البطانة المقاومة للصهر هي عنصر مهم في فرن الحث البوتقة ، والتي تؤثر على وظيفة صهر الفرن ، والجودة المعدنية للفولاذ ، وخاصة سلامة التشغيل. نظرًا لأن فرن الحث البوتقة مناسب لصهر سبائك الصب المختلفة ، مثل الحديد الزهر ، والفولاذ المصبوب ، وسبائك النحاس ، وسبائك الألومنيوم ، وسبائك الزنك ، وما إلى ذلك ، يمكن شراء فرن الحث الصغير ، وبطانة الفرن لتشكيل مسبقة الصنع بوتقة. في الإنتاج الفعلي ، عادةً ما يتم بناء فرن الحث البوتقة المستخدم في صب الفولاذ وتلبيده بواسطة المسبك ، والذي يختار ويختار المواد المقاومة للحرارة وفقًا لأنواع سبائك الصهر.
1. مناسبة للصلب فرن بطانة صهر
مع تطور تطبيقات أفران الحث في صناعة الصلب المصبوب ، منذ الثمانينيات ، تم الاهتمام تدريجياً بتطبيق مواد تبطين فرن الألمنيوم والمغنيسيوم. في الوقت الحاضر ، يعتمد فرن الحث البوتقة المستخدم في صناعة الفولاذ المصبوب في مختلف البلدان الصناعية أساسًا بطانة فرن الإسبينيل.
في السنوات الأخيرة ، اعتمدت بعض شركات صب الفولاذ في الصين مواد بطانة فرن الإسبنيل ، ومن بينها ، فإن بعض الشركات المصنعة تشتري الشركات المصنعة الأجنبية مواد معدة مسبقًا ، على الرغم من أن تأثير الاستخدام جيد جدًا ، تزداد تكلفة الإنتاج كثيرًا ، خصائصه ليست مفهومة للغاية. هنا ، أرغب بشكل أساسي في تقديم بعض خصائص البطانة المقاومة للحرارة من نوع الإسبينيل كمرجع للزملاء في الصناعة عندما يقومون بتركيب مواد البطانة وتحسين مواد البطانة. في الوقت نفسه ، نظرًا لبطانة رمل السيليكون الحالية ، يتم أيضًا تطبيق بطانة المغنيسيا وبطانة الألومينا في صناعة الفولاذ المصبوب في الصين ، أيضًا عن طريق تقديم مقدمة موجزة عن خصائص هذه المواد ، للرجوع إليها.
(1) بطانة رمل السيليكا
غالبًا ما يطلق على بطانة الفرن المبنية برمل السيليكا كمادة مقاومة للحرارة الأساسية اسم بطانة الفرن الحمضي. يتميز رمال السيليكا بالعديد من المزايا: أولاً ، لديها موارد وفيرة وأسعار منخفضة ؛ علاوة على ذلك ، فإن البوتقة المصنوعة من رمل السيليكا كمادة مقاومة للحرارة الأساسية لا تزال تتمتع بقوة جيدة عند درجة حرارة عالية قريبة من نقطة الانصهار ولديها مقاومة جيدة للإخماد والحرارة. على وجه الخصوص ، تجدر الإشارة إلى أن تمدد تغيير طور الكوارتز لرمل السيليكا يمكن أن يعوض انكماش الحجم في عملية التلبيد ، وذلك لتحسين كثافة الطبقة الملبدة وتقليل المسامية في الطبقة الملبدة. لذلك ، يتم استخدام مواد البطانة القائمة على السيليكون على نطاق واسع في فرن الحث ذو البوتقة المستخدم لصهر جميع أنواع الحديد الزهر في صناعة الصب في مختلف البلدان.
