Selama penggunaan tungku frekuensi menengah, ketebalan bahan tahan api yang digunakan untuk lapisan hanya 70-110mm. Bagian dalam bersentuhan dengan logam cair bersuhu tinggi, dan bagian luar dekat dengan kumparan pendingin air. Perbedaan suhu antara bagian dalam dan luar bahan tahan api besar. Itu berada di bagian yang relatif tipis dan dalam kondisi penggunaan lingkungan yang sangat korosif untuk banyak operasi peleburan. Kondisi proses utama yang memengaruhi kerusakan lapisan meliputi: suhu peleburan, waktu degassing, jumlah degassing satu kali, komposisi kimia terak dan jenis baja (besi) yang diproduksi. Faktor utama yang memengaruhi kerusakan lapisan adalah: erosi kimia terak, pengelupasan struktur tahan api dan erosi termal.
Gambar 1. Erosi pada lapisan besi cor peleburan
Gambar 2. Erosi pada lapisan baja cor peleburan
1. Lapisan tungku frekuensi menengah Lapisan tungku frekuensi menengah biasanya terbuat dari bahan tahan api dengan berbagai spesifikasi dan ukuran partikel (bahan tahan api yang umum digunakan terutama magnesium, kuarsa, aluminium dan bahan komposit). Karakteristiknya adalah: ikatan langsung. Oleh karena itu, ia memiliki ketahanan korosi yang tinggi, kekuatan mekanis yang tinggi dan ketahanan guncangan termal yang baik.
Gambar 3, lapisan tungku diikat secara ketat sesuai dengan proses pengikatan
2. Mekanisme kerusakan bahan pelapis tungku magnesium
Ambil bahan tahan api magnesium sebagai contoh untuk menjelaskan mekanisme kerusakan bahan magnesium:
Manifestasi utama kerusakan material magnesium adalah: erosi termal yang disebabkan oleh aliran baja cair dan erosi kimia yang disebabkan oleh komponen terak yang menembus ke dalam material.
Selama proses peleburan, larutan akan menembus ke dalam matriks tahan api melalui saluran kapiler di matriks tahan api untuk menimbulkan korosi pada lapisan tungku. Komponen yang menembus ke dalam matriks tahan api meliputi; CaO, SiO2, FeO dalam terak; Fe, Si, Ai, Mn, C dalam baja cair, dan bahkan uap logam, gas CO, dll. Komponen yang terinfiltrasi ini diendapkan di saluran kapiler bahan tahan api, yang menyebabkan diskontinuitas sifat fisik dan kimia permukaan kerja tahan api dan matriks tahan api asli. Retakan, pengelupasan, dan struktur yang longgar akan muncul di bawah perubahan suhu operasi yang tiba-tiba. Secara tegas, proses kerusakan ini jauh lebih serius daripada proses kerusakan pelarutan.
Bahan logam yang ditambahkan ke tungku akan menghasilkan berbagai oksida, dan komposisi terak dari berbagai bahan dan tungku yang berbeda juga berbeda. Sebagian besar berbagai oksida, karbida, sulfida, dan berbagai bentuk senyawa komposit dalam terak akan bereaksi secara kimia dengan lapisan tungku untuk menghasilkan senyawa baru dengan titik leleh yang berbeda.
Beberapa oksida dengan titik leleh rendah yang dihasilkan dalam reaksi, seperti olivin besi (FeOSiO2) dan olivin mangan (MnOSiO2), umumnya memiliki titik leleh sekitar 1200 derajat. Terak dengan titik leleh rendah memiliki fluiditas yang sangat baik dan dapat membentuk agen fluks, yang menyebabkan erosi kimia yang parah pada lapisan tungku, sehingga mengurangi masa pakai lapisan tungku. Terak dengan titik leleh tinggi yang dihasilkan dalam reaksi, seperti mullite (3Al2O3•2SiO2), forsterit (2MgO•SiO2), dll., dan beberapa elemen logam dengan titik leleh tinggi memiliki titik leleh lebih dari 1800 derajat. Ada interpenetrasi dan pelarutan timbal balik yang relatif kompleks antara terak dengan titik leleh tinggi dan terak dengan titik leleh rendah yang tersuspensi dalam logam cair. Terak ini sangat mudah melekat pada dinding tungku dan terakumulasi, menyebabkan penempelan terak yang serius, memengaruhi daya, kecepatan peleburan, dan kapasitas tungku listrik, dan bahkan memengaruhi umur lapisan tungku.
