Tijdens het gebruik van de middenfrequentieoven is de dikte van het vuurvaste materiaal dat voor de voering wordt gebruikt slechts 70-110mm. De binnenkant staat in contact met het gesmolten metaal met hoge temperatuur en de buitenkant bevindt zich dicht bij de waterkoelspiraal. Het temperatuurverschil tussen de binnen- en buitenkant van het vuurvaste materiaal is groot. Het bevindt zich in een relatief dun gedeelte en in de gebruiksomstandigheden van een zeer corrosieve omgeving voor veel smeltbewerkingen. De belangrijkste procesomstandigheden die de schade aan de voering beïnvloeden, zijn onder meer: smelttemperatuur, ontgassingstijd, eenmalige ontgassingshoeveelheid, chemische samenstelling van de slak en het type geproduceerd staal (ijzer). De belangrijkste factoren die de schade aan de voering beïnvloeden, zijn: chemische erosie van de slak, afbladderen van de vuurvaste structuur en thermische erosie.
Figuur 1. Erosie van de bekleding van het smeltgietijzer
Figuur 2. Erosie van de bekleding van het gesmolten gietstaal
1. De bekleding van de medium frequentie oven De bekleding van de medium frequentie oven is meestal gemaakt van vuurvaste materialen van verschillende specificaties en deeltjesgroottes (veelgebruikte vuurvaste materialen zijn voornamelijk magnesium, kwarts, aluminium en composietmaterialen). De kenmerken zijn: directe binding. Daarom heeft het een hoge corrosiebestendigheid, hoge mechanische sterkte en goede thermische schokbestendigheid.
Figuur 3, ovenbekleding strikt geknoopt volgens het knoopproces
2. Schademechanisme van magnesium ovenvoeringmateriaal
Neem magnesium-refractormateriaal als voorbeeld om het schademechanisme van magnesiummateriaal uit te leggen:
De belangrijkste verschijnselen van schade aan magnesiummateriaal zijn: thermische erosie veroorzaakt door stromend gesmolten staal en chemische erosie veroorzaakt door slakcomponenten die in het materiaal doordringen.
Tijdens het smeltproces zal de oplossing door de capillaire kanalen in de vuurvaste matrix doordringen om de ovenvoering te corroderen. De componenten die doordringen in de vuurvaste matrix omvatten; CaO, SiO2, FeO in de slak; Fe, Si, Ai, Mn, C in het gesmolten staal en zelfs metaaldamp, CO-gas, enz. Deze geïnfiltreerde componenten worden afgezet in de capillaire kanalen van het vuurvaste materiaal, waardoor de fysische en chemische eigenschappen van het vuurvaste werkoppervlak en de oorspronkelijke vuurvaste matrix discontinuïteit veroorzaken. Scheuren, afbladderen en losse structuur zullen verschijnen onder de plotselinge verandering van de bedrijfstemperatuur. Strikt genomen is dit schadeproces veel ernstiger dan het oplossingsschadeproces.
De metalen materialen die aan de oven worden toegevoegd, brengen verschillende oxiden met zich mee en de samenstelling van slakken van verschillende materialen en verschillende ovens is ook anders. De meeste van de verschillende oxiden, carbiden, sulfiden en verschillende vormen van samengestelde verbindingen in de slak zullen chemisch reageren met de ovenvoering om nieuwe verbindingen met verschillende smeltpunten te genereren.
Sommige oxiden met een laag smeltpunt die bij de reactie ontstaan, zoals ijzerolivine (FeOSiO2) en mangaanolivine (MnOSiO2), hebben over het algemeen smeltpunten rond de 1200 graden. Slak met een laag smeltpunt heeft een uitstekende vloeibaarheid en kan een vloeimiddel vormen, wat ernstige chemische erosie op de ovenbekleding veroorzaakt, waardoor de levensduur van de ovenbekleding wordt verkort. De slak met een hoog smeltpunt die bij de reactie ontstaat, zoals mulliet (3Al2O3•2SiO2), forsteriet (2MgO•SiO2), enz., en sommige metaalelementen met een hoog smeltpunt hebben een smeltpunt van meer dan 1800 graden. Er is een relatief complexe interpenetratie en wederzijdse oplossing tussen de slak met een hoog smeltpunt en de slak met een laag smeltpunt die in het gesmolten metaal is gesuspendeerd. Deze slakken hechten zich heel gemakkelijk aan de ovenwand en hopen zich op, wat ernstige slakkleving veroorzaakt, wat het vermogen, de smeltsnelheid en de capaciteit van de elektrische oven beïnvloedt en zelfs de levensduur van de ovenbekleding beïnvloedt.
