无芯感应炉用炉衬材料的选择
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
综 述
耐火材料/ NAIHUO CAILIAO 2001 , 35(1)50 ～ 52
无芯感应炉用炉衬材料的选择
◆ 赵 敬 忠
西安理工大学材料科学与工程学院 西安 710048
摘 要 介绍了感应炉炉衬耐火材料的使用环境 , 分析了感应炉炉衬结构以及在不同的使用环境下 的使用情况和材料选择 。 关键词 感应炉 , 炉衬 , 耐火材料
无芯感应熔铝炉特别是中频感应炉由于加热
速度快 、易于变换金属品种 、占地面积小 , 近年来发 展较快 。目前其炉衬材料主要有以下几种 :
①浇注或湿式捣打成型的高铝质 、莫来石质炉 衬 , 这些材料的施工和烘烤周期长 , 要求连续工作 , 使用效果较好 , 一般寿命在一年以上 。但由于操作 复杂 , 条件苛刻 , 目前使用者较少 。
同时 , 选择炉衬材料时 , 必须注意到金属铝强 烈的还原作用 。 我们经常可以观察到化铝炉炉衬 内壁有坚硬的蘑菇状沉积物 , 这种沉积物是铝在熔 化过程中产生氧化而形成的氧化铝微晶的聚集物 。 在炉衬材料中加入一定的不浸润添加剂可以改善 这一趋势 。如果炉衬材料中存在有游离的 SiO2 , 它 与铝液接触时将被还原成硅 , 硅再与铝形成硅铝合 金 , 存在于材料中或粘附在炉衬的表面 。 如果金属 液中含有金属镁 , 镁氧化后生成的 MgO 与 Al2O3 进 一步反应生成尖晶石 , 这个过程的体积变化将导致 炉衬表面层的剥落 。
2 .1 熔化铸钢 、特殊钢用炉衬材料 目前 , 熔化铸钢 、特殊钢多使用 500 kg 以下的
中频炉 , 炉衬一般使用石英质 、氧化镁质 、镁尖晶石 质等干式捣打料 , 寿命一般为 50 ～ 150 炉次 。 近年来 , 炉容量在 1 t 以上的熔化和保温炉逐 渐增多 , 仅国内用 于炼钢的 20 t 感应炉就 有近 10 台 , 且正在向多品种熔炼 、 高温熔炼和高功率快速
A l2O3 >70 , SiO2 <20
1600
各种无芯炉 各种无芯炉
振动 涂抹
炉底
高铝质浇注料
A l2O3 >55 , SiO2 <36
1600
各种无芯炉
振动
炉盖
高铝质浇注料
A l2O3 >80 , SiO2 <10
1600
各种无芯炉
振动
熔化的方向发展 。 因此 , 要求铸钢 、特殊钢熔化用
高 , 具有优良的耐蚀性 , 与方镁石和尖晶石相比 , 刚
MgO >92 MgO >75, Al2O3 >30 MgO 20～ 45 , Al2O3 55 ～ 75
1500
1800 1800 1800
铜铝及合金
铸钢 特殊钢 铸钢 特殊钢 铸钢 特殊钢
干式
干湿 干式 干式
感应线圈
刚玉质线圈胶泥 高铝质线圈胶泥
A l2O3 >90 , SiO2 <10
1750
化学稳定性 。但是它的热膨胀系数较大 , 烧结温度 高 , 作业中由于 膨胀 、收 缩 , 炉 衬会产生 龟裂及剥 落 , 因此这种材料对 500 kg 以下的炉子比较合适 。
镁尖晶石捣打料是以镁砂为主要原料 , 添加尖
晶石原料制成的 。尖晶石在高温下抗渣性优良 , 热 膨胀系数小于方镁石 , 在使用过程中由于二次尖晶 石化产生的膨胀能抑制龟裂纹的产生和扩展 , 可广 泛用于 1 t 左右的感应熔炼炉 。 但对于 1 t 以上的
来自百度文库
的现象 , 保留了足够厚的未烧结层 , 避免裂纹穿透 ,
51 2001/ 1 耐火材料/ NAIHUO CAILIAO
确保炉子安全稳定地运行 。据报道 , 该捣打料用于 500 kg ～ 10 t 的炉子炉衬寿命通常 为 250 ～ 450 炉 次 , 20 t 炉子的使用寿命达 300 炉次 。 2 .3 熔化有色金属感应炉用耐火材料 2 .3 .1 铜及铜合金感应炉用耐火材料