Seiring dengan peningkatan kapasitas tungku, proporsi panas yang hilang dari permukaan baja cair berkurang, suhu terak lebih tinggi daripada tungku berkapasitas kecil, dan fluiditas terak lebih baik daripada tungku berkapasitas kecil, sehingga erosi lapisan tungku diperburuk. Tungku induksi besar sebagian besar menggunakan metode pencampuran baja dan terak untuk menyadap baja, yang mengharuskan terak memiliki fluiditas yang baik untuk beradaptasi dengan kondisi penyadapan. Oleh karena itu, garis terak terkikis parah, yang merupakan alasan lain untuk pengurangan masa pakai lapisan tungku. Karena alasan di atas, masa pakai lapisan tungku induksi besar lebih rendah daripada tungku induksi berukuran kecil dan menengah. Untuk meningkatkan masa pakai lapisan, ketebalan lapisan harus ditingkatkan dengan tepat. Namun, seiring dengan peningkatan ketebalan lapisan tungku, nilai resistansi meningkat, kehilangan daya reaktif meningkat, dan efisiensi listrik menurun. Oleh karena itu, ketebalan lapisan tungku dibatasi pada kisaran tertentu. Oleh karena itu, ketebalan dinding yang wajar harus dipilih untuk memastikan efisiensi listrik yang tinggi dan masa pakai lapisan tungku.
Gambar 5, lapisan tungku ditutupi dengan terak
3. Desain solusi
Erosi di atas menyebabkan apa yang disebut spalling struktural di bawah fluktuasi siklik dalam suhu. Selama proses produksi, terak menembus ke dalam pori-pori matriks refraktori, membentuk lapisan refraktori yang menebal dan besar. Sifat fisik dan kimia dari bagian refraktori yang direndam oleh terak akan berubah. Karena koefisien ekspansi termal yang berbeda antara lapisan penetrasi dan lapisan sisa yang tidak nyaman, ketika suhu berubah, tegangan besar muncul di persimpangan kedua lapisan, yang mengakibatkan retakan sejajar dengan permukaan kerja, dan akhirnya menyebabkan lapisan terkelupas. Terak yang menembus ke dalam matriks refraktori akan melarutkan partikel refraktori dan melemahkan ikatan antara partikel, yang mengakibatkan penurunan refraktori material dan ketahanan suhu tinggi. Oleh karena itu, refraktori lapisan penetrasi terak rusak lebih cepat di bawah erosi baja cair yang mengalir.
Kebasaan terak harus sesuai dengan bahan pelapis. Bahan pelapis magnesium dapat terkorosi oleh terak CaO dan terak SiO2 yang tinggi. Jumlah CaF dalam terak harus dikontrol. CaF yang berlebihan akan mengikis lapisan alkali dan menyebabkan pelelehan dini pada area garis terak. Ketika ion fluorida dan ion mangan logam dalam terak tinggi atau suhu kolam leleh di atas 1700 derajat, viskositas larutan juga akan turun tajam, laju kerusakan lapisan akan meningkat, dan umur lapisan akan sangat berkurang. Ketika peleburan bebas terak dilakukan dalam vakum, masa pakai lapisan lebih besar daripada peleburan non-vakum.
