2.2 Skład i struktura odlewów korundowo-spinelowych po użyciu
Grubość oryginalnej warstwy roboczej wynosi 230-250 mm, a widoczna morfologia obszaru uderzenia na dnie kadzi 8# po 91 użyciach. Pozostała grubość odlewu korundowo-spinelowego wynosi około 120 mm, a warstwa metamorficzna gorącego końca jest cienka. Występują wyraźne pęknięcia przelotowe równoległe do gorącej powierzchni w odległości około 20 i 80 mm od gorącego końca oraz występuje zjawisko wnikania żużla wzdłuż pęknięcia w pęknięciu.
W celu przeanalizowania interakcji między stopionym żużlem a odlewem korundowo-spinelowym oraz zrozumienia mechanizmu niszczenia materiału, obszar A został przyjęty do wykonania lekkiej blachy. Za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego i spektrometru energetycznego obserwowano mikrostrukturę obszaru i określano składowe mikroobszaru. Mikrostruktura gorącej powierzchni obszaru A pozostałości po zużyciu od warstwy żużla do warstwy quasi-protoplazmatycznej
Można zauważyć, że obszar A pozostałego materiału po zużyciu można wyraźnie podzielić na 3 warstwy: warstwę żużla (około 0,5 mm), warstwę przepuszczalną (6-8 mm) i warstwę protoplazmatyczną warstwa. Pierwiastki w żużlu reagują z osnową odlewu, tworząc fazę o niskiej temperaturze topnienia (patrz warstwa infiltracyjna na rysunku 2) i przenikają do odlewu przez osnowę, co sprzyja spiekaniu i zagęszczaniu osnowy. W warstwie protoplazmatycznej występuje duża liczba porów, struktura jest luźna, współczynnik rozszerzalności cieplnej między warstwą przepuszczalną a warstwą protoplazmatyczną nie pasuje, a między nimi występują pęknięcia przelotowe. W warstwie przepuszczalnej zawarte w żużlu FeO, CaO i SiO₂ wnikają w matrycę odlewniczą. Wraz z dalszą penetracją jego zawartość stopniowo maleje.
W celu dalszej analizy wpływu penetracji żużla na mikrostrukturę i skład mikropowierzchni odlewu, każdy obszar na rysunku 2 powiększono w celu obserwacji i przeprowadzono analizę EDS. W obszarze a warstwy żużla mikrostruktura osnowy przodka jest zniszczona, osnowa jest infiltrowana dużą ilością fazy ciekłej, a struktura jest gęsta. Główne fazy to faza niskotopliwa MgO-CaO-Al2O3-SiO2-FeO i faza niskotopliwa CaO-Al2O3-SiO2-FeO). W obszarach b i c w warstwie infiltracyjnej duże ilości CaO, SiO₂ i FeO w żużlu wnikają do masy odlewniczej, powodując zagęszczenie osnowy. Faza spinelowo-magnezowo-aluminiowa. W obszarze d warstwy protoplazmatycznej w osnowie występuje duża liczba porów, a struktura jest luźna, głównie faza spinelowo-magnezowa, faza CaO-Al₂O₃ i faza korundowa. Oprócz przenikania do odlewu przez osnowę, żużel wnika również do odlewu wzdłuż pęknięć.
2.3 Mechanizm uszkodzeń odlewów korundowo-spinelowych
Głównymi czynnikami niszczącymi dolną warstwę roboczą kadzi są: szok termiczny, naprężenia mechaniczne, erozja i penetracja żużla. Na powierzchni roboczej głównymi fazami pierwotnego odlewu są spinel magnezowo-aluminiowy, CaO-Al₂O₃ i korund. Wraz z erozją i wnikaniem żużla w odlew, faza spinelu magnezowo-glinowego w osnowie absorbuje FeO z żużla, a korund reaguje z CaO i SiO₂ w żużlu, tworząc niskotopliwą fazę wapniowo-glinowo-krzemową faza:
Gdy zawartość SiO2, FeO i CaO w żużlu maleje, względna zawartość żużla maleje, tak że zmniejsza się ilość żużla, który dalej ulega erozji i wnika w odlew.
Na powierzchni roboczej faza ciekła w żużlu i faza ciekła powstała w wyniku reakcji wnikają do odlewu. Na skutek gradientu temperatury dochodzi do spiekania zagęszczenia gorącej powierzchni, a jednocześnie do niszczenia fazy wiążącej osnowę. Wskutek naprężeń mechanicznych i naprężeń termicznych w gęstej warstwie tworzą się pęknięcia, które rozprzestrzeniają się na granicy faz między warstwą reakcyjną a warstwą przepuszczalną, powodując złuszczanie się warstwy reakcyjnej. Ponadto żużel koroduje i wnika w beton wzdłuż pęknięć, co przyspiesza złuszczanie się warstwy reakcyjnej z materiału ogniotrwałego. Powtarzanie się tej sytuacji podczas eksploatacji doprowadziło do zniszczenia materiałów ogniotrwałych.
na zakończenie
(1) Odlewy korundowo-spinelowe są stosowane do zastąpienia cegieł magnezytowo-aluminiowo-węglowych na dnie kadzi, które mogą sprostać procesowi wytapiania linii do produkcji okrągłych kęsów pieca elektrycznego. Stosując integralne odlewy, współczynnik strat topnienia dolnej warstwy roboczej kadzi jest niewielki, integralność i szczelność są wzmocnione, a prawdopodobieństwo infiltracji zimnej stali wzdłuż połączeń cegieł i offline z powodu nieprawidłowych cegieł wentylacyjnych jest zmniejszone, a znacznie poprawiono i zoptymalizowano bezpieczeństwo pracy kadzi Poprawiono tryb konserwacji i zmniejszono zużycie materiałów ogniotrwałych.
(2) Uszkodzenie odlewu korundowo-spinelowego jest spowodowane głównie reakcją żużla i materiałów ogniotrwałych. Jednocześnie ważną rolę odgrywają również naprężenia termiczne i naprężenia mechaniczne; dodatkowo żużel koroduje i wnika w odlew wzdłuż szczeliny, przyspieszając odklejanie się warstwy reakcyjnej od materiału ogniotrwałego. Powtarzanie tego procesu podczas eksploatacji doprowadziło do zniszczenia materiałów ogniotrwałych.
