forhøre

Foringsmateriale og partikelstørrelsesgraduering af støbt stål i induktionsovnssmeltning

  Ildfast foring er en vigtig komponent i digelinduktionsovnen, hvilket påvirker ovnens smeltefunktion, stålets metallurgiske kvalitet, især driftssikkerheden. Da digelinduktionsovnen er egnet til smeltning af forskellige støbelegeringer, såsom støbejern, støbestål, kobberlegering, aluminiumslegering, zinklegering osv., kan en lille induktionsovn, ovnforing købes til at danne den præfabrikerede digel . I selve produktionen bygges og sintres den digelinduktionsovn, der bruges til støbning af stål, normalt af støberiet, som udvælger og udvælger passende ildfaste materialer i henhold til varianterne af smeltelegering.

1. Velegnet til ildfast beklædning af stålovne

Med udviklingen af ​​induktionsovnsapplikationer i støbestålindustrien, siden 1980'erne, er anvendelsen af ​​aluminium-magnesium spinelovnsbeklædningsmaterialer gradvist blevet opmærksom på. På nuværende tidspunkt anvender smeltedigel-induktionsovnen, der anvendes i støbestålindustrien i forskellige industrilande, grundlæggende spinelovnsforing.

I de seneste år har nogle stålstøbevirksomheder i Kina vedtaget spinelovne foringsmaterialer, blandt dem skal nogle producenter købe udenlandske producenter færdige materialer, selvom brugseffekten er meget god, produktionsomkostningerne er steget meget, og karakteristika ved det er ikke særlig forstående. Her vil jeg primært introducere nogle karakteristika ved ildfast foring af spinel-typen til reference for kolleger i branchen, når de sminker foringsmaterialer og forbedrer foringsmaterialer yderligere. På samme tid, i lyset af den nuværende siliciumsandforing, anvendes magnesiaforing, aluminiumoxidforing i Kinas støbte stålindustri, også for at lave en kort introduktion af disse materialers egenskaber, til reference.

(1) Silica sandforing

Ovnsforingen bygget med silicasand som det grundlæggende ildfaste materiale kaldes ofte sur ovnforing. Silicasand har mange fordele: For det første har det rigelige ressourcer og lave priser; desuden har diglen lavet af silicasand som det grundlæggende ildfaste materiale stadig god styrke ved den høje temperatur tæt på smeltepunktet og har god modstandsdygtighed over for bratkøling og varme. Det skal især nævnes, at kvartsfaseændringsudvidelsen af ​​silicasand kan kompensere for volumenkrympningen i sintringsprocessen, for at forbedre tætheden af ​​det sintrede lag og reducere porøsiteten i det sintrede lag. Derfor er siliciumbaserede foringsmaterialer meget udbredt i digelinduktionsovnen, der bruges til smeltning af alle former for støbejern i støbeindustrien i forskellige lande.

SiO2's lave brandmodstand kan dog som udgangspunkt ikke tilpasse sig ståltemperaturen. Desuden har SiO2 stærk kemisk aktivitet ved høje temperaturer, og det kan interagere med alle slags alkaliske oxider og endda neutrale oxider i stålfremstillingsprocessen. For eksempel er FeO let at generere Fe2SiO4 med et smeltepunkt på 1205 ℃ efter kontakt med silicasand, som yderligere kan interagere med SiO2 eller FeO for at generere eutektiske komponenter med et smeltepunkt på 1130 ℃. Derudover kan SiO2 reduceres med nogle aktive elementer i det smeltede stål. Derfor kan silicasandforing, der bruges til stålfremstilling, hverken den metallurgiske kvalitet af stål eller foringens levetid garanteres. Siden slutningen af ​​1980'erne, de industrielle lande med induktionsovn produktion af stålstøbning støberi, ikke længere bruge silica sand foring. Så vidt jeg ved, er der stadig nogle virksomheder i Kina, der bruger silicasandovnsbeklædning til at smelte støbt stål, hvilket er et presserende behov for forbedring.

(2) Magnesia foring

Det almindeligt anvendte foringsmateriale er metallurgisk magnesit med MgO-indhold på mere end 86%, som er fremstillet af magnesit efter højtemperaturkalcinering. Hvis metallurgisk magnesia omsmeltes i en lysbueovn, kan indholdet af urenheder som SiO2 og Fe2O3 reduceres, og den elektrosmeltede magnesia med højere renhed (MgO-indhold over 96%) kan opnås. Sammensmeltet magnesia bruges til foring af en vakuuminduktionsovn.

