat și zgura cu punct de topire scăzut suspendată în metalul topit. Aceste zguri sunt foarte ușor de aderat la peretele cuptorului și se acumulează, provocând lipirea gravă a zgurii, afectând puterea, viteza de topire și capacitatea cuptorului electric și chiar afectând durata de viață a căptușelii cuptorului.
Pe măsură ce capacitatea cuptorului crește, proporția de căldură pierdută de la suprafața oțelului topit scade, temperatura zgurii este mai mare decât cea a unui cuptor de capacitate mică, iar fluiditatea zgurii este mai bună decât cea a unui cuptor de capacitate mică, deci erodarea căptușelii cuptorului este agravată. Cuptoarele mari cu inducție utilizează în cea mai mare parte metoda de amestecare a oțelului și a zgurii pentru a atinge oțelul, necesitând ca zgura să aibă o fluiditate bună pentru a se adapta la condițiile de atingere. Prin urmare, linia de zgură este grav erodata, ceea ce este un alt motiv pentru reducerea duratei de viață a căptușelii cuptorului. Din motivele de mai sus, durata de viață a căptușelii unui cuptor cu inducție mare este mai mică decât cea a unui cuptor cu inducție de dimensiuni mici și mijlocii. Pentru a crește durata de viață a căptușelii, grosimea căptușelii trebuie mărită în mod corespunzător. Cu toate acestea, pe măsură ce grosimea căptușelii cuptorului crește, valoarea rezistenței crește, pierderea de putere reactivă crește și eficiența electrică scade. Prin urmare, grosimea căptușelii cuptorului este limitată la un anumit interval. Prin urmare, trebuie selectată o grosime rezonabilă a peretelui pentru a asigura atât o eficiență electrică ridicată, cât și durata de viață a căptușelii cuptorului.
Figura 5, căptușeala cuptorului acoperită cu zgură
3. Proiectarea soluţiilor
Eroziunea de mai sus duce la așa-numita ruptură structurală sub fluctuațiile ciclice ale temperaturii. În timpul procesului de producție, zgura pătrunde în porii matricei refractare, formând un strat refractar mare, îngroșat. Proprietățile fizice și chimice ale părții refractarului care este înmuiată de zgură se vor modifica. Datorită coeficienților diferiți de dilatare termică dintre stratul de penetrare și stratul incomod rezidual, atunci când temperatura se schimbă, apare o tensiune mare la joncțiunea celor două straturi, rezultând fisuri paralele cu suprafața de lucru și, în cele din urmă, provoacă ruperea căptușelii. . Zgura care pătrunde în matricea refractară va dizolva particulele refractare și va slăbi legătura dintre particule, rezultând o scădere a refractarității materialului și a rezistenței la temperaturi ridicate. Prin urmare, stratul refractar de penetrare a zgurii este deteriorat mai repede sub eroziunea oțelului topit curgător.
Elementul de bază al zgurii ar trebui să fie compatibil cu materialul de căptușeală. Materialele de căptușeală din magneziu pot fi corodate de zgura de CaO ridicată și zgura de SiO2. Cantitatea de CaF din zgură trebuie controlată. CaF în exces va coroda căptușeala alcalină și va provoca topirea prematură a zonei liniei de zgură. Când ionii de fluorură și ionii metalici de mangan din zgură sunt mari sau temperatura piscinei topite este peste 1700 de grade, vâscozitatea soluției va scădea, de asemenea, brusc, rata de deteriorare a căptușelii va accelera și durata de viață a căptușelii va fi. redus mult. Când topirea fără zgură este efectuată sub vid, durata de viață a căptușelii este mai mare decât cea a topirii fără vid.
