Die feuerfeste Auskleidung ist ein wichtiger Bestandteil des Tiegel-Induktionsofens, der die Schmelzfunktion des Ofens, die metallurgische Qualität des Stahls und insbesondere die Betriebssicherheit beeinflusst. Da der Tiegel-Induktionsofen zum Schmelzen verschiedener Gusslegierungen wie Gusseisen, Stahlguss, Kupferlegierungen, Aluminiumlegierungen und Zinklegierungen usw. geeignet ist, kann ein kleiner Induktionsofen mit Ofenauskleidung erworben werden, um den vorgefertigten Ofen zu bilden Tiegel. In der eigentlichen Produktion wird der zum Gießen von Stahl verwendete Tiegel-Induktionsofen normalerweise von der Gießerei gebaut und gesintert, die geeignete feuerfeste Materialien gemäß den Sorten von Schmelzlegierungen auswählt und auswählt.
1.Geeignet für die feuerfeste Auskleidung von Stahlerzeugungsöfen
Mit der Entwicklung von Induktionsofenanwendungen in der Gussstahlindustrie wurde seit den 1980er Jahren der Anwendung von Aluminium-Magnesium-Spinell-Ofenauskleidungsmaterialien allmählich Aufmerksamkeit geschenkt. Gegenwärtig verwendet der Tiegel-Induktionsofen, der in der Gussstahlindustrie in verschiedenen Industrieländern verwendet wird, im Wesentlichen eine Spinell-Ofenauskleidung.
In den letzten Jahren haben einige Stahlgussunternehmen in China Auskleidungsmaterialien für Spinellöfen eingeführt, darunter einige Hersteller, die vorgefertigte Materialien ausländischer Hersteller kaufen, obwohl der Gebrauchseffekt sehr gut ist, die Produktionskosten stark steigen und die Eigenschaften davon sind nicht sehr verständnisvoll. Hier möchte ich hauptsächlich einige Merkmale der feuerfesten Auskleidung vom Spinelltyp als Referenz für Kollegen in der Industrie vorstellen, wenn sie Auskleidungsmaterialien herstellen und Auskleidungsmaterialien weiter verbessern. Gleichzeitig werden angesichts der aktuellen Siliziumsandauskleidung, Magnesiaauskleidung und Aluminiumoxidauskleidung in der chinesischen Stahlgussindustrie ebenfalls angewendet, um nebenbei auch eine kurze Einführung in die Eigenschaften dieser Materialien als Referenz zu geben.
(1) Quarzsandauskleidung
Die mit Quarzsand als feuerfestem Grundmaterial aufgebaute Ofenauskleidung wird oft als saure Ofenauskleidung bezeichnet. Quarzsand hat viele Vorteile: Erstens hat er reichlich Ressourcen und niedrige Preise; Darüber hinaus hat der aus Quarzsand als feuerfestes Grundmaterial hergestellte Tiegel bei der hohen Temperatur nahe seinem Schmelzpunkt immer noch eine gute Festigkeit und eine gute Beständigkeit gegen Abschrecken und Hitze. Insbesondere ist zu erwähnen, dass die Quarzphasenwechselausdehnung von Quarzsand die Volumenschrumpfung beim Sinterprozess ausgleichen kann, um die Dichte der Sinterschicht zu verbessern und die Porosität in der Sinterschicht zu verringern. Daher werden Auskleidungsmaterialien auf Siliziumbasis in großem Umfang in Induktionstiegelöfen verwendet, die zum Schmelzen aller Arten von Gusseisen in der Gießindustrie verschiedener Länder verwendet werden.
