Lors de l'utilisation du four à moyenne fréquence, l'épaisseur du matériau réfractaire utilisé pour le revêtement n'est que de 70-110 mm. L'intérieur est en contact avec le métal en fusion à haute température et l'extérieur est proche du serpentin de refroidissement par eau. La différence de température entre l'intérieur et l'extérieur du matériau réfractaire est importante. Il se trouve dans une section relativement mince et dans les conditions d'utilisation d'un environnement hautement corrosif pour de nombreuses opérations de fusion. Les principales conditions de processus qui affectent les dommages du revêtement comprennent : la température de fusion, le temps de dégazage, la quantité de dégazage unique, la composition chimique du laitier et le type d'acier (fer) produit. Les principaux facteurs affectant les dommages du revêtement sont : l'érosion chimique du laitier, l'écaillage de la structure réfractaire et l'érosion thermique.
Figure 1. Érosion du revêtement de la fonte en fusion
Figure 2. Érosion du revêtement de l'acier coulé en fusion
1. Revêtement du four à moyenne fréquence Le revêtement du four à moyenne fréquence est généralement constitué de matériaux réfractaires de diverses spécifications et tailles de particules (les matériaux réfractaires couramment utilisés sont principalement le magnésium, le quartz, l'aluminium et les matériaux composites). Ses caractéristiques sont : liaison directe. Par conséquent, il présente une résistance élevée à la corrosion, une résistance mécanique élevée et une bonne résistance aux chocs thermiques.
Figure 3, revêtement du four noué strictement selon le processus de nouage
2. Mécanisme d'endommagement du matériau de revêtement du four en magnésium
Prenons l’exemple du matériau réfractaire en magnésium pour expliquer le mécanisme d’endommagement du matériau en magnésium :
Les principales manifestations des dommages causés aux matériaux par le magnésium sont : l'érosion thermique causée par l'écoulement de l'acier en fusion et l'érosion chimique causée par les composants des scories pénétrant dans le matériau.
Pendant le processus de fusion, la solution pénètre dans la matrice réfractaire par les canaux capillaires de la matrice réfractaire pour corroder le revêtement du four. Les composants qui pénètrent dans la matrice réfractaire comprennent : CaO, SiO2, FeO dans le laitier ; Fe, Si, Ai, Mn, C dans l'acier fondu, et même la vapeur métallique, le gaz CO, etc. Ces composants infiltrés se déposent dans les canaux capillaires du matériau réfractaire, provoquant la discontinuité des propriétés physiques et chimiques de la surface de travail réfractaire et de la matrice réfractaire d'origine. Des fissures, des écaillages et des structures lâches apparaîtront sous le changement soudain de la température de fonctionnement. À proprement parler, ce processus de dommage est beaucoup plus grave que le processus de dommage par dissolution.
Les matériaux métalliques ajoutés au four apporteront divers oxydes, et la composition des scories de différents matériaux et de différents fours est également différente. La plupart des divers oxydes, carbures, sulfures et diverses formes de composés composites dans les scories réagiront chimiquement avec le revêtement du four pour générer de nouveaux composés avec différents points de fusion.
Certains oxydes à bas point de fusion générés dans la réaction, tels que l'olivine de fer (FeOSiO2) et l'olivine de manganèse (MnOSiO2), ont généralement des points de fusion autour de 1200 degrés . Les scories à bas point de fusion ont une excellente fluidité et peuvent former un agent fondant, provoquant une érosion chimique grave sur le revêtement du four, réduisant ainsi la durée de vie de ce dernier. Les scories à point de fusion élevé générées dans la réaction, telles que la mullite (3Al2O3•2SiO2), la forstérite (2MgO•SiO2), etc., et certains éléments métalliques à point de fusion élevé ont un point de fusion supérieur à 1800 degrés . Il existe une interpénétration et une dissolution mutuelle relativement complexes entre les scories à point de fusion élevé et les scories à bas point de fusion en suspension dans le métal en fusion. Ces scories adhèrent très facilement à la paroi du four et s'accumulent, provoquant un collage sérieux des scories, affectant la puissance, la vitesse de fusion et la capacité du four électrique, et affectant même la durée de vie du revêtement du four.
Au fur et à mesure que la capacité du four augmente, la proportion de chaleur perdue à la surface de l'acier en fusion diminue, la température du laitier est plus élevée que celle d'un four de petite capacité et la fluidité du laitier est meilleure que celle d'un four de petite capacité, de sorte que l'érosion du revêtement du four est aggravée. Les grands fours à induction utilisent principalement la méthode de mélange d'acier et de laitier pour tarauder l'acier, ce qui nécessite que le laitier ait une bonne fluidité pour s'adapter aux conditions de taraudage. Par conséquent, la ligne de laitier est gravement érodée, ce qui est une autre raison de la réduction de la durée de vie du revêtement du four. Pour les raisons susmentionnées, la durée de vie du revêtement d'un grand four à induction est inférieure à celle d'un four à induction de petite et moyenne taille. Afin d'augmenter la durée de vie du revêtement, l'épaisseur du revêtement doit être augmentée de manière appropriée. Cependant, à mesure que l'épaisseur du revêtement du four augmente, la valeur de résistance augmente, la perte de puissance réactive augmente et l'efficacité électrique diminue. Par conséquent, l'épaisseur du revêtement du four est limitée à une certaine plage. Par conséquent, une épaisseur de paroi raisonnable doit être sélectionnée pour garantir à la fois une efficacité électrique élevée et la durée de vie du revêtement du four.
