tiedustella

Valuteräksen vuorausmateriaali ja hiukkaskoon asteikko induktiouunisulatuksessa

  Tulenkestävä vuoraus on upokkaan induktiouunin tärkeä komponentti, joka vaikuttaa uunin sulatustoimintoon, teräksen metallurgiseen laatuun, erityisesti käyttöturvallisuuteen. Koska upokkaan induktiouuni soveltuu erilaisten valuseosten, kuten valuraudan, valuteräksen, kupariseoksen, alumiiniseoksen, sinkkilejeeringin jne., sulattamiseen, voidaan ostaa pieni induktiouuni, uunin vuoraus esivalmistetun upokkaan muodostamiseksi . Varsinaisessa tuotannossa teräksen valuun käytettävän upokkaan induktiouunin rakentaa ja sintraa yleensä valimo, joka valitsee ja valitsee sopivat tulenkestävät materiaalit sulatusmetallilajikkeiden mukaan.

1. Soveltuu teräksen valmistukseen uunien vuoraukseen tulenkestäväksi

Valuterästeollisuuden induktiouunisovellusten kehittyessä 1980-luvulta lähtien alumiini-magnesium-spinelli-uunien vuorausmateriaalien käyttöön on vähitellen kiinnitetty huomiota. Tällä hetkellä valuterästeollisuudessa eri teollisuusmaissa käytettävä upokkaan induktiouuni käyttää periaatteessa spinelliuunin vuorausta.

Viime vuosina jotkut teräsvaluyritykset Kiinassa ovat ottaneet käyttöön spinelliuunien vuorausmateriaaleja, joiden joukossa jotkut valmistajat ostavat ulkomaisille valmistajille valmiita materiaaleja, vaikka käyttövaikutus on erittäin hyvä, tuotantokustannukset ovat nousseet paljon ja sen ominaisuudet eivät ole kovin ymmärrettäviä. Tässä haluan pääasiassa esitellä joitain spinellityyppisen tulenkestävän vuorauksen ominaisuuksia alan kollegoille, kun he tekevät vuorausmateriaaleja ja parantavat edelleen vuorausmateriaaleja. Samaan aikaan, ottaen huomioon nykyisen piihiekkavuorauksen, magnesiumoksidivuorausta, alumiinioksidivuorausta sovelletaan myös Kiinan valuterästeollisuudessa, myös muuten tehdä lyhyt esittely näiden materiaalien ominaisuuksista viitteeksi.

(1) Piidioksidihiekkavuori

Tulenkestävänä perusmateriaalina piihiekalla rakennettua uunin vuorausta kutsutaan usein happouunin vuoraukseksi. Piidioksidihiekalla on monia etuja: ensinnäkin siinä on runsaasti resursseja ja alhaiset hinnat; lisäksi kvartsihiekasta valmistetun upokkaan tulenkestävänä perusmateriaalina on edelleen hyvä lujuus korkeassa lämpötilassa lähellä sen sulamispistettä ja sillä on hyvä jäähdytyksen ja lämmönkestävyys. Erityisesti on mainittava, että silikahiekan kvartsifaasimuutoslaajeneminen voi korvata tilavuuden kutistumisen sintrausprosessissa, mikä parantaa sintratun kerroksen tiheyttä ja vähentää huokoisuutta sintratussa kerroksessa. Siksi piipohjaisia ​​vuorausmateriaaleja käytetään laajalti upokkaan induktiouunissa, jota käytetään kaikenlaisen valuraudan sulattamiseen eri maiden valuteollisuudessa.