铸钢 铸铁 铜铝及合金
干式
炉
捣打料
熔融石英质
衬
中性
刚玉尖晶石质
SiO 2>99 Al2O3 80～ 93 , MgO 5 ～ 20
1650 1750
铸铁 铸钢 特殊钢 铸铁
干式 干式
捣打料
热
面
碱性 捣打料
高铝质
镁质 镁尖晶石质 铝尖晶石质
A l2O3 50 ～ 75, SiO2 20 ～ 50
赵敬忠 :男 , 1963 年生 , 博士 。 收稿日期 :2000-01-28
编辑 :郝旭升
5 0 NAIHUO CAILIAO / 耐火材料 2001/ 1
表 2 无芯感应炉用耐火材料
使用 部位
耐火材料种类
主要化学成分/ %
最高使用 温 度/ ℃
用 途
施工方法
酸性
天然石英质
SiO 2>98
1650
抗热冲击性
差
热导率 /W·(m·K)-1
3 .0
耐蚀性
好
1 .1 ～ 1 .3 中 2 .7
好
0 .8～ 1 .0 好 2.5
好
1 .2 ～ 1 .4 中 1 .3
好
烧结性
好
差
感应炉容量/ t <0 .3
>1
差
好
>1
各种容量
镁质捣打料是以电熔镁砂为主要原料的炉衬 耐火材料 , 具有熔点高 、耐蚀性优 、荷重软化温度高 等优点 , 尤其对碱性熔液 、熔渣显示出十分良好的
②复合炉衬由于筑炉简便 、烘炉时间短而被广 泛采用 。其热面采用预烧成的坩埚或炉瓦 , 线圈采 用绝缘胶泥保护 , 中间填充以抗渗 、止漏的干式耐 火材料 , 使用效果较好 , 但坩埚加工周期长 、坩埚的 尺寸不够准确等因素限制了复合炉衬的推广应用 。
③干式捣打料的出现克服了以上两种炉衬的 缺点 , 是目前使用最广泛的化铝炉炉衬 , 虽然使用 寿命不及前两种材料 , 但使用稳定 。 该料的品种有 石英质 、莫来石质 、刚玉质等几种 。
因此 , 使用铝尖晶石质捣打料作炉衬材料 , 炉 衬热面龟裂明显获得控制 , 微裂纹显著减少 。目前
表 3 熔化铸钢 、特殊钢用炉衬材料的特性
特 性
碱性捣打料
中性捣打料 酸性捣打料
镁质 镁尖晶石质 铝尖晶石质 石英质
矿物组成
方镁石
方镁石 , 刚玉 刚玉 , 方镁石 镁铝尖晶石 镁铝尖晶石
石英
热膨胀率/ % 1.3 ～ 1.5
1 炉衬的结构及所用耐火材料
1 .1 炉衬结构 如表 1 所示 , 传统的炉衬结构是在紧靠线圈的
部位铺设一层云母纸 , 接下来是报警电极 , 再铺设 一层石棉板(布), 其后是干式捣打热面炉衬 。 干式 热面在烘烤和使用过程中逐步形成烧结层 、过渡层 和未烧结层 , 合理的三层厚度结构是决定炉衬寿命 的重要因素之一 。为了满足底顶出式拆炉方式的 需要 , 出现了线圈绝缘保护胶泥 , 胶泥取代了云母
表 1 常见的无芯感应炉炉衬结构
类型
传统结构
结构 热面 +保温 +绝缘
特点
一次费用低
用途
各种无芯炉
改良结构
复合结构
热面 +保温 +胶泥 炉瓦 +填料 +保温 +绝缘
一次费用高 稳定可靠
费用高 筑炉复杂
各种无芯炉
冲刷大 、熔蚀严重的炉子 或低熔点金属用炉
1 .2 炉衬耐火材料 感应炉用耐火材料按其性质分为酸性 、中性 、
英质捣打料 。在国内大都采用廉价的天然石英质捣 打料 。 天然石英在使用中虽因 SiO2 的晶型转变会发 生急剧膨胀 , 但由于 β -石英 ※α-石英的晶型转变 是不可逆的 , 冷却时会保留下来 , 因此炉衬热面不易 产生裂纹 , 可以获得稳定可靠的使用寿命 。 但是由 于 SiO2 的热膨胀系数较大 , 抗热冲击性能差 , 要求炉 子操作不能倒空 , 连续操作较为理想 。目前国内这 类炉衬的使用寿命为 60 ～ 150 炉次 。
在国外 , 熔融石英用于铸铁感应炉比较多见 。 与天然石英质捣打料相比 , 熔融石英捣打料具有热
