ANALYSIS AND SYSTEMATIZATION OF WAYS TO INCREASE THE STABILITY OF THE LINING OF INDUCTION STEEL MELTING FURNACES

Authors

DOI:

https://doi.org/10.32782/3041-2080/2024-1-6

Keywords:

induction steelmaking furnace, crucible, stability improvement, lining, melt

Abstract

Induction steelmaking furnaces have significant potential in the steel industry, as they allow for fast and efficient melting, including of steel, using the principle of induction. The use of such units helps to improve environmental performance in production and implement the green steel concept when processing direct reduced iron. Induction furnaces are more energy-efficient than traditional furnaces, such as arc furnaces, due to their shorter melting times. This helps to reduce greenhouse gas emissions, such as carbon dioxide, and reduces the climate change impact. Induction furnaces reduce energy costs compared to other types of electric furnaces. This helps to reduce the use of natural resources and emissions. Induction furnaces can be easily configured to process recyclable materials, such as metal waste. This helps to reduce waste and contributes to the principles of a circular economy. Among the obvious advantages of induction crucible steelmaking furnaces, including the wide possibilities of producing a homogeneous steel melt in terms of chemical composition, there are also urgent disadvantages arising from the peculiarities of mixing, liquid metal flows and reduced lining stability. This study considers the design and principles of operation of induction crucible melting units. The operating conditions and failures of acid, basic, and neutral linings are analyzed. The key aspects of the functioning of induction steelmaking furnaces are highlighted, with a focus on identifying the causes of low refractoriness and slag resistance of their crucibles due to the intensive interaction of the hot liquid melt with the lining. Using literature sources, the main methods of increasing the stability of crucibles are identified: selection of crucible material, provision of thermal insulation and cooling, control of temperature conditions, optimization of the melting process and crucible design, monitoring of wear and deformation, regular maintenance and repair, application of protective coatings, and control of the furnace electromagnetic field. The essence of each of these methods is revealed with specific production examples. The main result of the study is the systematization of the analyzed methods of increasing the lining stability in induction steelmaking furnaces. The analysis makes it possible to determine the optimal methods for monitoring the lining condition and select production strategies for improving crucible stability, taking into account specific production conditions.

References

Смірнов О.М., Тімошенко С.М., Нарівський А.В. Відновлення та інноваційний розвиток виробництва сталі в Україні в контексті енергоефективності та європейського зеленого курсу. Вісник НАН України. 2023. № 4. С. 21–38.

Ren W., Wang L. Precipitation behavior of M23C6 in high nitrogen austenitic heat-resistant steel. Journal of Alloys and Compounds. 2022. Vol. 905.

Bedarkar S.S., Singh R. Removal of Phosphorous from Steel Produced by Melting Sponge Iron in Induction Furnace. Trans. Indian. Inst. Met. 2013. Vol. 6. Р. 207–211.

Верховлюк А.М., Русаков П.В., Лахненко В.Л., Петровський Р.В., Червоний І.Ф. Процес одержання вторинних кольорових сплавів з використанням індукційної плавки. Процеси лиття. 2019. Т. 134. № 2. С. 40–48.

Li H., Wang A., Liu T., Chen P., He A., Li Q., Luan J., Liu C.-T. Design of Fe-based nanocrystalline alloys with superior magnetization and manufacturability. Materials Today. 2021. Vol. 42. Р. 49–56.

Patil D.D., Ghatge D.A. Parametric Evaluation of Melting Practice on Induction Furnace to Improve Efficiency and System Productivity of CI and SGI Foundry – A Review. International Advanced Research Journal in Science, Engineering and Technology. 2017. Vol. 4. Special Issue 1. Р. 159–163.

Козлов Г.О., Тополов В.Л. Індукційні печі: навчальний посібник для студентів ВНЗ. Нікополь: НТ НМетАУ, 2008. 32 с.

Середенко В.О., Середенко О.В., Паренюк О.А. Виплавка металів та сплавів з високою електропровідністю в індукційних тигельних печах. Литво. Металургія. Запоріжжя: АА Тандем. 2019. С. 180–182.

