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摘  要  分析了無芯感應(yīng)電爐成型爐襯的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀，探討了無芯感應(yīng)電爐成型爐襯的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞  感應(yīng)電爐；成型爐襯

 

0  前言

無芯感應(yīng)電爐由于具有升溫速度快、可間歇作業(yè)、熔煉時元素?zé)龘p少、爐襯費用低、使用靈活方便等特點而被廣泛用于金屬爐料的熔化。其耐火爐襯按制作方法分類，可分為爐內(nèi)搗制整體式爐襯、爐外預(yù)制成型爐襯、爐內(nèi)砌筑式爐襯三種。國內(nèi)目前大型電爐以爐內(nèi)砌筑式爐襯為主，中小型電爐以爐內(nèi)搗制整體式爐襯為主，但是快速發(fā)展中的爐外預(yù)制成型爐襯必將取代爐內(nèi)搗制整體式爐襯。

爐外預(yù)制成型爐襯（空心開口實底圓柱狀耐火成型制品）使用前僅需將其吊進爐腔并用普通不定型爐襯混合料將爐襯與感應(yīng)線圈之間的間隙填實即可。其成型方法有普通模壓成型工藝、旋轉(zhuǎn)鋼模模壓工藝和等靜壓成型等。

1 國外研究與應(yīng)用進展

最早的預(yù)制成型爐襯是130 多年前英國NORTON 的Morgan公司生產(chǎn)的粘土石墨坩堝(clay bonded)，主要用于有色金屬的熔煉及保溫,也可用于感應(yīng)電爐熔煉鐵水。這類成型爐襯一般采用旋轉(zhuǎn)鋼模模壓法成型：用必要的壓力將鋼模壓入填有規(guī)定數(shù)量混合料的旋轉(zhuǎn)鋼模內(nèi)，型內(nèi)鎖口盤擋著混合料以免擠出。成型后在爐窯內(nèi)進行干燥或初步燒結(jié)，然后噴涂釉料，最后進行高溫?zé)Y(jié)。該公司生產(chǎn)的碳化硅成型爐襯以碳粘結(jié)(carbon bonede)碳化硅和石墨為主要原料[1-2]。

日本坩堝株式會社（NIPPON CRUCIBLE CO.,LTD.）在1955年首次在日本開發(fā)生產(chǎn)了石墨-炭化硅材質(zhì)坩堝。該材質(zhì)坩堝與粘土石墨材質(zhì)比較，具有更優(yōu)良的耐久性。該公司生產(chǎn)的PHOENIX成型爐襯主要成分是：固定碳素30%～55%，碳化硅32%～50%[3]。其性能如表15所示。感應(yīng)電爐熔煉銅合金時的參考壽命為100～200次。

表1  日本PHOENIX成型爐襯的性能

PHOENIX成型爐襯的特性有如下幾點：

（1）抗侵蝕性好：爐襯內(nèi)部采用均一細密的結(jié)構(gòu)，對金屬及助熔劑的侵蝕有極大的抵抗性。

（2）抗氧化性強：爐襯原料及特殊涂料的開發(fā)，提高了抗氧化性能，爐襯的使用壽命顯著延長。

（3）熱傳導(dǎo)性高：原料中采用高成分固定碳素，能縮短熔解時間、節(jié)省燃料。

日本NIPPON坩堝株式會社開發(fā)的Super PHOENIX HP成型爐襯采用冷等靜壓工藝（Cold -----------------------------------

湖北省科技廳科技攻關(guān)項目（992P0202）資助

Isostatic Press Production）成型，具有更好的穩(wěn)定性、更長的使用壽命。

德國COKG公司生產(chǎn)碳化硅成型爐襯的方法有旋轉(zhuǎn)鋼模模壓工藝和等靜壓工藝。采用旋轉(zhuǎn)鋼模模壓工藝時，爐襯脫模后先在1350℃下焙燒，將粘結(jié)劑燒掉，再送入裝有一種含碳液體的壓熱器中進行壓力浸滲，最后進行二次焙燒，直到形成琺瑯質(zhì)。生產(chǎn)高致密度爐襯