Metallurgisk magnesia har høj ildfasthed og er et konventionelt foringsmateriale til alkaliske lysbueovne. Selvom dets smeltepunkt er meget højt, det er ikke let at blive sintret og dets ekspansionskoefficient er stor, kan den tykke foring af lysbueovnen kompensere for denne mangel ved at tilføje et stort antal bindematerialer og binde med en våd metode.

Hvis metallurgisk magnesia anvendes som foringsmateriale til en induktionsovn, er det ikke egnet at anvende våd knobning på grund af tykkelsen af ​​foringen, og den negative effekt af disse mangler er meget tydelig. Digel lavet af magnesiumoxid er tilbøjelig til at revne, især ved intermitterende drift af ovnen.

(3) Foring af aluminiumoxid

Aluminiumoxid og zirconiumsand er begge neutrale ildfaste materialer, hvoraf aluminiumoxid er det mest udbredte, og zirconiumsand er sjældent brugt som foringsmateriale.

Alumina anvendes alene som foringsmateriale, der har en stærk evne til at modstå revner og forhindre erosion af sur slagge, men ikke egnet til fremstilling af alkalisk slagge. På grund af dens høje ildfasthed og dårlige sintringsydelse er foringens levetid desuden ikke særlig høj.

(4) Spinelovnsbeklædning

Spinelmineraler har karakteristika af homomorfi, med mange varianter og komplekse komponenter. Dens molekylære formel kan skrives som M2+O•M3+2O3. I formlen repræsenterer M2+ nogle divalente metalatomer, såsom Mg, Fe, Zn, Mn, osv. M3+ repræsenterer nogle trivalente metalatomer, såsom Mg, Fe, Zn osv. Det kan således også skrives som (Mg , Fe, Zn, Mn)O•(Al, Cr, Fe)2.

I de divalente metalatomer indeholdt i spinelmineraler kan Mg2+ og Fe2+ substitueres med hinanden i et hvilket som helst forhold; Al3+ er i størstedelen af ​​de trivalente metalatomer, men Cr3+ kan erstatte Al3+ i et hvilket som helst forhold, mens Fe3+ kun kan erstatte Al3+ eller Cr3+ til en vis grad. Almindelige spineller inkluderer følgende:

MgO•Al2O3 FeO•Al2O3

Chromit (ferrochrom spinel) FeO•Cr2O3 magnetit (ferropinel) FeO•Fe2O3

Magnesiumjernspinel (Mg, Fe)O•(Al, Fe)2O3 ZnO•Al2O3

MgO•Cr2O3 Zinkjernspinel ZnO•Fe2O3

Mangan chrom spinel FeO•Cr2O3 mangan aluminium spinel MnO•Al2O3

På nuværende tidspunkt er MgO•Al2O3, almindeligvis omtalt som 'spinel', hovedbeklædningsmaterialet, der anvendes i induktionsovnen til stålfremstilling i forskellige industrilande. I ren magnesiumaluminiumspinel er MgO-indholdet kun 28.2%, men det er stadig et alkalisk ildfast materiale.

Magnesia-aluminiumoxid spinelmateriale har høj ildfasthed, lille termisk udvidelseskoefficient, god termisk stabilitet ved høj temperatur og stærk modstand mod alkalisk slaggeerosion. Især MgO og Al2O3 har en volumenudvidelse på 7.9% i sintringsprocessen af ​​spinel, hvilket kan kompensere for volumenkrympningen i sintringsprocessen og reducere porøsiteten af ​​det sintrede lag, hvilket er i overensstemmelse med de vigtige fordele ved silica sandforing.

Magnesium aluminium spinel dybest set ikke har noget naturligt mineral, er ved den kunstige syntese, forberedelsesmetoden har den elektriske smeltning og sintringen på to måder. I 1997 formulerede Kinas metallurgiske industri YB/T 131-1997 "Sintered Magnesia aluminium spinel" industristandard i henhold til specifikationerne fra Alcoa Chemical Company MR66 og AR76 materialer.