Die geringe Feuerbeständigkeit von SiO2 kann sich jedoch grundsätzlich nicht an die Stahltemperatur anpassen. Darüber hinaus hat SiO2 eine starke chemische Aktivität bei hohen Temperaturen und kann bei der Stahlherstellung mit allen Arten von alkalischen Oxiden und sogar neutralen Oxiden interagieren. Zum Beispiel ist FeO leicht zu erzeugen Fe2SiO4 mit einem Schmelzpunkt von 1205℃ nach Kontakt mit Quarzsand, der weiter mit SiO2 oder FeO interagieren kann, um eutektische Komponenten mit einem Schmelzpunkt von 1130℃ zu erzeugen. Darüber hinaus kann SiO2 durch reduziert werden einige aktive Elemente in der Stahlschmelze. Daher kann bei Quarzsandauskleidungen, die in der Stahlherstellung verwendet werden, weder die metallurgische Qualität des Stahls noch die Lebensdauer der Auskleidung garantiert werden. Seit Ende der 1980er Jahre verwenden die Industrieländer mit Induktionsofenproduktion von Stahlgussgießereien keine Quarzsandauskleidungen mehr. Soweit ich weiß, gibt es in China noch einige Unternehmen, die Quarzsand-Ofenauskleidungen zum Schmelzen von Gussstahl verwenden, was dringend verbessert werden muss.
(2) Magnesiaauskleidung
Das üblicherweise verwendete Auskleidungsmaterial ist metallurgischer Magnesit mit einem MgO-Gehalt von mehr als 86 %, der nach Hochtemperaturkalzinierung aus Magnesit hergestellt wird. Wenn metallurgische Magnesia in einem Lichtbogenofen umgeschmolzen wird, kann der Gehalt an Verunreinigungen wie SiO2 und Fe2O3 reduziert werden und die elektrogeschmolzene Magnesia mit höherer Reinheit (MgO-Gehalt über 96 %) erhalten werden. Schmelzmagnesia wird für die Auskleidung eines Vakuuminduktionsofens verwendet.
Metallurgisches Magnesia hat eine hohe Feuerfestigkeit und ist ein herkömmliches Auskleidungsmaterial für alkalische Lichtbogenöfen. Obwohl sein Schmelzpunkt sehr hoch ist, es nicht leicht zu sintern ist und sein Ausdehnungskoeffizient groß ist, kann die dicke Auskleidung des Lichtbogenofens diesen Mangel ausgleichen, indem eine große Anzahl von Bindematerialien hinzugefügt und mit einem Nassverfahren gebunden wird.
Wenn metallurgisches Magnesia als Auskleidungsmaterial für einen Induktionsofen verwendet wird, ist es wegen der Dicke der Auskleidung nicht geeignet, Nassknoten zu verwenden, und die negativen Auswirkungen dieser Mängel sind sehr offensichtlich. Tiegel aus Magnesiumoxid neigen zur Rissbildung, insbesondere bei intermittierendem Betrieb des Ofens.
(3) Aluminiumoxidauskleidung
Tonerde und Zirkoniumsand sind beide neutrale feuerfeste Materialien, von denen Tonerde am häufigsten verwendet wird, und Zirkoniumsand wird selten als Auskleidungsmaterial verwendet.
Aluminiumoxid allein wird als Auskleidungsmaterial verwendet, das eine starke Fähigkeit hat, der Rissbildung zu widerstehen und die Erosion von saurer Schlacke zu verhindern, aber nicht zur Herstellung von alkalischer Schlacke geeignet ist. Darüber hinaus ist die Lebensdauer der Auskleidung wegen ihrer hohen Feuerfestigkeit und schlechten Sinterleistung nicht sehr hoch.
(4) Spinellofenauskleidung
Spinellmineralien haben die Eigenschaften des Homomorphismus mit vielen Varianten und komplexen Komponenten. Seine Summenformel kann als M2+O•M3+2O3 geschrieben werden. In der Formel steht M2+ für einige zweiwertige Metallatome wie Mg, Fe, Zn, Mn usw. M3+ steht für einige dreiwertige Metallatome wie Mg, Fe, Zn usw. Daher kann es auch geschrieben werden als (Mg , Fe, Zn, Mn)O•(Al, Cr, Fe)2O3.