Infiltrasi kandungan oksida besi yang tinggi pada lapisan menghancurkan struktur mikro lapisan asli, mengurangi refraktori, dan mengurangi viskositas terak CaO-Ai2O3-SiO2, sehingga terak menembus lebih dalam ke dalam material. Namun, sejumlah oksida besi pada lapisan asli kondusif untuk sintering cepat lapisan dan mengurangi pori-pori terbuka dan permeabilitas material. Secara khusus, bahan cetakan mengandung sejumlah oksida besi, dan sintering cepat material, sand blasting, dan inklusi pasir sangat menonjol. Meningkatkan kandungan magnesium oksida dan viskositas terak bermanfaat untuk mengurangi erosi terak pada lapisan tungku dan meningkatkan efek pengumpulan terak. Ketika kebasaan terak rendah, erosi lapisan magnesium lebih serius, dan umur lapisan tungku berkurang; Sebaliknya, ketika kebasaan terak tinggi, erosi lapisan tungku relatif kecil, dan masa pakai lapisan tungku relatif membaik. Meningkatkan kebasaan terak dan kandungan MgO dalam terak, dan mengurangi kandungan FeO dalam terak, bermanfaat untuk mengurangi erosi terak pada bahan tahan api.
Oleh karena itu, saat menggunakan agen pembuat terak, perhatian harus diberikan pada pemilihan bahan dengan magnesium oksida tinggi. Konfigurasikan struktur terak secara wajar, percepat kecepatan pembentukan terak, persingkat waktu peleburan, dan kurangi kandungan oksida besi dalam terak. Terak yang tepat harus dipilih sesuai dengan bahan lapisan tungku. Terak alkali cocok untuk lapisan magnesium, tetapi dapat terkorosi oleh terak CaO tinggi dan terak SiO2. CaF2 yang berlebihan juga akan merusak lapisan alkali, menyebabkan pelelehan dini pada area garis terak. Terak asam cocok untuk lapisan tungku kuarsa, sedangkan lapisan tungku magnesia-alumina hanya dapat digunakan untuk terak yang bersifat basa lemah atau netral. Lapisan tungku alumina akan menunjukkan sifat amfoterik yang khas dalam nilai pH yang berbeda pada suhu tinggi, yang dapat beradaptasi dengan terak dengan nilai pH yang berbeda, tetapi sedikit lebih buruk daripada lapisan tungku asam dan basa. Karena alasan ini, beberapa orang menggunakan pasir magnesia dengan kemurnian tinggi dan menambahkan sejumlah spinel untuk mengubah sifat matriks bahan pelapis tungku magnesia murni saat memilih bahan, tetapi percobaan menunjukkan bahwa ketahanan korosi bahan korundum dengan kemurnian tinggi juga secara signifikan lebih rendah daripada pasir magnesia sinter dengan kemurnian rendah.
Terak asam cocok untuk lapisan tungku kuarsa, sedangkan lapisan tungku magnesia-alumina hanya dapat digunakan untuk terak yang bersifat basa lemah atau netral. Lapisan tungku alumina akan menunjukkan sifat amfoterik yang khas pada nilai pH yang berbeda pada suhu tinggi, yang dapat beradaptasi dengan terak dengan nilai pH yang berbeda, tetapi sedikit lebih buruk daripada lapisan tungku asam dan basa. Singkatnya, dengan mempertimbangkan mekanisme kerusakan utama lapisan tungku magnesia, setelah ringkasan dan eksplorasi berkelanjutan, ketahanan material terhadap penetrasi terak dapat ditingkatkan dengan membatasi pori-pori terbuka dan permeabilitas, dan ketahanan erosi suhu tinggi dan ketahanan spalling dari matriks lapisan tungku dapat ditingkatkan dengan meningkatkan kekuatan lentur suhu tinggi dan suhu pelunakan kritis. Kinerja lapisan tungku bergantung pada banyak faktor, seperti distribusi ukuran partikel material, sifat fisik dan kimia material, dan suhu sintering lapisan tungku.
