摘 要 分析了无芯感应电炉成型炉衬的研究及应用现状,探讨了无芯感应电炉成型炉衬的发展趋势。
关键词 感应电炉;成型炉衬
0 前言
无芯感应电炉由于具有升温速度快、可间歇作业、熔炼时元素烧损少、炉衬费用低、使用灵活方便等特点而被广泛用于金属炉料的熔化。其耐火炉衬按制作方法分类,可分为炉内捣制整体式炉衬、炉外预制成型炉衬、炉内砌筑式炉衬三种。国内目前大型电炉以炉内砌筑式炉衬为主,中小型电炉以炉内捣制整体式炉衬为主,但是快速发展中的炉外预制成型炉衬必将取代炉内捣制整体式炉衬。
炉外预制成型炉衬(空心开口实底圆柱状耐火成型制品)使用前仅需将其吊进炉腔并用普通不定型炉衬混合料将炉衬与感应线圈之间的间隙填实即可。其成型方法有普通模压成型工艺、旋转钢模模压工艺和等静压成型等。
1 国外研究与应用进展
最早的预制成型炉衬是130 多年前英国NORTON 的Morgan公司生产的粘土石墨坩埚(clay bonded),主要用于有色金属的熔炼及保温,也可用于感应电炉熔炼铁水。这类成型炉衬一般采用旋转钢模模压法成型:用必要的压力将钢模压入填有规定数量混合料的旋转钢模内,型内锁口盘挡着混合料以免挤出。成型后在炉窑内进行干燥或初步烧结,然后喷涂釉料,最后进行高温烧结。该公司生产的碳化硅成型炉衬以碳粘结(carbon bonede)碳化硅和石墨为主要原料[1-2]。
日本坩埚株式会社(NIPPON
CRUCIBLE CO.,LTD.)在1955年首次在日本开发生产了石墨-炭化硅材质坩埚。该材质坩埚与粘土石墨材质比较,具有更优良的耐久性。该公司生产的PHOENIX成型炉衬主要成分是:固定碳素30%~55%,碳化硅32%~50%[3]。其性能如表15所示。感应电炉熔炼铜合金时的参考寿命为100~200次。
表1 日本PHOENIX成型炉衬的性能
项目
|
显气孔率
%
|
热导率
W·m-1k-1
|
电阻率
Ω·cm
|
断裂模量
MPa
|
氧化失重率
%(850℃,24h)
|
热膨胀率
%(800℃)
|
参数
|
18~24
|
19.8~52.3
|
1.5~6×10-3
|
6.9~17.7(室温)
4.9~13.2(1200℃)
|
<1.0
|
0.25~0.35
|
PHOENIX成型炉衬的特性有如下几点:
(1)抗侵蚀性好:炉衬内部采用均一细密的结构,对金属及助熔剂的侵蚀有极大的抵抗性。
(2)抗氧化性强:炉衬原料及特殊涂料的开发,提高了抗氧化性能,炉衬的使用寿命显著延长。
(3)热传导性高:原料中采用高成分固定碳素,能缩短熔解时间、节省燃料。
日本NIPPON坩埚株式会社开发的Super PHOENIX HP成型炉衬采用冷等静压工艺(Cold -----------------------------------
湖北省科技厅科技攻关项目(992P0202)资助
Isostatic Press Production)成型,具有更好的稳定性、更长的使用寿命。
德国COKG公司生产碳化硅成型炉衬的方法有旋转钢模模压工艺和等静压工艺。采用旋转钢模模压工艺时,炉衬脱模后先在1350℃下焙烧,将粘结剂烧掉,再送入装有一种含碳液体的压热器中进行压力浸渗,最后进行二次焙烧,直到形成珐琅质。生产高致密度炉衬
时,则在充注有油或其它液体的压室内进行等静压成型,炉衬孔隙度不超过10%[4]。
