中頻爐爐襯材料的選擇及爐襯燒結(jié)工藝

1．爐襯耐火膠泥

耐火膠泥是一種耐熱、耐絕緣的水泥。在感應(yīng)線圈內(nèi)壁涂摸一圈1.5-2.5cm厚度是一種保護(hù)感應(yīng)線圈和提高線圈機(jī)械強(qiáng)度的材料。同時(shí)能使?fàn)t襯在垂直方向平滑熱脹冷縮。目前國內(nèi)的耐火膠泥能在1800℃溫度下耐半個(gè)小時(shí)，能有效阻止漏爐。

2.爐襯（坩堝）材料的選擇

① 爐襯材料

中頻爐坩堝有3種：堿性坩堝、酸性坩堝和中性坩堝。用于制作堿性坩堝的材料主為氧化鎂；用于制作酸性坩堝的材料僅有氧化硅；用于制作中性坩堝的材料僅有氧化鋁、MgO·Al₂O₃復(fù)合氧化物、石墨等。

感應(yīng)爐坩堝要求有下列特點(diǎn)：

⑴較高的耐火度。煉鋼坩堝要求在1700℃，熔煉鑄鐵坩堝要求1500℃～1600℃;

⑵穩(wěn)定的物化性質(zhì)。要求坩堝制品耐熔渣和鋼液浸蝕；

⑶有良好的抗熱震性及高溫強(qiáng)度；

⑷有一定的絕緣性能；

⑸較小的導(dǎo)熱性；

⑹成本低，無污染。

常用的制造坩堝的耐火材料有鎂砂，鎂鋁尖晶石和石英砂3種，現(xiàn)介紹如下：

鎂鋁尖晶石是一種人工合成的耐火材料，理論成分為ω(Al₂O₃)=71.5%，ω(MgO)=28.5%；熔點(diǎn)為2135℃，耐火度約為1900℃，具有良好的抗熱震性，可用作各種感應(yīng)爐坩堝材料。其生產(chǎn)方法是將Al₂O₃和MgO兩種原料混合后，用燒結(jié)合成或電弧、電渣法合成。石英砂是酸性耐火材料，用于制作酸性坩堝。天然石英砂精選后，可得到純度較高的石英砂。石英砂的有害雜質(zhì)是堿性氧化物。石英砂的耐火度約為1650℃，制作的坩堝工作溫度為1550℃。這種坩堝又優(yōu)良的抗熱震性，低于1500℃使用時(shí)壽命較長。

制作坩堝的材料中，除了耐火材料外，還有少量添加劑。常用的是硼酸（H₃BO₃）。硼酸的主要作用是降低砂料的燒結(jié)溫度，促進(jìn)鎂鋁尖晶石的形成，并且改變坩堝的體積變化率。加入不同數(shù)量的硼酸可以調(diào)節(jié)坩堝的體積變化率。不同的硼酸加入量對(duì)石英砂體積變化率影響不同。作為添加劑的硼酸，粒度一般小于0.5mm，達(dá)到工業(yè)純即可。硼酸的加入量與坩堝的工作溫度及使用條件有關(guān)，加入硼酸會(huì)使坩堝的工作溫度降低。在真空感應(yīng)爐熔煉時(shí)，加入坩堝中的硼酸會(huì)使金屬液增硼，在熔煉超級(jí)合金時(shí)要注意這一點(diǎn)。

② 感應(yīng)爐坩堝的成型

感應(yīng)爐坩堝成型前，首先要配料，主要是做粒度配比。合理的粒度配比可以獲得氣孔率小、燒結(jié)性好、強(qiáng)度高、耐急冷急熱性能好的坩堝。坩堝氣孔率通常在20％左右。坩堝材料的粒度配比中，粗顆粒越多，耐急冷急熱性能好。制作坩堝的砂料可分為3個(gè)粒度等級(jí)，即粗粒度（2～6mm）、中等粒度（0.5～2.0mm）和細(xì)粒度（≤0.5mm）。粗粒度砂料在坩堝中起骨架作用，使坩堝具有一定的強(qiáng)度。中等粒度砂料填充粗粒的間隙，增加堆積密度，改善坩堝燒結(jié)性能，提高強(qiáng)度。細(xì)粒度砂料的作用是保證坩堝的燒結(jié)性能和質(zhì)量以及燒結(jié)網(wǎng)絡(luò)的連續(xù)性，使坩堝具有良好的致密性。小于500Kg容量的坩堝一般使用0～4mm的粒度砂料，大容量坩堝使用0～6mm粒度砂料。

爐內(nèi)打結(jié)成型法：這種方法第一步要按規(guī)定的粒度配制好砂料，并與添加劑均勻混合。如果采用濕法打結(jié)時(shí)，可加入1％～2％的水分，混合后放置1～2h再用。第二步在感應(yīng)器內(nèi)側(cè)鋪以石棉布。對(duì)于酸性坩堝，可多加兩層。第三步是進(jìn)行爐底打結(jié)。分批加入砂料后，每次用直徑為12～14mm的尖頭鋼釬反復(fù)搗實(shí)。爐底打結(jié)加料次數(shù)為4～5次，每次打結(jié)時(shí)間至少10min。爐底的厚度一般打結(jié)到規(guī)定高度。第四步是放入坩堝型芯，即控制坩堝形狀和容積的胎具。低溫?zé)�結(jié)時(shí)，型芯一般采用鋼板制成。型芯放入時(shí)，應(yīng)對(duì)正中心，注意鋼釬頭不要扎破玻璃布。打結(jié)過程中也應(yīng)經(jīng)常檢查型芯是否正中，以免型芯歪斜使坩堝壁厚薄不均，降低使用壽命，當(dāng)硬砂層達(dá)到從上面數(shù)第二感應(yīng)圈位置時(shí)，轉(zhuǎn)入爐口的打結(jié)操作。第五步是爐口打結(jié)。由于爐口區(qū)不易燒結(jié)，必須在砂料中增加細(xì)粉料的比例，或添加適量的黏土、水玻璃等，以得到較結(jié)實(shí)的水口。

大容量感應(yīng)爐坩堝，采用人工打結(jié)成型，質(zhì)量很難保證，常采用振動(dòng)成型法。這樣不但改善了勞動(dòng)條件，還節(jié)省了制作時(shí)間。振動(dòng)成型法所用設(shè)備為振動(dòng)筑爐機(jī)。它由氣動(dòng)振動(dòng)機(jī)、爐底振動(dòng)塊和爐壁振動(dòng)器組成。振動(dòng)筑爐機(jī)以壓縮空氣驅(qū)動(dòng)的空氣馬達(dá)產(chǎn)生的振動(dòng)作為振源，可產(chǎn)生壓強(qiáng)為0.3～0.5MPa，通過爐底振動(dòng)塊和爐壁振動(dòng)器把振動(dòng)力傳遞給砂料，以使砂料達(dá)到高的填充密度。

3.坩堝材料的選擇

①堿性坩堝材料適用熔煉特殊鋼及精密合金，合金鋼。如不銹鋼等。

②酸性坩堝材料適用于熔煉碳和低合金鋼，不宜煉含有Al、Ti、B和稀土等活波元素的鋼種。

4.感應(yīng)爐坩堝的燒結(jié)

燒結(jié)過程是在高溫下使砂料的接觸面上出現(xiàn)液相結(jié)合，形成連續(xù)的燒結(jié)網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)使整個(gè)砂料聯(lián)成一個(gè)整體。燒結(jié)后坩堝斷面從外向里應(yīng)分為未燒結(jié)層、半燒結(jié)層、燒結(jié)層。燒結(jié)層要求密度大、強(qiáng)度高、表面裂紋少，砂粒顆粒之間全部融化，燒結(jié)網(wǎng)絡(luò)均勻完整。燒結(jié)層的厚度約占全壁厚的20％～30％，應(yīng)盡量避免燒結(jié)層的橫向裂紋。半燒結(jié)層是燒結(jié)層和未燒結(jié)層之間的過渡區(qū)，在該區(qū)內(nèi)，部分顆粒的接觸面開始融化，燒結(jié)網(wǎng)絡(luò)不完全。該層的作用是緩沖燒結(jié)層的應(yīng)力，阻止燒結(jié)層內(nèi)產(chǎn)生的裂紋向外延伸。半燒結(jié)層的厚度約占坩堝壁厚度的25％～35％。未燒結(jié)層是半燒結(jié)層和感應(yīng)圈之間有一層完全沒有燒結(jié)的原始砂料。這層砂料起著絕熱的作用，當(dāng)坩堝在加熱和冷卻時(shí)，也起著體積膨脹和收縮的作用。未燒結(jié)層的厚度約占坩堝壁厚度的30％～35％。烘爐工藝及洪爐曲線一定要按爐襯材料生產(chǎn)廠家的規(guī)定執(zhí)行或爐襯材料提供者執(zhí)行。

坩堝制成后，使用過程中要注意維護(hù)，及時(shí)的修補(bǔ)和清理坩堝內(nèi)壁，最大限度地提高坩堝使用壽命。