中頻爐生產(chǎn)鑄鋼怎樣選擇爐襯打爐料？

近年來(lái)，我國(guó)也有一些鑄鋼企業(yè)采用了尖晶石型爐襯材料，其中，有些廠(chǎng)家是購(gòu)買(mǎi)國(guó)外廠(chǎng)商預(yù)配好的材料，雖然使用效果很好，但生產(chǎn)成本提高很多，而且對(duì)它的特性不甚了解。在此，本文主要是想介紹一些有關(guān)尖晶石型耐火爐襯的特性，供業(yè)界同仁自行配制爐襯材料、進(jìn)一步改進(jìn)爐襯材料時(shí)參考。同時(shí)，鑒于目前硅砂爐襯、鎂砂爐襯、氧化鋁質(zhì)爐襯在我國(guó)鑄鋼業(yè)界還都有應(yīng)用，也順便對(duì)這些材料的特性作一點(diǎn)簡(jiǎn)單的介紹，供參考。

（1）硅砂爐襯

以硅砂為基本耐火材料修筑的爐襯，通常也稱(chēng)為酸性爐襯。硅砂的優(yōu)點(diǎn)很多：首先是是資源豐富、價(jià)格低廉；而且以硅砂為基本耐火材料制成的坩堝，在接近其熔點(diǎn)的高溫下仍具有很好的強(qiáng)度，耐驟冷、驟熱的性能好；特別應(yīng)該提到的是，爐襯燒結(jié)過(guò)程中，硅砂的石英相變膨脹能彌補(bǔ)燒結(jié)過(guò)程中的體積收縮，從而提高燒結(jié)層的致密度,降低爐襯燒結(jié)層中的孔隙率。因此，各國(guó)鑄造行業(yè)中，用于熔煉各種鑄鐵的坩堝式感應(yīng)電爐都廣泛采用以硅砂為基礎(chǔ)的爐襯材料。

但是，SiO2的耐火度低，基本上就不能適應(yīng)煉鋼溫度。而且，SiO2在高溫下的化學(xué)活性很強(qiáng)，能與煉鋼過(guò)程中的各種堿性氧化物乃至中性氧化物作用，例如，F(xiàn)eO與硅砂接觸后易于生成熔點(diǎn)為1205℃的鐵橄欖石（Fe2SiO4），鐵橄欖石還能進(jìn)一步與SiO2或FeO作用，生成熔點(diǎn)為1130℃的共晶組分。此外，SiO2還可能被鋼液中一些活性較強(qiáng)的元素還原。因此，硅砂爐襯用于煉鋼，既不能保證鋼的冶金質(zhì)量，也不能保證爐襯的壽命。從上世紀(jì)80年代后期起，各工業(yè)國(guó)家用感應(yīng)電爐生產(chǎn)鑄鋼件的鑄造廠(chǎng)，就已經(jīng)不用硅砂爐襯。據(jù)我所知，我國(guó)迄今仍有一些企業(yè)采用硅砂爐襯熔煉鑄鋼，這種狀況是亟待改進(jìn)的。

（2）鎂砂爐襯

常用的爐襯材料是MgO含量為86％以上的冶金鎂砂，是由菱鎂礦經(jīng)高溫煅燒制成的。如果將冶金鎂砂置電弧爐中重熔，可使其中SiO2、Fe2O3等雜質(zhì)的含量降低，得到純度更高（MgO含量在96％以上）的電熔鎂砂。電熔鎂砂多用于制作真空感應(yīng)電爐的爐襯。

冶金鎂砂的耐火度很高，是堿性電弧煉鋼爐的常規(guī)爐襯材料，雖然其熔點(diǎn)很高，不容易燒結(jié)，而且膨脹系數(shù)大，但是由于電弧爐的爐襯很厚，借助于加入大量的粘結(jié)材料、用濕法打結(jié)，完全可以彌補(bǔ)這方面的不足。

如果將冶金鎂砂作為感應(yīng)電爐的爐襯材料，則由于爐襯厚度的制約，又不宜用濕法打結(jié)，這些不足之處的負(fù)面作用就非常明顯，因而。氧化鎂材料的制成的坩堝容易產(chǎn)生龜裂，間歇作業(yè)的爐子情況尤為嚴(yán)重。

（3）氧化鋁質(zhì)爐襯

氧化鋁和鋯砂都屬于中性耐火材料，其中應(yīng)用最廣泛的是氧化鋁，很少采用鋯砂作爐襯材料.