SiO2:n alhainen palonkestävyys ei kuitenkaan periaatteessa pysty sopeutumaan teräksen lämpötilaan. Lisäksi SiO2:lla on voimakas kemiallinen aktiivisuus korkeissa lämpötiloissa ja se voi olla vuorovaikutuksessa kaikenlaisten alkalisten oksidien ja jopa neutraalien oksidien kanssa teräksen valmistuksessa. Esimerkiksi FeO:sta on helppo muodostaa Fe2SiO4:a, jonka sulamispiste on 1205 ℃ sen jälkeen, kun se on joutunut kosketukseen piidioksidihiekan kanssa, mikä voi edelleen olla vuorovaikutuksessa SiO2:n tai FeO:n kanssa muodostaen eutektisia komponentteja, joiden sulamispiste on 1130 ℃. Lisäksi SiO2 voidaan vähentää joitain aktiivisia elementtejä sulassa teräksessä. Tästä syystä teräksen valmistuksessa käytetylle piidioksidihiekkavuoraukselle ei voida taata teräksen metallurgista laatua eikä vuorauksen käyttöikää. Koska 1980-luvun lopulla, teollisuusmaissa, joissa induktiouunien tuotanto teräksen valu valimo, ei enää käytä piidioksidihiekka vuori. Sikäli kuin tiedän, Kiinassa on edelleen yrityksiä, jotka käyttävät piidioksidihiekkauunin vuorausta valuteräksen sulattamiseen, mikä kaipaa pikaista parannusta.

(2) Magnesiavuori

Yleisesti käytetty vuorausmateriaali on metallurginen magnesiitti, jonka MgO-pitoisuus on yli 86 % ja joka on valmistettu magnesiitista korkean lämpötilan kalsinoinnin jälkeen. Jos metallurgista magnesiumoksidia sulatetaan uudelleen valokaariuunissa, voidaan epäpuhtauksien, kuten SiO2 ja Fe2O3, pitoisuutta vähentää ja saada puhtaampaa sähköfuusioitua magnesiumoksidia (MgO-pitoisuus yli 96 %). Sulatettua magnesiumoksidia käytetään tyhjiöinduktiouunin vuoraukseen.

Metallurgisella magnesiumoksidilla on korkea tulenkestävyys ja se on tavanomainen vuorausmateriaali alkalikaariuunissa. Vaikka sen sulamispiste on erittäin korkea, sitä ei ole helppo sintrata ja sen laajenemiskerroin on suuri, kaariuunin paksu vuoraus voi korvata tämän puutteen lisäämällä suuri määrä sidemateriaaleja ja sitomalla märkämenetelmällä.

Jos induktiouunin vuorausmateriaalina käytetään metallurgista magnesiumoksidia, märkäsolmiminen ei sovi vuorauksen paksuuden vuoksi, ja näiden puutteiden negatiivinen vaikutus on erittäin ilmeinen. Magnesiumoksidista valmistettu upokas on altis halkeilulle, erityisesti uunin ajoittaisessa käytössä.

(3) Alumiinioksidivuori

Alumiinioksidi ja zirkoniumhiekka ovat molemmat neutraaleja tulenkestäviä aineita, joista alumiinioksidi on laajimmin käytetty, ja zirkoniumhiekkaa käytetään harvoin vuorausmateriaalina.

Pelkästään alumiinioksidia käytetään vuorausmateriaalina, jolla on vahva kyky vastustaa halkeilua ja estää happaman kuonan eroosiota, mutta joka ei sovellu alkalisen kuonan valmistukseen. Lisäksi sen korkean tulenkestävyyden ja huonon sintraussuorituskyvyn vuoksi vuorauksen käyttöikä ei ole kovin pitkä.

(4) Spinelliuunin vuoraus

Spinellimineraaleilla on homomorfismin ominaisuudet, ja niissä on monia lajikkeita ja monimutkaisia ​​komponentteja. Sen molekyylikaava voidaan kirjoittaa muodossa M2+O•M3+2O3. Kaavassa M2+ edustaa joitain kaksiarvoisia metalliatomeja, kuten Mg, Fe, Zn, Mn jne. M3+ edustaa joitain kolmiarvoisia metalliatomeja, kuten Mg, Fe, Zn jne. Näin ollen se voidaan kirjoittaa myös muodossa (Mg , Fe, Zn, Mn)O•(Al, Cr, Fe)2O3.