時，則在充注有油或其它液體的壓室內(nèi)進行等靜壓成型，爐襯孔隙度不超過10%[4]。

生產(chǎn)粘土石墨爐襯和碳化硅成型爐襯的國外著名公司還有日本TYK株式會社和英國維蘇威（VESUVIUS）公司等。英國維蘇威（VESUVIUS）公司生產(chǎn)的專用于感應(yīng)電爐的成型爐襯材質(zhì)為粘土石墨，有帶澆口和不帶澆口兩種，不帶澆口的高度為950～2025mm，外直徑為480～1040mm；帶澆口的一般較小，高度為640～890mm，外直徑為415～560mm。

日本NIPPON坩堝株式會社開發(fā)的White PHOENIX成型爐襯可用于高熔點黑色金屬的熔煉，其抗裂性和防滲透性好，強度高，金屬液的純度也高。其材質(zhì)為高純氧化鋁和鋁硅酸鹽，主要性能和典型尺寸如表2~3所列。

表2  日本White PHOENIX成型爐襯的型號、主要成分及性能

型號	A	A99	A96	PC-59A	PC-98A
Al2O3 / %	99	99	96	59	98
SiO2 / %	-	-	3	37	1
顯氣孔率 / %	23.0	19.3	16.9	17.4	18.5
密度 /  g ·cm-3	3.00	3.06	3.16	2.51	3.17
斷裂模量/ MPa	37	54	62	76	77
熱膨脹率 / %( 1000℃)	0.8	0.8	0.7	0.5	0.8
熱導(dǎo)率 /  W·m-1k-1	4.4	4.5	4.5	1.4	3.5

表3  日本White PHOENIX成型爐襯的規(guī)格和典型尺寸

熔化量/ kg	外直徑/ mm	內(nèi)直徑/ mm	高度/ mm
150	365	320	460
500	500	440	695
1,000	630	550	945
2,000	730	650	1,000
3,000	895	805	1,367
最大	1,000	910	1,500

美國預(yù)成型耐火材料公司[5]（American Precast Refractories, Inc.）是美國聯(lián)合礦產(chǎn)公司專門為鋼廠、鑄造廠、鋁廠生產(chǎn)耐火預(yù)制件成型產(chǎn)品的全資子公司（坐落在俄亥俄州哥倫布市），擁有25年在耐火材料預(yù)制件上的成形、混合、澆注和固化定形的豐富經(jīng)驗，具有為任何相關(guān)用途所適用的準(zhǔn)確尺寸及形狀提供設(shè)計和精確制作成形的能力。該公司的感應(yīng)電爐成型爐襯產(chǎn)品容量范圍為1000磅銅到10噸鐵，已廣泛應(yīng)用于鐵合金和銅、鋁、鋅等非鐵合金的熔煉，具有以下優(yōu)點：爐襯緊實度高，耐火材料可根據(jù)熔化的合金種類選擇，金屬加熱時間縮短，爐襯清渣和拆除容易，更換快捷。鑄鐵用耐火材料有酸性（如SiO299.2%, Al2O30.5%）和中性（如Al2O386.4%，MgO8.2% ,SiO22.9%）兩種，鑄鋼用耐火材料有酸性、中性和堿性（如Al2O30.2%，MgO97.4% ,SiO20.8%）三種。

美國SELEE工程陶瓷公司[6]生產(chǎn)的HYcor預(yù)成型爐襯材質(zhì)也分為三種：硅酸鋯和氧化硅質(zhì)的強酸性爐襯，氧化鋁和鋁鎂尖晶石質(zhì)的中性爐襯，氧化鎂質(zhì)的堿性爐襯。容量范圍為0.5公斤到1000 公斤，其中小型預(yù)成型爐襯可一同做出爐口。安裝時填充層的厚度應(yīng)大于1英寸（25.4 mm），否則填充料難以緊實，感應(yīng)線圈也難以得到保護。在成型爐襯開始加熱的最初1～1.5小時內(nèi)，加熱速度應(yīng)控制在300～500○F/h。

