Keskitaajuista uunia käytettäessä vuoraukseen käytetyn tulenkestävän materiaalin paksuus on vain 70-110mm. Sisäpuoli on kosketuksissa korkean lämpötilan sulaan metalliin ja ulkopuoli on lähellä vesijäähdytyskierukkaa. Lämpötilaero tulenkestävän materiaalin sisä- ja ulkopuolen välillä on suuri. Se on poikkileikkaukseltaan suhteellisen ohut ja käyttöolosuhteissa erittäin syövyttävässä ympäristössä monissa sulatustoiminnoissa. Pääasiallisia vuorauksen vaurioitumiseen vaikuttavia prosessiolosuhteita ovat: sulatuslämpötila, kaasunpoistoaika, kertaluonteinen kaasunpoistomäärä, kuonan kemiallinen koostumus ja tuotetun teräksen (raudan) tyyppi. Tärkeimmät vuorauksen vaurioitumiseen vaikuttavat tekijät ovat: kuonan kemiallinen eroosio, tulenkestävän rakenteen hilseily ja lämpöeroosio.
Kuva 1. Sulattavan valuraudan vuorauksen kuluminen
Kuva 2. Sulattavan valuteräksen vuorauksen kuluminen
1. Keskitaajuisen uunin vuoraus Keskitaajuisen uunin vuoraus on yleensä valmistettu erilaatuisista ja erikokoisista tulenkestävästä materiaalista (yleisesti käytettyjä tulenkestäviä materiaaleja ovat pääasiassa magnesium, kvartsi, alumiini ja komposiittimateriaalit). Sen ominaisuudet ovat: suora sidos. Siksi sillä on korkea korroosionkestävyys, korkea mekaaninen lujuus ja hyvä lämpöiskunkestävyys.
Kuva 3, uunin vuoraus solmittu tiukasti solmimisprosessin mukaan
2. Magnesiumuunin vuorausmateriaalin vauriomekanismi
Otetaan magnesiumin tulenkestävä materiaali esimerkkinä selittääksesi magnesiummateriaalin vauriomekanismin:
Magnesiummateriaalivaurioiden pääasialliset ilmenemismuodot ovat: valuvan sulan teräksen aiheuttama lämpöeroosio ja materiaaliin tunkeutuvien kuonakomponenttien aiheuttama kemiallinen eroosio.
Sulatusprosessin aikana liuos tunkeutuu tulenkestävään matriisiin tulenkestävän matriisin kapillaarikanavien kautta syövyttäen uunin vuorausta. Komponentit, jotka tunkeutuvat tulenkestävään matriisiin, sisältävät; CaO, SiO2, FeO kuonassa; Fe, Si, Ai, Mn, C sulassa teräksessä ja jopa metallihöyry, CO-kaasu jne. Nämä tunkeutuneet komponentit kerrostuvat tulenkestävän materiaalin kapillaarikanaviin, mikä aiheuttaa tulenkestävän materiaalin fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien epäjatkuvuuden. työpinta ja alkuperäinen tulenkestävä matriisi. Äkillisen käyttölämpötilan muutoksen alla ilmaantuu halkeamia, kuoriutumista ja löysää rakennetta. Tarkkaan ottaen tämä vahinkoprosessi on paljon vakavampi kuin liukenemisvaurioprosessi.
Uuniin lisätyt metallimateriaalit tuovat sisään erilaisia oksideja, ja myös eri materiaalien kuonan ja eri uunien koostumus on erilainen. Suurin osa kuonassa olevista oksideista, karbideista, sulfideista ja erilaisista komposiittiyhdisteistä reagoi kemiallisesti uunin vuorauksen kanssa muodostaen uusia yhdisteitä, joilla on erilaiset sulamispisteet.
Joidenkin reaktiossa syntyneiden matalan sulamispisteen oksidien, kuten rautaoliviinin (FeOSiO2) ja mangaanioliviinin (MnOSiO2), sulamispisteet ovat yleensä noin 1200 astetta. Matalan sulamispisteen kuonalla on erinomainen juoksevuus ja se voi muodostaa juoksutusaineen, joka aiheuttaa vakavaa kemiallista eroosiota uunin vuorauksessa, mikä lyhentää uunin vuorauksen käyttöikää. Reaktiossa syntyvän korkean sulamispisteen kuonan, kuten mulliitin (3Al2O3•2SiO2), forsteriitin (2MgO•SiO2) jne., ja joidenkin korkean sulamispisteen metallielementtien sulamispiste on yli 1800 astetta. Korkean sulamispisteen kuonan ja sulaan metalliin suspendoituneen matalan sulamispisteen kuonan välillä on suhteellisen monimutkainen tunkeutuminen ja keskinäinen liukeneminen. Nämä kuonat tarttuvat erittäin helposti uunin seinään ja kerääntyvät, mikä aiheuttaa vakavaa kuonan tarttumista, mikä vaikuttaa sähköuunin tehoon, sulamisnopeuteen ja tehoon ja jopa uunin vuorauksen käyttöikään.