以上的炉子上难以获得稳定理想的使用寿命 。
膨胀系数小 、抗热冲击性能优的特点 , 同时克服了
铝尖晶石捣打料以电熔刚玉为主要原料 , 添加
天然石英在长期使用过程中烧结层较厚甚至烧透
适量尖晶石原料和外加剂制成的 。 电熔刚玉熔点
值得注意的是 , 并不是 SiO2 <98 %的石英砂都 可以用 作感应炉炉衬 , 更重要的 是石英晶粒 的尺 寸 , 晶粒越粗大 、晶格缺陷越少越好 。 感应炉容量 越大 , 对晶粒的要求越高 。
炉子来说 , 由于炉壳直径增大 , 温度急变产生的龟 裂纹的扩大很难避免 , 因此 镁尖晶石捣打料在 1 t
层 , 同时给线圈增加了一层保护屏障 。胶泥层一般 较云母层厚 , 但导热系数大大高于云母 , 因此称含 胶泥的炉衬结构为改良的炉衬结构 。 复合炉衬结 构是为适应一些金属的熔炼需要 , 用预烧成的坩埚 (炉瓦)和填充料取代热面层 , 这种结构解决了干式 料较低温度下难以烧结的问题 , 同时改善某些金属 熔液或渣对炉衬熔蚀较大的状况 。
根据以上工作条件 , 炉衬耐火材料必须具有以 下特性 :(1)具有相对于金属液足够高的耐火度和 荷重软化温度 ;(2)良好的热稳定性 ;(3)不与金属 熔渣及其熔 化时所存在的成 分等发生化 学反应 ; (4)具有高的高温机械强度 ;(5)具有好的隔热性和 绝缘性 ;(6)材料的施工性能好 , 填充密度高 , 烧结 性能好 , 维修方便 ;(7)资源丰富 , 价格低廉 。
这种材料在 3 ～ 5 t 炉子上的使用寿 命达到 200 ～ 400 炉次 。 2 .2 用于铸铁熔化和保温的炉衬材料
以前熔化铸铁大都使用工频感应炉 , 近年来由 于中频 、变频感应熔炼炉具有高效 、节能等种种优 点 , 新安装的铸铁感应炉 , 中频炉 、变频炉占了相当 的比重 。
铸铁感应炉用炉衬耐火材料一般选用酸性的石
无芯感应 炉由于具 有升温能 力强 、可间歇作 业 、炉衬费用低 、使用灵活方便等特点而被广泛采 用 。 目前正向高功率 、快速熔化 、大型化方向发展 。
炉衬耐火材料是决定感应炉产量 、铸件质量及 运行安全可靠性的一个重要因素 。 要获得质量好 、 寿命长的感应炉衬 , 首先要了解无芯感应炉中炉衬 耐火材料的工作环境 。 其中耐火材料工作环境的 特点为 :(1)炉衬厚度薄 , 炉衬材料的 温度梯度很 大 ;(2)炉中金属液电磁搅拌能力强 , 会对炉衬耐火 材料产生机械蚀损 ;(3)炉衬耐火材料反复受到急 冷急热 。
碱性三种类型 , 按施工方法分为干式捣打料 、湿式 捣打料 、浇注料 、涂抹料等 。 在绝大部分场合 , 炉衬 都使用不定形耐火材料 , 有时也要用一些定形耐火 制品 。 耐火材料的材质应根据熔化金属的种类 、渣 的性质 、炉容量及操作条件等选定 。 无芯感应炉常 用的耐火材料见表 2 。
2 感应炉用耐火材料材质的选择
Choice of lining materials of coreless induction furnace/ Zhao Jingzhong// Naihuo Cailiao .-2001 , 35(1):50 The service conditions of refractory lining of induction furnace were introduced .The lining structure of induction furnaces and application result in various service conditions were analyzed.The choice of refractories for various coreless induction furnaces was suggested . Key words :Induction furnace , Furnace lining , Refractories Author' s address :Materials Science &Engineering Institute , Xi' an University of Technology , Xi' an 710048
