هدف از این تحقیق ارائه گزارشی از تاثیر ترکیبات سازنده جداره اسیدی کوره های القایی بر مقاومت و پایداری آن است.

برای افزایش مقاومت جداره بوته ، اولین گام ، جلوگیری واکنش اجزای مذاب با سیلیس جداره است. احیای سیلیس جداره در زمان ذوب شدن فلزی که حاوی کربن وسیلیسیم است اتفاق می افتد. افزایش مقدار کربن و شدت احیای سیلیسیم در ذوب ، به فرسایش بوته کمک می کند. اجزای سازنده سرباره به خصوص اکسیدهای کلسیم و منیزیم که در عملیات کیفی مذاب چدن به کار میروند ، بیشترین تاثیر را روی بر پایداری جداره دارند . اکسید های آهن و منگنز و ویسکوزیته سرباره ، افزایش قدرت تر شوندگی و نفوذ در خلل و فرج و همواری دیواره بوته روی مقدار احیا موثرند.
Karelian Republic یک کارخانه ذوب چدن است که با کوره های فرکانس شبکه (فرکانس های بیشتر از 1000 هرتز) . مواد بوته با عناصر واکنش گر در ذوب واکنش می دهد و برحسب پارامتر های مختلف از الگوهای متفاوتی پیروی می کتد که بر اساس آن روش ذوب کردن هدایت می شود. در ذوب القایی ، نقاط دمایی مختلفی از ذوب مشخص شده اند که ذوب تحت اختلاط الکترومغناطیسی تغییر می کند. دمای سرباره از دمای ذوب پایینتر است. واکنش ها ممکن است شامل یک سری واکنش باشد که در نظر گرفته می شوند و یا واکنشهایی که در نظر گرفته نمی شوند مانند واکنش های افزودنی ها ، سرباره و اتمسفر با جداره بوته. تاثیرات دیگر ناشی از دمای کوره و ناخالصی های مضر می باشند که در منطقه انجام واکنش ، نرخ انجام واکنش ها را تحت تاثیر قرار داده و به جداره بوته صدمه می زنند. در طول استفاده از جداره یک منطقه پر کاربد بوجود می آیدکه در آن سطح کاری داخلی در تماس با فلز نذاب و سرباره قرار گرفته تمایل به انحلال دارد. در پشت این منطقه یک منطقه استحاله وجود دارد که از تراکم نسبتا خوبی برخوردار است و در معرض دمای کاری پایینتری نسبت به منطقه کاری قرار دارد. پس از آن منطقه کوارتزیت با کمترین تغییرات وجود دارد که در آن بین دانه های کوارتز اتصالی وجود ندارد و خنک سازی القایی در این منطقه صورت می گیرد. آنالیز شیمیایی مناطق نشان می دهد که در منطقه تماس واکنش بین اکسیدهای آهن ، منگنز ، منیزیم و آلومینیوم و دیگر اجزای فلز از یک طرف و جداره اسیدی از طرف دیگر صورت میگیرد. همچنین در کوره القایی با جداره اسیدی سرباره مخصوصی اضافه نمی شود و اکسید ها بوسیله اکسیداسیون عناصر ، شارژ و سرباره انجام می شود که قابلیت پایداری جداره را در قسمت بالایی بوته کاهش داده ولی تاثیری در بهبود کیفیت فلز ندارد. سرباره ها از طریق اکسیداسیون آهن ، سیلیسیم و منگنز در شارژ بوجود آمده و به جداره بوته صدمه می زنند. جریان مغناطیسی همزن (   EMS ) باعث می شود که لایه سردتر اکسید تشکیل شده روی سطح ذوب شده و به دنبال آن لایه های داخلی بوته نیز اکسید شده و مورد صدمه قرار گیرد. آسیب رسیده شده کمتر از آسیب رسیده شده توسط سرباره است. ترکیب شیمیایی سرباره در ذوب چدن در یک کوره القایی  LFD-25 با جداره ساخت   Pervoural´sk که در دمای 1400-1500 درجه سانتیگراد کار می کند، در جدول 1 نشان داده شده است. دانه های کوچک کوارتزیت جداره بوسیله ذوب و سرباره صدمه زیادی می بینند.(جدول 2) مقادیر سیلیس و اکسیدهای دیگر به صورت کسری از یک قسمت و در 0.1 میلی متر از جداره نشان می دهد.

بالاتر از 1400 درجه سانتیگراد آهن و سیلیسیم در جداره شروع به واکنش می کند:

نرخ احیای سیلیسیم فقط تحت تاثیر دما نبوده ، بلکه ترکیب شیمیایی فلز ، اکسیژن محلول و ترکیب شیمیایی سرباره نیز مهم است. وقتی که مقدار کربن زیاد شده و احیای سیلیسیم به حد اشباع می رسد سرعت فرسایش بوته افزایش میابد که این امر به دلیل اینست که تعادل به سمت افزایش مقدار سیلیسیم حرکت می کند. درمورد دما نیز می توان بیان کرد که با افزایش دمای ذوب تعادل به سمت افزایش مقدار سیلیسیم حرکت می کند چون احیا سیلیس از جداره افزایش میابد. آلومینا (جدول 1) حاصل از بازیافت برگشتی های ریخته گری ، پوشش ها و مخلوط های قالبگیری به چرخه باز می گردد. حفرات و تخلخل های باز ، به دلیل افزایش منطقه واکنش بین جداره ، سرباره ، فلز ، ادامه کارکردکوره را با مشکل مواجه نموده و این امر تاثیر زیادی روی جداره دارد.

