Հրակայուն երեսպատումը խառնարանային ինդուկցիոն վառարանի կարևոր բաղադրիչն է, որն ազդում է վառարանի հալման ֆունկցիայի, պողպատի մետալուրգիական որակի, հատկապես շահագործման անվտանգության վրա: Քանի որ կարասի ինդուկցիոն վառարանը հարմար է տարբեր ձուլածո համաձուլվածքների հալման համար, ինչպիսիք են չուգունը, չուգուն պողպատը, պղնձի համաձուլվածքը, ալյումինի համաձուլվածքը և ցինկի համաձուլվածքը և այլն, կարելի է գնել փոքր ինդուկցիոն վառարան, վառարանի երեսպատում՝ հավաքովի ձևավորելու համար։ կարաս. Փաստացի արտադրության մեջ պողպատի ձուլման համար օգտագործվող կարասի ինդուկցիոն վառարանը սովորաբար կառուցվում և սինթիզվում է ձուլարանի կողմից, որն ընտրում և ընտրում է համապատասխան հրակայուն նյութեր՝ ըստ ձուլման համաձուլվածքի տեսակների:
1. Հարմար է պողպատե պատրաստման վառարանների երեսպատման համար հրակայուն
Ձուլված պողպատի արդյունաբերության մեջ ինդուկցիոն վառարանների կիրառման զարգացմամբ, սկսած 1980-ականներից, աստիճանաբար ուշադրություն է դարձվել ալյումին-մագնեզիումի սպինելային վառարանների երեսպատման նյութերի կիրառմանը: Ներկայումս խառնարանային ինդուկցիոն վառարանը, որն օգտագործվում է ձուլված պողպատի արդյունաբերության մեջ տարբեր արդյունաբերական երկրներում, հիմնականում ընդունում է սպինելային վառարանների երեսպատումը:
Վերջին տարիներին Չինաստանում պողպատե ձուլման որոշ ձեռնարկություններ ընդունել են սպինելային վառարանների երեսպատման նյութեր, այդ թվում՝ որոշ արտադրողներ պետք է օտարերկրյա արտադրողներից գնեն նախապես պատրաստված նյութեր, թեև օգտագործման էֆեկտը շատ լավ է, արտադրության արժեքը շատ է ավելացել, և դրա բնութագրերը այնքան էլ հասկանալի չեն: Այստեղ ես հիմնականում ցանկանում եմ ներկայացնել սպինելի տիպի հրակայուն երեսպատման որոշ բնութագրեր՝ արդյունաբերության գործընկերների համար, երբ նրանք դիմահարդարում են երեսպատման նյութերը և հետագայում բարելավում երեսպատման նյութերը: Միևնույն ժամանակ, հաշվի առնելով ներկայիս սիլիկոնային ավազի երեսպատումը, Չինաստանի ձուլածո պողպատի արդյունաբերության մեջ կիրառվում են նաև մագնեզիական երեսպատում, ալյումինե երեսպատում, ինչպես նաև ի դեպ, հղում կատարելու համար այս նյութերի բնութագրերի համառոտ ներածությունը:
(1) Սիլիցիումի ավազի երեսպատում
Վառարանների երեսպատումը, որը կառուցված է սիլիցիումի ավազով, որպես հիմնական հրակայուն նյութ, հաճախ կոչվում է թթվային վառարանի երեսպատում: Սիլիցիումի ավազն ունի բազմաթիվ առավելություններ. նախ՝ այն ունի առատ պաշարներ և ցածր գներ. Ավելին, որպես հիմնական հրակայուն նյութ սիլիցիումի ավազից պատրաստված կարասը դեռևս լավ ամրություն ունի բարձր ջերմաստիճանում, որը մոտ է իր հալման կետին և լավ դիմադրություն ունի մարելու և ջերմության նկատմամբ: Մասնավորապես, պետք է նշել, որ սիլիցիումի ավազի քվարցային փուլափոխության ընդլայնումը կարող է լրացնել սինթրման գործընթացում ծավալային կրճատումը, որպեսզի բարելավվի սինթրած շերտի խտությունը և նվազեցնի ծակոտկենությունը սինթրած շերտում: Հետևաբար, սիլիցիումի վրա հիմնված երեսպատման նյութերը լայնորեն օգտագործվում են խառնարանային ինդուկցիոն վառարանում, որն օգտագործվում է տարբեր երկրների ձուլման արդյունաբերության մեջ բոլոր տեսակի չուգուն ձուլելու համար:
Այնուամենայնիվ, SiO2-ի ցածր հրդեհային դիմադրությունը հիմնականում չի կարող հարմարվել պողպատի ջերմաստիճանին: Ավելին, SiO2-ն ունի ուժեղ քիմիական ակտիվություն բարձր ջերմաստիճաններում, և այն կարող է փոխազդել բոլոր տեսակի ալկալային օքսիդների և նույնիսկ չեզոք օքսիդների հետ պողպատի արտադրության գործընթացում: Օրինակ, FeO-ն հեշտ է առաջացնել Fe2SiO4 1205℃ հալման կետով սիլիցիումի ավազի հետ շփվելուց հետո, որը կարող է հետագայում փոխազդել SiO2-ի կամ FeO-ի հետ՝ առաջացնելով էվեկտիկական բաղադրիչներ 1130℃ հալման կետով: Բացի այդ, SiO2-ը կարող է կրճատվել որոշ ակտիվ տարրեր հալած պողպատի մեջ: Հետևաբար, պողպատի արտադրության մեջ օգտագործվող սիլիցիումի ավազի երեսպատումը չի կարող երաշխավորվել ոչ պողպատի մետալուրգիական որակը, ոչ էլ երեսպատման կյանքը: 1980-ականների վերջից արդյունաբերական երկրները, որոնք արտադրում են պողպատե ձուլման ձուլման ինդուկցիոն վառարաններ, այլևս չեն օգտագործում սիլիցիումի ավազի երեսպատում: Որքան ես գիտեմ, Չինաստանում դեռևս կան որոշ ձեռնարկություններ, որոնք օգտագործում են սիլիցիումի ավազով վառարանների երեսպատում ձուլածո պողպատը հալեցնելու համար, ինչը հրատապ բարելավման կարիք ունի:
(2) Մագնեզիայի երեսպատում
Սովորաբար օգտագործվող երեսպատման նյութը մետալուրգիական մագնեզիտն է՝ ավելի քան 86% MgO պարունակությամբ, որը պատրաստվում է մագնեզիտից բարձր ջերմաստիճանի կալցինացումից հետո: Եթե մետալուրգիական մագնեզիան նորից հալեցվի աղեղային վառարանում, ապա կեղտաջրերի պարունակությունը, ինչպիսիք են SiO2-ը և Fe2O3-ը, կարող է կրճատվել, և ավելի բարձր մաքրությամբ (MgO-ի պարունակությունը 96%-ից բարձր) կարող է ստացվել էլեկտրահամալրված մագնեզիա: Միաձուլված մագնեզիան օգտագործվում է վակուումային ինդուկցիոն վառարանի երեսպատման համար։
Մետալուրգիական մագնեզիան ունի բարձր հրակայունություն և հանդիսանում է ալկալային աղեղային վառարանների պայմանական երեսպատման նյութ: Թեև դրա հալման կետը շատ բարձր է, այն հեշտ չէ սինտրել, և դրա ընդլայնման գործակիցը մեծ է, աղեղային վառարանի հաստ երեսպատումը կարող է լրացնել այս անբավարարությունը՝ ավելացնելով մեծ քանակությամբ կապող նյութեր և կապելով թաց եղանակով:
Եթե մետալուրգիական մագնեզիան օգտագործվում է որպես երեսպատման նյութ ինդուկցիոն վառարանի համար, ապա երեսպատման հաստության պատճառով հարմար չէ օգտագործել թաց հանգույց, և այդ թերությունների բացասական ազդեցությունը շատ ակնհայտ է: Մագնեզիումի օքսիդից պատրաստված խառնարանը հակված է ճաքերի, հատկապես վառարանի ընդհատվող աշխատանքի դեպքում:
(3) Ալյումինի օքսիդի երեսպատում
Կավահողն ու ցիրկոնիումի ավազը երկուսն էլ չեզոք հրակայուն նյութեր են, որոնցից կավահողն առավել լայնորեն օգտագործվում է, իսկ ցիրկոնիումային ավազը հազվադեպ է օգտագործվում որպես երեսպատման նյութ։
Միայն կավահողն օգտագործվում է որպես երեսպատման նյութ, որն ունի ճաքերին դիմակայելու և թթվային խարամի էրոզիան կանխելու ուժեղ հատկություն, սակայն հարմար չէ ալկալային խարամ պատրաստելու համար: Ավելին, բարձր հրակայունության և սինթրման վատ կատարողականության պատճառով երեսպատման կյանքը այնքան էլ բարձր չէ:
(4) Spinel վառարանի երեսպատում
Սպինելային միներալներն ունեն հոմոմորֆիզմի առանձնահատկություններ՝ բազմաթիվ տեսակներով և բարդ բաղադրիչներով։ Դրա մոլեկուլային բանաձևը կարելի է գրել M2+O•M3+2O3 ձևով։ Բանաձևում M2+-ը ներկայացնում է երկվալենտ մետաղների ատոմներ, ինչպիսիք են Mg, Fe, Zn, Mn և այլն: , Fe, Zn, Mn)O•(Al, Cr, Fe)3O2.