Spinellimineraalien sisältämissä kaksiarvoisissa metalliatomeissa Mg2+ ja Fe2+ voivat olla substituoituja keskenään missä tahansa suhteessa; Al3+ on suurimmassa osassa kolmiarvoisia metalliatomeja, mutta Cr3+ voi korvata Al3+:n missä tahansa suhteessa, kun taas Fe3+ voi korvata Al3+:aa tai Cr3+:aa vain tietyssä määrin. Yleisiä spinellejä ovat seuraavat:

MgO•Al2O3 FeO•Al2O3

Kromiitti (ferrokromispinelli) FeO•Cr2O3 magnetiitti (ferrospinelli) FeO•Fe2O3

Magnesiumrauta-spinelli (Mg, Fe)O•(Al, Fe)2O3 ZnO•Al2O3

MgO•Cr2O3 Sinkkirautaspinelli ZnO•Fe2O3

Mangaani kromi spinelli FeO•Cr2O3 mangaani-alumiini spinelli MnO•Al2O3

Tällä hetkellä MgO•Al2O3, jota yleisesti kutsutaan "spinelliksi", on päävuorausmateriaali, jota käytetään induktiouuneissa teräksen valmistuksessa eri teollisuusmaissa. Puhtaassa magnesiumalumiini spinellissä MgO-pitoisuus on vain 28.2 %, mutta se on silti emäksistä tulenkestävää materiaalia.

Magnesia-alumiinioksidispinellimateriaalilla on korkea tulenkestävyys, pieni lämpölaajenemiskerroin, hyvä lämpöstabiilisuus korkeassa lämpötilassa ja vahva alkalisen kuonan eroosion kestävyys. Erityisesti MgO:n ja Al2O3:n tilavuuslaajeneminen on 7.9 % spinellin sintrausprosessissa, mikä voi korvata tilavuuden kutistumisen sintrausprosessissa ja vähentää sintratun kerroksen huokoisuutta, mikä on yhdenmukainen piidioksidin tärkeiden etujen kanssa. hiekka vuori.

Magnesium-alumiini spinellissä ei periaatteessa ole luonnollista mineraalia, se on keinotekoista synteesiä, valmistusmenetelmässä on sähkösulatus ja sintraus kahdella tavalla. Vuonna 1997 Kiinan metallurginen teollisuus muotoili YB/T 131-1997 "sintrattu magnesiumspinelli" -alan standardin Alcoa Chemical Companyn MR66- ja AR76-materiaalien eritelmien mukaisesti.

Spinellivuorausmateriaali, itse asiassa, kaikki ei koostu spinelistä, vaan rakeisten Al2O3- tai rakeisten MgO-tyyppisten materiaalien pohjalta, niiden joukossa vastaavalla jauheella, tai hienorakeisen spinellimateriaalin muodostuksella, tasaisesti jakautuneena rakeisten tulenkestävien materiaalien kesken, sintraus prosessi alumiinioksidin hiukkasten välillä muodostuu magnesiumaluminaatti spinelliverkko yhdistettynä rooliin. Lisäksi lisätään pieni määrä boorihappoa tai boorianhydridiä, jotta se voi muodostaa spinelliverkkoja alemmissa lämpötiloissa (noin 1300 °C).

Kuuluisilla tulenkestävien materiaalien toimittajilla, kuten United Mines of Unitedilla, Minak Mines of France ja Calderys, on kaikilla erilaisia ​​valmiiksi toimitettuja spinellivuorausmateriaaleja, jotka voidaan valita uunin ja sulatetun teräksen tyypin mukaan, mutta hinta on suhteellisen korkea.

Mielestäni paras ratkaisu on: jokainen teräsvaluyritys, omien erityisehtojensa mukaan, optimoimalla testin, valitse sopivin suhde, oma vuorausmateriaalin valmistelu. Tällä tavalla voidaan varmistaa teräksen pitkä vuorauksen käyttöikä ja korkea metallurginen laatu, ja tuotantokustannuksia voidaan vähentää huomattavasti.

Mitä tulee vuorausmateriaalin koostumussuhteeseen, se tulisi valita eri käytettyjen raaka-aineiden todellisen koostumuksen mukaan ja määrittää testillä. Kun määritetään vuorausmateriaalien suhdetta, voidaan laskea seuraavat kohdekomponentit:

Al2O3:n massaosuus uunin vuorausmateriaalissa on 85 - 88 % ja MgO:n massaosuus noin 22 %.