單用氧化鋁作爐襯材料，抗裂和防止酸性爐渣侵蝕的能力較強(qiáng)，但不適于造堿性爐渣。而且，由于其耐火度高、燒結(jié)性能較差，爐襯壽命也不很高。

（4）尖晶石型爐襯

尖晶石礦物具有類(lèi)質(zhì)同象的特征，品種很多，成分也比較復(fù)雜，其分子式可以寫(xiě)成Ｍ２＋Ｏ?Ｍ３＋２Ｏ３，式中：Ｍ２＋代表一些二價(jià)金屬原子，如Mg、Fe、Zn、Mn等；Ｍ３＋代表一些三價(jià)金屬原子，如Mg、Fe、Zn等。因而，也可寫(xiě)成(Mg,Fe,Zn,Mn)O?(Al,Cr,Fe)2O3 。

尖晶石類(lèi)礦物所含的二價(jià)金屬原子中，Mg２＋和Fe２＋可以任何比例互相取代；所含的三價(jià)金屬原子中，以Al３＋居多，但Cr３＋可以任何比例取代Al３＋，F(xiàn)e３＋則只能在一定的限度內(nèi)取代Al３＋或Cr３＋。常見(jiàn)的尖晶石有以下幾種：

鎂鋁尖晶石  MgO?Al2O3

鐵鋁尖晶石  FeO?Al2O3

鉻鐵礦（鐵鉻尖晶石）FeO?Cr2O3

磁鐵礦（鐵尖晶石）FeO?Fe2O3

鎂鐵尖晶石　(Mg,Fe)O?(Al,Fe)2O3

鋅鋁尖晶石ZnO?Al2O3

鎂鉻尖晶石　MgO?Cr2O3

鋅鐵尖晶石ZnO?Fe2O3

錳鉻尖晶石　FeO?Cr2O3

錳鋁尖晶石MnO?Al2O3

目前，在各工業(yè)國(guó)家中，用作煉鋼用感應(yīng)電爐爐襯材料的，主要是鎂鋁尖晶石（MgO?Al2O3）,通常簡(jiǎn)稱(chēng)為‘尖晶石’。純鎂鋁尖晶石中，MgO含量只不過(guò)是28.2％，但仍屬于堿性耐火材料。

鎂鋁尖晶石系材料的耐火度高，熱膨脹系數(shù)小，高溫下的熱穩(wěn)定性好、抗堿性爐渣侵蝕的能力強(qiáng)。尤其應(yīng)該提到的是：MgO和Al2O3在燒結(jié)形成尖晶石的過(guò)程中有7.9％的體積膨脹，可以彌補(bǔ)燒結(jié)過(guò)程中的體積收縮，減少燒結(jié)層的孔隙率，這一點(diǎn)與硅砂爐襯的重要優(yōu)點(diǎn)是一致的。

鎂鋁尖晶石基本上沒(méi)有天然的礦產(chǎn)，都是由人工合成的，制備的方法有電熔和燒結(jié)兩種方式。我國(guó)冶金行業(yè)于1997年即參照美國(guó)鋁業(yè)化學(xué)公司MR66和AR76材料的規(guī)格，制定了YB/T 131-1997《燒結(jié)鎂鋁尖晶石》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 

尖晶石型爐襯材料，實(shí)際上并不是全部由尖晶石構(gòu)成，而是以粒狀A(yù)l2O3或粒狀MgO材料為基礎(chǔ)，在其中配加相應(yīng)的粉狀、或細(xì)粒狀尖晶石形成材料，使之均勻分布在顆粒耐火材料之間，燒結(jié)過(guò)程中在氧化鋁顆粒之間形成鎂鋁尖晶石網(wǎng)絡(luò)，起結(jié)合作用。此外，還需要加入少量硼酸或硼酐，使之能在較低的溫度（1300℃左右）即形成尖晶石網(wǎng)絡(luò)。

美國(guó)聯(lián)合礦產(chǎn)公司、法國(guó)米納克礦業(yè)公司、Calderys公司等知名的耐火材料供應(yīng)廠(chǎng)商，都有多種預(yù)配的尖晶石爐襯材料供應(yīng)，可根據(jù)企業(yè)的爐型和熔煉的鋼種選用，但價(jià)格都比較高。

好的解決方案是：各鑄鋼企業(yè)，根據(jù)自己的各項(xiàng)具體條件，通過(guò)試驗(yàn)優(yōu)化、選定最適宜的配比，自行配制爐襯材料。這樣，既可以確保爐襯壽命長(zhǎng)、鋼的冶金質(zhì)量高，還可以較大幅度地降低生產(chǎn)成本。

至于爐襯材料的組成配比，應(yīng)該根據(jù)所用各種原材料的實(shí)際成分選取，并經(jīng)試驗(yàn)確定。確定爐襯材料配比時(shí)，可按以下的目標(biāo)成分計(jì)算：

以氧化鋁為基礎(chǔ)顆粒材料時(shí)  保持爐襯材料中Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85～88％左右，MgO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22％左右；

以氧化鎂為基礎(chǔ)顆粒材料時(shí)  保持爐襯材料中MgO的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75～85％左右，Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15～～22％左右。

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