中頻爐使用過程中，爐襯用的耐火材料的厚度只有70—110mm，內(nèi)側(cè)與高溫金屬液接觸，外側(cè)緊貼水冷線圈，耐火材料內(nèi)外側(cè)溫差很大，處于相對單薄的斷面和許多熔煉操作的強(qiáng)侵蝕性環(huán)境的使用條件下。影響爐襯損毀的主要工藝條件包括：熔煉溫度、脫氣時(shí)間、一次脫氣量、爐渣的化學(xué)成分和生產(chǎn)的鋼(鐵)種。破壞爐襯的主要影響因素有：爐渣化學(xué)侵蝕、耐火材料結(jié)構(gòu)剝落與熱侵蝕。
中頻爐的爐襯
中頻爐的爐襯通常是用各種規(guī)格粒度組成的耐火材料打結(jié)而制成(常用的耐火材料主要有鎂質(zhì)、石英質(zhì)、鋁質(zhì)及復(fù)合材料四大類)。
其特點(diǎn)是：直接結(jié)合。因而抗侵蝕性能高、力學(xué)強(qiáng)度高、抗熱震性能良好。
鎂質(zhì)爐襯材料的損毀機(jī)理
以鎂質(zhì)耐火材料為例，闡述一下鎂質(zhì)材料的損毀機(jī)理：
鎂質(zhì)材料損毀的主要表現(xiàn)是：流動(dòng)鋼液造成的熱侵蝕和爐渣成分滲透進(jìn)入材料中引起的化學(xué)侵蝕。
熔煉過程中溶液會(huì)通過耐火材料基體中的毛細(xì)孔道滲入到耐火材料基體內(nèi)部侵蝕爐襯。滲入到耐火材料基體內(nèi)部的成分包括;渣中的CaO、SiO2、FeO; 鋼液中的Fe、Si、Ai、Mn、C，甚至還包括金屬蒸汽，CO氣體等。這些滲入成分沉積在耐火材料毛細(xì)孔道中，造成耐火材料工作面的物理化學(xué)性能與原耐火材料基體的不連續(xù)性，在操作溫度急變下將出現(xiàn)裂紋、剝落和結(jié)構(gòu)疏松，嚴(yán)格的說這個(gè)損毀過程比溶解損毀過程嚴(yán)重得多。
加入爐內(nèi)的金屬材料會(huì)帶入各種不同的氧化物，不同材質(zhì)、不同爐次的爐渣成份也不盡相同。爐渣中存在的各種氧化物、碳化物、硫化物及各種形態(tài)的復(fù)合化合物，大部分都會(huì)和爐襯發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成不同熔點(diǎn)的新的化合物。反應(yīng)中生成的一些低熔點(diǎn)氧化物如鐵橄欖石(FeOSiO2)、錳橄欖石(MnOSiO2)等熔點(diǎn)一般在1200℃左右范圍內(nèi)。低熔點(diǎn)渣具有極好的流動(dòng)性，可能會(huì)形成助熔劑作用，對爐襯產(chǎn)生劇烈的化學(xué)侵蝕，從而降低爐襯的使用壽命。
反應(yīng)中生成的高熔點(diǎn)渣如莫來石(3Al2O3·2SiO2)、鎂橄欖石(2MgO·SiO2)等，及一些高熔點(diǎn)的金屬元素熔點(diǎn)可達(dá)1800℃以上，懸浮在金屬液中的高熔點(diǎn)渣和低熔點(diǎn)渣之間還有比較復(fù)雜的穿插互溶作用，這些熔渣極易粘附在爐壁上并形成累積，造成嚴(yán)重的粘渣，影響電爐的功率、熔速和容量，直至影響爐襯壽命。
隨爐子容量增大，鋼液表面散失的熱量比例下降，爐渣溫度比小容量爐子高，爐渣的流動(dòng)性也比小容量爐子好，因而對爐襯的侵蝕加劇。大型感應(yīng)爐多采用鋼、渣混出的方法出鋼，要求爐渣具有良好的流動(dòng)性，才能適應(yīng)出鋼的條件。因此，渣線部位侵蝕嚴(yán)重，這是造成爐襯使用壽命下降的又一原因。由于以上原因，大型感應(yīng)爐爐襯的使用壽命低于中小型感應(yīng)爐，從提高爐襯的使用壽命來說，應(yīng)適當(dāng)增加爐襯的厚度。但是，隨著爐襯壁厚度的增加，電阻值增大，無功損失增高，電效率下降。因此，爐襯壁的厚度是限制在一定范圍。因此，必須選定合理的壁厚，即保證了高的電效率又確保了爐襯的使用壽命。
解決方案的設(shè)計(jì)
以上侵蝕在溫度的循環(huán)波動(dòng)下導(dǎo)致所謂的結(jié)構(gòu)剝落。在生產(chǎn)過程中，熔渣滲透進(jìn)入耐火材料基質(zhì)的氣孔中，從而形成一大塊兒增厚的耐火材料層。耐火材料被爐渣浸透的部分物理和化學(xué)特性會(huì)發(fā)生變化。由于滲透層和殘留的未便層間的熱膨脹系數(shù)不同,當(dāng)溫度變化時(shí),兩層的交界處出現(xiàn)很大的應(yīng)力,從而導(dǎo)致平行于工作面的裂紋產(chǎn)生,并最終造成爐襯體剝落。滲透進(jìn)入耐火材料基質(zhì)的爐渣會(huì)溶解耐火材料的顆粒，削弱顆粒間的結(jié)合，從而導(dǎo)致材料耐火度和抗高溫性能下降。因此，導(dǎo)致渣滲透層耐火材料在流動(dòng)鋼水的侵蝕下?lián)p毀更快。
