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耐火炉衬是坩埚感应炉的重要组成部分,它影响着炉子的熔化功能和钢材的冶金质量,特别是操作的安全性。坩埚感应炉适用于熔炼各种铸造合金,如铸铁、铸钢、铜合金、铝合金和锌合金。对于小型感应炉,可以购买带有预制坩埚的衬里。在实际生产中,铸钢用的坩埚感应炉一般是由铸造厂根据熔炼合金的品种来选择,内衬自己造,烧结操作做好。
适用于炼钢炉的耐火炉衬
随着感应电炉在铸钢件行业应用的发展,炉衬耐火材料从硅砂到镁砂再到尖晶石不断升级和改进。目前各工业国家铸钢用坩埚感应炉基本采用尖晶石炉衬。
(1)硅砂炉衬
以硅砂为碱性耐火材料建造的炉衬,通常也称为酸性炉衬。硅砂有很多优点:一是资源丰富,价格低廉;而且以硅砂为基础耐火材料制成的坩埚在接近其熔点的高温下仍具有良好的强度,具有良好的抗急冷、抗骤热性能;特别要提到的是,硅砂的应时相变膨胀可以弥补烧结过程中的体积收缩,从而增加烧结层的密度,降低炉衬烧结层的气孔率。因此,在各个国家的铸造工业中,基于硅砂的衬里材料被广泛用于熔化各种铸铁的坩埚感应炉中。
但是,二氧化硅的耐火度较低,基本不能适应炼钢温度。而且SiO _ 2在高温下具有很强的化学活性,可以与炼钢过程中的各种碱性氧化物甚至中性氧化物发生反应。如FeO与硅砂接触后容易生成熔点为1205℃的铁橄榄石(Fe2SiO4),铁橄榄石可进一步与SiO _ 2或FeO反应生成熔点为1130℃的共晶成分。此外,钢水中的一些活性元素也可能还原SiO2 _ 2。所以炼钢用的硅砂炉衬,既不能保证钢材的冶金质量,也不能保证炉衬的寿命。自20世纪80年代后期以来,工业国家的感应电炉生产的铸钢件的铸造已停止使用硅砂衬里。据我所知,国内仍有部分企业使用硅砂炉衬冶炼铸钢,这种情况亟待改善。
(2)镁质炉衬
常用的炉衬材料是氧化镁含量在86%以上的冶金氧化镁,由菱镁矿经高温煅烧而成。冶金镁砂在电弧炉中重熔,可降低SiO2、fe2o 3等杂质含量,获得纯度较高(MgO含量96%以上)的电熔镁砂。电熔氧化镁主要用于制造真空感应炉的炉衬。
冶金氧化镁耐火度高,是碱性电弧炉的常规炉衬材料。虽然它的熔点很高,但不容易烧结,膨胀系数大,因为电弧炉的炉衬很厚,通过添加大量的结合料,湿法打结,完全可以弥补这一不足。
如果用冶金镁砂作为感应炉的炉衬材料,由于炉衬厚度的限制和湿结的不可取,这些缺点的负面影响是非常明显的。氧化镁制成的坩埚容易破裂,尤其是在间歇操作的熔炉中。
(3)氧化铝衬里
氧化铝和锆砂属于中性耐火材料,其中氧化铝的应用Z为广泛,锆砂很少用作炉衬材料。
单独用氧化铝作炉衬材料,抗裂能力强,防止酸性渣侵蚀,但不适合制作碱性渣。而且由于耐火性高,烧结性能差,炉衬寿命也不是很长。
(4)尖晶石衬里
尖晶石矿物类质同象,种类繁多,成分复杂。常见的尖晶石有:镁铝尖晶石、铁铝尖晶石、铬铁矿(铁铝尖晶石)、磁铁矿(铁铝尖晶石)、镁铝尖晶石、锌铝尖晶石、镁铬尖晶石、锌铁铝尖晶石、锰铝尖晶石等。镁铝尖晶石(MgO al2o 3),俗称“尖晶石”,主要用作炼钢用感应炉的炉衬材料。在纯镁铝尖晶石中,MgO的含量只有28.2%,但仍属于碱性耐火材料。
镁铝尖晶石材料耐火性高,热膨胀系数小,高温热稳定性好,抗碱性渣侵蚀能力强。特别需要提到的是,MgO和Al2O3在烧结形成尖晶石的过程中体积膨胀7.9%,可以弥补烧结过程中的体积收缩,降低烧结层的气孔率。
然而,每个窑都有自己独特的炉况和特点。因此,在选择炉衬时,应根据自身的具体情况,通过实验优化选择Z合适的比例,配制合适的炉衬材料。这样,既保证了炉衬的长寿命和钢材的高冶金质量,又大大降低了生产成本。