중주파로 사용 시 라이닝에 사용되는 내화재의 두께는 70-110mm에 불과하다. 내부는 고온 용융 금속과 접촉하고, 외부는 수냉 코일에 가깝다. 내화재의 내부와 외부의 온도차가 크다. 비교적 얇은 단면이며, 많은 제련 작업에 부식성이 강한 환경의 사용 조건에 있다. 라이닝 손상에 영향을 미치는 주요 공정 조건은 다음과 같다. 제련 온도, 탈기 시간, 1회 탈기량, 슬래그의 화학적 조성, 생산된 강철(철)의 종류. 라이닝 손상에 영향을 미치는 주요 요인은 다음과 같다. 슬래그의 화학적 침식, 내화 구조의 박리, 열적 침식.
그림 1. 주철 제련 라이닝의 침식
그림 2. 제련주강 라이닝의 침식
1. 중주파로의 라이닝 중주파로의 라이닝은 일반적으로 다양한 규격과 입자 크기의 내화 재료로 만들어집니다(일반적으로 사용되는 내화 재료는 주로 마그네슘, 석영, 알루미늄 및 복합 재료입니다). 그 특성은 직접 접합입니다. 따라서 내식성이 높고 기계적 강도가 높으며 내열 충격성이 좋습니다.
그림 3, 매듭 공정에 따라 엄격하게 매듭이 지어진 용광로 라이닝
2. 마그네슘로 라이닝재의 손상 메커니즘
마그네슘 내화재료를 예로 들어 마그네슘 재료의 손상 메커니즘을 설명하겠습니다.
마그네슘 재료 손상의 주요 증상은 다음과 같습니다. 용융 강철의 흐름으로 인한 열 침식과 슬래그 성분이 재료에 침투하여 발생하는 화학적 침식입니다.
제련 공정 동안 용액은 내화성 매트릭스의 모세관 채널을 통해 내화성 매트릭스로 침투하여 용광로 라이닝을 부식시킵니다. 내화성 매트릭스로 침투하는 성분에는 슬래그의 CaO, SiO2, FeO, 용강의 Fe, Si, Ai, Mn, C, 심지어 금속 증기, CO 가스 등이 있습니다. 이러한 침투된 성분은 내화성 재료의 모세관 채널에 침전되어 내화성 작업 표면과 원래 내화성 매트릭스의 물리적 및 화학적 특성이 불연속적으로 발생합니다. 작동 온도의 급격한 변화로 인해 균열, 벗겨짐 및 느슨한 구조가 나타납니다. 엄밀히 말해서 이 손상 과정은 용해 손상 과정보다 훨씬 심각합니다.
용광로에 추가된 금속 재료는 다양한 산화물을 가져오고, 다른 재료와 다른 용광로의 슬래그의 구성도 다릅니다. 슬래그의 다양한 산화물, 탄화물, 황화물 및 다양한 형태의 복합 화합물의 대부분은 용광로 라이닝과 화학적으로 반응하여 다른 녹는점을 가진 새로운 화합물을 생성합니다.
반응에서 생성된 일부 저융점 산화물, 예를 들어 철 올리빈(FeOSiO2) 및 망간 올리빈(MnOSiO2)은 일반적으로 약 1200도의 융점을 갖습니다. 저융점 슬래그는 유동성이 뛰어나고 플럭싱제를 형성하여 용광로 라이닝에 심각한 화학적 침식을 일으켜 용광로 라이닝의 수명을 단축시킬 수 있습니다. 반응에서 생성된 고융점 슬래그, 예를 들어 뮬라이트(3Al2O3•2SiO2), 포스테라이트(2MgO•SiO2) 등과 일부 고융점 금속 원소는 1800도 이상의 융점을 갖습니다. 용융 금속에 떠 있는 고융점 슬래그와 저융점 슬래그 사이에는 비교적 복잡한 침투 및 상호 용해가 있습니다. 이러한 슬래그는 용광로 벽에 매우 쉽게 달라붙어 쌓여 심각한 슬래그 고착을 일으키고 전기로의 전력, 용융 속도 및 용량에 영향을 미치며 심지어 용광로 라이닝의 수명에도 영향을 미칩니다.
용광로 용량이 증가함에 따라 용강 표면에서 손실되는 열의 비율이 감소하고 슬래그 온도가 소용량 용광로보다 높고 슬래그의 유동성이 소용량 용광로보다 좋기 때문에 용광로 라이닝의 침식이 심화됩니다. 대형 유도로는 대부분 강철과 슬래그를 혼합하여 강철을 탭핑하는 방법을 사용하므로 슬래그가 탭핑 조건에 적응하기 위해 좋은 유동성을 가져야 합니다. 따라서 슬래그 라인이 심하게 침식되어 용광로 라이닝의 수명이 단축되는 또 다른 이유입니다. 위의 이유로 인해 대형 유도로 라이닝의 수명은 소형 및 중형 유도로보다 낮습니다. 라이닝의 수명을 늘리려면 라이닝의 두께를 적절히 늘려야 합니다. 그러나 용광로 라이닝의 두께가 증가함에 따라 저항 값이 증가하고 무효 전력 손실이 증가하고 전기 효율이 감소합니다. 따라서 용광로 라이닝의 두께는 일정 범위로 제한됩니다. 따라서 높은 전기 효율과 퍼니스 라이닝의 사용 수명을 모두 보장하려면 적절한 벽 두께를 선택해야 합니다.
