วัตถุดิบชนิดใดที่ส่งผลต่อการต้านทานตะกรันของกระบวยอะลูมิเนียม-แมกนีเซียม

ปัจจุบัน ทัพพีได้กลายเป็นอุปกรณ์สำคัญในการขัดเกลา อิฐอัลคาไลน์จึงกลายเป็นวัสดุทนไฟที่สำคัญสำหรับบุทัพพี และใช้ร่วมกับวิธีการก่อสร้างต่างๆ เช่น อิฐ Mg OC สำหรับเส้นตะกรัน และอะลูมิเนียม - แมกนีเซียมสำหรับด้านล่างและผนังของทัพพี หล่อได้ เงื่อนไขการใช้งานของสายตะกรันนั้นรุนแรงเป็นพิเศษ และความเสียหายของเยื่อบุด้านในก็ร้ายแรงที่สุดเช่นกัน ในการใช้งานจริง ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับความเสียหายของตะกรันเหล็กกับวัสดุทนไฟ
ความเสียหายของตะกรันเหล็กต่อวัสดุทนไฟส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นสองด้าน หนึ่งคือการสึกกร่อน และอีกประการหนึ่งคือการเจาะทะลุ เมื่อตะกรันแทรกซึมเข้าไปในอิฐ ชั้นหินแปรจะก่อตัวขึ้นในอิฐ และชั้นหินแปรและชั้นที่ยังไม่ได้แก้ไขจะมีการแลกเปลี่ยนอย่างต่อเนื่องระหว่างความเย็นและความร้อนระหว่างการใช้งาน และความแตกต่างของค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทำให้เกิดรอยร้าวและการหลุดลอกของโครงสร้าง ดังนั้น ทัพพีที่หล่อได้ส่วนใหญ่จะเสริมความแข็งแรงของเมทริกซ์ ลดการซึมผ่านของตะกรัน และทำให้การก่อตัวของชั้นแปรสภาพอ่อนลง
1 การทดสอบ
1.1 วัตถุดิบและแผนการทดสอบ
มวลรวมที่ใช้คือคอรันดัมสีขาวหลอมที่มีขนาดเกรน {{0}}, 5-3, 3-1 และน้อยกว่าหรือเท่ากับ 1 มม., w(Al2O3)=98 5 เปอร์เซ็นต์ ; คอรันดัม 1-0 มม., w(Al2O3)=98.5 เปอร์เซ็นต์ ; น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.074 มม. ผงแมกนีเซียมอะลูมิเนียมสปิเนล, w(Al2O3)=78.5 เปอร์เซ็นต์ , w(Mg O)=20 เปอร์เซ็นต์ ; ผงแมกนีเซียผสมน้อยกว่าหรือเท่ากับ 0.088 มม., w(Mg O)=96.5 เปอร์เซ็นต์ ; ผงละเอียดน้อยกว่าหรือเท่ากับ 3μm -Al2O3, w(Al2O3)=98.5 เปอร์เซ็นต์ ; ซีเมนต์แคลเซียมอะลูมิเนตบริสุทธิ์, w(Al2O3)=70 เปอร์เซ็นต์ , w(CaO)=29 เปอร์เซ็นต์
ตามมวลรวมคอรันดัมสีขาว 55 เปอร์เซ็นต์ (w), คอรันดัมแบบตารางรวมกัน 10 เปอร์เซ็นต์ (w), ผงคอรันดัมละเอียด, ผงแมกนีเซีย, ผงแมกนีเซียม-อะลูมิเนียม สปิเนล และผง -Al2O3 32 เปอร์เซ็นต์ (w), อะลูมิเนียม กรดแคลเซียมซีเมนต์ 3 เปอร์เซ็นต์ ( w) ผสมเพื่อเปลี่ยนเนื้อหาของแมกนีเซียและสปิเนล
1.2 กระบวนการทดสอบและการทดสอบประสิทธิภาพ
ตัวอย่างที่เตรียมไว้ถูกสั่นสะเทือนและเทลงในแม่พิมพ์ขนาด 40 มม.×40 มม.