炉衬耐火材料必须具有优良的高温特性 , 即耐蚀 、 玉具有热膨胀系数小 , 热态体积稳定性好等优点 ,
热面不易产生裂纹 、不易发生渗液 、漏液等意外事
同时使用过程中二次尖晶石化所产生的体积膨胀
故 。 现在铝尖晶石质捣打料逐步取代其他材料 , 正
能有效地抑制炉衬的龟裂 。
在炼钢感应炉上进行推广 。表 3 为熔化铸钢 、特殊 钢用炉衬材料的特性 。
目前常用于铜及铜合金无芯感应炉的炉衬系 统 , 主要有刚玉质和石英质干式捣打料 , 还有预成 型的石墨坩埚及碳化硅坩埚 , 坩埚的背衬为不烧结 的填充料 。 石英质捣打 料成本低 且筑炉方 便 , 在 300 ～ 700 kg 炉子中最多可使用 200 炉次 , 当工作温 度提高 、工作环境更苛刻时 , 刚玉质炉衬就显示出 其优越性 , 使用寿命较长 , 但材料的成本比石英质 提高 7 ～ 8 倍 。 预合成的粘土结合石墨坩埚和碳化 硅坩埚的突出 优点是可以快 速更换 , 节 省烧结时 间 , 同时采 用石墨作结合 剂可以增加坩 埚的电导 率 , 从而使感应炉的电效率提高 , 坩埚内的温度自 然也高 。 但是这种炉衬 的热损失 较大 , 节能效果 差 , 其更换方便和不须烧结的优点及节能效益 , 未 必能补偿成型坩埚与刚玉质炉衬之间的成本差额 , 同时坩埚内的搅拌作用降低 , 对炉温均匀性不利 。 另外在连续使用的大型无芯炉上 , 可以使用与有芯 炉衬类似的莫来石质或高铝质捣打料和浇注料 , 以 上料的筑炉和烘烤周期较长 , 要求连续使用 , 一般 使用寿命可达到一年以上 。 2 .3 .2 铝及铝合金感应炉用耐火材料
耐火材料/ NAIHUO CAILIAO 2001 , 35(1)50 ～ 52
无芯感应炉用炉衬材料的选择
◆ 赵 敬 忠
西安理工大学材料科学与工程学院 西安 710048
摘 要 介绍了感应炉炉衬耐火材料的使用环境 , 分析了感应炉炉衬结构以及在不同的使用环境下 的使用情况和材料选择 。 关键词 感应炉 , 炉衬 , 耐火材料
无芯感应熔铝炉特别是中频感应炉由于加热
速度快 、易于变换金属品种 、占地面积小 , 近年来发 展较快 。目前其炉衬材料主要有以下几种 :
①浇注或湿式捣打成型的高铝质 、莫来石质炉 衬 , 这些材料的施工和烘烤周期长 , 要求连续工作 , 使用效果较好 , 一般寿命在一年以上 。但由于操作 复杂 , 条件苛刻 , 目前使用者较少 。
同时 , 选择炉衬材料时 , 必须注意到金属铝强 烈的还原作用 。 我们经常可以观察到化铝炉炉衬 内壁有坚硬的蘑菇状沉积物 , 这种沉积物是铝在熔 化过程中产生氧化而形成的氧化铝微晶的聚集物 。 在炉衬材料中加入一定的不浸润添加剂可以改善 这一趋势 。如果炉衬材料中存在有游离的 SiO2 , 它 与铝液接触时将被还原成硅 , 硅再与铝形成硅铝合 金 , 存在于材料中或粘附在炉衬的表面 。 如果金属 液中含有金属镁 , 镁氧化后生成的 MgO 与 Al2O3 进 一步反应生成尖晶石 , 这个过程的体积变化将导致 炉衬表面层的剥落 。
2 .1 熔化铸钢 、特殊钢用炉衬材料 目前 , 熔化铸钢 、特殊钢多使用 500 kg 以下的
中频炉 , 炉衬一般使用石英质 、氧化镁质 、镁尖晶石 质等干式捣打料 , 寿命一般为 50 ～ 150 炉次 。 近年来 , 炉容量在 1 t 以上的熔化和保温炉逐 渐增多 , 仅国内用 于炼钢的 20 t 感应炉就 有近 10 台 , 且正在向多品种熔炼 、 高温熔炼和高功率快速
