粘合纸

(内蒙古包头市XXXXXXX材料工程系014030)

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文摘:阐述了高铝矾土炉衬的耐火度高、热稳定性好、抗渣性好、抗侵蚀性好、烧结致密。适用于熔炼各种有色金属、普通铸铁、球墨铸铁以及各种合金铸铁、碳钢、合金钢、不锈钢和耐热钢。冶炼时金属合金元素烧损低，金属炉料可超负荷两次。炉衬采用低温烘烤、快速加热和短时间高温致密烧结的技术措施。炉衬寿命大多在150炉左右，最高可达200炉。

关键词:高铝矾土炉衬感应炉致密烧结

一.前言

本文研究的高铝矾土炉衬不仅适用于冶炼各种有色金属、普通铸铁、球墨铸铁和合金铸铁，也适用于冶炼各种碳钢、合金钢、不锈钢和耐热钢。用高铝矾土炉衬冶炼的金属合金元素烧损低于石英砂和镁砂炉衬，不仅提高了合金的利用率，而且大大增强了抵抗合金和熔渣对炉衬侵蚀的能力。高铝质炉衬的另一个优点是耐热性高，使用寿命长，线膨胀系数小，仅为酸性和碱性炉衬的1/2 ~ 1/3，大大提高了炉衬在间歇生产条件下的使用寿命。内衬热稳定性好，抗淬火加热能力强，高温负荷重，抗金属侵蚀能力强，合金元素烧损少，是石英砂和镁砂内衬无法比拟的。铝矾土炉衬的壁厚可以做得更薄，这几乎可以使生产中的金属炉料增加一倍。此外，炉衬烧结工艺采用低温烘烤、快速加热、短时间高温烧结的工艺措施。采用这种新工艺的时间只有旧工艺的2/3 ~ 1/2。省时省电炉衬烧结好。高铝矾土炉衬的使用寿命大多在150炉左右，最高可达200炉。

二、高铝矾土内衬的性能

1，物理属性

(1)高耐火性。

高铝矾土的化学成分

al2o 3 80 ~ 90%；二氧化硅7 ~ 15%；fe2o 3 0.8 ~ 1.7%；ca0 0.2 ~ 0.5%；MgO 0.15 ~ 0.5%；k20 0.180% ~ 5%；na20 0.1 ~ 0.3%；二氧化钛1.5~4.3%。

耐火极限1750℃ ~ 1800℃，能在1650℃ 1 ~ 750℃稳定工作。它可以减少钢水对炉衬的冲刷损失，延长炉衬的使用寿命。纯石英砂的耐火度为1710℃。

(2)优异的热稳定性

用矾土作炉衬，烧结后的矿物组成相多为莫来石，其次为刚玉和少量方石英及玻璃相。莫来石的线膨胀系数(4.5-5.3 × 10-6mm/mm？℃)仅为镁砂和石英砂的1/3左右，刚玉的线膨胀系数(8。O× 10-6mm/mm？c)也低于氧化镁和石英砂。当由硅线石(含62.9% Al2O3)组成时，其线膨胀系数可低至3.2× 10-6mm/mm？因此，高铝矾土炉衬的抗热震性远好于镁砂和石英砂炉衬，有助于降低热应力，使其更好地抵抗急冷急热。即使在使用中出现裂纹，也是非常小的。如果配料混合、打结得当，即使采用间歇熔化也不会产生裂纹。石英砂镁砂炉衬膨胀系数大，工作时内外温差大，炉衬容易开裂、龟裂。一般石英砂内衬的使用寿命只有几十次，而镁砂内衬的使用寿命更低。

炉子升温时，氧化镁和石英砂衬里的体积膨胀很大，所以我们必须采取缓慢升温和延长炉子时间的操作，以尽量减少裂纹和防止炉子坍塌。而高铝矾土炉衬则不存在上述问题，可以大大缩短烘烤时间而不产生裂纹，从而保证炉衬质量，降低能耗。

(3)抗压强度30-40N/mm2(1000℃煅烧5小时)是普通粘土砖的3-4倍。内衬具有良好的机械强度，壁厚可以减小，可以承受两倍的金属负荷过载。在传感器固定的情况下，如果壁厚较薄，曝光量会比较大；同时，电感内部的非磁性空间减小，漏磁减少，可以获得更高的电气效率。这样生产率高，功耗低。

