Tijekom korištenja peći srednje frekvencije, debljina vatrostalnog materijala koji se koristi za oblogu je samo 70-110 mm. Unutrašnjost je u kontaktu s rastopljenim metalom na visokoj temperaturi, a izvana je blizu zavojnice vodenog hlađenja. Temperaturna razlika između unutarnje i vanjske strane vatrostalnog materijala je velika. Nalazi se u relativno tankom presjeku iu uvjetima uporabe vrlo korozivnog okoliša za mnoge operacije taljenja. Glavni procesni uvjeti koji utječu na oštećenje obloge uključuju: temperaturu taljenja, vrijeme otplinjavanja, jednokratnu količinu otplinjavanja, kemijski sastav troske i vrstu proizvedenog čelika (željeza). Glavni čimbenici koji utječu na oštećenje obloge su: kemijska erozija troske, ljuštenje vatrostalne strukture i toplinska erozija.
Slika 1. Erozija obloge lijevanog željeza za taljenje
Slika 2. Erozija obloge lijevanog čelika za taljenje
1. Obloga srednjefrekventne peći Obloga srednjefrekventne peći obično je izrađena od vatrostalnih materijala različitih specifikacija i veličina čestica (uobičajeno korišteni vatrostalni materijali su uglavnom magnezij, kvarc, aluminij i kompozitni materijali). Karakteristike su mu: izravno lijepljenje. Stoga ima visoku otpornost na koroziju, visoku mehaničku čvrstoću i dobru otpornost na toplinski udar.
Slika 3, obloga peći vezana strogo u skladu s postupkom vezivanja
2. Mehanizam oštećenja materijala za oblaganje peći od magnezija
Uzmimo magnezijev vatrostalni materijal kao primjer da objasnimo mehanizam oštećenja magnezijevog materijala:
Glavne manifestacije oštećenja magnezijevog materijala su: toplinska erozija uzrokovana strujanjem rastaljenog čelika i kemijska erozija uzrokovana komponentama troske koja prodire u materijal.
Tijekom procesa taljenja, otopina će prodrijeti u vatrostalnu matricu kroz kapilarne kanale u vatrostalnoj matrici i nagrizati oblogu peći. Komponente koje prodiru u vatrostalnu matricu uključuju; CaO, SiO2, FeO u troski; Fe, Si, Ai, Mn, C u rastaljenom čeliku, pa čak i metalne pare, plin CO, itd. Ove infiltrirane komponente talože se u kapilarnim kanalima vatrostalnog materijala, uzrokujući diskontinuitet fizičkih i kemijskih svojstava vatrostalnog materijala. radna površina i originalna vatrostalna matrica. Pod naglom promjenom radne temperature pojavit će se pukotine, ljuštenje i labava struktura. Strogo govoreći, ovaj proces oštećenja puno je ozbiljniji od procesa oštećenja otapanjem.
Metalni materijali koji se dodaju u peć unijet će različite okside, a sastav troske različitih materijala i različitih peći također je različit. Većina raznih oksida, karbida, sulfida i raznih oblika kompozitnih spojeva u troski će kemijski reagirati s oblogom peći kako bi se stvorili novi spojevi s različitim talištem.
Neki oksidi niskog tališta koji nastaju u reakciji, poput željeznog olivina (FeOSiO2) i manganovog olivina (MnOSiO2), općenito imaju talište oko 1200 stupnjeva. Troska s niskim talištem ima izvrsnu fluidnost i može tvoriti sredstvo za topljenje, uzrokujući jaku kemijsku eroziju na oblogi peći, čime se smanjuje životni vijek obloge peći. Troska s visokim talištem nastala u reakciji, kao što je mulit (3Al2O3•2SiO2), forsterit (2MgO•SiO2), itd., i neki metalni elementi s visokim talištem imaju talište veće od 1800 stupnjeva. Postoji relativno složeno međusobno prožimanje i međusobno otapanje između troske s visokim talištem i troske s niskim talištem suspendirane u rastaljenom metalu. Te se troske vrlo lako lijepe za stijenku peći i nakupljaju, uzrokujući ozbiljno lijepljenje troske, utječući na snagu, brzinu taljenja i kapacitet električne peći, pa čak i na vijek trajanja obloge peći.
Kako se kapacitet peći povećava, udio izgubljene topline s površine rastaljenog čelika se smanjuje, temperatura troske je viša nego kod peći malog kapaciteta, a fluidnost troske je bolja od one kod peći malog kapaciteta, tako da pogoršava se erozija obloge peći. Velike indukcijske peći uglavnom koriste metodu miješanja čelika i troske za točenje čelika, zahtijevajući da troska ima dobru fluidnost kako bi se prilagodila uvjetima točenja. Zbog toga je linija troske jako erodirana, što je još jedan razlog za smanjenje vijeka trajanja obloge peći. Zbog gore navedenih razloga vijek trajanja obloge velike indukcijske peći manji je nego kod male i srednje indukcijske peći. Kako bi se produžio vijek trajanja obloge potrebno je odgovarajuće povećati debljinu obloge. Međutim, kako se debljina obloge peći povećava, povećava se vrijednost otpora, povećava se gubitak jalove snage i smanjuje se električna učinkovitost. Stoga je debljina obloge peći ograničena na određeni raspon. Stoga se mora odabrati razumna debljina stijenke kako bi se osigurala visoka električna učinkovitost i radni vijek obloge peći.