法國樂法（LAFARGE）耐火材料公司[7]生產(chǎn)化鋁用Monoform預(yù)成型爐襯，固定填充

料為干式，即不加水。其特點是：安裝快速，保溫性和安全性好（即使成型爐襯產(chǎn)生裂紋，鋁液也會凝固于干式填充料中，不致發(fā)生滲漏事故），無需烘烤，容易拆解。

英國凱比拓（CAPITAL）耐火材料公司[8]也生產(chǎn)各種預(yù)成型爐襯，成型方法有等靜壓成型工藝和振動壓實成型工藝兩種，材質(zhì)有MgO、Al2O3、ZrO2、鋁鉻尖晶石、硅線石和莫來石。

英國RPC公司(Refractory Products Co.)于1980年代中期也相繼生產(chǎn)出這類成型爐襯。RPC公司還開發(fā)出以具有良好的抗剝落性、高溫抗裂性和絕熱性的陶瓷纖維為耐火基料的成型爐襯等耐火制品。

英國HTP公司開發(fā)的一種成型爐襯內(nèi)壁涂料可使成型爐襯使用壽命提高 1.5～2.0倍。這種涂料主要由氮化鈦和碳化鈦組成，能抵抗酸、堿、氧化物、氣體、流體等的化學(xué)侵蝕，熱導(dǎo)率低，不污染金屬液。涂料可采用刷涂和噴涂，厚度宜為1/6～1/8英寸（3.2～4.2mm）[9]。文獻[10]介紹：在爐襯內(nèi)壁施涂涂料可使?fàn)t壁易于清理；熔煉鋼時，可使用氧化鎂質(zhì)涂料，不會損害爐襯性能。

西方工業(yè)發(fā)達國家的鑄造企業(yè)已普遍采用專業(yè)生產(chǎn)的商品化系列成型爐襯。美國聯(lián)合礦產(chǎn)公司、美國SELEE工程陶瓷公司、日本坩堝株式會社（NIPPON CRUCIBLE CO., LTD.）、英國凱比拓（CAPITAL）耐火材料公司和英國FOSECO公司等已發(fā)展到將各種高溫金屬液的轉(zhuǎn)運包、工藝處理包、澆注包等的內(nèi)襯成型化、商品化、系列化[11-12]。

2 國內(nèi)研究與應(yīng)用進展

迄今為止，國內(nèi)冶金和鑄造工業(yè)用于熔煉黑色金屬的各種感應(yīng)電爐（高頻爐、中頻爐、工頻爐）的耐火爐襯仍習(xí)慣靠人工利用搗固機等簡單器械在爐體內(nèi)依金屬胎模（一般為一次性使用）搗筑而成，筑爐時間長達2～8小時，熔煉前還需進行8小時以上的自然干燥和烘爐，以便充分排除爐襯內(nèi)的水分并使?fàn)t襯獲得較高強度。這種爐內(nèi)搗筑整體式爐襯的缺點是：工人勞動強度大，作業(yè)環(huán)境惡劣，工作效率低，對工人的技術(shù)水平要求高，能源消耗量大，爐襯緊實密度不均，強度低，對高溫金屬液和熔渣的抗侵蝕能力弱，合金元素收得率低，爐襯絕熱保溫性差，使用壽命短（如熔煉不銹鋼時鎂砂堿性爐襯僅能連續(xù)使用20～65爐次），導(dǎo)致熔煉成本高[13]。

國內(nèi)最早見諸報道的用于黑色金屬熔煉的感應(yīng)電爐爐外成型爐襯技術(shù)文獻是李長斌1986年申請的的“鎂質(zhì)感應(yīng)電爐坩堝制造方法”專利[14]。該專利述及的成型爐襯為雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層選用大粒度、高純度鎂砂，外層選用小粒度、重?zé)V砂；通過壓實成型后，在1650℃高溫?zé)Y(jié)而成。該成型爐襯與爐內(nèi)搗制爐襯相比，其結(jié)構(gòu)簡單，成本低，提高了耐急冷急熱性能及設(shè)備利用率，節(jié)約了能源，增加了爐齡。其內(nèi)層配比為：高純鎂砂（4~12mm）92％、電熔鎂粉（100目）5％、氯化鎂溶液3％；外層配比為：重?zé)V砂（2~10mm）88％、電熔鎂粉（100目）7％、氯化鎂溶液5％。