Bei den in Spinellmineralien enthaltenen zweiwertigen Metallatomen können Mg2+ und Fe2+ in jedem Verhältnis gegeneinander ausgetauscht werden; Al3+ ist in der Mehrheit der dreiwertigen Metallatome, aber Cr3+ kann Al3+ in jedem Verhältnis ersetzen, während Fe3+ Al3+ oder Cr3+ nur in einem gewissen Ausmaß ersetzen kann. Übliche Spinelle umfassen die folgenden:
MgO·Al2O3 FeO·Al2O3
Chromit (Ferrochrom-Spinell) FeO•Cr2O3 Magnetit (Ferrospinell) FeO•Fe2O3
Magnesium-Eisen-Spinell (Mg, Fe)O•(Al, Fe)2O3 ZnO•Al2O3
MgO•Cr2O3 Zink-Eisen-Spinell ZnO•Fe2O3
Mangan-Chrom-Spinell FeO•Cr2O3 Mangan-Aluminium-Spinell MnO•Al2O3
Gegenwärtig ist MgO·Al2O3, allgemein als „Spinell“ bezeichnet, das Hauptauskleidungsmaterial, das in Induktionsöfen für die Stahlerzeugung in verschiedenen Industrieländern verwendet wird. In reinem Magnesium-Aluminium-Spinell beträgt der MgO-Gehalt nur 28.2 %, aber es ist immer noch ein alkalisches feuerfestes Material.
Magnesiumoxid-Aluminiumoxid-Spinellmaterial hat eine hohe Feuerfestigkeit, einen kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten, eine gute Wärmestabilität bei hohen Temperaturen und eine starke Beständigkeit gegen Erosion durch alkalische Schlacke. Insbesondere MgO und Al2O3 haben beim Sinterprozess von Spinell eine Volumenausdehnung von 7.9 %, was die Volumenschrumpfung beim Sinterprozess ausgleichen und die Porosität der Sinterschicht verringern kann, was mit den wichtigen Vorteilen von Silica vereinbar ist Sandfutter.
Magnesium-Aluminium-Spinell hat im Grunde kein natürliches Mineral, ist durch die künstliche Synthese, das Herstellungsverfahren hat das elektrische Schmelzen und das Sintern auf zwei Arten. 1997 formulierte Chinas metallurgische Industrie den Industriestandard YB/T 131-1997 „Sintered Magnesia Aluminium Spinell“ gemäß den Spezifikationen der Materialien MR66 und AR76 der Alcoa Chemical Company.
Spinell-Auskleidungsmaterial besteht tatsächlich nicht ausschließlich aus Spinell, sondern auf der Basis von körnigen Al2O3- oder körnigen MgO-Materialien, darunter mit dem entsprechenden Pulver oder feinkörniger Spinellmaterialbildung, die gleichmäßig zwischen den körnigen feuerfesten Materialien verteilt ist, gesintert Prozess in Aluminiumoxid-Partikeln zwischen Magnesiumaluminat-Spinell-Netzwerk, kombiniert mit der Rolle. Zusätzlich wird eine kleine Menge Borsäure oder Borsäureanhydrid hinzugefügt, damit es bei niedrigeren Temperaturen (ca. 1300 ° C) Spinellnetzwerke bilden kann.
Berühmte Feuerfestlieferanten wie United Mines aus den Vereinigten Staaten, Minak Mines aus Frankreich und Calderys haben alle eine Vielzahl von vorgefertigten Spinell-Auskleidungsmaterialien, die je nach Ofentyp und Art des geschmolzenen Stahls ausgewählt werden können der preis ist relativ hoch.
Ich denke, die beste Lösung ist: Jeder Stahlgussbetrieb wählt nach seinen eigenen spezifischen Bedingungen durch die Optimierung des Tests das am besten geeignete Verhältnis, seine eigene Vorbereitung des Auskleidungsmaterials. Auf diese Weise können eine lange Lebensdauer der Auskleidung und eine hohe metallurgische Qualität des Stahls sichergestellt und die Produktionskosten stark reduziert werden.
Was das Zusammensetzungsverhältnis des Auskleidungsmaterials betrifft, sollte es gemäß der tatsächlichen Zusammensetzung verschiedener verwendeter Rohmaterialien ausgewählt und durch den Test bestimmt werden. Bei der Bestimmung des Anteils der Auskleidungsmaterialien können die folgenden Zielkomponenten berechnet werden:
Der Massenanteil von Al2O3 im Ofenauskleidungsmaterial beträgt 85 ~ 88 % und der Massenanteil von MgO etwa 22 %.
Der Massenanteil von MgO und Al2O3 in den Auskleidungsmaterialien beträgt etwa 75 ~ 85 % bzw. 15 ~ 22 %.