ومع ذلك ، فإن مقاومة النار المنخفضة لـ SiO2 لا يمكن أن تتكيف بشكل أساسي مع درجة حرارة الفولاذ. علاوة على ذلك ، فإن SiO2 لها نشاط كيميائي قوي في درجات حرارة عالية ، ويمكن أن تتفاعل مع جميع أنواع الأكاسيد القلوية وحتى الأكاسيد المحايدة في عملية صناعة الصلب. على سبيل المثال ، من السهل توليد Fe2SiO4 بنقطة انصهار 1205 ℃ بعد ملامسته لرمل السيليكا ، والتي يمكن أن تتفاعل بشكل أكبر مع SiO2 أو FeO لتوليد مكونات سهلة الانصهار بنقطة انصهار 1130 ℃. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تقليل SiO2 بواسطة بعض العناصر النشطة في الفولاذ المصهور. لذلك ، بطانة رمل السيليكا المستخدمة في صناعة الصلب ، لا يمكن ضمان الجودة المعدنية للفولاذ ولا عمر البطانة. منذ أواخر الثمانينيات من القرن الماضي ، لم تعد الدول الصناعية التي تنتج أفران الحث من مسبك الصب الفولاذي تستخدم بطانة رمل السيليكا. بقدر ما أعرف ، لا تزال هناك بعض الشركات في الصين تستخدم بطانة فرن رمل السيليكا لصهر الفولاذ المصبوب ، وهو أمر في حاجة ماسة إلى التحسين.
(2) بطانة المغنيسيا
مادة التبطين شائعة الاستخدام هي المغنسيت المعدني مع محتوى MgO أكثر من 86٪ ، وهو مصنوع من المغنسيت بعد التكليس بدرجة حرارة عالية. إذا تمت إعادة صهر المغنيسيا المعدنية في فرن القوس ، يمكن تقليل محتوى الشوائب مثل SiO2 و Fe2O3 ، ويمكن الحصول على المغنيسيا المكسوة بالكهرباء بنقاوة أعلى (محتوى MgO أعلى من 96٪). يتم استخدام المغنيسيا المصهورة في تبطين فرن الحث الفراغي.
تتميز المغنيسيا المعدنية بدرجة حرارية عالية وهي مادة مبطنة تقليدية لفرن القوس القلوي. على الرغم من أن نقطة انصهاره عالية جدًا ، إلا أنه ليس من السهل تلبيده ومعامل التمدد الخاص به كبير ، يمكن أن تعوض البطانة السميكة لفرن القوس هذا النقص عن طريق إضافة عدد كبير من مواد الترابط والربط بطريقة مبللة.
إذا تم استخدام المغنيسيا المعدنية كمواد تبطين لفرن الحث ، فليس من المناسب استخدام العقد الرطب بسبب سمك البطانة ، والتأثير السلبي لهذه العيوب واضح للغاية. البوتقة المصنوعة من أكسيد المغنيسيوم عرضة للتشقق ، خاصة في التشغيل المتقطع للفرن.
(3) بطانة أكسيد الألومنيوم
رمل الألومينا والزركونيوم كلاهما حراريات متعادلة ، والألومينا هي الأكثر استخدامًا ، ونادرًا ما تستخدم رمل الزركونيوم كمواد تبطين.
يتم استخدام الألومينا بمفرده كمادة تبطين ، والتي لها قدرة قوية على مقاومة التشقق ومنع تآكل الخبث الحمضي ، ولكنها غير مناسبة لصنع الخبث القلوي. علاوة على ذلك ، نظرًا لارتفاع درجة حرارته وأداء التلبيد السيئ ، فإن عمر البطانة ليس مرتفعًا جدًا.
(4) بطانة فرن الإسبنيل
تتميز معادن الإسبنيل بخصائص تماثل الشكل ، مع العديد من الأصناف والمكونات المعقدة. يمكن كتابة صيغته الجزيئية كـ M2 + O • M3 + 2O3. في الصيغة ، M2 + يمثل بعض ذرات المعادن ثنائية التكافؤ ، مثل Mg ، Fe ، Zn ، Mn ، إلخ. M3 + يمثل بعض الذرات المعدنية ثلاثية التكافؤ ، مثل Mg ، Fe ، Zn ، إلخ. وبالتالي ، يمكن أيضًا كتابته كـ (Mg ، Fe ، Zn ، Mn) O • (Al ، Cr ، Fe) 2O3.
