Pri použití stredofrekvenčnej pece je hrúbka žiaruvzdorného materiálu použitého na výmurovku iba 70-110 mm. Vnútorná strana je v kontakte s vysokoteplotným roztaveným kovom a vonkajšia strana je v blízkosti cievky chladenia vodou. Teplotný rozdiel medzi vnútornou a vonkajšou stranou žiaruvzdorného materiálu je veľký. Je v relatívne tenkom priereze a v podmienkach použitia vo vysoko korozívnom prostredí pre mnohé taviace operácie. Medzi hlavné procesné podmienky, ktoré ovplyvňujú poškodenie výmurovky patria: teplota tavenia, čas odplynenia, jednorazové množstvo odplynenia, chemické zloženie trosky a typ vyrobenej ocele (železa). Hlavnými faktormi ovplyvňujúcimi poškodenie výmurovky sú: chemická erózia trosky, odlupovanie žiaruvzdornej konštrukcie a tepelná erózia.
Obrázok 1. Erózia výmurovky taviacej liatiny
Obrázok 2. Erózia obloženia taviacej liatiny
1. Výmurovka stredofrekvenčnej pece Výmurovka stredofrekvenčnej pece sa zvyčajne vyrába zo žiaruvzdorných materiálov rôznych špecifikácií a veľkostí častíc (bežne používanými žiaruvzdornými materiálmi sú najmä horčík, kremeň, hliník a kompozitné materiály). Jeho vlastnosti sú: priame lepenie. Preto má vysokú odolnosť proti korózii, vysokú mechanickú pevnosť a dobrú odolnosť proti tepelným šokom.
Obrázok 3, obloženie pece viazané presne podľa procesu viazania
2. Mechanizmus poškodenia materiálu obloženia horčíkovej pece
Vezmite si horčíkový žiaruvzdorný materiál ako príklad na vysvetlenie mechanizmu poškodenia horčíkového materiálu:
Hlavnými prejavmi poškodenia horčíkového materiálu sú: tepelná erózia spôsobená stekajúcou roztavenou oceľou a chemická erózia spôsobená prenikaním zložiek trosky do materiálu.
Počas procesu tavenia bude roztok prenikať do žiaruvzdornej matrice cez kapilárne kanály v žiaruvzdornej matrici, aby korodoval obloženie pece. Zložky, ktoré prenikajú do žiaruvzdornej matrice, zahŕňajú; CaO, Si02, FeO v troske; Fe, Si, Ai, Mn, C v roztavenej oceli a dokonca aj kovové pary, plyn CO atď. Tieto infiltrované zložky sa ukladajú v kapilárnych kanáloch žiaruvzdorného materiálu, čo spôsobuje diskontinuitu fyzikálnych a chemických vlastností pracovný povrch a pôvodnú žiaruvzdornú matricu. Pri náhlej zmene prevádzkovej teploty sa objavia praskliny, odlupovanie a uvoľnená štruktúra. Presne povedané, tento proces poškodenia je oveľa závažnejší ako proces poškodenia rozpustením.
Kovové materiály pridané do pece prinesú rôzne oxidy a zloženie trosky z rôznych materiálov a rôznych pecí je tiež odlišné. Väčšina rôznych oxidov, karbidov, sulfidov a rôznych foriem kompozitných zlúčenín v troske bude chemicky reagovať s obložením pece za vzniku nových zlúčenín s rôznymi teplotami topenia.
Niektoré oxidy s nízkou teplotou topenia vznikajúce pri reakcii, ako je železný olivín (FeOSiO2) a mangánový olivín (MnOSiO2), majú vo všeobecnosti teploty topenia okolo 1200 stupňov. Troska s nízkou teplotou topenia má vynikajúcu tekutosť a môže vytvárať tavivo, ktoré spôsobuje silnú chemickú eróziu na obložení pece, čím sa znižuje životnosť obloženia pece. Troska s vysokou teplotou topenia vznikajúca pri reakcii, ako je mullit (3Al2O3•2SiO2), forsterit (2MgO•SiO2) atď., a niektoré kovové prvky s vysokou teplotou topenia majú teplotu topenia vyššiu ako 1800 stupňov. Medzi troskou s vysokou teplotou topenia a troskou s nízkou teplotou topenia suspendovanou v roztavenom kove dochádza k pomerne zložitému vzájomnému prenikaniu a vzájomnému rozpúšťaniu. Tieto trosky sa veľmi ľahko prichytávajú k stene pece a hromadia sa, čo spôsobuje vážne lepenie trosky, čo ovplyvňuje výkon, rýchlosť tavenia a kapacitu elektrickej pece a dokonca ovplyvňuje životnosť obloženia pece.