爐渣的堿度應(yīng)當(dāng)和爐襯材質(zhì)相適應(yīng)。鎂質(zhì)爐襯材料能被高CaO渣和SiO2渣侵蝕。爐渣中CaF數(shù)量應(yīng)進(jìn)行控制，過量的CaF會(huì)侵蝕堿性爐襯，使渣線區(qū)過早熔蝕。當(dāng)爐渣中的氟離子、金屬錳離子等高時(shí)或熔池溫度到1700℃以上，溶液的黏度也會(huì)急劇下降，爐襯的損毀速度加快，爐襯壽命會(huì)大幅度降低。真空下進(jìn)行無渣熔煉時(shí)，爐襯的使用壽命大于非真空熔煉時(shí)的壽命。
爐襯中滲入較高的氧化鐵含量使原爐襯的顯微結(jié)構(gòu)破壞、耐火度降低，且使CaO-Ai2O3-SiO2系渣的粘度降低，從而使渣滲透進(jìn)入材料的更深層處。然而，原爐襯中含有一定量的氧化鐵有利于爐襯的快速燒結(jié)、減少材料的開口氣孔和透氣度。尤其是造型材料中含有一定量的氧化鐵，材料的快速燒結(jié)、杜絕沖砂、夾砂表現(xiàn)的十分突出。
提高氧化鎂含量及渣的粘度，既有利減少渣對爐襯的侵蝕，也有利于提高集渣效果。當(dāng)爐渣堿度偏低時(shí)，對鎂質(zhì)爐襯侵蝕較為嚴(yán)重，爐襯的壽命隨之降低;相反，當(dāng)爐渣堿度較高時(shí)，對爐襯的侵蝕較輕微，爐襯的壽命相對提高。提高爐渣堿度和渣中MgO含量,降低渣中FeO含量,有利降低爐渣對耐火材料的侵蝕。因此，在使用造渣劑時(shí)應(yīng)注重選擇高氧化鎂的材料。合理配置渣料結(jié)構(gòu)，加快成渣速度，縮短冶煉時(shí)間，降低渣中的氧化鐵含量。
應(yīng)根據(jù)爐襯的材質(zhì)選擇合適的爐渣。堿性渣適用于鎂質(zhì)爐襯，但能被高CaO渣和SiO2渣侵蝕，過量的CaF2也會(huì)侵蝕堿性爐襯，使渣線區(qū)過早熔蝕。酸性渣適用于石英質(zhì)爐襯，鎂鋁質(zhì)爐襯只能適用于弱堿性或中性渣。氧化鋁質(zhì)爐襯高溫下在不同的酸堿度中會(huì)表現(xiàn)出典型的兩性，其可以適應(yīng)不同酸堿度的熔渣，但相比酸性爐襯和堿性爐襯來說稍差一些。為此，有的在選擇材料時(shí)采用高純鎂砂并添加一定量的尖晶石改變純鎂質(zhì)爐襯材料的基體性質(zhì)，但實(shí)驗(yàn)表明高純剛玉質(zhì)材料的抗侵蝕性也明顯不及純度不很高的燒結(jié)鎂砂。酸性渣適用于石英質(zhì)爐襯，鎂鋁質(zhì)爐襯只能適用于弱堿性或中性渣。氧化鋁質(zhì)爐襯高溫下在不同的酸堿度中會(huì)表現(xiàn)出典型的兩性，其可以適應(yīng)不同酸堿度的熔渣，但相比酸性爐襯和堿性爐襯來說稍差一些。
總之，考慮到鎂質(zhì)爐襯的主要的損毀機(jī)理，經(jīng)不斷地總結(jié)、探索，可以通過限制開口氣孔和透氣度來提高材料的抗?fàn)t渣滲透能力，通過提高高溫抗折強(qiáng)度和苛重軟化溫度來改善爐襯基體的高溫抗侵蝕性和抗剝落性。
爐襯性能的好壞取決于多種因素，如材料的粒度分布、材料的理化性能及爐襯的燒結(jié)溫度。
結(jié) 語
1)爐襯材料應(yīng)具有高的熱態(tài)強(qiáng)度、低透氣度和低氣孔率的特性。
2)爐襯初期破壞是由于爐襯耐火材料的燒結(jié)層在渣中溶解造成的前端蝕損，以及由于溫度的循環(huán)變化導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋。引起整體襯中裂紋擴(kuò)展的另一個(gè)因素是由于加熱至過高的溫度造成“三帶”之間膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的應(yīng)力。
3)爐襯的壽命取決于正確的操作，包括對襯體的檢測，以及應(yīng)用“補(bǔ)爐料”及時(shí)對出現(xiàn)的裂紋進(jìn)行修補(bǔ)，避免鋼水、渣滲入爐襯基體中。
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