مشخص شده است که منطقه کاری در جداره بوته با ظرفیت 8 تن بعد از ذوب 1100 تن چدن دارای ترکیب با درصد وزنی زیر است:

 

SiO2:89.38%                      TiO2:0.16%                   Al2O3:2.18%              Fe2O3:2.56%              FeO:2.83%
 MnO:0.77%                       MgO:0.86%                    K2O:0.15%                Na2O:0.23%

منطقه کاری در کوره سوئدی  Radanit LFD -25 بعد از ذوب 1000 تن تن چدن شامل ترکیب با درصد وزنی زیر بوده است:

    SiO2:86.64%                      TiO2:0.18%                   Al2O3:5.5%              Fe2O3:1.21%              FeO:1.95%
    MnO1.00%                       MgO:0.72%                    K2O:0.44%                CaO: 2.3%                Na2O:0.42%
در فرکانس شبکه ، کوره ها با اختلاط قوی کار می کنند و احیای سیلیسیم از جداره اسیدی بوسیله کربن یک مانع برای استفاده از جداره اسیدی درکوره های القایی تحت خلا بکار می رود. XRD منطقه کاری نشان می دهد که منطقه شامل فایالیت و تفروئیت بوده و سیلیکات های منیزیم و کلسیم می توانند تشکیل شوند. جابجایی وستیت بواسطه وجود هماتیت در سیستم Sio2-FeO  تجزیه سیلیکات را افزایش داده و تاثیر معکوس یونیزه شدن آهن روی پلاریزاسیون مایع نقطه ذوب و ویسکوزیته را کاهش می دهد. هنگامی که چدن خاکستری ذوب می شود فلز مایع با جداره وارد واکنش داخلی می شود و آهن به شکل اکسید ظاهر می شود و به صورت ارتوسیلیکات یا متاسیلیکات روی لایه کاری جمع می شود و در نمونه هایی که از توده های چسبیده در قسمت میانی بوته که شامل کریستال های متاسیلیکات با ترکیب (Mg.Fe)SiO3  است دیده شده است. در قسمت سرد ناحیه کاری ، یک ماده شیشه ای زرد مایل به سبز با اندیس بازتابش        N=1.555-1.565   دیده می شود و بهمراه آن سیلیکات های پیروکسن و سلینوانستاتیت وجود دارد.
در سیستم  Fe2SiO4 – Mg2SiO4   به دلیل اتصال Mg2 SiO4  به فایالیت نقطه ذوب پایین می آید بنابر این هنگامی که منطقه کاری سرد می شود اول سیلیکات غنی از منیزیم کریستالیزه می شود. در تشکیل سیلیکات منیزیم و آهن با توجه به مقدار انرژی واکنش می توان بیان کرد وقتی منیزیم متاسیلیکات تشکیل می شود انرژی بیشتری نسبت به تشکیل متاسیلیکات آهن آزاد می گردد و جداره صدمه بیشتری خواهد دید لذا پیروکسن های منیزیم پایدار تر از فرو ها(Ferrous) ی آن است. وقتی با خاموش کردن کوره لایه کاری سرد می شود ، اکسید آهن ممکن است با ظرفیت های 2+ و 3+ وارد سیلیکات ها شود ، و هنگامی که یون Fe2+ ،Mg2+ ، Ca2+  وارد سیلیکات مایع شود تاثیرات بوجود آمده به لحاظ هندسی و انرژی متفاوت خواهد بود.
وقتی یک ذوب با قراضه فولادی با مقدار سیلیسیم پایین در یک کوره با جداره اسیدی تشکیل می شود ، در طول زمان ذوب  30 – 45  درصد منگنز موجود اکسید می شود. وقتی که یک غلظت بالا از منگنز وجود دارد ، سیلیسیم از سیلیس موجود در جداره طبق واکنش زیر احیا می شود.
2Mn + SiO2=2MnO+Si
تعادل واکنش فوق وقتی که دما افزایش میابد به سمت راست جابجا شده و صدمه به جداره از طریق تشکیل سیلیکات های منگنز افزایش میابد لذا وقتی چدن مذاب با منگنز آلیاژ می شود باید منگنز را مستقیما قبل از تخلیه از کوره به مذاب افزود.
تاثیر سرب ، آلومینیوم ، کلسیم ، سدیم و اجزای دیگر وارد شده به ذوب با مواد شارژ عبارتند از: آنها در دمای از حالت مایع  شدیدا سیلیسیم را از سیلیس جداره احیا میکنند ، بنابراین یک زود گداز کلسیم و سدیم سیلیکات تشکیل می شود :
2Ca+SiO2=2CaO+Si
4Na+SiO2=2Na2o+Si
وقتی سیلیسیم باقی می ماند در تراشه ها و در کوره شارژ می شود ،منبع سیلیسیم از فلزات برش (تراشه ها) است . اکسید کلسیم با سیلیس موجود در جداره به فرم یوتکتیک ترکیب شده و تشکیل تریدمیت و سیلیکات کلسیم (Ca-SiO2) می دهد که در 1436 درجه سانتی گراد ذوب می شوند.
 اکسید سرب برای جداره اسیدی بسیار مضر می باشد زیرا ترکیبات سیلیکاتی که با جداره تشکیل می دهد در واکنش با اسید بوریک طبق واکنش های زیر شرکت میکند:
برای تقویت پایداری جداره اول باید مواردی که در شارژ وجود دارند و با سیلیس جداره واکنش می دهند و قطعات بزرگ که به جداره آسیب می زنند حذف کرد  و بعد فلز را به ترکیب لازم رسانید .
عامل اصلی آسیب جداره، EMS ، محصولات اکسیداسیون مانند آهن ، منگنز ، سدیم  و …. و شیب های تیز دمایی مختلف که بواسطه خاموش کردن کوره ایجاد می شود می باشند.
بیشتر اجزای این تحقیق برای سرویس دهی کوره های القایی ترتیب داده شده اند .