Սպիելային միներալներում պարունակվող երկվալենտ մետաղների ատոմներում Mg2+ և Fe2+ կարող են փոխարինվել միմյանց հետ ցանկացած հարաբերակցությամբ. Al3+-ը եռարժեք մետաղի ատոմների մեծ մասում է, բայց Cr3+-ը կարող է փոխարինել Al3+-ին ցանկացած համամասնությամբ, մինչդեռ Fe3+-ը կարող է փոխարինել Al3+ կամ Cr3+-ին միայն որոշակի չափով: Ընդհանուր սպինելները ներառում են հետևյալը.
MgO•Al2O3 FeO•Al2O3
Քրոմիտ (ֆերոքրոմ սպինել) FeO•Cr2O3 մագնետիտ (ֆեռոսպինել) FeO•Fe2O3
Մագնեզիումի երկաթի սպինել (Mg, Fe)O•(Al, Fe)2O3 ZnO•Al2O3
MgO•Cr2O3 Ցինկ երկաթի սպինել ZnO•Fe2O3
Մանգան քրոմ սպինել FeO•Cr2O3 մանգան ալյումինե սպինել MnO•Al2O3
Ներկայումս MgO•Al2O3-ը, որը սովորաբար կոչվում է «սպինել», հանդիսանում է հիմնական երեսպատման նյութը, որն օգտագործվում է տարբեր արդյունաբերական երկրներում պողպատի արտադրության ինդուկցիոն վառարանում: Մաքուր մագնեզիումի ալյումինե սպինելում MgO-ի պարունակությունը կազմում է ընդամենը 28.2%, բայց այն դեռ ալկալային հրակայուն է:
Մագնեզիա-ալյումինե սպինելային նյութն ունի բարձր հրակայունություն, ջերմային ընդարձակման փոքր գործակից, լավ ջերմային կայունություն բարձր ջերմաստիճանում և ուժեղ դիմադրություն ալկալային խարամի էրոզիայի նկատմամբ: Մասնավորապես, MgO-ն և Al2O3-ն ունեն 7.9% ծավալային ընդլայնում սպինելի սինթրման գործընթացում, ինչը կարող է լրացնել սինթրման գործընթացում ծավալային կրճատումը և նվազեցնել սինթրած շերտի ծակոտկենությունը, ինչը համապատասխանում է սիլիցիումի կարևոր առավելություններին: ավազի երեսպատում.