1993年沈陽鑄造研究所宮濤等采用鎂砂作為耐火材料，并用901膠作粘結(jié)劑，研制出500kg感應(yīng)電爐用爐外預(yù)制成型整體爐襯[15]。該成型爐襯采用專用模具壓實成型，然后在120~240℃加熱4小時左右。

1994年山東青島嶗山電爐廠采用礬土水泥研制出0.3~1.0噸化鋁用工頻感應(yīng)電爐爐外成型爐襯[16]。該成型爐襯采用專用模具澆注成型，化鋁時內(nèi)壁不需涂料，可使用1800爐以上，是石英砂質(zhì)爐內(nèi)搗制爐襯的6~8倍。

1994年黑龍江礦業(yè)學(xué)院趙亞洲等采用高鋁礬土熟料并用磷酸和耐火粘土作為粘結(jié)劑，研制出150kg感應(yīng)電爐用爐外預(yù)制成型整體爐襯[17-18]。該成型爐襯采用的高鋁礬土化學(xué)成分如表4所示，爐襯材料配方如表5所示。其生產(chǎn)工藝過程如下：將配好的爐襯材料用混砂機混均，然后裝入密封的袋中困料，達到技術(shù)要求后，在疊層組裝式木制模具內(nèi)采用逐層填料—逐層壓實工藝成型，起模并修整后，先自然干燥5天左右，再在箱式電阻爐中從常溫逐漸升溫到550℃加熱即可，總加熱時間為10小時左右。該成型爐襯先后在雞西礦務(wù)局機械配件廠和黑龍江礦業(yè)學(xué)院礦山機械廠150kg中頻感應(yīng)電爐上進行了實際應(yīng)用，安裝工作量僅為原來的20%，應(yīng)用效果與原石英砂爐襯比較如表6所示。

表4  高鋁礬土的化學(xué)成分（％）

Al2O3	SiO2	Fe2O3	TiO2	CaO	MgO	K2O	Na2O	燒失
81.45	10.94	1.70	3.30	0.51	0.63	0.16	0.32	0.90

表5  黑龍江礦業(yè)學(xué)院高鋁礬土成型爐襯材料配方

顆粒尺寸	8~12mm	3~5mm	0.5~1mm	<0.1mm	磷酸	耐火粘土
比例/ ％	25	35	10	30	8~10	<4.5

表6 黑龍江礦業(yè)學(xué)院高鋁礬土成型爐襯與原爐內(nèi)搗打爐襯應(yīng)用情況比較

注：*使用過程中成形爐襯產(chǎn)生的熔渣比石英砂爐襯少40％-50％

沈陽鑄造研究所張海泉于1996年研制出0.15~1.0噸感應(yīng)電爐用成型爐膽[13、19]，但該爐膽不是整體結(jié)構(gòu)，而是由分別成型的爐膽筒體和爐膽底兩部分組合而成。該成型爐膽是采用鎂砂或剛玉砂、石英砂、鋁礬土熟料砂等耐火材料，按一定顆粒配比，加適量的結(jié)合劑和添加劑，在專用模具內(nèi)壓實成型，然后在60~600℃加熱1~3小時，即為成品。鎂砂質(zhì)產(chǎn)品的鎂砂粒度配比為：3~6目15%，7~14目25%，，35~100目20%，>200目15%；再加入石墨0~5%，Al2O35%~25%，Cr2O30~5%， ZrO20~5%，ρ- Al2O31%~4%。該產(chǎn)品具有如下特點（以250kg容量的感應(yīng)電爐爐膽為例）：

（1）節(jié)電15％左右?？刹唤?jīng)烘爐而直接送電熔煉，在熔煉過程中感應(yīng)電爐的電功率由使用搗制爐襯時使用的160KW降低到130KW，而不影響鋼水溫度和熔化時間。