×160 มม. และถูกทำให้แห้งโดยการบ่มตามธรรมชาติเป็นเวลา 24 ชั่วโมง หลังจากการอบชุบด้วยความร้อนที่ 110 องศา เป็นเวลา 24 ชั่วโมง 1,000 องศา เป็นเวลา 3 ชั่วโมง และ 1600 องศา เป็นเวลา 3 ชั่วโมง ทำการตรวจวัดการอบชุบด้วยความร้อน ประสิทธิภาพโดยใช้วิธีสถิตเบ้าหลอมสำหรับการทดสอบการกัดกร่อนของตะกรัน ตามทิศทางการขึ้นรูปตัวอย่าง ให้เจาะรูที่มีความลึก 40 มม. และเส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 38 มม. และ 33 มม. ที่กึ่งกลางของพื้นผิวด้านบนของตัวอย่างเพื่อทำถ้วยใส่ตัวอย่าง หลังจากสั่นสะเทือน ขึ้นรูป และอบที่อุณหภูมิ 110 องศา เป็นเวลา 24 ชั่วโมง หลุมต่างๆ จะถูกใส่ลงในถ้วยใส่ตัวอย่างแต่ละอัน ใส่ตะกรัน 50 กรัม (องค์ประกอบทางเคมี (w) ของตะกรันคือ: Fe2O3 24.97 เปอร์เซ็นต์ , Al2O3 6.63 เปอร์เซ็นต์ , CaO 16.13 เปอร์เซ็นต์ , Si O2 9.47 เปอร์เซ็นต์ , Ti O2 1.1 เปอร์เซ็นต์ , MnO2 0.2 เปอร์เซ็นต์ , Na2O 0.05 เปอร์เซ็นต์ , K2O 0.01 เปอร์เซ็นต์ ) เผาในเตาไฟฟ้า 1600 องศาและเก็บไว้เป็นเวลา 3 ชั่วโมง หลังจากการระบายความร้อนตามธรรมชาติ ตัดตามส่วนเบ้าหลอม วัดพื้นที่การกัดกร่อนของตะกรันและพื้นที่เจาะ และคำนวณดัชนีการกัดกร่อนของตะกรัน (พื้นที่การกัดกร่อนของตะกรัน / พื้นที่หน้าตัดตามแนวแกนของร่องเดิม × 100 เปอร์เซ็นต์) และดัชนีการซึมผ่าน (พื้นที่การซึมผ่าน / กากบาท -พื้นที่หน้าตัดของแกนร่องเดิม × 100 เปอร์เซ็นต์ ).
2 ผลลัพธ์และการวิเคราะห์
2.1 คุณสมบัติทางกายภาพ
ด้วยการเพิ่มขึ้นของแมกนีเซียและการลดลงของผงสปิเนล ความแข็งแรงดัดและแรงอัดของตัวอย่าง A และ B ในแต่ละส่วนอุณหภูมิจะสูงกว่าของตัวอย่าง C ความแข็งแรงของตัวอย่างทั้งสามประเภทในส่วนอุณหภูมิกลางและต่ำคือ ไม่แตกต่างกันมากนัก ความแตกต่างที่เห็นได้ชัด หลังจากยิงที่อุณหภูมิ 1600 องศา การขยายตัวของตัวอย่างทั้งสามค่อยๆ เพิ่มขึ้นพร้อมกับปริมาณแมกนีเซียที่เพิ่มขึ้น การขยายตัวที่เหลือของตัวอย่าง A เท่ากับ 0.48 เปอร์เซ็นต์ ความพรุนต่ำ และความคงตัวของปริมาตรสูง ในขณะที่ตัวอย่าง C อยู่ที่ 1.13 เปอร์เซ็นต์ การขยายตัวที่เหลืออยู่นั้นใหญ่ที่สุด
2.2 การสังเกตมาโครและดัชนีการกัดกร่อนของตะกรันของตัวอย่างหลังการสึกกร่อนของตะกรัน
จะเห็นได้ว่าตะกรันของตัวอย่างทั้งสามมีลักษณะที่สมบูรณ์หลังจากการกัดกร่อน และไม่มีร่องรอยของการกัดกร่อนที่ชัดเจน หลังจากการเผาที่อุณหภูมิ 1600 องศา การซึมผ่านของตะกรันจะเด่นชัด ส่วนที่แทรกซึมของตะกรันเปลี่ยนจากสีดำเป็นสีน้ำตาล และบริเวณเปลี่ยนผ่านจะค่อยๆ ตื้นขึ้นจากด้านในสู่ด้านนอก ตะกรันที่เหลืออยู่ในร่องเรียกว่าการหดตัวของทรงกระบอกตรงกลาง ตัวอย่าง A มีรอยแตกในแนวนอนและแนวตั้ง และตะกรันค่อยๆ แทรกซึมเข้าไปในรอยแตกภายใต้อุณหภูมิสูง ปริมาณของสารตกค้างภายในไม่มากนัก และความต้านทานการกัดกร่อนอยู่ในเกณฑ์ปานกลาง การแทรกซึมของตะกรันตัวอย่าง B เข้าไปในถ้วยใส่ตัวอย่างนั้นตื้นกว่าตัวอย่าง A และ C และปริมาณของสารตกค้างก็มากกว่าตัวอย่าง A ตัวอย่าง C มีรูพรุนภายในค่อนข้างสูงเนื่องจากการขยายตัวในปริมาณมาก ตะกรันจะแทรกซึมเข้าไปในเมทริกซ์ผ่านรูพรุนและแพร่ผ่านเฟสของเหลวที่อุณหภูมิสูง ทำให้เกิดรอยแตกและโครงสร้างหลวมในชั้นที่ซึมผ่านได้ ปริมาณสารตกค้างในถ้วยใส่ตัวอย่างมีมากกว่าตัวอย่าง A และ B