生产粘土石墨炉衬和碳化硅成型炉衬的国外著名公司还有日本TYK株式会社和英国维苏威(VESUVIUS)公司等。英国维苏威(VESUVIUS)公司生产的专用于感应电炉的成型炉衬材质为粘土石墨,有带浇口和不带浇口两种,不带浇口的高度为950~2025mm,外直径为480~1040mm;带浇口的一般较小,高度为640~890mm,外直径为415~560mm。
日本NIPPON坩埚株式会社开发的White PHOENIX成型炉衬可用于高熔点黑色金属的熔炼,其抗裂性和防渗透性好,强度高,金属液的纯度也高。其材质为高纯氧化铝和铝硅酸盐,主要性能和典型尺寸如表2~3所列。
表2 日本White PHOENIX成型炉衬的型号、主要成分及性能
型号
|
A
|
A99
|
A96
|
PC-59A
|
PC-98A
|
Al2O3 / %
|
99
|
99
|
96
|
59
|
98
|
SiO2 / %
|
-
|
-
|
3
|
37
|
1
|
显气孔率 / %
|
23.0
|
19.3
|
16.9
|
17.4
|
18.5
|
密度 / g ·cm-3
|
3.00
|
3.06
|
3.16
|
2.51
|
3.17
|
断裂模量/ MPa
|
37
|
54
|
62
|
76
|
77
|
热膨胀率 / %(
1000℃)
|
0.8
|
0.8
|
0.7
|
0.5
|
0.8
|
热导率 / W·m-1k-1
|
4.4
|
4.5
|
4.5
|
1.4
|
3.5
|
表3 日本White PHOENIX成型炉衬的规格和典型尺寸
熔化量/ kg
|
外直径/ mm
|
内直径/ mm
|
高度/ mm
|
150
|
365
|
320
|
460
|
500
|
500
|
440
|
695
|
1,000
|
630
|
550
|
945
|
2,000
|
730
|
650
|
1,000
|
3,000
|
895
|
805
|
1,367
|
最大
|
1,000
|
910
|
1,500
|
美国预成型耐火材料公司[5](American Precast Refractories, Inc.)是美国联合矿产公司专门为钢厂、铸造厂、铝厂生产耐火预制件成型产品的全资子公司(坐落在俄亥俄州哥伦布市),拥有25年在耐火材料预制件上的成形、混合、浇注和固化定形的丰富经验,具有为任何相关用途所适用的准确尺寸及形状提供设计和精确制作成形的能力。该公司的感应电炉成型炉衬产品容量范围为1000磅铜到10吨铁,已广泛应用于铁合金和铜、铝、锌等非铁合金的熔炼,具有以下优点:炉衬紧实度高,耐火材料可根据熔化的合金种类选择,金属加热时间缩短,炉衬清渣和拆除容易,更换快捷。铸铁用耐火材料有酸性(如SiO299.2%, Al2O30.5%)和中性(如Al2O386.4%,MgO8.2% ,SiO22.9%)两种,铸钢用耐火材料有酸性、中性和碱性(如Al2O30.2%,MgO97.4% ,SiO20.8%)三种。
美国SELEE工程陶瓷公司[6]生产的HYcor预成型炉衬材质也分为三种:硅酸锆和氧化硅质的强酸性炉衬,氧化铝和铝镁尖晶石质的中性炉衬,氧化镁质的碱性炉衬。容量范围为0.5公斤到1000 公斤,其中小型预成型炉衬可一同做出炉口。安装时填充层的厚度应大于1英寸(25.4 mm),否则填充料难以紧实,感应线圈也难以得到保护。在成型炉衬开始加热的最初1~1.5小时内,加热速度应控制在300~500○F/h。
法国乐法(LAFARGE)耐火材料公司[7]生产化铝用Monoform预成型炉衬,固定填充
料为干式,即不加水。其特点是:安装快速,保温性和安全性好(即使成型炉衬产生裂纹,铝液也会凝固于干式填充料中,不致发生渗漏事故),无需烘烤,容易拆解。
英国凯比拓(CAPITAL)耐火材料公司[8]也生产各种预成型炉衬,成型方法有等静压成型工艺和振动压实成型工艺两种,材质有MgO、Al2O3、ZrO2、铝铬尖晶石、硅线石和莫来石。
英国RPC公司(Refractory Products Co.)于1980年代中期也相继生产出这类成型炉衬。RPC公司还开发出以具有良好的抗剥落性、高温抗裂性和绝热性的陶瓷纤维为耐火基料的成型炉衬等耐火制品。
英国HTP公司开发的一种成型炉衬内壁涂料可使成型炉衬使用寿命提高 1.5~2.0倍。这种涂料主要由氮化钛和碳化钛组成,能抵抗酸、碱、氧化物、气体、流体等的化学侵蚀,热导率低,不污染金属液。涂料可采用刷涂和喷涂,厚度宜为1/6~1/8英寸(3.2~4.2mm)[9]。文献[10]介绍:在炉衬内壁施涂涂料可使炉壁易于清理;熔炼钢时,可使用氧化镁质涂料,不会损害炉衬性能。
西方工业发达国家的铸造企业已普遍采用专业生产的商品化系列成型炉衬。美国联合矿产公司、美国SELEE工程陶瓷公司、日本坩埚株式会社(NIPPON CRUCIBLE CO., LTD.)、英国凯比拓(CAPITAL)耐火材料公司和英国FOSECO公司等已发展到将各种高温金属液的转运包、工艺处理包、浇注包等的内衬成型化、商品化、系列化[11-12]。
2 国内研究与应用进展
迄今为止,国内冶金和铸造工业用于熔炼黑色金属的各种感应电炉(高频炉、中频炉、工频炉)的耐火炉衬仍习惯靠人工利用捣固机等简单器械在炉体内依金属胎模(一般为一次性使用)捣筑而成,筑炉时间长达2~8小时,熔炼前还需进行8小时以上的自然干燥和烘炉,以便充分排除炉衬内的水分并使炉衬获得较高强度。这种炉内捣筑整体式炉衬的缺点是:工人劳动强度大,作业环境恶劣,工作效率低,对工人的技术水平要求高,能源消耗量大,炉衬紧实密度不均,强度低,对高温金属液和熔渣的抗侵蚀能力弱,合金元素收得率低,炉衬绝热保温性差,使用寿命短(如熔炼不锈钢时镁砂碱性炉衬仅能连续使用20~65炉次),导致熔炼成本高[13]。
国内最早见诸报道的用于黑色金属熔炼的感应电炉炉外成型炉衬技术文献是李长斌1986年申请的的“镁质感应电炉坩埚制造方法”专利[14]。该专利述及的成型炉衬为双层结构,内层选用大粒度、高纯度镁砂,外层选用小粒度、重烧镁砂;通过压实成型后,在1650℃高温烧结而成。该成型炉衬与炉内捣制炉衬相比,其结构简单,成本低,提高了耐急冷急热性能及设备利用率,节约了能源,增加了炉龄。其内层配比为:高纯镁砂(4~12mm)92%、电熔镁粉(100目)5%、氯化镁溶液3%;外层配比为:重烧镁砂(2~10mm)88%、电熔镁粉(100目)7%、氯化镁溶液5%。
1993年沈阳铸造研究所宫涛等采用镁砂作为耐火材料,并用901胶作粘结剂,研制出500kg感应电炉用炉外预制成型整体炉衬[15]。该成型炉衬采用专用模具压实成型,然后在120~240℃加热4小时左右。
1994年山东青岛崂山电炉厂采用矾土水泥研制出0.3~1.0吨化铝用工频感应电炉炉外成型炉衬[16]。该成型炉衬采用专用模具浇注成型,化铝时内壁不需涂料,可使用1800炉以上,是石英砂质炉内捣制炉衬的6~8倍。