Naarmate de ovencapaciteit toeneemt, neemt het warmteverlies van het oppervlak van het gesmolten staal af, is de slaktemperatuur hoger dan die van een oven met een kleine capaciteit en is de vloeibaarheid van de slak beter dan die van een oven met een kleine capaciteit, dus de erosie van de ovenvoering wordt verergerd. Grote inductieovens gebruiken meestal de methode van het mengen van staal en slak om staal te tappen, waarbij de slak een goede vloeibaarheid moet hebben om zich aan te passen aan de omstandigheden van het tappen. Daarom wordt de slaklijn ernstig geërodeerd, wat een andere reden is voor de vermindering van de levensduur van de ovenvoering. Vanwege de bovenstaande redenen is de levensduur van de voering van een grote inductieoven lager dan die van een kleine en middelgrote inductieoven. Om de levensduur van de voering te verlengen, moet de dikte van de voering op passende wijze worden vergroot. Naarmate de dikte van de ovenvoering echter toeneemt, neemt de weerstandswaarde toe, neemt het verlies aan reactief vermogen toe en neemt de elektrische efficiëntie af. Daarom is de dikte van de ovenvoering beperkt tot een bepaald bereik. Daarom moet een geschikte wanddikte worden gekozen om zowel een hoog elektrisch rendement als een lange levensduur van de ovenbekleding te garanderen.
Figuur 5, ovenbekleding bedekt met slak
3. Ontwerp van oplossingen
De bovenstaande erosie leidt tot zogenaamde structurele spalling onder cyclische temperatuurschommelingen. Tijdens het productieproces dringt slak door in de poriën van de vuurvaste matrix, waardoor een grote verdikte vuurvaste laag ontstaat. De fysieke en chemische eigenschappen van het deel van het vuurvaste materiaal dat door de slak wordt geweekt, veranderen. Vanwege de verschillende thermische uitzettingscoëfficiënten tussen de penetratielaag en de resterende hinderlijke laag, ontstaat er bij temperatuurverandering een grote spanning op de verbinding van de twee lagen, wat resulteert in scheuren parallel aan het werkoppervlak en uiteindelijk zorgt voor het afbrokkelen van de voering. De slak die doordringt in de vuurvaste matrix lost de vuurvaste deeltjes op en verzwakt de binding tussen de deeltjes, wat resulteert in een afname van de vuurvastheid en hoge temperatuurbestendigheid van het materiaal. Daarom wordt het vuurvaste materiaal van de slakpenetratielaag sneller beschadigd onder de erosie van stromend gesmolten staal.
De basiciteit van de slak moet compatibel zijn met het voeringmateriaal. Magnesium voeringmaterialen kunnen worden gecorrodeerd door hoge CaO slak en SiO2 slak. De hoeveelheid CaF in de slak moet worden gecontroleerd. Overmatig CaF zal de alkalische voering corroderen en voortijdig smelten van het slaklijngebied veroorzaken. Wanneer de fluoride-ionen en metaalmangaanionen in de slak hoog zijn of de smeltbadtemperatuur boven de 1700 graden is, zal de viscositeit van de oplossing ook sterk dalen, zal de schadesnelheid van de voering versnellen en zal de levensduur van de voering sterk worden verkort. Wanneer slakvrij smelten onder vacuüm wordt uitgevoerd, is de levensduur van de voering groter dan die van niet-vacuüm smelten.