A l2O3 >70 , SiO2 <20
1600
各种无芯炉 各种无芯炉
振动 涂抹
炉底
高铝质浇注料
A l2O3 >55 , SiO2 <36
1600
各种无芯炉
振动
炉盖
高铝质浇注料
A l2O3 >80 , SiO2 <10
1600
各种无芯炉
振动
熔化的方向发展 。 因此 , 要求铸钢 、特殊钢熔化用
高 , 具有优良的耐蚀性 , 与方镁石和尖晶石相比 , 刚
MgO >92 MgO >75, Al2O3 >30 MgO 20～ 45 , Al2O3 55 ～ 75
1500
1800 1800 1800
铜铝及合金
铸钢 特殊钢 铸钢 特殊钢 铸钢 特殊钢
干式
干湿 干式 干式
感应线圈
刚玉质线圈胶泥 高铝质线圈胶泥
A l2O3 >90 , SiO2 <10
1750
化学稳定性 。但是它的热膨胀系数较大 , 烧结温度 高 , 作业中由于 膨胀 、收 缩 , 炉 衬会产生 龟裂及剥 落 , 因此这种材料对 500 kg 以下的炉子比较合适 。
镁尖晶石捣打料是以镁砂为主要原料 , 添加尖
晶石原料制成的 。尖晶石在高温下抗渣性优良 , 热 膨胀系数小于方镁石 , 在使用过程中由于二次尖晶 石化产生的膨胀能抑制龟裂纹的产生和扩展 , 可广 泛用于 1 t 左右的感应熔炼炉 。 但对于 1 t 以上的
来自百度文库
的现象 , 保留了足够厚的未烧结层 , 避免裂纹穿透 ,
51 2001/ 1 耐火材料/ NAIHUO CAILIAO
确保炉子安全稳定地运行 。据报道 , 该捣打料用于 500 kg ～ 10 t 的炉子炉衬寿命通常 为 250 ～ 450 炉 次 , 20 t 炉子的使用寿命达 300 炉次 。 2 .3 熔化有色金属感应炉用耐火材料 2 .3 .1 铜及铜合金感应炉用耐火材料
铸钢 铸铁 铜铝及合金
干式
炉
捣打料
熔融石英质
衬
中性
刚玉尖晶石质
SiO 2>99 Al2O3 80～ 93 , MgO 5 ～ 20
1650 1750
铸铁 铸钢 特殊钢 铸铁
干式 干式
捣打料
热
面
碱性 捣打料
高铝质
镁质 镁尖晶石质 铝尖晶石质
A l2O3 50 ～ 75, SiO2 20 ～ 50
赵敬忠 :男 , 1963 年生 , 博士 。 收稿日期 :2000-01-28
编辑 :郝旭升
5 0 NAIHUO CAILIAO / 耐火材料 2001/ 1
表 2 无芯感应炉用耐火材料
使用 部位
耐火材料种类
主要化学成分/ %
最高使用 温 度/ ℃
用 途
施工方法
酸性
天然石英质
SiO 2>98
1650
抗热冲击性
差
热导率 /W·(m·K)-1
3 .0
耐蚀性
好
1 .1 ～ 1 .3 中 2 .7
好
0 .8～ 1 .0 好 2.5
好
1 .2 ～ 1 .4 中 1 .3
好
烧结性
好
差
感应炉容量/ t <0 .3
>1
差
好
>1
各种容量
镁质捣打料是以电熔镁砂为主要原料的炉衬 耐火材料 , 具有熔点高 、耐蚀性优 、荷重软化温度高 等优点 , 尤其对碱性熔液 、熔渣显示出十分良好的
②复合炉衬由于筑炉简便 、烘炉时间短而被广 泛采用 。其热面采用预烧成的坩埚或炉瓦 , 线圈采 用绝缘胶泥保护 , 中间填充以抗渗 、止漏的干式耐 火材料 , 使用效果较好 , 但坩埚加工周期长 、坩埚的 尺寸不够准确等因素限制了复合炉衬的推广应用 。
③干式捣打料的出现克服了以上两种炉衬的 缺点 , 是目前使用最广泛的化铝炉炉衬 , 虽然使用 寿命不及前两种材料 , 但使用稳定 。 该料的品种有 石英质 、莫来石质 、刚玉质等几种 。
因此 , 使用铝尖晶石质捣打料作炉衬材料 , 炉 衬热面龟裂明显获得控制 , 微裂纹显著减少 。目前