1994年黑龙江矿业学院赵亚洲等采用高铝矾土熟料并用磷酸和耐火粘土作为粘结剂,研制出150kg感应电炉用炉外预制成型整体炉衬[17-18]。该成型炉衬采用的高铝矾土化学成分如表4所示,炉衬材料配方如表5所示。其生产工艺过程如下:将配好的炉衬材料用混砂机混均,然后装入密封的袋中困料,达到技术要求后,在叠层组装式木制模具内采用逐层填料—逐层压实工艺成型,起模并修整后,先自然干燥5天左右,再在箱式电阻炉中从常温逐渐升温到550℃加热即可,总加热时间为10小时左右。该成型炉衬先后在鸡西矿务局机械配件厂和黑龙江矿业学院矿山机械厂150kg中频感应电炉上进行了实际应用,安装工作量仅为原来的20%,应用效果与原石英砂炉衬比较如表6所示。
表4 高铝矾土的化学成分(%)
Al2O3
|
SiO2
|
Fe2O3
|
TiO2
|
CaO
|
MgO
|
K2O
|
Na2O
|
烧失
|
81.45
|
10.94
|
1.70
|
3.30
|
0.51
|
0.63
|
0.16
|
0.32
|
0.90
|
表5 黑龙江矿业学院高铝矾土成型炉衬材料配方
颗粒尺寸
|
8~12mm
|
3~5mm
|
0.5~1mm
|
<0.1mm
|
磷酸
|
耐火粘土
|
比例/ %
|
25
|
35
|
10
|
30
|
8~10
|
<4.5
|
表6 黑龙江矿业学院高铝矾土成型炉衬与原炉内捣打炉衬应用情况比较
应用工厂
|
炉衬材料
|
炉龄/次
|
热震
稳定性
|
抗渣性*
|
合金元素
收得率
|
生产
效率
|
鸡西矿务局机械配件厂
黑龙江矿院矿山机械厂
|
成型炉衬
捣打石英砂炉衬
成型炉衬
捣打石英砂炉衬
|
97
89
105
78
|
较好
较差
较好
较差
|
0.5
1
0.6
1
|
多
少
多
少
|
高
低
高
低
|
注:*使用过程中成形炉衬产生的熔渣比石英砂炉衬少40%-50%
沈阳铸造研究所张海泉于1996年研制出0.15~1.0吨感应电炉用成型炉胆[13、19],但该炉胆不是整体结构,而是由分别成型的炉胆筒体和炉胆底两部分组合而成。该成型炉胆是采用镁砂或刚玉砂、石英砂、铝矾土熟料砂等耐火材料,按一定颗粒配比,加适量的结合剂和添加剂,在专用模具内压实成型,然后在60~600℃加热1~3小时,即为成品。镁砂质产品的镁砂粒度配比为:3~6目15%,7~14目25%,,35~100目20%,>200目15%;再加入石墨0~5%,Al2O35%~25%,Cr2O30~5%, ZrO20~5%,ρ- Al2O31%~4%。该产品具有如下特点(以250kg容量的感应电炉炉胆为例):
(1)节电15%左右。可不经烘炉而直接送电熔炼,在熔炼过程中感应电炉的电功率由使用捣制炉衬时使用的160KW降低到130KW,而不影响钢水温度和熔化时间。
(2)省时。筑一个炉衬,从施工、烘炉到开始熔炼,由原来捣制炉衬的8~12小时减少到1小时左右就能完成,而且每炉的熔炼时间缩短15%~20%。
(3)安装方便,使用安全。更换炉胆就像更换机器零件那么方便,因而降低了工人的劳动强度,改善了劳动条件。同时在炉胆外围到感应圈间有一充填层作安全衬,避免了穿炉现象,因此保证了生产安全。
(4)工频感应电炉和中频感应电炉使用该炉胆,可以减少金属液中机械杂质的含量,因此能提高铸件质量。