De infiltratie van een hoog ijzeroxidegehalte in de voering vernietigt de microstructuur van de oorspronkelijke voering, vermindert de vuurvastheid en vermindert de viscositeit van de CaO-Ai2O3-SiO2-slak, zodat de slak dieper in het materiaal doordringt. Een bepaalde hoeveelheid ijzeroxide in de oorspronkelijke voering is echter bevorderlijk voor het snelle sinteren van de voering en vermindert de open poriën en permeabiliteit van het materiaal. In het bijzonder bevat het gietmateriaal een bepaalde hoeveelheid ijzeroxide en zijn het snelle sinteren, zandstralen en zandinsluiting van het materiaal zeer prominent aanwezig. Het verhogen van het magnesiumoxidegehalte en de viscositeit van de slak is gunstig voor het verminderen van de erosie van de slak op de ovenvoering en het verbeteren van het effect van het verzamelen van slak. Wanneer de slakbasiciteit laag is, is de erosie van de magnesiumvoering ernstiger en wordt de levensduur van de ovenvoering verkort; integendeel, wanneer de slakbasiciteit hoog is, is de erosie van de ovenvoering relatief gering en wordt de levensduur van de ovenvoering relatief verbeterd. Het verhogen van de basiciteit van de slak en het MgO-gehalte in de slak, en het verlagen van het FeO-gehalte in de slak, is gunstig voor het verminderen van erosie van de slak op het vuurvaste materiaal.
Daarom moet bij het gebruik van slakvormende middelen aandacht worden besteed aan het selecteren van materialen met een hoog magnesiumoxidegehalte. Configureer de slakstructuur redelijkerwijs, versnel de slakvormingssnelheid, verkort de smelttijd en verlaag het ijzeroxidegehalte in de slak. De juiste slak moet worden geselecteerd op basis van het materiaal van de ovenvoering. Alkalische slak is geschikt voor magnesiumvoering, maar kan worden gecorrodeerd door slak met een hoog CaO-gehalte en SiO2-slak. Overmatig CaF2 zal ook de alkalische voering corroderen, waardoor het slaklijngebied voortijdig smelt. Zure slak is geschikt voor kwartsovenvoering, terwijl magnesia-alumina-ovenvoering alleen kan worden gebruikt voor zwak alkalische of neutrale slak. Alumina-ovenvoering zal typische amfotere eigenschappen vertonen in verschillende pH-waarden bij hoge temperatuur, die zich kunnen aanpassen aan slakken met verschillende pH-waarden, maar het is iets slechter dan zure en alkalische ovenvoeringen. Om deze reden gebruiken sommige mensen magnesiazand met een hoge zuiverheidsgraad en voegen ze een bepaalde hoeveelheid spinel toe om de matrixeigenschappen van de bekledingsmaterialen voor ovens met zuivere magnesia te veranderen bij de materiaalkeuze. Experimenten tonen echter aan dat de corrosiebestendigheid van korundmaterialen met een hoge zuiverheidsgraad ook aanzienlijk slechter is dan die van gesinterd magnesiazand met een lage zuiverheidsgraad.
Zure slak is geschikt voor kwarts ovenbekleding, terwijl magnesia-alumina ovenbekleding alleen kan worden gebruikt voor zwak alkalische of neutrale slak. Alumina ovenbekleding zal typische amfotere eigenschappen vertonen in verschillende pH-waarden bij hoge temperatuur, die zich kunnen aanpassen aan slakken met verschillende pH-waarden, maar het is iets slechter dan zure en alkalische ovenbekledingen. Kortom, gezien het belangrijkste schademechanisme van magnesia ovenbekleding, na continue samenvatting en verkenning, kan de weerstand van het materiaal tegen slakpenetratie worden verbeterd door de open poriën en permeabiliteit te beperken, en de erosiebestendigheid bij hoge temperaturen en spallingbestendigheid van de ovenbekledingsmatrix kunnen worden verbeterd door de buigsterkte bij hoge temperaturen en de kritische verzachtingstemperatuur te verhogen. De prestaties van de ovenbekleding zijn afhankelijk van veel factoren, zoals de deeltjesgrootteverdeling van het materiaal, de fysieke en chemische eigenschappen van het materiaal en de sintertemperatuur van de ovenbekleding.
