Під час використання середньочастотної печі товщина вогнетривкого матеріалу, який використовується для футеровки, становить лише 70-110 мм. Внутрішня частина контактує з високотемпературним розплавленим металом, а зовнішня сторона знаходиться близько до змійовика водяного охолодження. Різниця температур між внутрішньою та зовнішньою сторонами вогнетривкого матеріалу велика. Він знаходиться у відносно тонкій частині та в умовах використання висококорозійного середовища для багатьох плавильних операцій. До основних технологічних умов, які впливають на пошкодження футеровки, відносяться: температура плавлення, час дегазації, разова кількість дегазації, хімічний склад шлаку і тип виробленої сталі (чавуну). Основними факторами, що впливають на пошкодження футеровки, є: хімічна ерозія шлаку, розшарування вогнетривкої структури і термічна ерозія.
Малюнок 1. Ерозія футеровки плавильного чавуну
Малюнок 2. Ерозія футеровки виплавки литої сталі
1. Футеровка середньочастотної печі Футеровка середньочастотної печі зазвичай виготовляється з вогнетривких матеріалів різної специфікації та розміру частинок (зазвичай використовуваними вогнетривкими матеріалами є переважно магній, кварц, алюміній і композитні матеріали). Його характеристики: пряме склеювання. Тому він має високу стійкість до корозії, високу механічну міцність і хорошу стійкість до термічного удару.
Малюнок 3, футерівка печі зв'язана суворо відповідно до процесу зав'язування
2. Механізм пошкодження матеріалу футеровки магнієвої печі
Візьмемо магнієвий вогнетривкий матеріал як приклад, щоб пояснити механізм пошкодження магнієвого матеріалу:
Основними проявами пошкодження магнієвого матеріалу є: термічна ерозія, спричинена течією розплавленої сталі, та хімічна ерозія, спричинена проникненням у матеріал компонентів шлаку.
Під час процесу плавки розчин проникне у вогнетривку матрицю через капілярні канали у вогнетривкій матриці, роз’їдаючи футерівку печі. Компоненти, які проникають у вогнетривку матрицю, включають; CaO, SiO2, FeO в шлаку; Fe, Si, Ai, Mn, C у розплавленій сталі та навіть у парах металу, газі CO тощо. Ці інфільтровані компоненти осідають у капілярних каналах вогнетривкого матеріалу, спричиняючи порушення фізичних та хімічних властивостей вогнетриву. робоча поверхня і вихідна вогнетривка матриця. При різкій зміні робочої температури з'являться тріщини, відшарування і пухка структура. Строго кажучи, цей процес пошкодження набагато серйозніший, ніж процес пошкодження розчинення.
Металеві матеріали, додані в піч, принесуть різні оксиди, і склад шлаків з різних матеріалів і різних печей також різний. Більшість різноманітних оксидів, карбідів, сульфідів і різних форм композитних сполук у шлаку вступатимуть у хімічну реакцію з футерівкою печі, утворюючи нові сполуки з різними температурами плавлення.
Деякі оксиди з низькою температурою плавлення, що утворюються в результаті реакції, такі як олівін заліза (FeOSiO2) і олівін марганцю (MnOSiO2), зазвичай мають температуру плавлення близько 1200 градусів. Шлак з низькою температурою плавлення має чудову текучість і може утворювати флюс, що спричиняє сильну хімічну ерозію футеровки печі, тим самим зменшуючи термін служби футеровки печі. Шлак з високою температурою плавлення, який утворюється в результаті реакції, такий як муліт (3Al2O3•2SiO2), форстерит (2MgO•SiO2) тощо, а також деякі металеві елементи з високою температурою плавлення мають температуру плавлення понад 1800 градусів. Існує відносно складне взаємопроникнення і взаємне розчинення між шлаком з високою температурою плавлення і шлаком з низькою температурою плавлення, зваженими в розплавленому металі. Ці шлаки дуже легко прилипають до стінок печі та накопичуються, викликаючи серйозне прилипання шлаку, впливаючи на потужність, швидкість плавлення та продуктивність електропечі та навіть впливаючи на термін служби футеровки печі.
Зі збільшенням потужності печі частка тепла, що втрачається поверхнею розплавленої сталі, зменшується, температура шлаку вища, ніж у печі з малою потужністю, а текучість шлаку краща, ніж у печі з малою потужністю, тому посилюється ерозія футеровки печі. Великі індукційні печі здебільшого використовують метод змішування сталі та шлаку для випуску сталі, вимагаючи, щоб шлак мав хорошу текучість, щоб адаптуватися до умов випуску. Тому шлакопровід сильно зруйнований, що є ще однією причиною скорочення терміну служби футеровки печі. Через перераховані вище причини термін служби футеровки великої індукційної печі нижче, ніж у малої та середньої індукційної печі. Щоб збільшити термін служби футеровки, необхідно відповідним чином збільшити товщину футеровки. Однак із збільшенням товщини футеровки печі величина опору зростає, втрати реактивної потужності збільшуються, а електричний ККД знижується. Тому товщина футеровки печі обмежена певним діапазоном. Тому необхідно вибрати розумну товщину стінок, щоб забезпечити як високий електричний ККД, так і термін служби футеровки печі.