(5)成型炉胆使用寿命长,熔炼不锈钢时可连续使用136炉次,而炉内人工捣制炉衬仅能连续使用65炉次。
沈阳铸造研究所张海泉于1998年继续研制出0.15~1.5吨感应电炉用成型整体炉衬 [20]。这种成型炉衬仍然在专用模具内压实成型,然后在60~800℃加热1~3小时即可,固定填充料为干式(不加水)。但是该炉衬的外形为圆柱体,底部的圆角半径很小。圆柱体外形容易导致成型炉衬在使用时由于高温膨胀产生整体上移而与固定填充层脱离或底部悬空。底部圆角半径过小时容易产生热应力集中而导致裂纹,严重时甚至发生穿炉事故。
沈阳恒丰实业公司于1998年生产0.15~1.0吨感应电炉用成型整体炉衬,并制订了产品企业标准[21]。该标准规定的主要性能指标如表7所示。该公司发现[22]:目前国内生产的成型炉衬(或称为坩埚、炉胆、衬套等)其顶端圆环为平面,安装时要在圆环平面上打结炉领,而炉领所用的材料与炉胆材料不同,且捣打的致密度与炉胆不同,热胀系数亦不相同,再加之平面结合,很难结合牢固,故生产过程中,炉胆与炉领之间极容易出现缝隙,造成漏
表7 沈阳恒丰实业公司成型整体炉衬企业标准规定的主要性能指标
MgO
%
|
Al2O3
%
|
体积密度
g·cm-3
|
耐压强度
MPa
|
耐火度
℃
|
67~96
|
33~4
|
≥2.85
|
≥30.0
|
>1790
|
钢事故,不仅使炉龄短,而且易引起设备损坏,给用户带来很大损失。为此,该公司开发出一种使炉胆、炉领有很好地结合、防止漏钢的台阶式感应电炉成型炉胆。该实用新型炉胆的顶端为内低外高的台阶面,可有效防止在生产过程中炉胆内的钢水从炉胆的顶部外溢,从而提高了炉体的寿命、降低了生产成本。同时,该公司还研制出一种顶端平面为凹凸不平状的感应电炉成型炉胆[23]。这样可以使炉胆与炉领有紧密的结合,有效地防止生产过程中炉胆内的钢水从炉胆的顶部外溢,从而提高了炉体的寿命,降低了生产成本。该新型炉胆可用于熔化各种金属及其合金,炉龄可达100炉以上,每炉熔炼时间可缩短15%。
沈阳恒丰实业公司还发现:目前国内生产的炉胆通常结构就是由胆底、侧壁所组成,侧壁的厚度是相等的;但在实际生产中,由于倾倒钢水时,炉胆需要倾斜,这样,炉胆倾倒钢水这一个侧壁受力较大,而且接触钢水时间长,因此,该处侧壁受钢水的侵蚀较严重,易变薄后出现裂缝或脱落。现场人员为增长炉龄,用耐火材料弥补,但新材料与炉胆原材料一般不相符,而且致密度不一致,因此,其效果不尽理想。为了解决炉胆侧壁厚度相等,易使一侧侧壁先受损失、减少炉龄的问题,该公司又开发出一种针对实际情况增厚一侧侧壁、增加炉龄的中频感应电炉成型炉胆[24]。该炉胆的结构要点就是侧壁的一半为均匀厚度侧壁,侧壁的另一半比均匀厚度侧壁的厚度多1~200mm,具有最大厚度的侧壁同均匀厚度侧壁之间的厚度为逐渐均匀过渡。这样具有最大厚度的侧壁可较长时间承受倾倒钢水所承受的压力及侵蚀,提高炉胆的使用寿命;并可减少修补侧壁所耗费的人力、物力。
浙江省湖州市长广铸力炉胆厂近几年也生产成型炉衬,其熔炼时间可缩短15%以上,节电15%以上,平均使用寿命在80炉以上[25]。
本溪钢铁公司钢铁研究所[26]于1998年采用电熔氧化钙(CaO>98%)并加入防水剂,经等静压成型工艺研制成功10kg型真空感应电炉成型炉衬。由于等静压成型工艺复杂,制造成本高,该所又改用200吨液压机压制10kg型成型炉衬。等静压成型工艺制造的成型炉衬体积密度和气孔率分别为>2.7g/cm3、<15%。200吨液压机压制工艺制造的成型炉衬体积密度较低,气孔率较高,分别为2.5~2.6g/cm3、18%~21%,而且不同部位的密度有差异,但是其低密度缓冲了成型炉衬在烘干和熔炼时的热应力,使其不易产生裂纹。
