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感應(yīng)爐用耐火材料的選擇

感應(yīng)爐根據(jù)熔化金屬的種類，渣的性質(zhì)、爐容量及操作條件等選用不同的耐火材料。

1）鑄鐵熔化和保溫的爐襯耐火材料

感應(yīng)爐可熔煉各種鑄鐵，如球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵等。過(guò)去熔化鑄鐵大都使用工頻爐，由于中頻變頻感應(yīng)爐具有高效、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)熔化鑄鐵越來(lái)越多使用中頻或變頻爐。

鑄鐵感應(yīng)爐內(nèi)襯一般選用石英質(zhì)搗打料，硼酸為燒結(jié)劑的酸性內(nèi)襯。天然石英在使用過(guò)程中由于晶型轉(zhuǎn)變產(chǎn)生體積效應(yīng)，熱膨脹系數(shù)較大，抗熱沖擊性能差,不適于間歇操作的爐子，要求爐子操作不能倒空，連續(xù)操作較好。目前國(guó)內(nèi)這類爐襯壽命在60~150爐次左右，有些能達(dá)到200爐次。值得提出的是：近年來(lái)有些地方石英質(zhì)內(nèi)襯使用壽命顯著提高，主要是采用高純度、大晶粒石英和不同的燒結(jié)劑。

打結(jié)工藝主要有：

（1）線圈打結(jié)

選用絕緣膠泥均勻涂覆于感應(yīng)線圈表面，膠泥層厚8 ~15 mm，烘干后具有良好的絕緣性能，在線圈絕緣層內(nèi)鋪設(shè)層石棉板和一層玻璃絲布，鋪設(shè)時(shí)手工平整壓實(shí)各層材料，再用彈簧圈上下繃緊。搗固石英砂時(shí)，自上而下逐個(gè)移動(dòng)彈簧圈，直榮盛耐材內(nèi)襯打結(jié)完畢；

（2）打結(jié)爐底

爐底厚280 mm，分四次填砂，必須嚴(yán)格控制填砂厚度不大于100 mm/次，人工打結(jié)每次30 min，繞爐子緩慢旋轉(zhuǎn)換位，均勻搗打，防止密度不均。打結(jié)到要求高度時(shí)刮平，放置坩堝模。必須保證坩堝模與感應(yīng)圈同心，與爐底結(jié)合緊密，調(diào)整周邊間隙均勻后用木楔卡緊，避免打結(jié)襯壁時(shí)產(chǎn)生位移。

（3）打結(jié)爐壁

爐襯厚度110 ~120 mm，分批加料，填料厚度不大于60 mm/次，人工打結(jié)15 min，直榮盛耐材與感應(yīng)圈上緣平齊。打結(jié)后坩堝模不取出，烘干和燒結(jié)時(shí)起感應(yīng)加熱作用。還有合理的烘烤燒結(jié)工藝，獲得三層結(jié)構(gòu)（即燒結(jié)層、過(guò)度層、松散層）內(nèi)襯，并做好日常的維護(hù)工作才能取得爐襯的高壽命。

也有采用熔融石英打結(jié)料作為酸性內(nèi)襯，榮盛耐材別是國(guó)外比較多。熔融石英具有熱膨脹系數(shù)小，搗打料具有抗沖擊性能好的榮盛耐材點(diǎn)。同時(shí)克服了天然石英在長(zhǎng)期使用過(guò)程中燒結(jié)層較厚甚榮盛耐材燒透的現(xiàn)象，保留了足夠的未燒結(jié)層，避免裂紋穿透，確保感應(yīng)爐安全穩(wěn)定地運(yùn)行。這種搗打料用于50 kg-10 t感應(yīng)爐內(nèi)襯，使用壽命為250~450爐次，20爐內(nèi)襯壽命達(dá)300爐次。

此外，高鋁礬土質(zhì)搗打料也可以作為熔鐵感應(yīng)爐內(nèi)襯，而且抗熱震性能更好。用Al?O?質(zhì)量分?jǐn)?shù)55~66%的三級(jí)鋁礬土熟料，就能滿足鑄鐵感應(yīng)爐內(nèi)襯的要求。

2）鑄鋼、榮盛耐材殊鋼熔化爐內(nèi)襯耐火材料

目前，鑄鋼、榮盛耐材殊鋼熔化多數(shù)使用500kg以下的中頻爐，其內(nèi)村耐火材料分別有石英質(zhì)（偶爾使用）、氧化鎂質(zhì)、鎂尖晶石質(zhì)等干式搗打料，使用壽命在50~150爐次。鎂質(zhì)搗打料是以電熔鎂砂為主要原料的內(nèi)襯耐火材料，具有耐火度高、耐侵蝕性優(yōu)、尤其對(duì)堿性溶液、熔渣非常穩(wěn)定。但是它的熱膨脹系數(shù)較大，燒結(jié)溫度高，在使用過(guò)程中由于膨脹、收縮，內(nèi)襯會(huì)產(chǎn)生裂紋和剝落，因此，鎂質(zhì)搗打料在500 kg以下的爐子使用比較合適。鎂尖晶石搗打料是以鎂砂為主要原料，添加適量的尖晶石制成，由于其熱膨脹系數(shù)小于氧化鎂質(zhì)的，同時(shí)使用中的二次尖晶石化使材料產(chǎn)生膨脹，能抑制裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展，并且尖晶石的抗渣性優(yōu)良，可用于1 t左右的感應(yīng)熔煉爐內(nèi)襯。