（2）省時。筑一個爐襯，從施工、烘爐到開始熔煉，由原來搗制爐襯的8~12小時減少到1小時左右就能完成，而且每爐的熔煉時間縮短15%~20％。

（3）安裝方便，使用安全。更換爐膽就像更換機器零件那么方便，因而降低了工人的勞動強度，改善了勞動條件。同時在爐膽外圍到感應(yīng)圈間有一充填層作安全襯，避免了穿爐現(xiàn)象，因此保證了生產(chǎn)安全。

（4）工頻感應(yīng)電爐和中頻感應(yīng)電爐使用該爐膽，可以減少金屬液中機械雜質(zhì)的含量，因此能提高鑄件質(zhì)量。

（5）成型爐膽使用壽命長，熔煉不銹鋼時可連續(xù)使用136爐次,而爐內(nèi)人工搗制爐襯僅能連續(xù)使用65爐次。

沈陽鑄造研究所張海泉于1998年繼續(xù)研制出0.15~1.5噸感應(yīng)電爐用成型整體爐襯 [20]。這種成型爐襯仍然在專用模具內(nèi)壓實成型，然后在60~800℃加熱1~3小時即可，固定填充料為干式（不加水）。但是該爐襯的外形為圓柱體，底部的圓角半徑很小。圓柱體外形容易導(dǎo)致成型爐襯在使用時由于高溫膨脹產(chǎn)生整體上移而與固定填充層脫離或底部懸空。底部圓角半徑過小時容易產(chǎn)生熱應(yīng)力集中而導(dǎo)致裂紋，嚴重時甚至發(fā)生穿爐事故。

沈陽恒豐實業(yè)公司于1998年生產(chǎn)0.15~1.0噸感應(yīng)電爐用成型整體爐襯，并制訂了產(chǎn)品企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[21]。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的主要性能指標(biāo)如表7所示。該公司發(fā)現(xiàn)[22]：目前國內(nèi)生產(chǎn)的成型爐襯（或稱為坩堝、爐膽、襯套等）其頂端圓環(huán)為平面，安裝時要在圓環(huán)平面上打結(jié)爐領(lǐng)，而爐領(lǐng)所用的材料與爐膽材料不同，且搗打的致密度與爐膽不同，熱脹系數(shù)亦不相同，再加之平面結(jié)合，很難結(jié)合牢固，故生產(chǎn)過程中，爐膽與爐領(lǐng)之間極容易出現(xiàn)縫隙，造成漏

表7  沈陽恒豐實業(yè)公司成型整體爐襯企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的主要性能指標(biāo)

鋼事故，不僅使?fàn)t齡短，而且易引起設(shè)備損壞，給用戶帶來很大損失。為此，該公司開發(fā)出一種使?fàn)t膽、爐領(lǐng)有很好地結(jié)合、防止漏鋼的臺階式感應(yīng)電爐成型爐膽。該實用新型爐膽的頂端為內(nèi)低外高的臺階面，可有效防止在生產(chǎn)過程中爐膽內(nèi)的鋼水從爐膽的頂部外溢，從而提高了爐體的壽命、降低了生產(chǎn)成本。同時，該公司還研制出一種頂端平面為凹凸不平狀的感應(yīng)電爐成型爐膽[23]。這樣可以使?fàn)t膽與爐領(lǐng)有緊密的結(jié)合，有效地防止生產(chǎn)過程中爐膽內(nèi)的鋼水從爐膽的頂部外溢，從而提高了爐體的壽命，降低了生產(chǎn)成本。該新型爐膽可用于熔化各種金屬及其合金，爐齡可達100爐以上，每爐熔煉時間可縮短15％。