그림 5, 슬래그로 덮인 용광로 라이닝
3. 솔루션 설계
위의 침식은 온도의 주기적 변동 하에서 소위 구조적 박리로 이어진다. 생산 공정 동안 슬래그는 내화성 매트릭스의 기공으로 침투하여 크고 두꺼워진 내화성 층을 형성한다. 슬래그에 의해 적셔진 내화성 부분의 물리적 및 화학적 특성은 변할 것이다. 침투층과 잔류 불편층 사이의 열팽창 계수가 다르기 때문에 온도가 변하면 두 층의 접합부에 큰 응력이 나타나 작업 표면과 평행한 균열이 발생하고 궁극적으로 라이닝이 박리된다. 내화성 매트릭스로 침투한 슬래그는 내화성 입자를 용해시키고 입자 간의 결합을 약화시켜 재료의 내화성과 고온 저항성이 감소한다. 따라서 슬래그 침투층 내화성은 흐르는 용강의 침식으로 인해 더 빨리 손상된다.
슬래그의 염기성은 라이닝 재료와 호환되어야 합니다. 마그네슘 라이닝 재료는 높은 CaO 슬래그 및 SiO2 슬래그에 의해 부식될 수 있습니다. 슬래그의 CaF 양을 제어해야 합니다. 과도한 CaF는 알칼리 라이닝을 부식시키고 슬래그 라인 영역의 조기 용융을 유발합니다. 슬래그의 불소 이온과 금속 망간 이온이 높거나 용융 풀 온도가 1700도 이상인 경우 용액의 점도도 급격히 떨어지고 라이닝의 손상 속도가 빨라지며 라이닝의 수명이 크게 단축됩니다. 진공 상태에서 슬래그 없는 제련을 수행하면 라이닝의 수명이 비진공 제련보다 길어집니다.
라이닝에 높은 산화철 함량이 침투하면 원래 라이닝의 미세 구조가 파괴되고 내화성이 감소하며 CaO-Ai2O3-SiO2 슬래그의 점도가 감소하여 슬래그가 재료 속으로 더 깊이 침투합니다. 그러나 원래 라이닝에 일정량의 산화철이 있으면 라이닝의 빠른 소결에 도움이 되고 재료의 열린 기공과 투과성이 감소합니다. 특히 성형 재료에는 일정량의 산화철이 포함되어 있으며 재료의 빠른 소결, 모래 분사 및 모래 포함이 매우 두드러집니다. 마그네슘 산화물 함량과 슬래그의 점도를 높이는 것은 용광로 라이닝에서 슬래그의 침식을 줄이고 슬래그 수집 효과를 개선하는 데 유익합니다. 슬래그 염기성이 낮을 때 마그네슘 라이닝의 침식이 더 심각해지고 용광로 라이닝의 수명이 단축됩니다. 반대로 슬래그 염기도가 높을 때, 용광로 라이닝의 침식은 비교적 적고, 용광로 라이닝의 수명이 비교적 향상된다. 슬래그 염기도와 슬래그의 MgO 함량을 증가시키고, 슬래그의 FeO 함량을 감소시키는 것은 내화재의 슬래그 침식을 감소시키는 데 유익하다.
따라서 슬래그 제조제를 사용할 때는 산화마그네슘 함량이 높은 재료를 선택하는 데 주의해야 합니다. 슬래그 구조를 합리적으로 구성하고, 슬래그 형성 속도를 높이고, 제련 시간을 단축하고, 슬래그의 산화철 함량을 줄입니다. 적절한 슬래그는 용광로 라이닝의 재료에 따라 선택해야 합니다. 알칼리 슬래그는 마그네슘 라이닝에 적합하지만 높은 CaO 슬래그와 SiO2 슬래그에 의해 부식될 수 있습니다. 과도한 CaF2도 알칼리 라이닝을 부식시켜 슬래그 라인 영역의 조기 용융을 유발합니다. 산성 슬래그는 석영 용광로 라이닝에 적합한 반면, 마그네시아-알루미나 용광로 라이닝은 약알칼리 또는 중성 슬래그에만 사용할 수 있습니다. 알루미나 용광로 라이닝은 고온에서 다양한 pH 값에서 전형적인 양성 특성을 나타내므로 pH 값이 다른 슬래그에 적응할 수 있지만 산성 및 알칼리성 용광로 라이닝보다 약간 나쁩니다. 이러한 이유로 일부 사람들은 고순도 마그네시아사를 사용하고 일정량의 스피넬을 첨가하여 순수 마그네시아로 라이닝 재료의 기질 특성을 변화시키는 재료를 선택하지만, 실험에 따르면 고순도 코런덤 재료의 내식성도 순도가 낮은 소결 마그네시아사에 비해 현저히 떨어지는 것으로 나타났습니다.
산성 슬래그는 석영로 라이닝에 적합한 반면, 마그네시아-알루미나로 라이닝은 약알칼리성 또는 중성 슬래그에만 사용할 수 있습니다. 알루미나로 라이닝은 고온에서 다양한 pH 값에서 전형적인 양성자 특성을 나타내므로 다양한 pH 값을 가진 슬래그에 적응할 수 있지만 산성 및 알칼리성로 라이닝보다 약간 나쁩니다. 간단히 말해서, 마그네시아로 라이닝의 주요 손상 메커니즘을 고려하여 지속적인 요약 및 탐색 후, 개방된 기공과 투과성을 제한하여 재료의 슬래그 침투 저항성을 개선할 수 있으며, 고온 굽힘 강도와 임계 연화 온도를 높여서 고온 침식 저항성과 노 라이닝 매트릭스의 박리 저항성을 개선할 수 있습니다. 노 라이닝의 성능은 재료의 입자 크기 분포, 재료의 물리적 및 화학적 특성, 노 라이닝의 소결 온도와 같은 여러 요인에 따라 달라집니다.