(4)导热系数为1.7-2w/MK。

(5)容重为1600kg/m3。

(6)微孔隙度为18-22%。

(7)烧结后的体积密度为1750-1770kg/m3。

2.良好的抗渣性

铝矾土炉衬的抗碱性渣性能优于石英砂炉衬。在铝矾土炉衬中，al2o 3比MgO更稳定，al2o 3与MgO的弱反应可生成熔点为2135℃的铝镁尖晶石，al2o 3与MnO反应生成熔点为1560℃的锰尖晶石，al2o 3与FeO反应生成熔点为1780℃的铁尖晶石。Al _ 203与MnO和Fe2O3反应生成* *晶体，熔点为1520℃，与Cr _ 203形成固溶体，可强化炉衬。需要注意的是，冶炼高铬合金后最好不要冶炼无铬或低铬合金，否则会造成Cr203溶解，使炉衬表面疏松，强度降低。铝矾土内衬基本不与C、Fe203、SiO2反应，与ZnO反应生成尖晶石，与B203、P205、CaO反应生成不溶性铝酸盐。CaO、Al-203和Fe-203的复合作用比单一作用对炉衬的侵蚀作用更强。与Na20和K2O反应生成可溶性晶体和化合物。因此，炉渣中的Na2O、K20和CaO对高铝矾土炉衬的侵蚀很大，而石英砂炉衬与炉渣中的MgO、Zn0、PbO、CaO、Na2O和K20反应强烈，更容易造成炉衬侵蚀。CaO、Si02和FeO的复合作用形成可溶性化合物，特别是ZnO和PbO对炉衬的侵蚀很大。石英砂内衬中的fe2o 3含量应严格控制，机械破碎，研磨后的石英砂(碱性内衬中的氧化镁)应严格磁选，否则会造成内衬漏电烧穿事故。

3、良好的耐腐蚀性

高铝矾土炉衬以莫来石为主，刚玉次之，还有少量方石英和玻璃相，化学稳定性高，高温下呈弱碱性，基本不与al、Mn、Fe、Si、Sn、Go、Cr、Ni反应。与锌、铅、镁、钛等呈弱反应。与Cu反应明显(熔炼铜合金时)。而石英砂内衬与铝、镁、铅、锌、锰有明显的反应。Zn、Pb(黄铜)会严重侵蚀炉衬，甚至经常在短时间内烧穿炉衬，Al、Mg、Ca会严重侵蚀炉衬。冶炼低硅铸铁时，碳对炉衬的腐蚀和炉衬的裂纹扩展也有很大影响。一般来说，高铝矾土炉衬的产量比石英砂炉衬的产量高1.4%，而烧损的总不可挽回损失为1。低4%。原因是铝矾土内衬造渣作用小，液体不易氧化，还原渣中金属的反应强烈。高铝质炉衬在1500℃以上长期保温，对铬、镍、铝、铜几乎无烧损，而碳、硅在1350℃以下无变化，从1400℃至1500℃碳、硅烧损为每小时0.04-0.06%。Si每小时燃烧0.013-0.017%；Mn在1500℃下3小时的相对烧失量仅为2.7%。用石英砂炉衬冶炼耐腐蚀铸铁时，其元素烧损量为:C 2.9%，Si 5.18%，Mn11.5%，Cr 1.16%，Ni0.12%，Fe0.8%，S 0.38%，对于可锻铸铁，元素平均烧损量为C 2.9%，Si 8%，Mn 7%。高强度铸铁元素的烧损量为:C 2%，Si 5.25%，Mn 5.09%，P 2.8%，Fe0.24%，S9.2%。由于铝矾土在高温下比氧化镁更稳定，一般情况下与Cr、C、Mn元素的相互作用较弱，所以炉衬侵蚀轻微。可见，高铝矾土炉衬不仅适用于熔炼各种有色金属、普通铸铁、球墨铸铁和各种合金铸铁，也适用于熔炼各种碳钢、合金钢、不锈钢和耐热钢。

3.高铝矾土炉衬的致密化和烧结

感应炉炉衬烧结的目的是将金属液附近一定厚度的打结耐火材料转变成致密体。只有致密化烧结的坩埚才能经受住高温钢水(铁)的侵蚀和炉渣的侵蚀。坩埚烧结的致密化程度与耐火材料的化学成分、粒度配比、烧结工艺和烧结温度有关。

1，粒度比

合理的粒度比可以在烧结前获得最小的孔隙率。如果颗粒大小比例不合理，打结后内衬的气孔率高。烧结过程包括颗粒重排、孔隙填充和晶粒生长。如果气孔率高，烧结时很难填满大部分孔隙，影响其致密化。此外，合理的粒径比也可以获得最大的抗热震性。为了兼顾低气孔率和高抗热震性，粒度配比为:粗(3 ~ 5 mm):中(0.5 ~ 1 mm):细(-0.5~1mm) = 60: 10: 30。