2. Partikelgrößenklassifizierung von Ofenauskleidungsmaterialien
Die Verdichtung des Tiegels hat einen sehr großen Einfluss auf seine Standzeit. Um den Tiegel dicht und die Porosität möglichst gering zu machen, muss auf die Korngrößenverteilung der feuerfesten Materialien geachtet werden, damit die Zwischenräume der grobkörnigen feuerfesten Materialien von den feinkörnigen Materialien ausgefüllt werden können.
Um Ihnen einen genaueren Eindruck vom Hohlraum nach dem Knüpfen von körnigen Materialien zu geben, hier eine einfache Darstellung des idealen Kugelhaufens.
(1) Allgemeine Kompaktheit
Kugeln gleicher Größe, quadratisch versetzt gestapelt, jede Kugel in Kontakt mit den benachbarten 6 Kugeln (4 rund, 1 Kugel oben und 1 Kugel unten), die Porosität beträgt 47.64 %.
2) Relativ kompaktes Gehäuse
Die Kugeln sind in einer rautenförmigen Anordnung gestapelt, und jede Kugel ist in Kontakt mit acht benachbarten Kugeln (sechs umgebende Kugeln, eine oben und eine unten), mit einer Porositätslückenrate von 39.55 %.
(3) Das Gehäuse mit der höchsten Kompaktheit
Die höchste Kompaktheit der Stapelverfahren ist die quadratisch versetzte Anordnung und die tetraedrische Anordnung.
Wenn die homogenen Kugeln in einer quadratisch versetzten Anordnung gestapelt werden, ist jede Kugel in Kontakt mit den benachbarten 12 Kugeln, mit 4 Kugeln herum, eine Kugel oben und eine Kugel unten, und die Porosität beträgt 25.95 %.
Siehe Abbildung 3 für homogene Kugeln, die in einer tetraedrischen Anordnung gestapelt sind. Jeder Ball ist in Kontakt mit den benachbarten 12 Bällen, mit 6 Bällen herum, 3 Bällen oben und 3 Bällen unten. Die Porosität beträgt 25.95 %.
Wie bei den Kugeln zu sehen ist, wird die Porosität nur durch die Anordnung bestimmt und ist unabhängig von der Größe der Kugel. Der Kugeldurchmesser ist groß, die Porengröße ist groß und die Anzahl ist klein. Die feuerfesten Auskleidungskörner sind polygonal, sogar eckig, ihre Fließfähigkeit ist sehr schlecht, egal welche Art von Knoten, die kompakteste, ihre Porosität beträgt nicht weniger als 30%.
Um die Porosität der Auskleidung zu verringern, besteht die einfache und einfache Maßnahme darin, die Partikelgröße des Auskleidungsmaterials nicht so gleichmäßig zu machen, und feines Material kann in die dichte Anordnung grober Partikel eindringen, die Mindestanforderung ist natürlich muss d < haben 0.414d fein. Hier kommt die Forderung nach Granularität ins Spiel.
Natürlich ist die Partikelbeschaffenheit von feuerfesten Materialien viel komplizierter als die von idealen Kugeln und auch die Partikelgrößenverteilung ist sehr unregelmäßig, sodass es unmöglich ist, das optimale Partikelgrößen-Klassierungsschema einfach durch Berechnung zu berechnen. Der beste Weg ist, für jede Gießerei nach ihren eigenen Rohstoffen der tatsächlichen Situation, durch den Test, das am besten geeignete Sortierschema zu finden.
Die Testmethode ist sehr einfach: Materialien mit unterschiedlicher Partikelgröße in einem bestimmten Verhältnis mischen, kompaktieren und unter einem bestimmten Druck formen und dann ihre Volumendichte bestimmen. Bei Änderung der Lieferbedingungen von Rohstoffen ist auch das Korngrößen-Klassierungssystem zu prüfen und zu bewerten.
Da der Zweck der Korngrößensortierung darin besteht, den Kornhaufen unabhängig von der Beschaffenheit des Materials kompakt zu machen, kann dieses Prinzip auf alle Arten von feuerfesten Materialien angewendet werden. Deutschland empfiehlt auch unterschiedliche Korngrößenabstufungen für unterschiedliche Tiegelmaterialien.