Spinelforingsmateriale er faktisk ikke alt sammensat af spinel, men på basis af granulære Al2O3- eller granulære MgO-materialer, blandt dem med det tilsvarende pulver, eller finkornet spinelmaterialedannelse, jævnt fordelt mellem de granulære ildfaste materialer, sintring proces i alumina partikler dannet mellem magnesium aluminat spinel netværk, kombineret med rollen. Derudover tilsættes en lille mængde borsyre eller borsyreanhydrid for at gøre det muligt for det at danne spinelnetværk ved lavere temperaturer (omkring 1300 ° C).

Berømte leverandører af ildfaste materialer, såsom United Mines of the United States, Minak Mines of France og Calderys, har alle en række forudleverede spinelforingsmaterialer, som kan vælges i henhold til typen af ​​ovn og typen af ​​smeltet stål, men prisen er forholdsvis høj.

Jeg tror, ​​den bedste løsning er: hver stålstøbevirksomhed, i henhold til deres egne specifikke forhold, gennem optimering af testen, vælg det bedst egnede forhold, deres egen forberedelse af foringsmateriale. På denne måde kan lang foringslevetid og høj metallurgisk kvalitet af stål sikres, og produktionsomkostningerne kan reduceres betydeligt.

Hvad angår sammensætningsforholdet af foringsmateriale, skal det vælges i henhold til den faktiske sammensætning af forskellige anvendte råmaterialer og bestemmes af testen. Ved bestemmelse af forholdet mellem foringsmaterialer kan følgende målkomponenter beregnes:

Massefraktionen af ​​Al2O3 i ovnbeklædningsmaterialet er 85 ~ 88%, og massefraktionen af ​​MgO er ca. 22%.

Massefraktionen af ​​MgO og Al2O3 i foringsmaterialerne er henholdsvis ca. 75 ~ 85% og 15 ~ 22%.

2. Partikelstørrelsesklassificering af ovnbeklædningsmaterialer

Fortætningen af ​​diglen har en meget vigtig indflydelse på dens levetid. For at gøre diglen tæt og porøsiteten så lav som muligt, er det nødvendigt at være opmærksom på partikelstørrelsesfordelingen af ​​de ildfaste materialer, således at mellemrummene i de storkornede ildfaste materialer kan udfyldes af de finkornede materialer.

For at give dig et mere specifikt indtryk af hulrummet efter binding af granulerede materialer, er her en enkel illustration af den ideelle kuglebunke.

(1) Generel kompakthed

Bolde af samme størrelse, stablet i et firkantet forskudt arrangement, hver bold i kontakt med de tilstødende 6 bolde (4 rundt, 1 bold op og 1 bold ned), porøsiteten er 47.64%.

2) Relativt kompakt etui

Kuglerne er stablet i et rombeformet arrangement, og hver kugle er i kontakt med otte tilstødende kugler (seks omgivende kugler, en over og en under), med en porøsitetsgab på 39.55 %.

(3) Sagen med den højeste kompakthed

Den højeste kompakthed af stablingsmetoderne er det firkantede forskudte arrangement og det tetraedriske arrangement.

Når de homogene kugler stables i et firkantet forskudt arrangement, er hver kugle i kontakt med de tilstødende 12 kugler med 4 kugler rundt, en kugle opad og en kugle nede, og porøsiteten er 25.95 %.

Se figur 3 for homogene kugler stablet i et tetraedrisk arrangement. Hver bold er i kontakt med de tilstødende 12 bolde, med 6 bolde rundt, 3 bolde op og 3 bolde nede. Porøsiteten er 25.95%.

Som det kan ses af kuglernes tilfælde, bestemmes porøsiteten kun af arrangementet og er uafhængig af kuglens størrelse. Kuglediameteren er stor, porestørrelsen er stor og antallet er lille. Foring granulat ildfaste er polygonale, endda kantede, dens fluiditet er meget dårlig, uanset hvilken slags knude, den mest kompakte, dens porøsitet er ikke mindre end 30%.

For at reducere foringens porøsitet er den enkle og nemme foranstaltning at gøre foringsmaterialets partikelstørrelse ikke så ensartet, og fint materiale kan trænge ind i det tætte arrangement af grove partikler, minimumskravet er selvfølgelig skal have d < 0.414d fint. Det er her, kravet om granularitet kommer ind.