2.粘着剂

在高温下，少量添加剂能与主晶相形成少量液相，加速烧结过程，起到一定的粘结作用。矾土熟料中含有fe2o 3、CaO、MgO和TiO2等微量杂质，这些杂质分布均匀。在高温下，它们与主晶相形成少量液相，可以满足烧结过程中扩散和传质的需要。fe2o 3、CaO和MgO也是烧结过程中莫来石的促进剂。因此，通常不需要添加任何粘合剂。但对于小容量感应炉，由于打结后要取出胎夹，为防止烘烤时骨料颗粒散落，需加入1 ~ 1.5%工业硼酸(H3B03)。

3.烧结温度

根据烧结机理，只有体积扩散才能导致坯体致密化。表面扩散只能改变孔隙的形状，而不能使颗粒的中心距接近，所以没有致密化过程。在高温烧结阶段，体积扩散是主要因素，而在低温阶段，表面扩散是主要因素。坩埚在烧结过程中，如果长时间停留在低温下，不仅不致密，而且气孔因表面扩散而封闭，内部气体难以排出，留在烧结层中。这将降低坩埚的使用性能。一般TS = 0.8 ~ 0.9tm (TS为烧结温度，tm为熔化温度)。从理论上讲，烧结过程应尽快由低温升至高温，以便为体积扩散创造条件。因此，高温短时间烧结是获得致密坩埚的有效手段。

烧结温度一般控制在1450℃ ~ 1500℃比较合理。过高的烧结温度会导致晶界快速移动，使得晶界上的孔隙还没来得及铺开就被大晶粒包围，必然导致晶体缺陷。因此，需要控制烧结温度，使晶界缓慢移动，最大限度地消除气孔，以获得致密的坩埚烧结体。

4.烧结过程

在烧结坩埚的过程中，具体做法是:内衬打结后，自然风干24小时，以5 ~ 30%的功率烘烤。间歇供电，初期(≤500℃)保持内衬红色，直至干燥(4 ~ 5小时)。随后加入1/3炉料，高功率满负荷运行，使炉料快速熔化，并在熔化温度下保温一小时。然后进入后期冶炼工序。这就是所谓的低温烘烤，快速加热，短时间高温烧结。采用这种新工艺的时间只有旧工艺的2/3 ~ 1/2。省时省电，操作方便，烧结好。使用中未发现裂纹等不良现象。炉衬寿命可超过150炉。高达200次加热。

四。结论

1，适用于各种有色金属、普通铸铁、球墨铸铁和各种合金铸铁，也适用于各种碳钢、合金钢、不锈钢和耐热钢的熔炼。

2.高铝矾土炉衬的金属合金烧损低于酸碱炉衬，不仅提高了合金的利用率，而且大大增强了抵抗合金和熔渣对炉衬侵蚀的能力。

3.耐热性高，使用寿命长，线膨胀系数小，仅为酸性和碱性炉衬的1/2-1/3，大大提高了炉衬在间歇生产条件下的使用寿命。

4.铝矾土炉衬的壁厚可以做得更薄，这几乎可以使生产中的金属炉料增加一倍。

5.炉衬低温烘烤，短时间高温烧结，时间仅为原工艺的2/3 ~ 1/2，致密化率是原工艺的2倍以上。既省去了干燥烧结的时间，又省电。

6.炉衬烧结良好、致密，使用中未发现裂纹等不良现象。高铝炉衬的使用寿命大多在150炉左右，最高可达200炉。

参考

1李。高铝矾土感应炉坩埚的致密化烧结。铸造1991。三

2詹国祥。熔炼复杂铸铁的感应炉炉衬。铸造1995。五

3《熔模精密铸造》编写组。精密铸造国防工业出版社1984

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高铝矾土感应炉炉衬的研究与应用

(包头职业技术学院，材料工程系，内蒙古包头014030)

孙敏·王书田·石继东

文摘:高铝矾土炉衬具有耐火度高、耐热性好、抗压渣性好、抗侵蚀能力强等特点。通过紧密烧结，用于冶炼多种有色金属、普通铸铁、石墨铸铁、铸造合金铸铁、碳钢和合金钢、不锈钢和耐热钢。熔炼时合金元素烧损较低；炉料可以装载一个倍数。炉衬采用低温烘烤、快速升温、短时间高温致密烧结等技术措施。炉衬寿命通常为65438±050次，最高可达200次。

关键词:高铝矾土；炉衬；感应炉；紧密凝集