无芯炉炉衬侵蚀的一种普遍现象－－“大象脚”现象

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1、无芯炉炉衬侵蚀的一种普遍现象－－“大象脚”现象作者：Mr.DavidC.Williams,Dr.YingH.Ko---AlliedMineralProducts,Inc.简介“大象脚”侵蚀是无芯感应电炉下部，斜面部分和炉底石英砂炉衬的一种快速侵蚀现象。这种现象一般在无芯炉用于熔化球铁时发生，但有时也发生于灰铁和玛铁的熔化。这种不寻常的侵蚀导致下部炉衬侵蚀后状似大象脚。非常不幸的是这种侵蚀发生在感应线圈之内，因此如果炉衬材料为金属所渗入，过热将加快材料的被侵蚀速度。考虑到这一问题发生位置，在安装过程中松散层材料的加入厚度需要认真的控制。但是当模具已经安放在炉内，站在炉

2、子上是很难控制加入松散层材料的厚度。这种侵蚀同时也涉及到首批加入的炉料与石英砂炉衬之间的化学反应；模具斜面部分的设计；炉内低铁水液面时的过热；与炉衬结构有关的温度梯度。这篇文章的目的就是深入分析这一现象产生的原因以及为铸造厂推荐一些补救的方法。通过图一可以看到“大象脚”侵蚀是炉体下部、斜面部分和炉底部分的耐火材料被侵蚀掉，而不幸的是当这一现象发生时，其余部分的炉衬材料并未受到很多的侵蚀。而大多数耐火材料制造商推荐使用石英砂的无芯炉炉衬应在整体厚度被侵蚀掉33％或局部侵蚀50％时拆除炉衬。图一、无芯感应电炉中的“大象脚”侵蚀产生“大象脚”侵蚀的原因当分析这一现象产生的

3、原因时，我们必须从具体情况中去考察，我们发现以下几条因素将对这种侵蚀产生影响：工作炉衬的安装；炉衬的烧结；石英砂炉衬材料与首批炉料的化学反应；模具斜面部分的设计；低铁水液面时的过热；（包括加料过程中的搭棚现象）下部炉墙和炉底的温度梯度；钻铁和局部金属渗入；有色合金的加入。工作炉衬的安装当我们考虑无芯炉炉衬干振料的安装时，最基本的控制松散层的加入厚度。这是因为炉墙第一层耐火材料的安装非常困难，当我们把模具放置在已经打结完成的炉底并加入石英砂，确认松散层耐火材料的加入厚度为4英寸（100mm）是非常困难的。当我们把石英砂加入后，一般来讲下一步应该是除气，但对于这一层首先

4、将材料刮平是非常重要的。这将确保每一部位的材料厚度都是4英寸。一些铸造厂将第一批材料的加入厚度降低为2－3英寸（50－75mm），事实证明这是有效的。工作炉衬的烧结对炉衬烧结的目的是使干振料的表面形成一层陶瓷热面，对于石英砂材料来讲就是方石英相，这一层方石英相将直接接触熔融金属。形成陶瓷热面的目的也是为了防止金属的渗入。烧结工艺一般由耐火材料制造商推荐，烧结炉衬时需要使用放置在模具内的K型热电偶精确控制温度，仔细的选择首批炉料或起熔块，认真控制感应能量。如果任何一个方面被忽略，首先受到影响的将是斜面部分和炉底。炉衬与首批炉料的化学反应当熔化球铁时，石英砂炉衬与铁水中

5、的碳的反应将加速，从热动力学角度分析，碳与二氧化硅在一定的温度下有一个平衡比率，如下图所示。在球铁成份的铁水中碳与硅的比率远远偏离这一平衡比率。因此球铁成份的铁水将炉衬中的二氧化硅还原为硅来平衡这一比率，这将形成大象脚现象。无芯炉加入的炉料一般由回炉料、生铁、碳钢组成。材料的加入顺序对于防止对斜面部位炉衬材料的早期化学侵蚀有明显的影响。当首批加入的炉料为碳钢时，我们可以想象到最初熔化的金属的碳含量和硅含量是非常低的，这将导致氧化铁和氧化锰数量的增加，所有的这些氧化物将与炉底和斜面部位的石英砂炉衬反应：2FeO+SiO2®2FeOSiO2，熔点：1217°C2MnO+

6、SiO2®2MnOSiO2，熔点：1345°C加料中的生铁一般扮演中性角色。对于灰铁成份的生铁由于其碳硅含量相对较高，对石英砂炉衬的侵蚀较小。对于高碳低硅成份的球铁基生铁料，将需要更多的硅来平衡碳/硅比率。这种成份的生铁也是球体所必须的。当回炉料加入时，这种化学侵蚀的倾向将有所降低。许多铸造厂向空炉内加入高碳、低硅成份的生铁，当这种情况发生时，最初得到的铁水碳量非常高，而硅含量非常低，这将加速局部耐火材料的侵蚀，特别是炉底和斜面部分。为了避免这一情况的发生，应首先在炉底加入回炉料，再加入高碳成份的生铁或碳钢。斜面部位的设计斜面部位的设计对于安装的影响很大，此处材料的

7、密度将直接取决于这一部位的几何形状。如果这一部位的角度很大，将使安装和对材料的除气工作非常难以进行。如果使用BOSCH振动器进行安装工作，对斜面部位的打结会很困难。如果使用内部振动模具的方法来安装材料，比如使用MARTIN振动器或高频振动器，我们也很难在这一部位得到理想的密度，这是因为在振动过程中，材料是依靠自身的重力作用紧实的，也就是说垂直方向上紧实。因此我们希望斜面的角度越小越好。如果材料安装密度不够理想，在烧结过程中陶瓷热面的形成将不足，因此易于在此部位发生侵蚀。低铁水液面的过热在工频感应炉中，感应能量的穿透深度非常大，几乎覆盖整个电炉空间，因此对斜面部位