表 3 熔化铸钢 、特殊钢用炉衬材料的特性
特 性
碱性捣打料
中性捣打料 酸性捣打料
镁质 镁尖晶石质 铝尖晶石质 石英质
矿物组成
方镁石
方镁石 , 刚玉 刚玉 , 方镁石 镁铝尖晶石 镁铝尖晶石
石英
热膨胀率/ % 1.3 ～ 1.5
1 炉衬的结构及所用耐火材料
1 .1 炉衬结构 如表 1 所示 , 传统的炉衬结构是在紧靠线圈的
部位铺设一层云母纸 , 接下来是报警电极 , 再铺设 一层石棉板(布), 其后是干式捣打热面炉衬 。 干式 热面在烘烤和使用过程中逐步形成烧结层 、过渡层 和未烧结层 , 合理的三层厚度结构是决定炉衬寿命 的重要因素之一 。为了满足底顶出式拆炉方式的 需要 , 出现了线圈绝缘保护胶泥 , 胶泥取代了云母
表 1 常见的无芯感应炉炉衬结构
类型
传统结构
结构 热面 +保温 +绝缘
特点
一次费用低
用途
各种无芯炉
改良结构
复合结构
热面 +保温 +胶泥 炉瓦 +填料 +保温 +绝缘
一次费用高 稳定可靠
费用高 筑炉复杂
各种无芯炉
冲刷大 、熔蚀严重的炉子 或低熔点金属用炉
1 .2 炉衬耐火材料 感应炉用耐火材料按其性质分为酸性 、中性 、
英质捣打料 。在国内大都采用廉价的天然石英质捣 打料 。 天然石英在使用中虽因 SiO2 的晶型转变会发 生急剧膨胀 , 但由于 β -石英 ※α-石英的晶型转变 是不可逆的 , 冷却时会保留下来 , 因此炉衬热面不易 产生裂纹 , 可以获得稳定可靠的使用寿命 。 但是由 于 SiO2 的热膨胀系数较大 , 抗热冲击性能差 , 要求炉 子操作不能倒空 , 连续操作较为理想 。目前国内这 类炉衬的使用寿命为 60 ～ 150 炉次 。
在国外 , 熔融石英用于铸铁感应炉比较多见 。 与天然石英质捣打料相比 , 熔融石英捣打料具有热
以上的炉子上难以获得稳定理想的使用寿命 。
膨胀系数小 、抗热冲击性能优的特点 , 同时克服了
铝尖晶石捣打料以电熔刚玉为主要原料 , 添加
天然石英在长期使用过程中烧结层较厚甚至烧透
适量尖晶石原料和外加剂制成的 。 电熔刚玉熔点
值得注意的是 , 并不是 SiO2 <98 %的石英砂都 可以用 作感应炉炉衬 , 更重要的 是石英晶粒 的尺 寸 , 晶粒越粗大 、晶格缺陷越少越好 。 感应炉容量 越大 , 对晶粒的要求越高 。
炉子来说 , 由于炉壳直径增大 , 温度急变产生的龟 裂纹的扩大很难避免 , 因此 镁尖晶石捣打料在 1 t
层 , 同时给线圈增加了一层保护屏障 。胶泥层一般 较云母层厚 , 但导热系数大大高于云母 , 因此称含 胶泥的炉衬结构为改良的炉衬结构 。 复合炉衬结 构是为适应一些金属的熔炼需要 , 用预烧成的坩埚 (炉瓦)和填充料取代热面层 , 这种结构解决了干式 料较低温度下难以烧结的问题 , 同时改善某些金属 熔液或渣对炉衬熔蚀较大的状况 。
根据以上工作条件 , 炉衬耐火材料必须具有以 下特性 :(1)具有相对于金属液足够高的耐火度和 荷重软化温度 ;(2)良好的热稳定性 ;(3)不与金属 熔渣及其熔 化时所存在的成 分等发生化 学反应 ; (4)具有高的高温机械强度 ;(5)具有好的隔热性和 绝缘性 ;(6)材料的施工性能好 , 填充密度高 , 烧结 性能好 , 维修方便 ;(7)资源丰富 , 价格低廉 。
这种材料在 3 ～ 5 t 炉子上的使用寿 命达到 200 ～ 400 炉次 。 2 .2 用于铸铁熔化和保温的炉衬材料
以前熔化铸铁大都使用工频感应炉 , 近年来由 于中频 、变频感应熔炼炉具有高效 、节能等种种优 点 , 新安装的铸铁感应炉 , 中频炉 、变频炉占了相当 的比重 。
铸铁感应炉用炉衬耐火材料一般选用酸性的石
无芯感应 炉由于具 有升温能 力强 、可间歇作 业 、炉衬费用低 、使用灵活方便等特点而被广泛采 用 。 目前正向高功率 、快速熔化 、大型化方向发展 。