في ذرات المعادن ثنائية التكافؤ الموجودة في معادن الإسبينيل ، يمكن استبدال Mg2 + و Fe2 + ببعضهما البعض بأي نسبة ؛ يوجد Al3 + في غالبية ذرات المعادن ثلاثية التكافؤ ، لكن Cr3 + يمكن أن يحل محل Al3 + بأي نسبة ، بينما يمكن لـ Fe3 + استبدال Al3 + أو Cr3 + فقط إلى حد معين. تشمل الإسبنيل الشائعة ما يلي:
MgO • Al2O3 FeO • Al2O3
الكروميت (الإسبنيل الحديدي) FeO • Cr2O3 Magnetite (فيروسبينيل) FeO • Fe2O3
الإسبنيل الحديد المغنيسيوم (Mg ، Fe) O • (Al ، Fe) 2O3 ZnO • Al2O3
MgO • Cr2O3 الزنك الحديد الإسبنيل ZnO • Fe2O3
إسبينيل الكروم المنغنيز FeO • إسبنيل ألومنيوم المنغنيز Cr2O3 MnO • Al2O3
في الوقت الحاضر ، MgO • Al2O3 ، يشار إليه عادة باسم "الإسبنيل" ، هو مادة التبطين الرئيسية المستخدمة في فرن الحث لصناعة الصلب في مختلف البلدان الصناعية. في الإسبنيل المصنوع من الألومنيوم والمغنيسيوم النقي ، يكون محتوى MgO 28.2٪ فقط ، لكنه لا يزال مقاومًا للصهر القلوي.
تتميز مادة إسبينيل المغنيسيا والألومينا بدرجة عالية من الانكسار ، ومعامل صغير للتمدد الحراري ، واستقرار حراري جيد عند درجة حرارة عالية ، ومقاومة قوية لتآكل الخبث القلوي. على وجه الخصوص ، يحتوي MgO و Al2O3 على تمدد في الحجم بنسبة 7.9 ٪ في عملية تلبيد السبينيل ، والذي يمكن أن يعوض عن انكماش الحجم في عملية التلبيد ويقلل من مسامية الطبقة الملبدة ، وهو ما يتوافق مع المزايا الهامة للسيليكا بطانة الرمل.
لا يحتوي الإسبنيل المصنوع من الألومنيوم والمغنيسيوم أساسًا على أي معدن طبيعي ، ويتم ذلك عن طريق التوليف الاصطناعي ، وطريقة التحضير لها صهر كهربائي وتلبيد بطريقتين. في عام 1997 ، وضعت الصناعة المعدنية في الصين معيار صناعة YB / T 131-1997 "إسبينيل الألمنيوم المغنيسي المتكلس" وفقًا لمواصفات مواد Alcoa Chemical Company MR66 و AR76.
في الواقع ، لا تتكون كل مادة الإسبنيل من الإسبنيل ، ولكن على أساس المواد الحبيبية Al2O3 أو MgO الحبيبية ، من بينها المسحوق المقابل ، أو تكوين مادة الإسبينيل الحبيبية الدقيقة ، الموزعة بالتساوي بين المواد المقاومة للحرارة ، التلبيد عملية في جزيئات الألومينا المتكونة بين شبكة الإسبنيل المغنيسيوم ألومينات ، جنبًا إلى جنب مع الدور. بالإضافة إلى ذلك ، يتم إضافة كمية صغيرة من حمض البوريك أو أنهيدريد البوريك لتمكينه من تكوين شبكات الإسبينيل عند درجات حرارة منخفضة (حوالي 1300 درجة مئوية).
يمتلك موردو الحراريات المشهورون مثل United Mines of the United States و Minak Mines of France و Calderys مجموعة متنوعة من مواد البطانة الإسبنيل التي يتم توفيرها مسبقًا ، والتي يمكن اختيارها وفقًا لنوع الفرن ونوع الفولاذ المصهور ، ولكن السعر مرتفع نسبيًا.
أعتقد أن الحل الأفضل هو: كل مؤسسة صب فولاذية ، وفقًا لظروفها الخاصة ، من خلال تحسين الاختبار ، حدد النسبة الأنسب ، وإعدادها الخاص لمواد البطانة. بهذه الطريقة ، يمكن ضمان عمر البطانة الطويل والجودة المعدنية العالية للصلب ، ويمكن تقليل تكلفة الإنتاج بشكل كبير.
بالنسبة لنسبة تكوين مادة البطانة ، يجب اختيارها وفقًا للتركيب الفعلي للمواد الخام المختلفة المستخدمة وتحديدها بواسطة الاختبار. عند تحديد نسبة مواد التبطين ، يمكن حساب المكونات المستهدفة التالية:
يبلغ الجزء الكتلي لـ Al2O3 في مادة بطانة الفرن 85 ~ 88٪ والجزء الكتلي لـ MgO حوالي 22٪.