Uunin kapasiteetin kasvaessa sulan teräksen pinnalta menevän lämmön osuus pienenee, kuonan lämpötila on korkeampi kuin pienikapasiteettisen uunin ja kuonan juoksevuus on parempi kuin pienikapasiteettisen uunin, joten uunin vuorauksen eroosio pahenee. Suurissa induktiouuneissa käytetään enimmäkseen teräksen ja kuonan sekoitusmenetelmää kierteitykseen, mikä edellyttää kuonalta hyvää juoksevuutta sopeutuakseen kierteitysolosuhteisiin. Siksi kuonalinja kuluu voimakkaasti, mikä on toinen syy uunin vuorauksen käyttöiän lyhenemiseen. Edellä mainituista syistä johtuen suuren induktiouunin vuorauksen käyttöikä on pienempi kuin pienen ja keskikokoisen induktiouunin. Vuorauksen käyttöiän pidentämiseksi vuorauksen paksuutta tulee lisätä sopivasti. Uunin vuorauksen paksuuden kasvaessa resistanssiarvo kuitenkin kasvaa, loistehohäviö kasvaa ja sähköinen hyötysuhde pienenee. Siksi uunin vuorauksen paksuus on rajoitettu tietylle alueelle. Siksi on valittava kohtuullinen seinämän paksuus, jotta varmistetaan sekä korkea sähkötehokkuus että uunin vuorauksen käyttöikä.
Kuva 5, kuonalla peitetty uunin vuoraus
3. Ratkaisujen suunnittelu
Yllä oleva eroosio johtaa niin sanottuun rakenteelliseen halkeamiseen lämpötilan syklisten vaihteluiden vaikutuksesta. Tuotantoprosessin aikana kuona tunkeutuu tulenkestävän matriisin huokosiin muodostaen suuren paksunnetun tulenkestävän kerroksen. Kuonan kasteleman tulenkestävän osan fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet muuttuvat. Läpäisykerroksen ja jäljelle jäävän epämukavan kerroksen välisten erilaisista lämpölaajenemiskertoimista johtuen lämpötilan muuttuessa kahden kerroksen risteyksessä syntyy suuri jännitys, mikä johtaa halkeamiin, jotka ovat samansuuntaisia työpinnan kanssa ja lopulta aiheuttaen vuorauksen halkeilua. . Tulenkestävään matriisiin tunkeutuva kuona liuottaa tulenkestävät hiukkaset ja heikentää hiukkasten välistä sidosta, mikä heikentää materiaalin tulenkestävyyttä ja korkeita lämpötiloja. Siksi tulenkestävä kuonaläpäisykerros vaurioituu nopeammin virtaavan sulan teräksen eroosion vaikutuksesta.
Kuonan emäksisyyden tulee olla yhteensopiva vuorausmateriaalin kanssa. Magnesiumvuorausmateriaalit voivat syöpyä korkean CaO-kuonan ja SiO2-kuonan vaikutuksesta. CaF:n määrää kuonassa tulee valvoa. Liiallinen CaF syövyttää alkalista vuorausta ja aiheuttaa kuonalinja-alueen ennenaikaista sulamista. Kun fluoridi- ja metallimangaani-ionit kuonassa ovat korkeita tai sulan altaan lämpötila on yli 1700 astetta, myös liuoksen viskositeetti laskee jyrkästi, vuorauksen vaurioitumisnopeus kiihtyy ja vuorauksen käyttöikä pitenee. huomattavasti pelkistetty. Kun kuonaton sulatus suoritetaan tyhjiössä, vuorauksen käyttöikä on pidempi kuin ei-tyhjiösulatuksen.