炉衬耐火材料是决定感应炉产量 、铸件质量及 运行安全可靠性的一个重要因素 。 要获得质量好 、 寿命长的感应炉衬 , 首先要了解无芯感应炉中炉衬 耐火材料的工作环境 。 其中耐火材料工作环境的 特点为 :(1)炉衬厚度薄 , 炉衬材料的 温度梯度很 大 ;(2)炉中金属液电磁搅拌能力强 , 会对炉衬耐火 材料产生机械蚀损 ;(3)炉衬耐火材料反复受到急 冷急热 。
碱性三种类型 , 按施工方法分为干式捣打料 、湿式 捣打料 、浇注料 、涂抹料等 。 在绝大部分场合 , 炉衬 都使用不定形耐火材料 , 有时也要用一些定形耐火 制品 。 耐火材料的材质应根据熔化金属的种类 、渣 的性质 、炉容量及操作条件等选定 。 无芯感应炉常 用的耐火材料见表 2 。
2 感应炉用耐火材料材质的选择
Choice of lining materials of coreless induction furnace/ Zhao Jingzhong// Naihuo Cailiao .-2001 , 35(1):50 The service conditions of refractory lining of induction furnace were introduced .The lining structure of induction furnaces and application result in various service conditions were analyzed.The choice of refractories for various coreless induction furnaces was suggested . Key words :Induction furnace , Furnace lining , Refractories Author' s address :Materials Science &Engineering Institute , Xi' an University of Technology , Xi' an 710048
炉衬耐火材料必须具有优良的高温特性 , 即耐蚀 、 玉具有热膨胀系数小 , 热态体积稳定性好等优点 ,
热面不易产生裂纹 、不易发生渗液 、漏液等意外事
同时使用过程中二次尖晶石化所产生的体积膨胀
故 。 现在铝尖晶石质捣打料逐步取代其他材料 , 正
能有效地抑制炉衬的龟裂 。
在炼钢感应炉上进行推广 。表 3 为熔化铸钢 、特殊 钢用炉衬材料的特性 。
目前常用于铜及铜合金无芯感应炉的炉衬系 统 , 主要有刚玉质和石英质干式捣打料 , 还有预成 型的石墨坩埚及碳化硅坩埚 , 坩埚的背衬为不烧结 的填充料 。 石英质捣打 料成本低 且筑炉方 便 , 在 300 ～ 700 kg 炉子中最多可使用 200 炉次 , 当工作温 度提高 、工作环境更苛刻时 , 刚玉质炉衬就显示出 其优越性 , 使用寿命较长 , 但材料的成本比石英质 提高 7 ～ 8 倍 。 预合成的粘土结合石墨坩埚和碳化 硅坩埚的突出 优点是可以快 速更换 , 节 省烧结时 间 , 同时采 用石墨作结合 剂可以增加坩 埚的电导 率 , 从而使感应炉的电效率提高 , 坩埚内的温度自 然也高 。 但是这种炉衬 的热损失 较大 , 节能效果 差 , 其更换方便和不须烧结的优点及节能效益 , 未 必能补偿成型坩埚与刚玉质炉衬之间的成本差额 , 同时坩埚内的搅拌作用降低 , 对炉温均匀性不利 。 另外在连续使用的大型无芯炉上 , 可以使用与有芯 炉衬类似的莫来石质或高铝质捣打料和浇注料 , 以 上料的筑炉和烘烤周期较长 , 要求连续使用 , 一般 使用寿命可达到一年以上 。 2 .3 .2 铝及铝合金感应炉用耐火材料