Figure 5, revêtement du four recouvert de scories
3. Conception des solutions
L'érosion ci-dessus conduit à ce que l'on appelle l'écaillage structurel sous l'effet des fluctuations cycliques de température. Au cours du processus de production, les scories pénètrent dans les pores de la matrice réfractaire, formant une grande couche réfractaire épaissie. Les propriétés physiques et chimiques de la partie du réfractaire imprégnée par les scories changeront. En raison des différents coefficients de dilatation thermique entre la couche de pénétration et la couche résiduelle gênante, lorsque la température change, une contrainte importante apparaît à la jonction des deux couches, ce qui entraîne des fissures parallèles à la surface de travail et finit par provoquer l'écaillage du revêtement. Les scories qui pénètrent dans la matrice réfractaire dissoudront les particules réfractaires et affaibliront la liaison entre les particules, ce qui entraînera une diminution de la réfractarité du matériau et de sa résistance aux températures élevées. Par conséquent, la couche réfractaire de pénétration des scories est endommagée plus rapidement sous l'érosion de l'acier fondu qui coule.
La basicité du laitier doit être compatible avec le matériau de revêtement. Les matériaux de revêtement en magnésium peuvent être corrodés par des scories à haute teneur en CaO et en SiO2. La quantité de CaF dans le laitier doit être contrôlée. Un excès de CaF corrodera le revêtement alcalin et provoquera une fusion prématurée de la zone de la ligne de laitier. Lorsque les ions fluorure et les ions manganèse métalliques dans le laitier sont élevés ou que la température du bain de fusion est supérieure à 1700 degrés, la viscosité de la solution chutera également fortement, le taux d'endommagement du revêtement s'accélérera et la durée de vie du revêtement sera considérablement réduite. Lorsque la fusion sans laitier est réalisée sous vide, la durée de vie du revêtement est supérieure à celle de la fusion sans vide.
L'infiltration d'une teneur élevée en oxyde de fer dans le revêtement détruit la microstructure du revêtement d'origine, réduit la réfractarité et réduit la viscosité du laitier CaO-Ai2O3-SiO2, de sorte que le laitier pénètre plus profondément dans le matériau. Cependant, une certaine quantité d'oxyde de fer dans le revêtement d'origine est propice au frittage rapide du revêtement et réduit les pores ouverts et la perméabilité du matériau. En particulier, le matériau de moulage contient une certaine quantité d'oxyde de fer, et le frittage rapide du matériau, le sablage et l'inclusion de sable sont très importants. L'augmentation de la teneur en oxyde de magnésium et de la viscosité du laitier est bénéfique pour réduire l'érosion du laitier sur le revêtement du four et améliorer l'effet de collecte du laitier. Lorsque la basicité du laitier est faible, l'érosion du revêtement en magnésium est plus grave et la durée de vie du revêtement du four est réduite ; Au contraire, lorsque la basicité du laitier est élevée, l'érosion du revêtement du four est relativement faible et la durée de vie du revêtement du four est relativement améliorée. L'augmentation de la basicité du laitier et de la teneur en MgO dans le laitier, et la réduction de la teneur en FeO dans le laitier, sont bénéfiques pour réduire l'érosion du laitier sur le matériau réfractaire.
Par conséquent, lors de l'utilisation d'agents de fabrication de scories, il convient de veiller à sélectionner des matériaux à haute teneur en oxyde de magnésium. Configurer raisonnablement la structure du laitier, accélérer la vitesse de formation du laitier, raccourcir le temps de fusion et réduire la teneur en oxyde de fer du laitier. Le laitier approprié doit être sélectionné en fonction du matériau du revêtement du four. Le laitier alcalin convient au revêtement en magnésium, mais il peut être corrodé par le laitier à haute teneur en CaO et le laitier à SiO2. Un excès de CaF2 corrodera également le revêtement alcalin, provoquant une fusion prématurée de la zone de la ligne de laitier. Le laitier acide convient au revêtement du four à quartz, tandis que le revêtement du four à magnésie-alumine ne peut être utilisé que pour les scories faiblement alcalines ou neutres. Le revêtement du four en alumine présentera des propriétés amphotères typiques dans différentes valeurs de pH à haute température, qui peuvent s'adapter aux scories avec différentes valeurs de pH, mais il est légèrement pire que les revêtements de four acides et alcalins. Pour cette raison, certaines personnes utilisent du sable de magnésie de haute pureté et ajoutent une certaine quantité de spinelle pour modifier les propriétés de la matrice des matériaux de revêtement de four en magnésie pure lors de la sélection des matériaux, mais les expériences montrent que la résistance à la corrosion des matériaux en corindon de haute pureté est également significativement inférieure au sable de magnésie fritté de faible pureté.
Le laitier acide convient au revêtement du four à quartz, tandis que le revêtement du four à magnésie-alumine ne peut être utilisé que pour les scories faiblement alcalines ou neutres. Le revêtement du four à alumine présentera des propriétés amphotères typiques dans différentes valeurs de pH à haute température, qui peuvent s'adapter aux scories avec différentes valeurs de pH, mais il est légèrement pire que les revêtements de four acides et alcalins. En bref, compte tenu du principal mécanisme d'endommagement du revêtement du four à magnésie, après un résumé et une exploration continus, la résistance du matériau à la pénétration des scories peut être améliorée en limitant les pores ouverts et la perméabilité, et la résistance à l'érosion à haute température et la résistance à l'écaillage de la matrice du revêtement du four peuvent être améliorées en augmentant la résistance à la flexion à haute température et la température critique de ramollissement. Les performances du revêtement du four dépendent de nombreux facteurs, tels que la distribution granulométrique du matériau, les propriétés physiques et chimiques du matériau et la température de frittage du revêtement du four.
