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感应炉用耐火材料

时间:2018-03-02 15:23 作者:艾米点击:

  感应炉耐火材料的进展与其他冶金炉相比不是很明确,一般认为是由于其处理量小,因此,耐火材料的使用量也小的原因。1899年,瑞典已实际应用了低频感应炉,美国于1920年在此基础上发展到高频炉(Ajax-North炉),日本于1917年在八幡钢铁公司使用了3 t的感应炉。

  二战后的感应炉随同汽车工业一同成长,其使用基数也逐渐增加,耐火材料技术方面必然有很大的进展。

  感应炉用耐火材料所要具备的条件如下:

  (1)耐侵蚀性(特别是高Mn钢等);

  (2)耐剥落性(急速升温,急速温度分配);

  (3)体积稳定性(从龟裂处向基体侵蚀);

  (4)强度(装入物的冲击);

  (5) 电气绝缘性(防止内衬短路发生)。

  特别是电气绝缘性,它是以往的耐火材料中完全可以忽视的特性。另外,无论哪种炉型,由于使用了薄的内衬,因此,格外重视了其内衬的可靠性(特別是龟裂的发生)。

  炉体的结构分为坩埚型(图1)和沟型(图2),另外,根据频率数分为低频炉(50/60Hz),3倍频炉(150/180Hz)、高频炉(大于200Hz),铸铁、铸钢的熔解一般用坩埚炉,保温(温度补偿)—般用沟型炉感应炉也以铝、铜等有色金属为对象广泛利用。

  坩埚型感应炉

  图1 坩埚型感应炉

  沟型感应炉

  图2 沟型感应炉

  其耐火材料使用的是耐火砖和不定形耐火材料(打结料), 耐火砖由于存在来自接缝处的对基体的侵浊问题,有必要在砌筑方式上下功夫,日本主要使用不定形耐火材料,为了避开内衬内部的水分、采用了干式打结方式或是低水分打结方式进行施工的方法。

  耐火材料的材质是通过熔解物的种类和炉体结构来选择的(表1)。

  表1坩埚型感应炉上使用的耐火材料

  坩埚型感应炉上使用的耐火材料

  铸铁在坩埚型中的熔解,作为其打结料使用传统的天然硅石(SiO2)。至1980年,瑞典产的硅质原料成为打结料的主流,最近使用了各种打结料,通常添加少量的烧结催化剂(比如硼酸)。硅质打结料能够成为多年的材质主流不仅是它对于铸铁来讲为酸性内衬问题,而且经济上也合算,更重要的是由于硅质材质的相变所具有的奇特的线膨胀性,因而能够得到优良的体积稳定性(不容易发生龟裂)。在耐火材料为硅质的情况下,微龟裂具有熔融封闭的特性。

  铸铁保温使用沟型炉时,由于感应线圈部位产生高温的原因而主要使用氧化铝质,一部分使用氧化镁质。由于炉容的扩大,氧化铝质、氧化镁质的不定形耐火材料的体积稳定性成为问题,使用耐火砖(烧成品)的情况多起来。日本使用不定形耐火材料较多,一般的感应线圈部位的耐火材料为熔池寿命的一半。

  铸钢和特殊钢的熔解在使用坩埚炉的情况下,硅质耐火材料不适于在高温区使用而改为使用氧化镁质耐火材料,由于存在高膨胀性、耐崩裂(含有结构上的崩裂)方面的难点,从1970年开始使用氧化镁尖晶石(MgO-MgO • Al2O3)类或是尖晶石类的耐火材料。也成功的使用了镁橄榄石。沟型炉的情况下,感应线圈部位容易产生高温,因此,使用了高纯度的氧化镁质等耐火材料。

  感应炉的耐火材料寿命,可以判断由多个要因支配,其主要内容是:

  (1) 熔解物质和耐火材料材质的组合(相互反应);

  (2) 炉型、炉容里及钢水的流动;

  (3) 熔解温度;

  (4) 冷却条件;

  (5) 操作频率;

  (6) 炉顶内衬材质(和坩埚内衬的反应);

  (7)渣组成。

  上述各方面的内容在I960年已大致掌握,其中,内衬耐火材料和内容物质的反应。

  这样,感应炉的内衬寿命,耐火材料的单耗由于使用状况的不同而变化很大,关于坩埚的硅质内衬的实际效果,从文献中可以引用其中一项估计数据:

  铸铁、合金铸铁、球状石墨铸铁:每吨铁15~35kg

  铸钢、合金铸钢、特殊钢:每吨钢5~10kg

  感应炉的耐火材料在钢铁用耐火材料的技术当中,不可否认占有特殊的位置。但是,若考虑到感应加热方式在今后钢铁工艺中扩大并有效使用的可能性。从耐火材料技术史的观点看也少不了它的存在,特别是和真空熔解等工艺的关系,感应炉应该为进—步重视的领域。

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