沈陽恒豐實業(yè)公司還發(fā)現(xiàn)：目前國內(nèi)生產(chǎn)的爐膽通常結(jié)構(gòu)就是由膽底、側(cè)壁所組成，側(cè)壁的厚度是相等的；但在實際生產(chǎn)中，由于傾倒鋼水時，爐膽需要傾斜，這樣，爐膽傾倒鋼水這一個側(cè)壁受力較大，而且接觸鋼水時間長，因此，該處側(cè)壁受鋼水的侵蝕較嚴重，易變薄后出現(xiàn)裂縫或脫落?，F(xiàn)場人員為增長爐齡，用耐火材料彌補，但新材料與爐膽原材料一般不相符，而且致密度不一致，因此，其效果不盡理想。為了解決爐膽側(cè)壁厚度相等，易使一側(cè)側(cè)壁先受損失、減少爐齡的問題，該公司又開發(fā)出一種針對實際情況增厚一側(cè)側(cè)壁、增加爐齡的中頻感應(yīng)電爐成型爐膽[24]。該爐膽的結(jié)構(gòu)要點就是側(cè)壁的一半為均勻厚度側(cè)壁，側(cè)壁的另一半比均勻厚度側(cè)壁的厚度多1~200mm，具有最大厚度的側(cè)壁同均勻厚度側(cè)壁之間的厚度為逐漸均勻過渡。這樣具有最大厚度的側(cè)壁可較長時間承受傾倒鋼水所承受的壓力及侵蝕，提高爐膽的使用壽命；并可減少修補側(cè)壁所耗費的人力、物力。

浙江省湖州市長廣鑄力爐膽廠近幾年也生產(chǎn)成型爐襯，其熔煉時間可縮短15％以上，節(jié)電15％以上，平均使用壽命在80爐以上[25]。

本溪鋼鐵公司鋼鐵研究所[26]于1998年采用電熔氧化鈣（CaO>98％）并加入防水劑，經(jīng)等靜壓成型工藝研制成功10kg型真空感應(yīng)電爐成型爐襯。由于等靜壓成型工藝復(fù)雜，制造成本高，該所又改用200噸液壓機壓制10kg型成型爐襯。等靜壓成型工藝制造的成型爐襯體積密度和氣孔率分別為>2.7g/cm3、＜15%。200噸液壓機壓制工藝制造的成型爐襯體積密度較低，氣孔率較高，分別為2.5~2.6g/cm3、18%~21%，而且不同部位的密度有差異，但是其低密度緩沖了成型爐襯在烘干和熔煉時的熱應(yīng)力，使其不易產(chǎn)生裂紋。

北京鋼鐵研究總院也于2002年采用預(yù)制氧化鈣質(zhì)耐火材料作為10kg真空感應(yīng)電爐爐襯 [27-28]，通過真空熔煉獲得超低氧純凈鋼。預(yù)制氧化鈣爐襯用加入防吸水劑的石灰砂經(jīng)等靜壓成型后燒結(jié)而成，爐襯中CaO含量87％左右，爐襯壁厚11mm。這種預(yù)制氧化鈣爐襯的特點是不吸水，因而可以長期放置；但其不足是爐襯的大型化比較困難。此外，在冶煉試驗過程中發(fā)現(xiàn)，預(yù)制CaO爐襯耐急冷急熱性差，容易開裂；爐襯材料中加入的防吸水劑降低了CaO的含量（CaO的實際含量>85％），因而這種爐襯的脫氧效果也受到影響。

西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院張敏華于2005年采用電熔剛玉質(zhì)澆注料并用低鈣氧化鋁水泥和活性α-Al2O3微粉作為粘結(jié)劑，研制出中頻感應(yīng)電爐爐外預(yù)制成型整體爐襯，用于熔煉鈦合金[29]。該成型爐襯采用的電熔剛玉的化學(xué)成分和爐襯材料配方如表8所示。其生產(chǎn)工藝過程如下：將攪拌好的澆注料裝入裝配式模具內(nèi)，并充分振動，表面抹光，12h后脫模，保濕養(yǎng)護2天，再在120℃烘箱中放置24h即可。該成型爐襯的最高工作溫度為1800℃。

表8  西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院電熔剛玉成型爐襯材料配方(%)

電熔剛玉			粘結(jié)劑		水	添加劑
Al2O3 99	CaO 0．05	SiO2 4．95	活性α-Al2O3微粉 適量	低鈣Al2O3水泥 5	5．5	適量

迄今除本溪鋼鐵公司鋼鐵研究所和北京鋼鐵研究總院采用等靜壓成型工藝生產(chǎn)10kg型真空感應(yīng)電爐小型成型爐襯以外，其他單位均采用普通的逐層填料—逐層壓實工藝或澆注—振動成型工藝，其緊實密度不均勻，常溫抗壓強度和高溫抗裂性不高，導(dǎo)致爐襯壽命不穩(wěn)定。