Slika 5, obloga peći prekrivena troskom
3. Dizajn rješenja
Gornja erozija dovodi do takozvanog strukturnog pucanja pod cikličkim fluktuacijama temperature. Tijekom proizvodnog procesa troska prodire u pore vatrostalne matrice tvoreći veliki zadebljani vatrostalni sloj. Promijenit će se fizikalna i kemijska svojstva dijela vatrostalnog materijala koji je natopljen troskom. Zbog različitih koeficijenata toplinskog rastezanja između penetracijskog sloja i zaostalog neugodnog sloja, kada se temperatura promijeni, pojavljuje se veliko naprezanje na spoju dvaju slojeva, što rezultira pukotinama paralelnim s radnom površinom, što u konačnici uzrokuje pucanje obloge . Troska koja prodire u vatrostalnu matricu otopit će vatrostalne čestice i oslabiti vezu između čestica, što će rezultirati smanjenjem vatrostalnosti materijala i otpornosti na visoke temperature. Zbog toga se vatrostalni sloj prodiranja troske brže oštećuje pod erozijom tekućeg rastaljenog čelika.
Bazičnost troske mora biti kompatibilna s materijalom za oblaganje. Materijali obloga od magnezija mogu biti korodirani troskom s visokim sadržajem CaO i troskom SiO2. Količinu CaF u troski treba kontrolirati. Prekomjerna količina CaF će nagrizati alkalnu oblogu i uzrokovati prerano taljenje područja linije troske. Kada su fluoridni ioni i ioni metalnog mangana u troski visoki ili je temperatura rastaljenog bazena iznad 1700 stupnjeva, viskoznost otopine će također naglo pasti, stopa oštećenja obloge će se ubrzati, a vijek trajanja obloge će biti jako smanjena. Kada se taljenje bez troske provodi pod vakuumom, životni vijek obloge je duži nego kod taljenja bez vakuuma.
Infiltracija visokog sadržaja željeznog oksida u oblogu uništava mikrostrukturu izvorne obloge, smanjuje vatrostalnost i smanjuje viskoznost troske CaO-Ai2O3-SiO2, tako da troska prodire dublje u materijal. Međutim, određena količina željeznog oksida u izvornoj oblogi pogoduje brzom sinteriranju obloge i smanjuje otvorene pore i propusnost materijala. Konkretno, materijal za kalupljenje sadrži određenu količinu željeznog oksida, a brzo sinteriranje materijala, pjeskarenje i inkluzija pijeska vrlo su istaknuti. Povećanje sadržaja magnezijevog oksida i viskoznosti troske je korisno za smanjenje erozije troske na oblogu peći i poboljšanje učinka skupljanja troske. Kada je bazičnost troske niska, erozija obloge od magnezija je ozbiljnija, a vijek trajanja obloge peći je smanjen; naprotiv, kada je bazičnost troske visoka, erozija obloge peći je relativno mala, a vijek trajanja obloge peći je relativno poboljšan. Povećanje bazičnosti troske i sadržaja MgO u troski, te smanjenje sadržaja FeO u troski, korisno je za smanjenje erozije troske na vatrostalnom materijalu.
Stoga, kada koristite sredstva za stvaranje troske, pozornost treba obratiti na odabir materijala s visokim sadržajem magnezijevog oksida. Razumno konfigurirajte strukturu troske, ubrzajte brzinu stvaranja troske, skratite vrijeme taljenja i smanjite sadržaj željeznog oksida u troski. Odgovarajuću trosku treba odabrati prema materijalu obloge peći. Alkalna troska je prikladna za obloge od magnezija, ali može biti korodirana troskom s visokim sadržajem CaO i SiO2. Prekomjerna količina CaF2 također će nagrizati alkalnu oblogu, uzrokujući prerano topljenje područja linije troske. Kisela troska je prikladna za kvarcnu oblogu peći, dok se obloga peći od magnezij-aluminijevog oksida može koristiti samo za slabo alkalnu ili neutralnu trosku. Obloga peći od glinice će pokazati tipična amfoterna svojstva u različitim pH vrijednostima na visokoj temperaturi, što se može prilagoditi troski s različitim pH vrijednostima, ali je nešto lošija od kiselih i alkalnih obloga peći. Iz tog razloga, neki ljudi koriste magnezijski pijesak visoke čistoće i dodaju određenu količinu spinela kako bi promijenili svojstva matrice materijala za oblaganje peći od čistog magnezijevog oksida pri odabiru materijala, ali eksperimenti pokazuju da je otpornost na koroziju korundnih materijala visoke čistoće također značajno inferioran u odnosu na sinterirani magnezijev pijesak niske čistoće.
Kisela troska je prikladna za kvarcnu oblogu peći, dok se obloga peći od magnezij-aluminijevog oksida može koristiti samo za slabo alkalnu ili neutralnu trosku. Obloga peći od glinice će pokazati tipična amfoterna svojstva u različitim pH vrijednostima na visokoj temperaturi, što se može prilagoditi troski s različitim pH vrijednostima, ali je nešto lošija od kiselih i alkalnih obloga peći. Ukratko, s obzirom na glavni mehanizam oštećenja obloge peći od magnezijevog oksida, nakon kontinuiranog pregleda i istraživanja, otpornost materijala na prodiranje troske može se poboljšati ograničavanjem otvorenih pora i propusnosti, kao i otpornosti na eroziju pri visokim temperaturama i otpornosti na pucanje obloge peći. matrica se može poboljšati povećanjem visokotemperaturne čvrstoće na savijanje i kritične temperature omekšavanja. Učinkovitost obloge peći ovisi o mnogim čimbenicima, kao što je raspodjela veličine čestica materijala, fizikalna i kemijska svojstva materijala i temperatura sinteriranja obloge peći.