北京钢铁研究总院也于2002年采用预制氧化钙质耐火材料作为10kg真空感应电炉炉衬 [27-28],通过真空熔炼获得超低氧纯净钢。预制氧化钙炉衬用加入防吸水剂的石灰砂经等静压成型后烧结而成,炉衬中CaO含量87%左右,炉衬壁厚11mm。这种预制氧化钙炉衬的特点是不吸水,因而可以长期放置;但其不足是炉衬的大型化比较困难。此外,在冶炼试验过程中发现,预制CaO炉衬耐急冷急热性差,容易开裂;炉衬材料中加入的防吸水剂降低了CaO的含量(CaO的实际含量>85%),因而这种炉衬的脱氧效果也受到影响。
西安航空职业技术学院张敏华于2005年采用电熔刚玉质浇注料并用低钙氧化铝水泥和活性α-Al2O3微粉作为粘结剂,研制出中频感应电炉炉外预制成型整体炉衬,用于熔炼钛合金[29]。该成型炉衬采用的电熔刚玉的化学成分和炉衬材料配方如表8所示。其生产工艺过程如下:将搅拌好的浇注料装入装配式模具内,并充分振动,表面抹光,12h后脱模,保湿养护2天,再在120℃烘箱中放置24h即可。该成型炉衬的最高工作温度为1800℃。
表8 西安航空职业技术学院电熔刚玉成型炉衬材料配方(%)
电熔刚玉
|
粘结剂
|
水
|
添加剂
|
Al2O3
99
|
CaO
0.05
|
SiO2
4.95
|
活性α-Al2O3微粉
适量
|
低钙Al2O3水泥
5
|
5.5
|
适量
|
|
|
|
|
|
|
|
迄今除本溪钢铁公司钢铁研究所和北京钢铁研究总院采用等静压成型工艺生产10kg型真空感应电炉小型成型炉衬以外,其他单位均采用普通的逐层填料—逐层压实工艺或浇注—振动成型工艺,其紧实密度不均匀,常温抗压强度和高温抗裂性不高,导致炉衬寿命不稳定。
湖北工业大学机电研究设计院[30]从1999年起一直紧密跟踪国内外感应电炉炉外成型炉衬技术的研究和发展动态,致力于新型成型炉衬生产技术的研发,现已研制成功碱性、中性、酸性系列成型炉衬产品;并首创采用内胶囊水压膨胀等静压成型工艺及专用设备和模具,设备结构简单,投资少,模具装拆方便,脱模容易,可生产大型成型炉衬产品;炉衬成型后先自然干燥数天,再在内壁刷涂约1mm厚的助烧结型涂料,然后送入箱式电阻炉中从常温逐渐升温到500℃保温1h,炉内自然冷却至低于80℃后即可出炉。
该碱性成型炉衬以成本低、来源广、绝缘性能好的烧结镁砂(MgO96%)为主要原料,采用MgO-Al2O3-SiO2-H2O复合体系作为结合剂,添加α-Al2O3微粉使其在使用过程中与MgO反应形成尖晶石,利用形成尖晶石过程中微膨胀产生的微裂纹提高成型炉衬的抗热震性能,抑制龟裂纹的产生和扩展,同时尖晶石的形成有利于提高成型炉衬的抗渣性。Al2O3微粉加入量还会影响试样的气孔率,从而间接地影响试样的强度。合理的粒度分布有利于提高成型炉衬的热震稳定性、抗渣和抗钢液的化学侵蚀能力等性能。较优骨料粒度分布为正态分布,较优骨料与基质质量比为70:30,与黑龙江矿业学院的研究结果基本一致。