Khaydarov A.K., Karimov B.Y. Features of the use of induction crucible furnaces for melting metals. International Journal of Social Science & Interdisciplinary Research. 2022. Vol. 11 (03). Р. 33–39.

Rudnev V., Fett G.A., Griebel A., Tartaglia J. Principles of induction hardening and inspection. Induction heating and heat treatment, ASM handbook. ASM International. 2014. Vol. 4.

Razzhivin O., Markov O., Subotin O. Automated Melt Temperature Control System in Induction Furnace. 2022 IEEE 4th International Conference on Modern Electrical and Energy System (MEES). Kremenchuk, 2022. Р. 1–4.

Dötsch, E. Operation of Induction Furnaces in Iron Foundries. In: Rudnev V.T., Totten G.E. (eds). Induction heating and heat treatment, ASM handbook. ASM International. 2014. Vol. 4C.

Кущенко П.О., Шулик І.Г., Кущенко К.І., Крахмаль Ю.О., Ткаченко Л.П., Мішньова Ю.Є. Залежність властивостей високоглиноземної зернистої маси та зразків з неї від виду добавки ZrO2. Технологія та застосування вогнетривів і технічної кераміки у промисловості : тези Міжнародної науково-технічної конференції. Харків: ДІСА ПЛЮС, 2021. С. 11–12.

Dötsch E., Nacke B. Components and Design of Induction Crucible Furnaces. In: Rudnev V.T., Totten G.E. (eds). Induction heating and heat treatment, ASM handbook. ASM International. 2014. Vol. 4C.

Umbrasko A., Baake E., Nacke B., Jakovics A. Numerical studies of the melting process in the induction furnace with cold crucible. COMPEL: The international journal for computation and mathematics in electrical and electronic engineering. 2008. Vol. 27. No. 2. Р. 359–368.

Freer R., Powell A.V. Realizing the potential of thermoelectric technology: a Roadmap. Journal of Materials Chemistry C. 2020. Vol. 8. Р. 441–463.

Demin D. Constructing the Parametric Failure Function of the Temperature Control System of Induction Crucible Furnaces. EUREKA: Physics and Engineering. 2020. Vol. 6. Р. 19–32.

Przyłucki R., Golak S., Oleksiak B., Blacha L. Influence of the geometry of the arrangement inductor – crucible to the velocity of the transport of mass in the liquid metallic phase mixed inductive. Archives of Civil and Mechanical Engineering. 2011. Vol. 11. Р. 171–179.

Ung D. Enhancing crucible performance in non-ferrous applications. Foundry Practice. 2023. Vol. 272. Р. 13–17.

Prokhorova I.Y., Novikova O.V., Lazarev V.V., Sergeev B.I. A protective coating for the tamped lining of induction furnaces. Refractories. 1981. Vol. 22. Р. 522–525.

Черепова Т.С., Тісов О.В., Кіндрачук М.В., Юрчук А.О., Радіоненко О.В. Tриботехнічні властивості порошкового сплаву системи Co-TiC в умовах високотемпературного фретингу. Проблеми тертя та зношування. 2020. № 3 (88). C. 99–108.

Buliński P., Smolka J., Golak S., Przyłucki R., Palacz M., Siwiec G., Lipart J., Białecki R., Blacha L. Numerical and experimental investigation of heat transfer process in electromagnetically driven flow within a vacuum induction furnace. Applied Thermal Engineering. 2017. Vol. 124. Р. 1003–1013.

Смірнов О.М., Осипенко В.В., Семірягін С.В., Горюк М.С., Семенко А.Ю., Скоробагатько Ю.П. Перемішування металевих розплавів як засіб підвищення ефективності функціонування агрегату «ківш-піч». Новий метод електромагнітного перемішування металевого розплаву в агрегаті «ківш-піч». Процеси лиття. 2023. № 2 (152). С. 3–15.

Published

2024-09-10