الكسر الكتلي لـ MgO و Al2O3 في مواد البطانة حوالي 75 ~ 85٪ و 15 ~ 22٪ على التوالي.
2. تصنيف حجم الجسيمات لمواد تبطين الفرن
إن تكثيف البوتقة له تأثير مهم للغاية على مدة خدمتها. من أجل جعل البوتقة كثيفة والمسامية منخفضة قدر الإمكان ، من الضروري الانتباه إلى توزيع حجم الجسيمات للحراريات ، بحيث يمكن ملء الفراغات بين حراريات الحبوب الكبيرة بمواد الحبيبات الدقيقة.
من أجل إعطائك انطباعًا أكثر تحديدًا عن الفراغ بعد حياكة المواد الحبيبية ، إليك توضيحًا بسيطًا لكومة الكرة المثالية.
(1) الاكتناز العام
كرات من نفس الحجم ، مكدسة في ترتيب مربع متداخلة ، كل كرة ملامسة للكرات الست المجاورة (6 حول ، كرة واحدة للأعلى ، وكرة واحدة لأسفل) ، المسامية هي 4٪.
2) حالة مضغوطة نسبيا
الكرات مكدسة في ترتيب معيني ، وكل كرة على اتصال مع ثماني كرات متجاورة (ست كرات محيطة ، واحدة فوق وواحدة أدناه) ، بمعدل فجوة مسامية تبلغ 39.55٪.
(3) العلبة ذات أعلى ضغط
أعلى درجة انضغاط في طرق التكديس هي الترتيب المتدرج المربع والترتيب رباعي السطوح.
عندما تتراكم الكرات المتجانسة في ترتيب مربع متداخلة ، تكون كل كرة على اتصال بالكرات الـ 12 المجاورة ، مع وجود 4 كرات حولها ، وكرة واحدة لأعلى ، وكرة واحدة لأسفل ، وتكون المسامية 25.95٪.
انظر الشكل 3 لمعرفة المجالات المتجانسة المكدسة في ترتيب رباعي السطوح. كل كرة ملامسة للكرات الـ 12 المجاورة ، مع 6 كرات حولها ، و 3 كرات لأعلى و 3 كرات لأسفل. المسامية 25.95٪.
كما يتضح من حالة الكرات ، يتم تحديد المسامية فقط من خلال الترتيب وهي مستقلة عن حجم الكرة. قطر الكرة كبير وحجم المسام كبير والعدد صغير. حراريات الحبيبات المبطنة متعددة الأضلاع ، وحتى الزاوي ، وسيولتها رديئة للغاية ، بغض النظر عن نوع العقدة ، الأكثر إحكاما ، لا تقل مساميتها عن 30٪.
من أجل تقليل مسامية البطانة ، فإن المقياس البسيط والسهل هو جعل حجم جزيئات مادة البطانة غير متجانس تمامًا ، ويمكن للمواد الدقيقة أن تدخل في الترتيب الكثيف للجسيمات الخشنة ، يجب أن يكون الحد الأدنى من المتطلبات بالطبع هو d < 0.414d غرامة. هذا هو المكان الذي تأتي فيه متطلبات التفصيل.
بالطبع ، حالة الجسيمات للحراريات أكثر تعقيدًا بكثير من حالة الكرات المثالية ، كما أن توزيع حجم الجسيمات غير منتظم للغاية ، لذلك من المستحيل حساب مخطط تصنيف حجم الجسيمات الأمثل ببساطة عن طريق الحساب. أفضل طريقة لكل مسبك وفقًا للمواد الخام الخاصة به للوضع الفعلي ، من خلال الاختبار ، للعثور على مخطط الدرجات الأنسب.
طريقة الاختبار بسيطة للغاية: قم بخلط مواد مختلفة بحجم الجسيمات بنسبة معينة ، وجعلها مضغوطة وتتشكل تحت ضغط معين ، ثم حدد كثافة حجمها. عندما يتم تغيير شروط التوريد للمواد الخام ، يجب أيضًا اختبار وتقييم مخطط تصنيف حجم الجسيمات.