Մագնեզիումի ալյումինե սպինելը հիմնականում չունի բնական հանքանյութ, արհեստական սինթեզով է, պատրաստման եղանակն ունի էլեկտրական հալման և սինթեզման երկու եղանակ: 1997 թվականին Չինաստանի մետալուրգիական արդյունաբերությունը ձևակերպեց YB/T 131-1997 «Sintered Magnesia aluminium spinel» արդյունաբերական ստանդարտը՝ համաձայն Alcoa Chemical Company MR66 և AR76 նյութերի բնութագրերի:
Սփինելի երեսպատման նյութը, ըստ էության, ոչ բոլորն է կազմված սպինելից, այլ հատիկավոր Al2O3 կամ հատիկավոր MgO ոճի նյութերի հիման վրա, այդ թվում՝ համապատասխան փոշիով կամ մանր հատիկավոր սպինելային նյութի ձևավորումով, որը հավասարաչափ բաշխված է հատիկավոր հրակայուն նյութերի միջև, սինթրում։ գործընթացը ալյումինի մասնիկների մեջ, որը ձևավորվում է մագնեզիումի ալյումինատի սպինելի ցանցի միջև, զուգակցված դերի հետ: Բացի այդ, ավելացվում է փոքր քանակությամբ բորային թթու կամ բորի անհիդրիդ, որը հնարավորություն է տալիս ավելի ցածր ջերմաստիճանում (մոտ 1300 ° C) ձևավորել սպինելային ցանցեր:
Հրակայուն նյութերի հայտնի մատակարարները, ինչպիսիք են Միացյալ Նահանգների Միացյալ հանքերը, Ֆրանսիայի Minak Mines-ը և Calderys-ը, բոլորն ունեն նախապես մատակարարված սպինելի երեսպատման նյութեր, որոնք կարող են ընտրվել ըստ վառարանի տեսակի և հալված պողպատի տեսակի, բայց գինը համեմատաբար բարձր է:
Կարծում եմ, լավագույն լուծումն այն է. յուրաքանչյուր պողպատե ձուլման ձեռնարկություն, ըստ իր հատուկ պայմանների, թեստի օպտիմալացման միջոցով ընտրում է ամենահարմար հարաբերակցությունը, երեսպատման նյութի սեփական պատրաստումը: Այս կերպ կարելի է ապահովել երկար երեսպատման կյանք և պողպատի բարձր մետալուրգիական որակ, իսկ արտադրության արժեքը կարող է զգալիորեն կրճատվել:
Ինչ վերաբերում է երեսպատման նյութի բաղադրության հարաբերակցությանը, ապա այն պետք է ընտրվի ըստ օգտագործված տարբեր հումքի իրական կազմի և որոշվի թեստով: Երեսպատման նյութերի հարաբերակցությունը որոշելիս կարող են հաշվարկվել հետևյալ թիրախային բաղադրիչները.
Al2O3-ի զանգվածային բաժինը վառարանի երեսպատման նյութում կազմում է 85 ~ 88%, իսկ MgO-ի զանգվածային բաժինը մոտ 22% է:
MgO-ի և Al2O3-ի զանգվածային բաժինը երեսպատման նյութերում կազմում է համապատասխանաբար մոտ 75 ~ 85% և 15 ~ 22%:
2. Վառարանների երեսպատման նյութերի մասնիկների չափը
Կարասի խտացումը շատ կարևոր ազդեցություն ունի դրա ծառայության ժամկետի վրա: Որպեսզի կարասը խիտ լինի, իսկ ծակոտկենությունը հնարավորինս ցածր լինի, անհրաժեշտ է ուշադրություն դարձնել հրակայուն նյութերի մասնիկների չափերի բաշխմանը, որպեսզի խոշորահատիկ հրակայուն նյութերի միջտարածությունները կարողանան լրացնել մանրահատիկ նյութերով:
Որպեսզի ձեզ ավելի կոնկրետ տպավորություն ստեղծվի հատիկավոր նյութերի հանգուցավորումից հետո անցքերի մասին, ահա իդեալական գնդային կույտի պարզ նկարազարդում:
(1) Ընդհանուր կոմպակտություն
Նույն չափի գնդիկներ, որոնք շարված են քառակուսի շարված դասավորությամբ, յուրաքանչյուր գնդակը շփվում է հարակից 6 գնդերի հետ (4 շուրջը, 1 գնդակը վերևում և 1 գնդակը ներքև), ծակոտկենությունը 47.64% է։