So zvyšujúcou sa kapacitou pece sa znižuje podiel tepla strateného z povrchu roztavenej ocele, teplota trosky je vyššia ako v malokapacitnej peci a tekutosť trosky je lepšia ako v malokapacitnej peci, takže zhoršuje sa erózia obloženia pece. Veľké indukčné pece väčšinou používajú metódu miešania ocele a trosky s odpichovou oceľou, čo vyžaduje, aby troska mala dobrú tekutosť, aby sa prispôsobila podmienkam odpichu. Preto je troskové vedenie silne erodované, čo je ďalší dôvod na zníženie životnosti výmurovky pece. Z vyššie uvedených dôvodov je životnosť obloženia veľkej indukčnej pece nižšia ako pri malej a strednej indukčnej peci. Aby sa zvýšila životnosť obkladu, mala by sa primerane zvýšiť hrúbka obkladu. S rastúcou hrúbkou obloženia pece sa však zvyšuje hodnota odporu, zvyšuje sa strata jalového výkonu a znižuje sa elektrická účinnosť. Preto je hrúbka obloženia pece obmedzená na určitý rozsah. Preto je potrebné zvoliť primeranú hrúbku steny, aby sa zabezpečila vysoká elektrická účinnosť aj životnosť obloženia pece.
Obrázok 5, obloženie pece pokryté troskou
3. Návrh riešení
Vyššie uvedená erózia vedie k takzvanému štrukturálnemu odlupovaniu pri cyklických výkyvoch teploty. Počas výrobného procesu troska preniká do pórov žiaruvzdornej matrice a vytvára veľkú zhrubnutú žiaruvzdornú vrstvu. Zmenia sa fyzikálne a chemické vlastnosti časti žiaruvzdorného materiálu, ktorá je nasiaknutá troskou. V dôsledku rozdielnych koeficientov tepelnej rozťažnosti medzi penetračnou vrstvou a zvyškovou nepohodlnou vrstvou sa pri zmene teploty objavuje veľké napätie na spoji dvoch vrstiev, čo vedie k prasklinám rovnobežným s pracovným povrchom a v konečnom dôsledku spôsobuje odlupovanie obloženia. . Troska, ktorá prenikne do žiaruvzdornej matrice, rozpustí žiaruvzdorné častice a oslabí väzbu medzi časticami, čo vedie k zníženiu žiaruvzdornosti materiálu a odolnosti voči vysokej teplote. Preto sa žiaruvzdorná vrstva penetračnej trosky poškodí rýchlejšie pod eróziou prúdiacej roztavenej ocele.
Zásaditosť trosky by mala byť kompatibilná s materiálom obloženia. Horčíkové obkladové materiály môžu byť korodované troskou s vysokým obsahom CaO a troskou SiO2. Množstvo CaF v troske by sa malo kontrolovať. Nadmerný CaF spôsobí koróziu alkalickej výstelky a spôsobí predčasné roztavenie oblasti troskovej línie. Keď sú fluoridové ióny a kovové ióny mangánu v troske vysoké alebo teplota roztaveného bazéna je vyššia ako 1700 stupňov, viskozita roztoku tiež prudko klesne, rýchlosť poškodenia obloženia sa zrýchli a životnosť obloženia sa zníži. značne znížená. Keď sa tavenie bez trosky vykonáva vo vákuu, životnosť výmurovky je väčšia ako pri bezvákuovom tavení.