نظرًا لأن الغرض من تصنيف حجم الجسيمات هو جعل كومة الجسيمات مضغوطة ، بغض النظر عن طبيعة المادة ، يمكن تطبيق هذا المبدأ على جميع أنواع المواد المقاومة للحرارة. توصي ألمانيا أيضًا بتدرجات مختلفة لأحجام الجسيمات لمواد بوتقة ذات سعة مختلفة.
3. تلبيد مواد التبطين
بطانة فرن البوتقة مصنوعة من حبيبات مقاومة للحرارة عن طريق العقد والطحن والتلبيد. التلبيد هو إجراء مهم للتأكد من أن البطانة مضغوطة ولديها قوة كبيرة.
"التكلس" هي عملية تظهر فيها المرحلة السائلة على سطح التلامس للجسيمات في كتلة الجسيمات / المسحوق وتتشكل شبكة مستمرة تدريجيًا عند درجة حرارة عالية ، ثم يتم توصيل الجسيمات في الكل ، ويتم تقليل المسامية إلى الحد الأدنى بمساعدة آليات الانتشار ونقل الكتلة ، ليصبح أخيرًا جسمًا متكلسًا صلبًا ومضغوطًا.
"التكلس" عملية قديمة نسبيًا ، وقد تمت دراستها بعمق على مدى عقود. ومع ذلك ، لا يزال الفهم الحالي قائمًا على الملاحظة العيانية لعملية التلبيد وفحص النموذج المبسط. مع التوسع المستمر في تطبيق فرن الحث ، في هذا الصدد ، فإن مساحة البحث والتحسين واسعة جدًا.
نظرًا للقيود المختلفة ، فإن سماكة بطانة فرن الحث البوتقة الرقيقة هي سمة مهمة لها ، ومع ذلك ، بعد عقدة وتلبيد البطانة ولكن ليس التلبيد ككل ، لأنه في بطانة فرن التلبيد بأكملها ، إذا كانت هناك روابط ضعيفة في مكان ما بسبب عوامل لا يمكن السيطرة عليها ، وتحت تأثير تصدع الإجهاد الحراري المتكرر ، من السهل أن يمتد الكراك إلى الكل ، بحيث يؤدي تسرب المعدن السائل إلى ملف التعريفي إلى وقوع حوادث كبيرة.
بعد تلبيد بطانة الفرن ، يجب أن يكون قسمه عبارة عن هيكل من ثلاث طبقات: الطبقة التي تشكل حجرة الفرن وملامسات الفولاذ السائل هي الطبقة الملبدة ، التي يمثل سمكها حوالي 35 ~ 40٪ من سماكة بطانة الفرن. يتميز بشبكة تلبيد كثيفة ومسامية منخفضة وقوة عالية. ترتبط الطبقة شبه الملبدة بالطبقة الملبدة ، ويكون سمكها تقريبًا هو نفس سمك الطبقة الملبدة. ما يميزه هو أن شبكة التلبيد ليست كاملة وقوتها ليست عالية ، لذلك يمكنها حماية الضغط الحراري للطبقة الملبدة. إذا تسببت الطبقة الملبدة في حدوث تشققات ، فيمكن أن تمنع الشق من الامتداد إلى الخارج. الحافة الخارجية لبطانة الفرن والطبقة بين ملف الحث والطبقة شبه الملبدة هي الطبقة غير الملبدة ، وتبقى الحراريات في الحالة الحبيبية المعقدة. هذه الطبقة ، التي لها وظيفة العزل الحراري ويمكن أن تبطئ التوصيل الحراري من الطبقة الملبدة إلى الملف ، تمثل حوالي 25 ~ 30٪ من سمك البطانة.
يمكن تقسيم عملية تلبيد بطانة فرن الإسبينيل تقريبًا إلى ثلاث مراحل:
المرحلة الأولى: درجة حرارة التسخين أقل من 850 ℃ ، وتتمثل الوظيفة الرئيسية في جعل مادة البطانة تجف تمامًا.
المرحلة الثانية: التسخين حتى 850 ~ 1400 ℃ ، بشكل أساسي لتشكيل شبكة الإسبنيل ؛
المرحلة الثالثة: التسخين إلى 1300 ~ 1700 ℃ ، تنمو شبكة الإسبنيل ، ويتم تعزيز وظائف الانتشار ونقل الكتلة تحت دافع التوتر السطحي ، وتقليل المسامية بشكل كبير ، وتميل طبقة التلبيد إلى أن تكون قريبة.