湖北工业大学机电研究设计院研制的等静压炉外预制成型系列炉衬与国内熔炼黑色金属的几种典型成型炉衬的使用效果对比如表9所示。结果表明:在熔炼黑色金属的成型炉衬中,该成型系列炉衬的等静压炉外预制成型方法系国内首创;成型炉衬安装工作量仅为炉内捣制整体式炉衬的20%~40%,单炉熔炼量提高5%~15%;前50炉过程中内壁挂渣很少,表面光滑;间歇式熔炼时,节电效率可达27%左右,熔炼时间可缩短11%~25%,炉衬使用寿命可提高50%~100%;以上主要技术指标均达到国内领先水平。
表9 国内熔炼黑色金属的几种典型成型炉衬的成型方法和使用效果对比
生产
单位
|
炉衬类型
|
成型方法
|
熔炼
钢种
|
炉衬
额定
容量
|
熔炼作业模式
|
使用
寿命
|
寿命
提高率
|
熔炼
时间
缩短
|
节电
|
黑龙江矿业学院
|
高铝矾土
|
逐层填料—
逐层压实 550℃×10h
|
|
150kg
|
间歇式
|
97~105炉
|
9%~
35%
|
|
|
沈阳铸造研究所
|
镁砂或刚玉砂、石英砂、铝矾土熟料砂等,填充料干捣
|
压实成型 60~800℃×(1~3)h
|
不锈钢
|
250kg
|
连续式
|
136炉
|
109%
|
15%~
20%
|
15%
左右
|
沈阳恒丰实业公司
|
镁砂或刚玉砂、石英砂、铝矾土熟料砂等,填充料干捣
|
压实成型 60~800℃×(1~3)h
|
|
|
间歇式
|
100炉以上
|
|
15%
|
10%~20%
|
湖北工业大学
机电研究设计院
|
烧结镁砂+
高铝刚玉、高铝矾土砂+烧结镁砂,填充料干捣和湿捣
|
内胶囊
水压膨胀
等静压成型
500℃×1h
|
高锰钢、碳钢、不锈钢、合金铸铁
|
250kg
|
间歇式
|
70~145炉,
平均103炉
|
50%~
100%
|
11%~
25%
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27%
左右
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7 发展趋势
随着铸造生产技术的不断发展,对金属熔炼电炉的炉衬要求也越来越高。研制质量好、寿命长的感应电炉成型炉衬是无芯感应电炉炉衬的发展总趋势。目前研究与开发的重点发展方向应是以下几个方面:
7.1 加强感应电炉炉衬/液态金属界面作用机理和规律的研究,为新型炉衬的开发研制提供理论指导。
7.2 发展耐火材料多相复合技术,扩大镁铝尖晶石、铝镁尖晶石等新型炉衬材料在感应电炉熔炼中的应用范围,开发氧化物—非氧化物复合耐火材料(如Al2O3—β-Sialon、ZrO2—SiC等)、含游离CaO的碱性耐火材料(如MgO—CaO)等新型感应电炉炉衬材料,以提高炉衬的力学性能、抗热震性和抗侵蚀性;含游离CaO的碱性耐火材料还可脱S和脱P,降低[O]含量,减少非金属夹杂物,显著改善钢水净化效果[31]。
7.3 发展分区筑炉技术(即在炉衬的底部和渣线部位等特定区域使用特定的炉衬材料),开发梯度成分炉衬(即炉衬从热面到冷面由成分和性能逐渐变化的耐火材料组成),改进炉衬材料颗粒配比、粘结剂和/或烧结剂组成,提高感应电炉成型炉衬使用寿命。
7.4 发展复合结构炉衬技术,改进成型炉衬结构设计、等静压成型工艺及设备,降低成型炉衬生产成本,扩大成型炉衬产品品种,提高成型炉衬产品质量,降低筑炉工人劳动强度,节约生产工时消耗,提高感应电炉利用效率。
7.5 开发可使炉壁易于烧结和清理、不易挂渣的新型炉衬内壁涂料,进一步提高成型炉衬抗化学侵蚀能力和使用寿命。