Infiltrácia vysokého obsahu oxidu železa vo výmurovke ničí mikroštruktúru pôvodnej výmurovky, znižuje žiaruvzdornosť a znižuje viskozitu trosky CaO-Ai2O3-SiO2, takže troska preniká hlbšie do materiálu. Určité množstvo oxidu železa v pôvodnom obložení však prispieva k rýchlemu spekaniu obloženia a znižuje otvorené póry a priepustnosť materiálu. Formovacia hmota obsahuje najmä určité množstvo oxidu železa a veľmi výrazné je rýchle spekanie materiálu, otryskanie pieskom a zahrnutie piesku. Zvýšenie obsahu oxidu horečnatého a viskozity trosky je prospešné pre zníženie erózie trosky na obložení pece a zlepšenie efektu zberu trosky. Keď je zásaditosť trosky nízka, erózia horčíkovej výmurovky je vážnejšia a životnosť výmurovky pece sa znižuje; naopak, keď je zásaditosť trosky vysoká, erózia obloženia pece je relatívne malá a životnosť obloženia pece sa relatívne zlepší. Zvýšenie zásaditosti trosky a obsahu MgO v troske a zníženie obsahu FeO v troske je prospešné na zníženie erózie trosky na žiaruvzdornom materiáli.
Preto by sa pri použití činidiel na výrobu trosky mala venovať pozornosť výberu materiálov s vysokým obsahom oxidu horečnatého. Rozumne nakonfigurovať štruktúru trosky, urýchliť rýchlosť tvorby trosky, skrátiť čas tavenia a znížiť obsah oxidu železa v troske. Vhodnú trosku je potrebné zvoliť podľa materiálu obloženia pece. Alkalická troska je vhodná na obloženie horčíkom, ale môže byť korodovaná troskou s vysokým obsahom CaO a troskou SiO2. Nadmerný CaF2 tiež spôsobí koróziu alkalického obloženia, čo spôsobí predčasné roztavenie oblasti troskovej línie. Kyslá troska je vhodná na vymurovanie kremenných pecí, zatiaľ čo vymurovanie horčíkovo-hlinitých pecí sa môže použiť len na slabo alkalickú alebo neutrálnu trosku. Obloženie pece z oxidu hlinitého bude vykazovať typické amfotérne vlastnosti v rôznych hodnotách pH pri vysokej teplote, čo sa môže prispôsobiť troske s rôznymi hodnotami pH, ale je o niečo horšie ako kyslé a alkalické obloženia pecí. Z tohto dôvodu niektorí ľudia používajú vysoko čistý magnéziový piesok a pridávajú určité množstvo spinelu, aby zmenili vlastnosti matrice čistých magnéziových obkladových materiálov pri výbere materiálov, ale experimenty ukazujú, že korózna odolnosť vysoko čistých korundových materiálov je tiež výrazne vyššia. horší ako spekaný magnéziový piesok s nízkou čistotou.
Kyslá troska je vhodná na vymurovanie kremenných pecí, zatiaľ čo vymurovanie horčíkovo-hlinitých pecí sa môže použiť len na slabo alkalickú alebo neutrálnu trosku. Obloženie pece z oxidu hlinitého bude vykazovať typické amfotérne vlastnosti v rôznych hodnotách pH pri vysokej teplote, čo sa môže prispôsobiť troske s rôznymi hodnotami pH, ale je o niečo horšie ako kyslé a alkalické obloženia pecí. Stručne povedané, ak vezmeme do úvahy hlavný mechanizmus poškodenia obloženia magnéziovej pece, po nepretržitom zhrnutí a prieskume možno odolnosť materiálu voči prenikaniu trosky zlepšiť obmedzením otvorených pórov a priepustnosti a odolnosti obloženia pece proti erózii pri vysokej teplote a odlupovaniu. matricu možno zlepšiť zvýšením pevnosti v ohybe pri vysokej teplote a kritickej teploty mäknutia. Výkon obloženia pece závisí od mnohých faktorov, ako je distribúcia veľkosti častíc materiálu, fyzikálne a chemické vlastnosti materiálu a teplota spekania obloženia pece.