2) համեմատաբար կոմպակտ պատյան
Գնդերը շարված են ռոմբոիդ դասավորության մեջ, և յուրաքանչյուր գնդիկ շփվում է ութ հարևան գնդերի հետ (վեց շրջապատող գնդակներ, մեկը վերևում և մեկը ներքևում), ծակոտկենության բացվածքով 39.55%:
(3) Ամենաբարձր կոմպակտ պատյան
Stacking մեթոդների ամենաբարձր կոմպակտությունը քառակուսի աստիճանավոր դասավորությունն է և քառատև դասավորությունը:
Երբ միատարր գնդիկները կուտակվում են քառակուսի շարված դասավորության մեջ, յուրաքանչյուր գնդիկ շփվում է հարակից 12 գնդերի հետ՝ շուրջը 4 գնդիկներով, մեկ գնդիկ վերևում և մեկ գնդիկից ներքև, և ծակոտկենությունը 25.95% է։
Տե՛ս Նկար 3-ը քառանիստ դասավորության մեջ շարված համասեռ գնդերի համար: Յուրաքանչյուր գնդակը շփվում է հարակից 12 գնդակների հետ՝ 6 գնդակ շուրջը, 3 գնդակ վերևում և 3 գնդակը ներքև: Ծակոտկենությունը 25.95% է:
Ինչպես երևում է գնդերի դեպքից, ծակոտկենությունը որոշվում է միայն դասավորությամբ և անկախ է ոլորտի չափից։ Գնդիկի տրամագիծը մեծ է, ծակոտիները մեծ են, իսկ քանակը՝ փոքր։ Երեսպատման հատիկավոր հրակայուն նյութերը բազմանկյուն են, նույնիսկ անկյունային, դրա հեղուկությունը շատ վատ է, անկախ նրանից, թե ինչպիսի հանգույց է, ամենակոմպակտը, դրա ծակոտկենությունը 30% -ից ոչ պակաս է:
Աստիճանի ծակոտկենությունը նվազեցնելու համար պարզ և հեշտ միջոցն այն է, որ երեսպատման նյութի մասնիկի չափը այնքան էլ միատեսակ չլինի, և նուրբ նյութը կարող է մտնել կոպիտ մասնիկների խիտ դասավորության մեջ, նվազագույն պահանջը, իհարկե, պետք է ունենա d < 0.414 դ տուգանք: Այստեղ է, որ գալիս է հատիկության պահանջը:
Իհարկե, հրակայուն նյութերի մասնիկների վիճակը շատ ավելի բարդ է, քան իդեալական գնդերը, և մասնիկների չափի բաշխումը նույնպես շատ անկանոն է, ուստի անհնար է հաշվարկել մասնիկների չափի օպտիմալ սխեման պարզապես հաշվարկով: Լավագույն ճանապարհն այն է, որ յուրաքանչյուր ձուլարան՝ ըստ փաստացի իրավիճակի սեփական հումքի, թեստի միջոցով գտնել ամենահարմար գնահատման սխեման:
Փորձարկման մեթոդը շատ պարզ է՝ խառնել տարբեր մասնիկների չափսերի նյութեր որոշակի հարաբերակցությամբ, դարձնել դրանք կոմպակտ և ձևավորվել որոշակի ճնշման տակ, իսկ հետո որոշել դրանց ծավալային խտությունը։ Երբ փոխվում են հումքի մատակարարման պայմանները, պետք է փորձարկվի և գնահատվի նաև մասնիկների չափերի դասակարգման սխեման:
Քանի որ մասնիկների չափերի դասակարգման նպատակը մասնիկների կույտը կոմպակտ դարձնելն է՝ անկախ նյութի բնույթից, այս սկզբունքը կարող է կիրառվել բոլոր տեսակի հրակայուն նյութերի նկատմամբ: Գերմանիան նաև խորհուրդ է տալիս տարբեր տարողունակ կարասային նյութերի մասնիկների չափի տարբեր աստիճանավորումներ:
3. Երեսպատման նյութերի սինթրում
Կաթսայի վառարանների երեսպատումը պատրաստված է հատիկավոր հրակայուն նյութից՝ հանգուցավորելու, հղկելու և սինթրեման միջոցով: Պղտորումը կարևոր միջոց է երեսպատման կոմպակտ լինելու և զգալի ամրության ապահովման համար:
