Sähkökaariuunien tulenkestävien materiaalien yleiset vaatimukset ovat:
(1) Tulenkestävyys on korkea. Kaarilämpötilan on oltava yli 4000 °C ja teräksenvalmistuslämpötilan 1500–1750 °C, joskus jopa 2000 °C, joten tulenkestävien materiaalien on oltava erittäin tulenkestäviä.
(2) Kuormituksen alainen pehmenemislämpötila on oltava korkea. Sähköuuni toimii korkeissa lämpötiloissa kuormitusolosuhteissa, ja uunin rungon on kestettävä sulan teräksen eroosiota, joten tulenkestävällä materiaalilla on oltava korkea kuormituksen pehmenemislämpötila.
(3) Puristuslujuuden tulee olla korkea. Sähköuunin vuoraukseen vaikuttavat panoksen vaikutus panoksen aikana, sulan teräksen staattinen paine sulatuksen aikana, teräksen virtauksen eroosio taputuksen aikana ja mekaaninen tärinä käytön aikana. Siksi tulenkestävältä materiaalilta vaaditaan korkeaa puristuslujuutta.
(4) Lämmönjohtavuuden tulisi olla pieni. Sähköuunin lämpöhäviön ja virrankulutuksen vähentämiseksi tulenkestävän materiaalin lämmönjohtavuuden on oltava heikko eli lämmönjohtavuuskertoimen on oltava pieni.
(5) Lämmönkestävyys on oltava hyvä. Muutaman minuutin kuluessa sähköuunin teräksenvalmistuksessa napauttamisesta panostamiseen lämpötila laskee jyrkästi noin 1600 °C:sta alle 900 °C:seen, joten tulenkestävien materiaalien on oltava hyvin lämpöstabiileja.
(6) Vahva korroosionkestävyys. Teräksenvalmistusprosessin aikana kuonalla, uunikaasulla ja sulalla teräksellä on voimakkaita kemiallisia eroosiovaikutuksia tulenkestävissä materiaaleissa, joten tulenkestävien materiaalien on oltava hyvin korroosionkestäviä.
Tulenkestävien materiaalien valinta sivuseiniin
MgO-C-tiiliä käytetään yleensä sähköuunien sivuseinien rakentamiseen ilman vesijäähdytteisiä seiniä. Kuumat kohdat ja kuonalinjat joutuvat ankarimpiin käyttöolosuhteisiin. Ne eivät ainoastaan syövy ja syövytä voimakkaasti sulan teräksen ja kuonan vaikutuksesta, vaan ne altistuvat myös voimakkaille mekaanisille iskuille romun lisäämisen yhteydessä, ja ne ovat myös alttiita valokaaren lämpösäteilylle. Siksi nämä osat on valmistettu erinomaisen suorituskyvyn omaavista MgO-C-tiilistä.
Sähköuunien vesijäähdytteisten sivuseinien osalta vesijäähdytystekniikan käytön vuoksi lämpökuorma kasvaa ja käyttöolosuhteet ovat tiukemmat. Siksi tulisi valita MgO-C-tiiliä, joilla on hyvä kuonankestävyys, lämpöshokkikestävyys ja korkea lämmönjohtavuus. Niiden hiilipitoisuus on 10–20 %.
Tulenkestävät materiaalit erittäin tehokkaiden sähköuunien sivuseiniin
Erittäin tehokkaiden sähköuunien (UHP-uunien) sivuseinät on enimmäkseen rakennettu MgO-C-tiilistä, ja kuumat kohdat ja kuonalinjat on rakennettu erinomaisen suorituskyvyn omaavista MgO-C-tiilistä (kuten täyshiilimatriisi-MgO-C-tiilistä). Tämä parantaa merkittävästi sen käyttöikää.
Vaikka uunin seinämän kuormitusta on pienennetty sähköuunien käyttötapojen parannusten ansiosta, tulenkestävien materiaalien on edelleen vaikea pidentää kuumien kohtien käyttöikää UHP-uunin sulatusolosuhteissa. Siksi on kehitetty ja sovellettu vesijäähdytystekniikkaa. EBT-laskua käyttävissä sähköuuneissa vesijäähdytyspinta-ala on 70 %, mikä vähentää huomattavasti tulenkestävien materiaalien käyttöä. Nykyaikainen vesijäähdytystekniikka vaatii hyvän lämmönjohtavuuden omaavia MgO-C-tiiliä. Sähköuunin sivuseinien rakentamiseen käytetään asfalttia, hartsisidottuja magnesiumoksiditiiliä ja MgO-C-tiiliä (hiilipitoisuus 5–25 %). Vakavissa hapettumisolosuhteissa lisätään antioksidantteja.
Redox-reaktioiden pahiten vaurioittamilla hotspot-alueilla käytetään rakentamiseen MgO-C-tiiliä, joiden raaka-aineena on suurikiteistä sulanutta magnesiittia, hiilipitoisuus on yli 20 % ja matriisi on täynnä hiilimatriisia.
UHP-sähköuuneihin tarkoitettujen MgO-C-tiilien uusin kehitysaskel on korkean lämpötilan poltto ja sitten asfaltilla kyllästäminen niin sanottujen poltettujen asfaltilla kyllästettyjen MgO-C-tiilien valmistamiseksi. Kuten taulukosta 2 voidaan nähdä, poltettujen MgO-C-tiilien jäännöshiilipitoisuus asfalttikyllästyksen ja uudelleenhiilestyksen jälkeen kasvaa noin 1 %, huokoisuus pienenee 1 % ja korkean lämpötilan taivutuslujuus ja paineenkestävyys ovat parantuneet merkittävästi, joten niillä on korkea kestävyys.
Magnesiumista valmistetut tulenkestävät materiaalit sähköuunien sivuseiniin
Sähköuunien vuoraukset jaetaan emäksisiin ja happamiin. Ensimmäisessä käytetään emäksisiä tulenkestäviä materiaaleja (kuten magnesiumoksidia ja MgO-CaO-tulenkestäviä materiaaleja) uunin vuorauksena, kun taas jälkimmäisessä käytetään piidioksiditiiliä, kvartsihiekkaa, valkoista mutaa jne. uunin vuorauksen rakentamiseen.
Huomautus: Uunien vuorausmateriaaleina emäksiset sähköuunit käyttävät emäksisiä tulenkestäviä materiaaleja ja happamat sähköuunit happamia tulenkestäviä materiaaleja.
Julkaisun aika: 12.10.2023
