中頻爐的爐襯通常是用各種規格粒度組成的耐火材料打結而制成(常用的耐火材料主要有鎂質、石英質、鋁質及複合材料四大類)。其特點是:直接結合。因而抗侵蝕性能高、力學強度高、抗熱震性能良好。中頻爐爐襯在使用過程中經常會受到各種損害,爐襯侵蝕和爐襯結渣是常見的兩種方式,這些都會影響中頻爐爐襯使用壽命。
中頻爐使用過程中,爐襯用的耐火材料的厚度隻有100-300mm左右,内側與高溫金屬液接觸,外側緊貼水冷線圈,耐火材料内外側溫差很大,處于相對單薄 的斷面和許多熔煉操作的強侵蝕性環境的使用條件下。感應電爐熔煉時常受到爐襯損傷問題的困擾。爐襯損傷包括熔煉造成的正常爐襯侵蝕和非正常損傷。
影響爐襯損毀的主要工藝條件包括:熔煉溫度、脫氣時間、一次脫氣量、爐渣的化學成分和生産的鋼(鐵)種。破壞爐襯的主要影響因素有:爐渣化學侵蝕、耐火材料結構剝落與熱侵蝕。
爐襯在以下三種機理的綜合作用下被逐層侵蝕,進入爐渣:
① 化學侵蝕在高溫環境中,爐渣與爐襯之間存在的相互化學作用造成爐襯侵蝕;
② 熱應力侵蝕爐襯中溫度梯度造成的熱應力,使爐襯表層逐層剝離造成爐襯侵蝕;
③ 熔融侵蝕爐襯中的低熔點材料,在高溫作用下熔融,造成爐襯侵蝕。
下面簡要讨論對爐襯壽命影響比較顯著的三種損傷:化學侵蝕、爐襯内壁結瘤、爐襯開裂。
① 化學侵蝕。爐渣對爐襯的化學侵蝕實質上是爐襯中的SiO2在高溫下溶入爐渣的過程。構成酸性感應爐爐渣的基本成分是FeO,Al2O3和SiO2。從SiO2- FeO-Al2O3的三元平衡相圖上來看,當渣中含有40%的SiO2,10%的Al2O3,50%的FeO時,其熔點大約是1083℃,而新形成的渣中SiO2含量不足,在爐襯與爐渣接觸時。爐襯中的SiO2必然趨于溶于渣中,發生爐襯損耗。當SiO2含量超過40%後,渣的熔點開始升高,黏度逐漸加大,直到超過鐵水溫度,溶入過程結束。當渣中含有MnO、CaO等堿性化合物時,SiO2的溶入更加迅速,爐襯損耗顯著加快。
鐵水中的碳可以減少爐襯的損耗。因此在酸性爐襯中熔化球墨鑄鐵時比熔化一般灰鑄鐵時爐襯損耗較小。
② 内壁結瘤。感應電爐在使用一段時間後,坩埚内壁的某些部分沿圓周凸起,出現凸起的部分坩埚内徑變小,局部壁厚增大,爐膛容積減少,這種現象稱之為結瘤。爐襯内壁結瘤是困擾電爐操作者的主要損傷形式,也是降低爐襯壽命的重要原因。
結瘤的原因源于矽砂爐襯材料與鐵水及其中的雜質反應。凸起部位的Al2O3和SiO2的含量都在40%-45%之間,而FeO的含量不足4%。根據SiO2- FeO-Al2O3的三元平衡相圖,這種成分形成莫來石類型的複合化合物。這種化合物的熔點高于鐵水的最高熔化溫度。因此沉積在爐襯上使爐壁增厚。
為了避免結瘤的産生,應注意避免爐渣中含有過多的氧化鋁。氧化鋁的主要來源是回爐料中未清理幹淨的型砂中的膨潤土或回爐料中含有鋁。另外要注意不要使低溫鐵水在爐中停留時間過長,因為低溫時結瘤顯著加快。
冷态下結瘤很難鏟除,而且鏟鑿容易損傷爐襯。一般采用高溫純生鐵水洗爐的方法去除結瘤,将純生鐵水高溫過熱至1500℃以上,同時向渣中加入冰晶石粉,這樣在短時間内就可以将結瘤清楚。需要注意的是,冰晶石粉在高溫下會生成劇毒的氟化氫,要做好防護措施。
③ 爐襯開裂。溫度驟變會在爐内産生熱應力,特别是新爐襯燒結過程中,石英砂在幾次相變過程中體積急劇變化,更容易産生裂紋。
爐襯裂紋一般有兩種形式,環狀裂紋和軸向裂紋。環狀裂紋沿坩埚周圓發展,通常是不連續的。這種裂紋比較危險,因為它随着熔煉爐次增多而不斷擴展,即使在修 爐時對裂紋的縫隙加以修補,也難以組織裂紋的擴展。鐵水可能向裂紋縫隙中滲透,當裂紋穿透爐襯時,就可能發生漏爐事故。
軸向裂紋沿坩埚軸向或接近軸向擴展。這種裂紋通常是在爐襯冷卻後,在熱應力作用下因較大而不均與收縮産生的。這種裂紋的縫隙在爐襯加熱時常會因材料膨脹而閉合。經過合理修補的軸向裂紋不緻迅速擴展,爐襯繼續使用時要注意不斷觀察裂紋的變化。
為避免爐襯出現裂紋,應注意爐襯搗固的緊實度。不緊實或爐襯内部孔隙過大的爐襯難以抵抗熱應力的破壞,發生裂紋的幾率顯著上升。爐襯材料粒度配比不合适常導緻這種情況。這也就是很多廠家反映的大廠的爐襯材料反而不好用的原因之一。
在烘爐燒結的過程中,一定要嚴格遵守加熱規範,避免過快升溫,升溫不能間斷,達到燒結溫度後要即時開始熔化。第一次熔化要盡可能達到最高溫度并連續在新築爐襯内多熔化幾爐,一遍充分燒結。
加料時應小心加料,避免撞傷爐襯,尤其是冷爐加料時。在日常熔化中,應注意避免爐襯的急冷急熱,盡量避免鐵水液面高度的頻繁變化。出清鐵水後及時加料。
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