«Սինթրինգը» գործընթաց է, որի ընթացքում հեղուկ փուլը հայտնվում է մասնիկների/փոշի ագրեգատի մասնիկների շփման մակերևույթի վրա և բարձր ջերմաստիճանում աստիճանաբար ձևավորվում է շարունակական ցանց, այնուհետև մասնիկները միացվում են մի ամբողջության, և ծակոտկենությունը նվազում է մինչև նվազագույնը դիֆուզիոն և զանգվածի փոխանցման մեխանիզմների օգնությամբ՝ վերջապես դառնալով պինդ և կոմպակտ սինտրացված մարմին։
«Սինտերինգը» համեմատաբար հին գործընթաց է, և այն խորությամբ ուսումնասիրվել է տասնամյակներ շարունակ։ Այնուամենայնիվ, ներկայիս ըմբռնումը դեռևս հիմնված է սինթերման գործընթացի մակրոսկոպիկ դիտարկման և մոդելի պարզեցված հետազոտության վրա: Ինդուկցիոն վառարանների կիրառման շարունակական ընդլայնմամբ, այս առումով հետազոտության և կատարելագործման տարածքը շատ լայն է:
Տարբեր սահմանափակումների պատճառով խառնարանային ինդուկցիոն վառարանի երեսպատման հաստությունը դրա կարևոր հատկանիշն է, սակայն, երեսպատման հանգույցից և սինթեզումից հետո, բայց ոչ որպես ամբողջություն, քանի որ ամբողջ սինթրեման վառարանի երեսպատման մեջ, եթե ինչ-որ տեղ անկառավարելի գործոնների պատճառով կան թույլ օղակներ: , և կրկնվող ջերմային սթրեսի ճեղքի ազդեցության տակ ճաքը հեշտ է տարածվել ամբողջի վրա, այնպես որ հեղուկ մետաղի ներթափանցումը դեպի ինդուկցիոն կծիկ, հանգեցնում է խոշոր վթարների:
Վառարանների երեսպատումից հետո դրա հատվածը պետք է լինի եռաշերտ կառուցվածք. շերտը, որը կազմում է վառարանի խցիկը և կոնտակտները հեղուկ պողպատի հետ, սինթրած շերտն է, որի հաստությունը կազմում է վառարանի երեսպատման հաստության մոտ 35 ~ 40%-ը: Բնութագրվում է խիտ սինթրինգային ցանցով, ցածր ծակոտկենությամբ և բարձր ամրությամբ։ Կիսապակցված շերտը կապված է սինթրեված շերտի հետ, և դրա հաստությունը մոտավորապես նույնն է, ինչ սինթրեված շերտը։ Դրա առանձնահատկությունն այն է, որ սինթրինգային ցանցը ամբողջական չէ, և դրա ամրությունը բարձր չէ, ուստի այն կարող է բուֆերացնել սինթրած շերտի ջերմային սթրեսը: Եթե սինթրած շերտը ճաքեր է առաջացնում, այն կարող է կանխել ճաքի տարածումը դեպի դուրս: Վառարանների երեսպատման արտաքին եզրը և ինդուկցիոն կծիկի և կիսաքաղցրած շերտի միջև ընկած շերտը չապակցված շերտն է, իսկ հրակայուն նյութերը մնում են հանգուցավոր հատիկավոր վիճակում: Այս շերտը, որն ունի ջերմամեկուսիչ ֆունկցիա և կարող է դանդաղեցնել ջերմության հաղորդումը սինթրեված շերտից դեպի կծիկ, կազմում է երեսպատման հաստության մոտ 25 ~ 30%-ը:
Սպինելային վառարանի երեսպատման գործընթացը կարելի է մոտավորապես բաժանել երեք փուլի.
Առաջին փուլ. ջեռուցման ջերմաստիճանը 850℃-ից ցածր է, և հիմնական գործառույթը երեսպատման նյութը մանրակրկիտ ջրազրկելն է:
Երկրորդ փուլ. ջեռուցում մինչև 850 ~ 1400℃, հիմնականում սպինելային ցանցի ձևավորման համար;
Երրորդ փուլ. ջեռուցում մինչև 1300 ~ 1700℃, աճում է սպինելի ցանցը, մակերևութային լարվածության ազդակի տակ ուժեղանում են դիֆուզիոն և զանգվածի փոխանցման գործառույթները, ծակոտկենությունը զգալիորեն նվազում է, սինթրման շերտը ձգտում է մոտ լինել:
