感应炉用耐火材料

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1、感应炉用耐火材料2006年4月第31卷第2期国外耐火材料感应炉用耐火材料王相丰李政杰李艳丽裘富伟候泽张义先摘要:论述了感应炉用耐火材料的工作条件和使用要求,并按结构划分分别论述了无芯感应炉和有芯感应炉的结构特点及所使用的耐火材料.关键词:感应炉;耐火材料;结构特点;炉内衬中图分类号:TQ175.7文献标识码:h文章编号:1000—7563(2006)02—0001—111前言感应炉是利用电磁场感应原理将电能转化为热能,或熔炼金属或单纯使金属炉料发热熔化的设备.按工艺分类,可分为感应加热设备和感应熔炼炉;根据

2、频率的不同,感应炉分为工频感应炉(50Hz以内),中频感应炉(50—1000Hz)和高频感应炉(1000Hz以上);感应炉按结构分为无芯感应炉(坩埚式)和有芯感应炉(也称作铁芯感应炉,沟槽式)两大类.感应炉具有高效,节能,低污染,成分易调节(无芯炉),气氛易控制等优点,因而在铸造,炼钢,有色熔炼,精密合金生产等方面得到了广泛应用.然而,感应炉的发展在一定程度上却受高功率电源及长寿命耐火材料发展的限制.近年来,随着大功率晶闸管变频电源的开发和可靠性的提高,中频感应炉逐步取代工频感应炉;感应炉向大容量,高功率方

3、向发展,应用领域不断拓展,工作条件日益苛刻,从而对耐火材料性能提出了更高的要求.本文在研究及开发感应炉用耐火材料的基础上,对无芯和有芯感应炉用耐火材料的应用情况及使用中的一些问题作以介绍.2感应炉用耐火材料的工作条件和使用要求不论是用于无芯感应炉,还是有芯感应炉,其工作条件的共同特点都为:(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.根据以上工作条件,可以看出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

4、一个重要因素.要获得质量好,长寿命的感应炉衬,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,具有良好的化学稳定性,不与金属熔渣及其熔化时所存在的成分等发生化学反应.(2)具有良好的热震稳定性.这一点对无芯感应炉特别重要,因为无芯炉作业方式为"加热一熔化一出炉"过程的不断循环,炉衬材料反复受到热冲击.若耐火材料热震稳定性不佳,则极易产生裂纹和裂纹扩展,金属液会在短期内渗透到线圈处,导致整套炉衬报废.(3)具有高的高温机械强度.为了使炉子有较高的电效率,一般炉壁材料都设计得很

5、薄,但炉子运行过程中,由于电磁力的作用,炉内金属液不停地翻腾和搅动,对炉衬不断地冲刷和磨损.对于有芯感应炉,由于采用喷流型熔沟,熔沟耐火材料受到的冲刷和磨损更为严重.所以耐火材料必须具有很高的高温机械强度.(4)具有好的隔热性和绝缘性.(5)材料的施工性能好,填充密度高,烧结性好,不易被金属液润湿和渗透,不易产生结瘤,维修方便.?2?Apr.2006VoI_3lNo.2作为炉衬用耐火材料,在材质已经确定的情况下,又都希望获得较高的致密度和体积稳定性.体积密度的高低,反应了成型体内部气孔数量多少,特别是烧结程

6、度的好坏.材料的体积稳定性愈高,烧结和使用过程产生裂纹的可能性愈小,所产生裂纹宽度愈小,抗渗透能力愈强.耐火材料是脆性材料,在加热和冷却过程中不可避免地要产生裂纹.但决定其寿命的关键因素之一是裂纹的大小和裂纹扩展的快慢.而裂纹扩展与金属液对所接触材料的润湿和渗透能力大小有关.润湿能力愈差愈有利.炉瘤会使炉子容量显着降低,而且金属瘤本身致密坚韧,不易清除,所以要尽量减少由于熔融物表面或内部存在的杂质(例如A1:0,)而形成炉瘤的可能性.(6)资源丰富,价格低廉.3无芯感应炉用耐火材料3.1无芯感应炉的工作原理

7、,结构及特点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.图l为无芯感应炉结构示意图.由铜管烧制成的感应线圈绕在坩埚外侧,金属炉料装在坩埚内.当交变电流通过感应线圈时,线圈内产生交变磁通,一部分通过闭合的金属炉料,在炉料表面一定深度内产生感应电流,使炉料发热熔化.在整个过程中发生电能h÷磁场能一电能一热能的转化.常用的无芯感应炉主要有工频和中频两种,其结构如图2,图3和图4所示.从目前的发展趋势看,中频炉更有前景.两者的共同

8、点在于可根据需要采用间断或连续运行方式,由于不断重复"加热一熔化一出炉"的作业过程,炉衬承受很大的热应力.工频炉炉内金属液比中频炉炉内的翻腾更厉害,即炉衬受到冲刷较严重,而中频炉的比功率大(是工频炉的两倍),功率密度高,熔化速度快,冷热交替快.由于匝间电压高(约为工频炉的2—4倍),通过裂缝渗入炉衬的金属液过热,往往造成线圈损坏的可能性比较大.封口料炉村石棉层绝缘胶泥线圈金属液炉底电椴炉底座砖图1无芯感应炉结构示