Selvfølgelig er partikeltilstanden for ildfaste materialer meget mere kompliceret end den for ideelle kugler, og partikelstørrelsesfordelingen er også meget uregelmæssig, så det er umuligt at beregne det optimale partikelstørrelsesklassificeringsskema blot ved beregning. Den bedste måde er for hvert støberi i henhold til deres egne råmaterialer af den faktiske situation, gennem testen, at finde den bedst egnede karakterordning.

Testmetoden er meget enkel: Bland materialer med forskellige partikelstørrelser i et bestemt forhold, gør dem kompakte og form under et vist tryk, og bestem derefter deres volumentæthed. Når forsyningsbetingelserne for råvarer ændres, skal partikelstørrelsesordningen også testes og vurderes.

Da formålet med partikelstørrelsesklassificering er at gøre dyngen af ​​partikler kompakt, uafhængigt af materialets beskaffenhed, kan dette princip anvendes på alle slags ildfaste materialer. Tyskland anbefaler også forskellige partikelstørrelsesgraderinger for digelmaterialer med forskellig kapacitet.

3. Sintring af foringsmaterialer

Digelovnsbeklædning er lavet af granulært ildfast materiale ved knude, slibning og sintring. Sintring er en vigtig foranstaltning for at sikre, at foringen er kompakt og har betydelig styrke.

"Sintring" er en proces, hvor flydende fase opstår på kontaktfladen af ​​partikler i partikel-/pulveraggregatet, og der gradvist dannes et kontinuerligt netværk ved høj temperatur, hvorefter partiklerne forbindes til en helhed, og porøsiteten reduceres til minimum ved hjælp af diffusions- og masseoverførselsmekanismer, for endelig at blive et solidt og kompakt sintret legeme.

"Sintring" er en forholdsvis gammel proces, og den er blevet undersøgt i dybden i årtier. Den nuværende forståelse er dog stadig baseret på makroskopisk observation af sintringsprocessen og forenklet modelundersøgelse. Med den kontinuerlige udvidelse af induktionsovnsapplikationen er pladsen til forskning og forbedring meget bred i denne henseende.

På grund af forskellige begrænsninger er tykkelsen af ​​digel induktionsovnens foring tynd dens vigtige egenskab, dog efter knude og sintring af foring, men ikke sintring som helhed, fordi der i hele sintringsovnens foring, hvis et sted på grund af ukontrollerbare faktorer eksisterer svage led , og under påvirkning af gentagne termiske spændingsrevner er revne let at udvide til det hele, så det flydende metalinfiltration til induktionsspolen fører til større ulykker.

Efter at ovnbeklædningen er sintret, skal dens sektion være en trelagsstruktur: det lag, der danner ovnkammeret og kommer i kontakt med flydende stål, er det sintrede lag, hvis tykkelse udgør omkring 35 ~ 40% af ovnbeklædningens tykkelse. Det er kendetegnet ved et tæt sintringsnetværk, lav porøsitet og høj styrke. Det halvsintrede lag er forbundet med det sintrede lag, og dets tykkelse er nogenlunde den samme som det sintrede lag. Dets karakteristika er, at sintringsnetværket ikke er komplet, og dets styrke ikke er høj, så det kan buffer den termiske spænding af det sintrede lag. Hvis det sintrede lag producerer revner, kan det forhindre revnen i at strække sig udad. Den ydre kant af ovnforingen og laget mellem induktionsspolen og det halvsintrede lag er det usintrede lag, og de ildfaste materialer forbliver i den knudede granulære tilstand. Dette lag, som har funktionen af ​​varmeisolering og kan bremse varmeledningen fra det sintrede lag til spolen, tegner sig for omkring 25 ~ 30% af foringstykkelsen.

Sintringsprocessen for spinelovnsforing kan groft opdeles i tre faser:

Det første trin: opvarmningstemperaturen er under 850 ℃, og hovedfunktionen er at få foringsmaterialet til at dehydrere grundigt.

Den anden fase: opvarmning til 850 ~ 1400 ℃, hovedsagelig for at danne et spinel-netværk;

I tredje fase: opvarmning til 1300 ~ 1700 ℃, spinel-netværket vokser, diffusions- og masseoverførselsfunktioner forbedres under impulsen af ​​overfladespænding, porøsiteten reduceres betydeligt, sintringslaget har en tendens til at være tæt.

Del denne artikel til din platform:

fejl:

Få et citat