Малюнок 5, футерівка печі покрита шлаком
3. Проектування рішень
Зазначена вище ерозія призводить до так званого структурного відколу під час циклічних коливань температури. У процесі виробництва шлак проникає в пори вогнетривкої матриці, утворюючи великий потовщений вогнетривкий шар. Зміняться фізико-хімічні властивості тієї частини вогнетриву, яка просочена шлаком. Через різні коефіцієнти теплового розширення між проникаючим шаром і залишковим незручним шаром при зміні температури на стику двох шарів з’являється велике напруження, що призводить до появи тріщин, паралельних робочій поверхні, і, в кінцевому підсумку, спричиняє відколювання футеровки. . Шлак, який проникає у вогнетривку матрицю, розчинить вогнетривкі частинки та послабить зв’язок між частинками, що призведе до зниження вогнетривкості матеріалу та стійкості до високих температур. Таким чином, шар проникнення шлаку вогнетрив швидше пошкоджується під дією ерозії текучої розплавленої сталі.
Основність шлаку повинна бути сумісна з матеріалом футеровки. Магнієві облицювальні матеріали можуть піддаватися корозії шлаком із високим вмістом CaO та шлаком SiO2. Необхідно контролювати кількість CaF в шлаку. Надмірна кількість CaF призведе до корозії лужної футеровки та спричинить передчасне танення зони шлакової лінії. Коли вміст іонів фтору та іонів металевого марганцю в шлаку високий або температура розплавленої ванни перевищує 1700 градусів, в’язкість розчину також різко впаде, швидкість пошкодження футеровки прискориться, а термін служби футеровки збільшиться. сильно зменшено. При безшлаковій плавці під вакуумом термін служби футеровки більше, ніж при безвакуумній плавці.
Інфільтрація футеровки з високим вмістом оксиду заліза руйнує мікроструктуру вихідної футеровки, знижує вогнетривкість і в’язкість шлаку CaO-Ai2O3-SiO2, завдяки чому шлак проникає глибше в матеріал. Однак певна кількість оксиду заліза в оригінальному футерівці сприяє швидкому спіканню футерування та зменшує відкриті пори та проникність матеріалу. Зокрема, формувальний матеріал містить певну кількість оксиду заліза, і швидке спікання матеріалу, піскоструминна обробка та включення піску є дуже помітними. Збільшення вмісту оксиду магнію та в’язкості шлаку є корисним для зменшення ерозії шлаку на футерівці печі та покращення ефекту збору шлаку. Коли основний вміст шлаку низький, ерозія магнієвої футеровки більш серйозна, а термін служби футеровки печі скорочується; навпаки, коли основний вміст шлаку є високим, ерозія футеровки печі є відносно незначною, а термін служби футеровки печі відносно покращується. Підвищення основності шлаку та вмісту MgO в шлаку, а також зменшення вмісту FeO в шлаку є корисним для зменшення ерозії шлаку на вогнетривкій речовині.
Тому при використанні шлакоутворювачів слід звернути увагу на вибір матеріалів з високим вмістом оксиду магнію. Розумно налаштувати структуру шлаку, прискорити швидкість утворення шлаку, скоротити час плавлення та зменшити вміст оксиду заліза в шлаку. Відповідний шлак слід підбирати відповідно до матеріалу футеровки печі. Лужний шлак підходить для магнієвого футеровки, але він може піддаватися корозії шлаком з високим вмістом CaO та шлаком SiO2. Надлишок CaF2 також роз’їдає лужну футерівку, спричиняючи передчасне плавлення ділянки шлакової лінії. Для футеровки кварцової печі придатний кислий шлак, а для алюмомагнезіально-глиноземної — тільки для слаболужного або нейтрального шлаку. Футеровка печі з оксиду алюмінію демонструватиме типові амфотерні властивості при різних значеннях рН при високій температурі, які можуть адаптуватися до шлаків з різними значеннями рН, але це трохи гірше, ніж кислотна та лужна футеровки печі. З цієї причини деякі люди використовують магнезіальний пісок високої чистоти та додають певну кількість шпінелі, щоб змінити властивості матриці матеріалів для облицювання печі з чистого магнезію під час вибору матеріалів, але експерименти показують, що корозійна стійкість матеріалів з високочистого корунду також є значною. поступається спеченому магнезіальному піску низької чистоти.
Для футеровки кварцової печі придатний кислий шлак, а для алюмомагнезіально-глиноземної — тільки для слаболужного або нейтрального шлаку. Футеровка печі з оксиду алюмінію демонструватиме типові амфотерні властивості при різних значеннях рН при високій температурі, які можуть адаптуватися до шлаків з різними значеннями рН, але це трохи гірше, ніж кислотна та лужна футеровки печі. Коротше кажучи, враховуючи основний механізм пошкодження футеровки магнезійної печі, після безперервного узагальнення та дослідження стійкість матеріалу до проникнення шлаку можна покращити шляхом обмеження відкритих пор і проникності, а також стійкості футеровки печі до високотемпературної ерозії та стійкості до розколювання. матриця може бути покращена шляхом підвищення високотемпературної міцності на вигин і критичної температури розм'якшення. Продуктивність футеровки печі залежить від багатьох факторів, таких як гранулометричний склад матеріалу, фізичні та хімічні властивості матеріалу та температура спікання футеровки печі.