Korkean rautaoksidipitoisuuden tunkeutuminen vuoraukseen tuhoaa alkuperäisen vuorauksen mikrorakenteen, vähentää tulenkestävyyttä ja alentaa CaO-Ai2O3-SiO2-kuonan viskositeettia, jolloin kuona tunkeutuu syvemmälle materiaaliin. Kuitenkin tietty määrä rautaoksidia alkuperäisessä vuorauksessa edistää vuorauksen nopeaa sintrautumista ja vähentää avoimia huokosia ja materiaalin läpäisevyyttä. Erityisesti muovausmateriaali sisältää tietyn määrän rautaoksidia, ja materiaalin nopea sintraus, hiekkapuhallus ja hiekan inkluusio ovat erittäin näkyvästi esillä. Magnesiumoksidipitoisuuden ja kuonan viskositeetin lisääminen auttaa vähentämään kuonan eroosiota uunin vuorauksessa ja parantamaan kuonankeräysvaikutusta. Kun kuonan emäksisyys on alhainen, magnesiumvuorauksen eroosio on vakavampaa ja uunin vuorauksen käyttöikä lyhenee; päinvastoin, kun kuonan emäksisyys on korkea, uunin vuorauksen eroosio on suhteellisen vähäistä ja uunin vuorauksen käyttöikä paranee suhteellisesti. Kuonan emäksisyyden ja MgO-pitoisuuden lisääminen kuonassa ja FeO-pitoisuuden vähentäminen kuonassa on edullista vähentämään kuonan eroosiota tulenkestävässä materiaalissa.
Siksi kuonanvalmistusaineita käytettäessä tulee kiinnittää huomiota korkean magnesiumoksidipitoisuuden omaavien materiaalien valintaan. Konfiguroi kuonarakenne järkevästi, nopeuta kuonan muodostumisnopeutta, lyhennä sulatusaikaa ja vähennä kuonan rautaoksidipitoisuutta. Sopiva kuona tulee valita uunin vuorauksen materiaalin mukaan. Alkalinen kuona soveltuu magnesiumvuoraukseen, mutta korkea CaO-kuona ja SiO2-kuona voivat syövyttää sitä. Liiallinen CaF2 syövyttää myös alkalista vuorausta, mikä aiheuttaa kuonalinja-alueen ennenaikaista sulamista. Hapan kuona soveltuu kvartsiuunien vuoraukseen, kun taas magnesiumoksidi-alumiinioksidiuunin vuoraukseen voidaan käyttää vain heikosti emäksistä tai neutraalia kuonaa. Alumiinioksidiuunin vuorauksella on tyypillisiä amfoteerisia ominaisuuksia eri pH-arvoissa korkeassa lämpötilassa, mikä voi mukautua kuonaan, jolla on erilaiset pH-arvot, mutta se on hieman huonompi kuin happamat ja emäksiset uunivuoraukset. Tästä syystä jotkut ihmiset käyttävät erittäin puhdasta magnesiumoksidihiekkaa ja lisäävät tietyn määrän spinelliä puhtaan magnesiumoksidin uunivuorausmateriaalien matriisiominaisuuksien muuttamiseksi materiaaleja valittaessa, mutta kokeet osoittavat, että myös erittäin puhtaiden korundimateriaalien korroosionkestävyys on merkittävästi huonompi kuin sintrattu magnesiumoksidihiekka, jonka puhtausaste on heikko.
Hapan kuona soveltuu kvartsiuunien vuoraukseen, kun taas magnesiumoksidi-alumiinioksidiuunin vuoraukseen voidaan käyttää vain heikosti emäksistä tai neutraalia kuonaa. Alumiinioksidiuunin vuorauksella on tyypillisiä amfoteerisia ominaisuuksia eri pH-arvoissa korkeassa lämpötilassa, mikä voi mukautua kuonaan, jolla on erilaiset pH-arvot, mutta se on hieman huonompi kuin happamat ja emäksiset uunivuoraukset. Lyhyesti sanottuna, ottaen huomioon magnesiumoksidiuunin vuorauksen päävauriomekanismi, jatkuvan yhteenvedon ja tutkimisen jälkeen materiaalin kuonan tunkeutumiskestävyyttä voidaan parantaa rajoittamalla avoimia huokosia ja läpäisevyyttä sekä uunin vuorauksen korkeiden lämpötilojen eroosionkestävyyttä ja halkeilunkestävyyttä. Matriisia voidaan parantaa lisäämällä korkean lämpötilan taivutuslujuutta ja kriittistä pehmenemislämpötilaa. Uunin vuorauksen suorituskyky riippuu monista tekijöistä, kuten materiaalin hiukkaskokojakaumasta, materiaalin fysikaalisista ja kemiallisista ominaisuuksista sekä uunin vuorauksen sintrauslämpötilasta.