Infiltrarea unui conținut ridicat de oxid de fier în căptușeală distruge microstructura căptușelii originale, reduce refractaritatea și reduce vâscozitatea zgurii de CaO-Ai2O3-SiO2, astfel încât zgura pătrunde mai adânc în material. Cu toate acestea, o anumită cantitate de oxid de fier în căptușeala originală este favorabilă sinterizării rapide a căptușelii și reduce porii deschiși și permeabilitatea materialului. În special, materialul de turnare conține o anumită cantitate de oxid de fier, iar sinterizarea rapidă a materialului, sablare și includerea de nisip sunt foarte proeminente. Creșterea conținutului de oxid de magneziu și a vâscozității zgurii este benefică pentru reducerea eroziunii zgurii pe căptușeala cuptorului și îmbunătățirea efectului de colectare a zgurii. Când bazicitatea zgurii este scăzută, eroziunea căptușelii de magneziu este mai gravă, iar durata de viață a căptușelii cuptorului este redusă; dimpotrivă, atunci când bazicitatea zgurii este mare, eroziunea căptușelii cuptorului este relativ ușoară, iar durata de viață a căptușelii cuptorului este relativ îmbunătățită. Creșterea bazicității zgurii și a conținutului de MgO în zgură și reducerea conținutului de FeO în zgură este benefică pentru reducerea eroziunii zgurii pe materialul refractar.
Prin urmare, atunci când se utilizează agenți de producere a zgurii, trebuie acordată atenție selectării materialelor cu oxid de magneziu ridicat. Configurați în mod rezonabil structura zgurii, accelerați viteza de formare a zgurii, scurtați timpul de topire și reduceți conținutul de oxid de fier din zgură. Zgura adecvată trebuie selectată în funcție de materialul căptușelii cuptorului. Zgura alcalină este potrivită pentru căptușeală cu magneziu, dar poate fi corodata de zgura de CaO și zgura de SiO2 cu o cantitate mare. Excesul de CaF2 va coroda, de asemenea, căptușeala alcalină, provocând topirea prematură a zonei liniei de zgură. Zgura acidă este potrivită pentru căptușeala cuptorului cu cuarț, în timp ce căptușeala cuptorului cu magnezie-alumină poate fi utilizată numai pentru zgura slab alcalină sau neutră. Căptușeala cuptorului cu alumină va prezenta proprietăți amfotere tipice în diferite valori ale pH-ului la temperatură ridicată, care se pot adapta la zguri cu valori diferite ale pH-ului, dar este puțin mai rău decât căptușelile acide și alcaline ale cuptorului. Din acest motiv, unii oameni folosesc nisip de magnezie de înaltă puritate și adaugă o anumită cantitate de spinel pentru a modifica proprietățile matricei materialelor de căptușire a cuptorului cu magnezie pură atunci când selectează materiale, dar experimentele arată că rezistența la coroziune a materialelor de corindon de înaltă puritate este, de asemenea, semnificativ. inferior nisipului de magnezie sinterizat cu puritate scăzută.
Zgura acidă este potrivită pentru căptușeala cuptorului cu cuarț, în timp ce căptușeala cuptorului cu magnezie-alumină poate fi utilizată numai pentru zgura slab alcalină sau neutră. Căptușeala cuptorului cu alumină va prezenta proprietăți amfotere tipice în diferite valori ale pH-ului la temperatură ridicată, care se pot adapta la zguri cu valori diferite ale pH-ului, dar este puțin mai rău decât căptușelile acide și alcaline ale cuptorului. Pe scurt, având în vedere principalul mecanism de deteriorare al căptușelii cuptorului cu magnezie, după rezumat și explorare continuă, rezistența materialului la pătrunderea zgurii poate fi îmbunătățită prin limitarea porilor deschiși și a permeabilității, precum și a rezistenței la eroziune la temperatură înaltă și a rezistenței la spargere a căptușelii cuptorului. matricea poate fi îmbunătățită prin creșterea rezistenței la încovoiere la temperatură ridicată și a temperaturii critice de înmuiere. Performanța căptușelii cuptorului depinde de mulți factori, cum ar fi distribuția dimensiunii particulelor materialului, proprietățile fizice și chimice ale materialului și temperatura de sinterizare a căptușelii cuptorului.