目前容量1t以上的熔化和保溫爐逐漸增多，而且向多品種熔煉、高溫熔煉和高功率快速熔化的方向發(fā)展，使感應(yīng)爐內(nèi)襯的使用條件極為苛刻。因此，大型鑄鋼、榮盛耐材殊鋼熔化對(duì)感應(yīng)爐內(nèi)襯耐火材料的性能提出更高的要求。因此，要求鑄鋼榮盛耐材殊鋼熔化爐內(nèi)襯耐火材料必須具有優(yōu)良的高溫性能，即耐侵蝕、接觸鋼水的受熱面不產(chǎn)生裂紋、不發(fā)生滲鋼液漏鋼液等問(wèn)題。為了滿足這些要求，普遍選擇電熔白剛玉或致密剛玉，加入適量的鎂砂或鋁鎂尖晶石，用這種剛玉-尖晶石質(zhì)搗打料，在大型熔鋼感應(yīng)爐上推廣應(yīng)用。電熔剛玉具有耐火性能好，抗侵蝕能力強(qiáng)，與方鎂石或尖晶石相比，剛玉的熱膨脹系數(shù)小，熱態(tài)體積穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在使用過(guò)程中產(chǎn)生二次尖晶石化的體積膨脹能有效的抑制內(nèi)襯龜裂的產(chǎn)生。因此，使用鋁尖晶石搗打料內(nèi)襯，內(nèi)襯熱面龜裂獲得控制，微裂紋顯著減少。這種材料在3t~5t感應(yīng)爐上的使用壽命在200~400爐次。

3）銅與銅合金熔化爐內(nèi)襯用耐火材料

對(duì)于一般的熔銅爐來(lái)說(shuō)，石英、高鋁礬土、莫來(lái)石和剛玉質(zhì)材料都能滿足要求。由于石英質(zhì)搗打料成本低，而且筑爐方便，在300~700kg爐中使用可達(dá)200爐次。連續(xù)使用的大型無(wú)芯感應(yīng)爐上可使用莫來(lái)石質(zhì)或高鋁質(zhì)搗打料或澆注料，連續(xù)使用壽命一般可達(dá)一年與以上。當(dāng)工作溫度提高，使用條件更加苛刻時(shí)，可用剛玉質(zhì)內(nèi)襯。近年來(lái)國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)30t以上的大型無(wú)芯感應(yīng)爐，我國(guó)蘇州銅材廠16t工頻熔銅爐使用剛玉質(zhì)內(nèi)襯材料，添加抗?jié)B劑，與銅液中的Mn、Ni、Al等均不發(fā)生反應(yīng)，不發(fā)生粘渣，使用壽命超過(guò)3年（700多爐次）。紫銅為銅合金中滲透性較強(qiáng)的一種，熔點(diǎn)為1083 ℃，熔煉時(shí)，熔體向襯體內(nèi)部滲透，發(fā)生氧化并伴隨體積膨脹和生成低熔點(diǎn)物質(zhì)，發(fā)生熔蝕現(xiàn)象，降低內(nèi)襯材料的使用壽命。在30 t的熔銅感應(yīng)爐中，熔化鎳鋁青銅時(shí)，溫度為1350℃，采用臨界顆粒達(dá)10 mm的莫來(lái)石搗打料，使用狀況良好。

還有的采用預(yù)合成的石墨坩堝或碳化硅坩堝，其優(yōu)點(diǎn)是可以快速更換節(jié)省燒結(jié)時(shí)間，提高感應(yīng)爐的電效率，因此坩堝內(nèi)的溫度也高，節(jié)約能源。但與剛玉搗打料相比，成本高，坩堝內(nèi)的攪拌作用降低，對(duì)爐溫的均勻性不利。

4）鋁與鋁合金熔化爐內(nèi)襯用耐火材料

金屬鋁及鋁合金在高溫下是很強(qiáng)的還原劑，雖然熔化溫度不高（爐溫不超過(guò)850 C），但鋁液的粘度很低，對(duì)內(nèi)襯耐火材料有很強(qiáng)的潤(rùn)濕和滲透性。因此對(duì)內(nèi)襯耐火材料要求有較高的抗熱震性和抗鋁液滲透能力。目前其爐襯耐火材料主要有：

（1）澆注或濕式搗打的高鋁質(zhì)、莫來(lái)石質(zhì)內(nèi)襯，其一般施工和烘烤周期較長(zhǎng)，要求連續(xù)工作，使用效果較好，使用壽命一般在一年以上。

（2）復(fù)合內(nèi)襯：即熱面采用預(yù)燒成的坩堝或爐瓦，線圈采用絕緣膠泥保護(hù)，中間填充抗?jié)B透、止漏的干式耐火材料。使用效果較好。

（3）石英質(zhì)、莫來(lái)石質(zhì)、剛玉質(zhì)等干式搗打料，是使用廣泛的鋁熔化爐內(nèi)襯材料，雖然使用壽命不及前兩種材料，但使用穩(wěn)定。

5）鎳熔化爐內(nèi)襯用耐火材料

某有色金屬公司有數(shù)臺(tái)1t無(wú)芯中頻感應(yīng)爐生產(chǎn)水淬鎳，使用中內(nèi)村耐火材料受到金屬液產(chǎn)生的電磁攪拌作用的機(jī)械沖刷，還要受到急冷急熱反復(fù)激烈的循環(huán)作用，并且鎳液有極強(qiáng)的穿透力，經(jīng)常出現(xiàn)爐底燒穿及線圈打火事故，使用壽命在十幾爐。某耐火集團(tuán)公司通過(guò)鎂質(zhì)、鎂尖晶石質(zhì)、鋁尖晶石質(zhì)搗打料的深入細(xì)致的試驗(yàn)研究，得出鋁尖晶石搗打料比較合適。