MgO:n ja Al2O3:n massaosuus vuorausmateriaaleissa on noin 75-85 % ja vastaavasti 15-22 %.

2. Uunin vuorausmateriaalien hiukkaskokoluokitus

Upokkaan tiivistymisellä on erittäin tärkeä vaikutus sen käyttöikään. Jotta upokas olisi tiivis ja huokoisuus mahdollisimman alhainen, tulee kiinnittää huomiota tulenkestävien aineiden hiukkaskokojakaumaan, jotta suurirakeisten tulenkestävien aineiden välit voidaan täyttää hienorakeisilla materiaaleilla.

Jotta saat tarkemman kuvan rakeisten materiaalien solmimisen jälkeen tapahtuvasta voidosta, tässä on yksinkertainen esimerkki ihanteellisesta pallokasasta.

(1) Yleinen tiiviys

Samankokoiset pallot, pinottuna neliömäiseen porrastettuun järjestelyyn, jokainen pallo koskettaa viereisiä 6 palloa (4 ympäri, 1 pallo ylös ja 1 pallo alas), huokoisuus on 47.64%.

2) Suhteellisen kompakti kotelo

Pallot pinotaan rombomaiseen järjestelyyn, ja jokainen pallo on kosketuksessa kahdeksan vierekkäisen pallon kanssa (kuusi ympäröivää palloa, yksi yläpuolella ja yksi alapuolella), huokoisuusraon ollessa 39.55 %.

(3) Kotelo, jonka tiiviys on suurin

Pinoamismenetelmien suurin kompaktisuus on neliöporrastettu järjestely ja tetraedrijärjestely.

Kun homogeeniset pallot pinotaan neliömäiseen porrastettuun järjestelyyn, jokainen pallo on kosketuksessa vierekkäisten 12 pallon kanssa, 4 palloa ympärillä, yksi pallo ylöspäin ja yksi pallo alaspäin, ja huokoisuus on 25.95%.

Katso kuva 3 homogeenisista palloista, jotka on pinottu tetraedriin. Jokainen pallo on kosketuksessa viereisten 12 pallon kanssa, 6 palloa ympärillä, 3 palloa ylös ja 3 palloa alaspäin. Huokoisuus on 25.95 %.

Kuten pallojen tapauksesta voidaan nähdä, huokoisuus määräytyy vain järjestelyn mukaan ja on riippumaton pallon koosta. Pallon halkaisija on suuri, huokoskoko on suuri ja lukumäärä on pieni. Vuorausrakeen tulenkestävät materiaalit ovat monikulmioisia, jopa kulmikkaita, sen juoksevuus on erittäin huono, riippumatta siitä, millainen solmu, tiiviin, sen huokoisuus on vähintään 30%.

Vuorauksen huokoisuuden vähentämiseksi yksinkertainen ja helppo toimenpide on tehdä vuorausmateriaalin hiukkaskoko ei ole niin tasainen ja hieno materiaali voi päästä karkeiden hiukkasten tiheään järjestelyyn, vähimmäisvaatimus on tietysti oltava d < 0.414d sakko. Tässä tulee esiin tarkkuusvaatimus.

Tietenkin tulenkestävien aineiden hiukkasten kunto on paljon monimutkaisempi kuin ihanteellisten pallojen, ja myös hiukkaskokojakauma on hyvin epäsäännöllinen, joten optimaalista hiukkaskoon luokittelua on mahdotonta laskea yksinkertaisesti laskemalla. Paras tapa on jokaiselle valimolle omien raaka-aineidensa mukaan todellisen tilanteen testin kautta löytää sopivin luokitusjärjestelmä.

Testimenetelmä on hyvin yksinkertainen: sekoita eri hiukkaskokoisia materiaaleja tietyssä suhteessa, tiivistä ne ja muotoile tietyssä paineessa ja määritä sitten niiden tilavuustiheys. Kun raaka-aineiden toimitusolosuhteita muutetaan, tulee myös hiukkaskokoluokitusjärjestelmä testata ja arvioida.

Koska hiukkaskokojen luokittelun tarkoituksena on tehdä hiukkaskasa tiiviiksi materiaalin luonteesta riippumatta, tätä periaatetta voidaan soveltaa kaikenlaisiin tulenkestäviin materiaaleihin. Saksa suosittelee myös erilaisia ​​hiukkaskokoja eri kapasiteetin upokkaiden materiaaleille.

