感应炉用耐火材料.doc

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—11 1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.2006 VoI_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,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