3. Sintern von Auskleidungsmaterialien
Die Tiegelofenauskleidung wird aus feuerfestem Granulat durch Knüpfen, Mahlen und Sintern hergestellt. Das Sintern ist eine wichtige Maßnahme, um sicherzustellen, dass die Auskleidung kompakt ist und eine beträchtliche Festigkeit aufweist.
„Sintern“ ist ein Prozess, bei dem eine flüssige Phase auf der Kontaktfläche von Partikeln in dem Partikel/Pulver-Aggregat erscheint und ein kontinuierliches Netzwerk allmählich bei hoher Temperatur gebildet wird und dann die Partikel zu einem Ganzen verbunden werden und die Porosität verringert wird mit Hilfe von Diffusions- und Stofftransportmechanismen auf ein Minimum reduziert und schließlich zu einem festen und kompakten Sinterkörper.
Das „Sintern“ ist ein relativ altes Verfahren, das seit Jahrzehnten eingehend untersucht wird. Das aktuelle Verständnis basiert jedoch immer noch auf der makroskopischen Beobachtung des Sinterprozesses und der vereinfachten Modelluntersuchung. Mit der kontinuierlichen Erweiterung der Induktionsofenanwendung ist diesbezüglich der Raum für Forschung und Verbesserung sehr breit.
Aufgrund verschiedener Einschränkungen ist die dünne Auskleidung des Tiegel-Induktionsofens ihre wichtige Eigenschaft, jedoch nach dem Knoten und Sintern der Auskleidung, aber nicht dem Sintern als Ganzes, da in der gesamten Sinterofenauskleidung, wenn irgendwo aufgrund unkontrollierbarer Faktoren Schwachstellen vorhanden sind , und unter der Wirkung von wiederholtem thermischen Spannungsriss, Riss ist leicht auf das Ganze auszudehnen, so dass das Eindringen von flüssigem Metall in die Induktionsspule zu schweren Unfällen führt.
Nachdem die Ofenauskleidung gesintert ist, sollte ihr Abschnitt eine dreischichtige Struktur haben: Die Schicht, die die Ofenkammer bildet und mit flüssigem Stahl in Kontakt kommt, ist die gesinterte Schicht, deren Dicke etwa 35 bis 40 % der Dicke der Ofenauskleidung ausmacht. Es zeichnet sich durch ein dichtes Sinternetzwerk, geringe Porosität und hohe Festigkeit aus. Die halbgesinterte Schicht ist mit der gesinterten Schicht verbunden, und ihre Dicke ist ungefähr dieselbe wie die der gesinterten Schicht. Seine Eigenschaft ist, dass das Sinternetzwerk nicht vollständig ist und seine Festigkeit nicht hoch ist, sodass es die thermische Belastung der Sinterschicht abpuffern kann. Wenn die gesinterte Schicht Risse erzeugt, kann sie verhindern, dass sich der Riss nach außen ausdehnt. Der äußere Rand der Ofenauskleidung und die Schicht zwischen der Induktionsspule und der halbgesinterten Schicht sind die ungesinterte Schicht, und die feuerfesten Materialien verbleiben im geknoteten körnigen Zustand. Diese Schicht, die die Funktion der Wärmeisolierung hat und die Wärmeleitung von der Sinterschicht zur Spule bremsen kann, macht etwa 25 ~ 30 % der Auskleidungsdicke aus.
Der Sinterprozess der Ofenauskleidung mit Spinell lässt sich grob in drei Stufen unterteilen:
Die erste Stufe: Die Heiztemperatur liegt unter 850 ° C, und die Hauptfunktion besteht darin, das Auskleidungsmaterial gründlich zu dehydrieren.
Die zweite Stufe: Erhitzen auf 850 ~ 1400 ℃, hauptsächlich um ein Spinellnetzwerk zu bilden;
Die dritte Stufe: Erhitzen auf 1300 ~ 1700 ℃, Spinellnetzwerk wächst, Diffusions- und Massentransferfunktionen werden unter dem Einfluss der Oberflächenspannung verbessert, Porosität wird deutlich reduziert, Sinterschicht neigt dazu, eng zu sein.