ด้วยการเพิ่มขึ้นของแมกนีเซีย ดัชนีป้องกันการสึกกร่อนจะค่อยๆ เพิ่มขึ้น และดัชนีป้องกันการซึมผ่านจะลดลงก่อนแล้วจึงเพิ่มขึ้น ในแง่หนึ่ง Mg O ในแมกนีเซียจะทำปฏิกิริยากับ Al2O3 เพื่อสร้างสปิเนลในแหล่งกำเนิดเพื่อขยายปริมาตร และแมกนีเซีย Mg O ส่วนเกินจะละลายเป็นของแข็งในสปิเนล หลังจากเผาที่อุณหภูมิ 1600 องศา ตัวอย่าง C มีปริมาณแมกนีเซียมสูงและสปิเนลสังเคราะห์ขยายตัวมากที่สุด การขยายตัวที่มากเกินไปจะนำไปสู่ความพรุนสูงและความแข็งแรงต่ำของตัวการเท ซึ่งจะทำให้ตะกรันแทรกซึมเข้าไปในเมทริกซ์ได้ง่ายและทำให้เกิดการหลุดลอกเนื่องจากความร้อน ในแง่หนึ่ง FeO และ MnO ในตะกรันสามารถสร้างสารละลายที่เป็นของแข็งด้วยสปิเนล: FeO บวก MnO บวก MA→(Fe,Mn,Mg)O·(Fe,Al)2O3 Si O2 ในตะกรันมีปริมาณมากและมีความหนืดมาก เนื่องจากความลึกของการแทรกซึมของตะกรัน (L) ขึ้นอยู่กับสมการ: โดยที่ σ คือแรงตึงผิวของตะกรัน, คือรัศมีความพรุนของตัวการเท, t คือเวลาการแทรกซึมของตะกรัน, คือมุมสัมผัสระหว่างตัวการเทและตะกรัน และมีความหนืดของตะกรัน สรุปได้ว่า L แปรผกผันกับ Al2O3 ในเมทริกซ์สามารถจับ CaO ในตะกรันได้ สปิเนลที่เติมลงในวัสดุที่หล่อได้สามารถทำให้ FeO และ MnO แข็งตัวในตะกรัน ซึ่งสามารถเพิ่มความหนืดและจุดหลอมเหลวของตะกรัน และยับยั้งการซึมผ่านของตะกรัน ผลกระทบทั้งสองนี้สามารถทำให้การลดลงของความต้านทานการซึมผ่านของตะกรันถูกระงับให้เหลือน้อยที่สุด นอกจากนี้ เมื่อปริมาณ MgO เพิ่มขึ้น อัตราส่วนของ Mg O ต่อ Al2O3 ในสปิเนลแมกนีเซียม-อะลูมิเนียมสังเคราะห์ยิ่งมากขึ้น ความต้านทานการกัดกร่อนก็จะสูงขึ้น ดังนั้นตัวอย่าง C ดัชนีความต้านทานการกัดกร่อนจึงสูงกว่าตัวอย่าง A และ B เนื้อหาของ Mg O ในตัวอย่าง C ค่อนข้างสูง และการขยายตัวมีมาก รอยแตกขนาดเล็กที่เกิดจากการขยายตัวที่เหมาะสมสามารถจัดระเบียบการขยายตัวของรอยแตกได้ แต่การขยายตัวมากเกินไปจะเพิ่มปริมาตรและสูญเสียผลในการควบคุมการซึมผ่านของตะกรัน ทำให้ตะกรันแทรกซึมเข้าไปในเมทริกซ์ เกิดการกระจายตัวของความร้อน ส่งผลให้ตัวอย่าง C มีดัชนีการซึมผ่านสูง
จากการศึกษากลไกการสึกกร่อน [8] เนื่องจากปฏิกิริยาของตะกรันหลอมเหลวและเยื่อบุที่ทำงานเพื่อสร้างเขตป้องกัน เยื่อบุด้านในจึงไม่สามารถสึกกร่อนจากตะกรันหลอมเหลวได้อีกต่อไป ในสายพานชั้นป้องกันนี้ เหล็กออกไซด์และแมงกานีสออกไซด์ส่วนใหญ่ในตะกรันที่สัมผัสกับเยื่อบุจะละลายเข้าไปในโครงสร้างขัดแตะของสปิเนลเพื่อสร้างสารละลายที่เป็นของแข็ง เหล็กออกไซด์ในตะกรันทำปฏิกิริยากับ Al2O3 เพื่อผลิตเหล็ก-อะลูมิเนียมสปิเนล และการขยายตัวที่เกิดจากตะกรันนั้นไม่มีนัยสำคัญ แม้ว่า CaO ในตะกรันจะทำปฏิกิริยากับ Al2O3 เพื่อผลิต CA6 แต่จะมีการขยายตัวอย่างมาก แต่ก็มีความสมดุลโดยปฏิกิริยาของ CaO และ Si O2 ในตะกรันกับ Al2O3 เพื่อผลิต Mayemite หรือ Anorthite และแร่ธาตุที่ละลายต่ำอื่นๆ ดังนั้น การรวมกันของแร่ธาตุที่มีจุดหลอมเหลวสูงและจุดหลอมเหลวต่ำที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างวัสดุบุในทัพพีและตะกรันที่หลอมละลาย ทำให้เกิดชั้นป้องกันพื้นผิวที่ร้อนสำหรับเยื่อบุในการทำงานของทัพพี จึงช่วยลดการสึกกร่อนเพิ่มเติมของเยื่อบุในการทำงานของทัพพี
นอกจากนี้ เมื่อองค์ประกอบทางเคมีของตะกรันแทรกซึมเข้าไปในวัสดุทนไฟและทำปฏิกิริยากับมัน พันธะคริสตัลหลักของพื้นที่ที่แทรกซึมจะลดลง และถูกกัดเซาะได้ง่ายโดยกระแสอิมพัลส์ ซึ่งจะทำให้วัสดุทนไฟถูกสัมผัสมากขึ้น และวัสดุทนไฟจะไม่ถูกสัมผัส ส่วนที่ถูกแทรกซึมจะถูกโจมตีทางเคมี [9] ในทางตรงกันข้าม เมื่อไม่มีการดำเนินการเชิงกลเพื่อกำจัดส่วนที่แทรกซึม การโจมตีด้วยสารเคมีจะค่อยๆ ช้าลงและหยุดลงเนื่องจากการไล่ระดับอุณหภูมิความร้อน ในกระบวนการหมุนเวียนความร้อน ชั้นที่ซึมผ่านได้ไม่เคยถูกลอกออกโดยชั้นที่ซึมผ่านได้ ดังนั้นการลอกโครงสร้างทัพพีที่หล่อได้จะถูกจำกัดด้วยความลึกของการเจาะ ข้อกำหนดสำหรับส่วนต่าง ๆ ของทัพพีหล่อก็แตกต่างกันเช่นกัน ผนังทัพพีที่หล่อได้ถูกควบคุมโดยส่วนหุ้มโลหะและจะไม่ขยายตัวอย่างอิสระในการใช้งานจริง เพื่ออายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น จำเป็นต้องเลือก Al2O3-MgO ที่มีอัตราการขยายตัวเชิงเส้นต่ำหลังการบำบัดที่อุณหภูมิสูง หล่อได้ ไม่หลุดล่อน และทนต่อการกัดกร่อนในเวลาเดียวกัน ด้านล่างของกระเป๋าแตกต่างจากผนังของกระเป๋า แรงยึดที่ด้านล่างของกระเป๋ามีขนาดเล็ก และวัสดุที่มีการขยายตัวสูงเป็นเรื่องยากที่จะนำมาใช้ที่นี่เนื่องจากข้อเสียของการบวมและการลอยตัว เพื่อป้องกันการโค้งงอและป้องกันการซึมผ่านของตะกรัน วัสดุหล่อคอรันดัม-สปิเนลที่มีความเสถียรสูงและทนต่อความร้อนได้ดีจึงกลายเป็นตัวเลือกแรกสำหรับการหุ้มด้านล่าง ในปัจจุบัน สูตรกลุ่ม B ได้ถูกนำไปใช้กับผนังทัพพีขนาด 110 ตันของโรงงานเหล็กในประเทศขนาดใหญ่โดยมีอายุการใช้งานเฉลี่ย 180-200 เตาหลอม โดยเตาเผา 30 เตาเป็นเตาหลอมแบบ LF และความหนาคงเหลือของ ผนังทัพพี 70 มม.
3 บทสรุป
ความต้านทานการสึกกร่อนของตะกรันและความต้านทานการซึมผ่านของวัสดุหล่อมักจะขัดแย้งกัน และควรชั่งน้ำหนักความต้านทานการสึกกร่อนและความต้านทานการซึมผ่านตามเงื่อนไขการใช้งานเฉพาะ ในการทดลองนี้ เมื่อปริมาณผงแมกนีเซียผสมเท่ากับ 4 เปอร์เซ็นต์ (w) และปริมาณผงแมกนีเซีย-อะลูมิเนียมสปิเนลผสมเท่ากับ 8 เปอร์เซ็นต์ (w) กระบวยอะลูมิเนียม-แมกนีเซียมที่หล่อได้จะต้านทานตะกรันได้ดีกว่า