3. Vuorausmateriaalien sintraus

Upokasuunin vuoraus on valmistettu rakeista tulenkestävästä materiaalista solmimalla, hiomalla ja sintraamalla. Sintraus on tärkeä toimenpide sen varmistamiseksi, että vuori on tiivis ja vahva.

"Sintraus" on prosessi, jossa nestefaasi ilmestyy hiukkasten kosketuspinnalle hiukkas/jauheaggregaatissa ja jatkuva verkosto muodostuu vähitellen korkeassa lämpötilassa, minkä jälkeen hiukkaset yhdistetään kokonaisuudeksi ja huokoisuus pienenee minimi diffuusio- ja massasiirtomekanismien avulla, lopulta kiinteä ja kompakti sintrattu kappale.

"Sintraus" on suhteellisen vanha prosessi, ja sitä on tutkittu perusteellisesti vuosikymmeniä. Nykyinen käsitys perustuu kuitenkin edelleen sintrausprosessin makroskooppiseen havainnointiin ja yksinkertaistettuun mallitutkimukseen. Induktiouunisovelluksen jatkuvan laajentumisen myötä tutkimus- ja kehittämisalue on tässä suhteessa erittäin laaja.

Eri rajoituksista johtuen upokkaan induktiouunin vuorauksen paksuus on sen tärkeä ominaisuus, mutta vuorauksen solmun ja sintrauksen jälkeen, mutta ei sintraamisen jälkeen kokonaisuudessaan, koska koko sintrausuunin vuorauksessa, jos jossain hallitsemattomien tekijöiden vuoksi on heikkoja lenkkejä , ja toistuvien lämpöjännityshalkeilujen vaikutuksesta halkeama on helppo laajentaa koko alueelle, joten nestemäisen metallin tunkeutuminen induktiokelaan johtaa suuriin onnettomuuksiin.

Uunin vuorauksen sintrauksen jälkeen sen osan tulee olla kolmikerroksinen: uunikammion muodostava ja nestemäisen teräksen kanssa kosketuksissa oleva kerros on sintrattu kerros, jonka paksuus on noin 35-40 % uunin vuorauksen paksuudesta. Sille on ominaista tiheä sintrausverkosto, alhainen huokoisuus ja korkea lujuus. Puolisintrattu kerros on liitetty sintratun kerroksen kanssa ja sen paksuus on suunnilleen sama kuin sintratun kerroksen. Sen ominaisuus on, että sintrausverkko ei ole täydellinen ja sen lujuus ei ole korkea, joten se voi puskuroida sintratun kerroksen lämpöjännityksen. Jos sintrattu kerros tuottaa halkeamia, se voi estää halkeaman leviämisen ulospäin. Uunin vuorauksen ulkoreuna sekä induktiokäämin ja puolisintratun kerroksen välinen kerros ovat sintraamaton kerros, ja tulenkestävät aineet pysyvät solmitussa rakeisessa tilassa. Tämä kerros, jolla on lämmöneristystehtävä ja joka voi hidastaa lämmön johtamista sintratusta kerroksesta kelaan, muodostaa noin 25 - 30 % vuorauksen paksuudesta.

Spinelliuunin vuorauksen sintrausprosessi voidaan jakaa karkeasti kolmeen vaiheeseen:

Ensimmäinen vaihe: lämmityslämpötila on alle 850 ℃, ja päätehtävänä on saada vuorausmateriaali kuivumaan perusteellisesti.

Toinen vaihe: lämmitys 850 ~ 1400 ℃, pääasiassa spinelliverkon muodostamiseksi;

Kolmannessa vaiheessa: kuumennetaan 1300 ~ 1700 ℃, spinelliverkko kasvaa, diffuusio- ja massasiirtotoiminnot tehostuvat pintajännityksen vaikutuksesta, huokoisuus vähenee merkittävästi, sintrauskerros pyrkii olemaan lähellä.

Jaa tämä artikkeli alustallesi:

virhe:

Pyydä tarjous