湖北工業(yè)大學(xué)機電研究設(shè)計院[30]從1999年起一直緊密跟蹤國內(nèi)外感應(yīng)電爐爐外成型爐襯技術(shù)的研究和發(fā)展動態(tài)，致力于新型成型爐襯生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)，現(xiàn)已研制成功堿性、中性、酸性系列成型爐襯產(chǎn)品；并首創(chuàng)采用內(nèi)膠囊水壓膨脹等靜壓成型工藝及專用設(shè)備和模具，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，投資少，模具裝拆方便，脫模容易，可生產(chǎn)大型成型爐襯產(chǎn)品；爐襯成型后先自然干燥數(shù)天，再在內(nèi)壁刷涂約1mm厚的助燒結(jié)型涂料，然后送入箱式電阻爐中從常溫逐漸升溫到500℃保溫1h，爐內(nèi)自然冷卻至低于80℃后即可出爐。

該堿性成型爐襯以成本低、來源廣、絕緣性能好的燒結(jié)鎂砂（MgO96%）為主要原料，采用MgO-Al2O3-SiO2-H2O復(fù)合體系作為結(jié)合劑，添加α-Al2O3微粉使其在使用過程中與MgO反應(yīng)形成尖晶石，利用形成尖晶石過程中微膨脹產(chǎn)生的微裂紋提高成型爐襯的抗熱震性能，抑制龜裂紋的產(chǎn)生和擴展，同時尖晶石的形成有利于提高成型爐襯的抗渣性。Al2O3微粉加入量還會影響試樣的氣孔率，從而間接地影響試樣的強度。合理的粒度分布有利于提高成型爐襯的熱震穩(wěn)定性、抗渣和抗鋼液的化學(xué)侵蝕能力等性能。較優(yōu)骨料粒度分布為正態(tài)分布，較優(yōu)骨料與基質(zhì)質(zhì)量比為70:30，與黑龍江礦業(yè)學(xué)院的研究結(jié)果基本一致。

湖北工業(yè)大學(xué)機電研究設(shè)計院研制的等靜壓爐外預(yù)制成型系列爐襯與國內(nèi)熔煉黑色金屬的幾種典型成型爐襯的使用效果對比如表9所示。結(jié)果表明：在熔煉黑色金屬的成型爐襯中，該成型系列爐襯的等靜壓爐外預(yù)制成型方法系國內(nèi)首創(chuàng)；成型爐襯安裝工作量僅為爐內(nèi)搗制整體式爐襯的20%～40%，單爐熔煉量提高5%～15%；前50爐過程中內(nèi)壁掛渣很少，表面光滑；間歇式熔煉時，節(jié)電效率可達27%左右，熔煉時間可縮短11%～25%，爐襯使用壽命可提高50%~100%；以上主要技術(shù)指標(biāo)均達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

表9  國內(nèi)熔煉黑色金屬的幾種典型成型爐襯的成型方法和使用效果對比

生產(chǎn) 單位	爐襯類型	成型方法	熔煉 鋼種	爐襯 額定 容量	熔煉作業(yè)模式	使用 壽命	壽命 提高率	熔煉 時間 縮短	節(jié)電
黑龍江礦業(yè)學(xué)院	高鋁礬土	逐層填料— 逐層壓實 550℃×10h		150kg	間歇式	97～105爐	9%～ 35%
沈陽鑄造研究所	鎂砂或剛玉砂、石英砂、鋁礬土熟料砂等，填充料干搗	壓實成型 60~800℃×（1~3）h	不銹鋼	250kg	連續(xù)式	136爐	109%	15%~ 20%	15% 左右
沈陽恒豐實業(yè)公司	鎂砂或剛玉砂、石英砂、鋁礬土熟料砂等，填充料干搗	壓實成型 60~800℃×（1~3）h			間歇式	100爐以上		15%	10%～20%
湖北工業(yè)大學(xué) 機電研究設(shè)計院	燒結(jié)鎂砂+ 高鋁剛玉、高鋁礬土砂+燒結(jié)鎂砂，填充料干搗和濕搗	內(nèi)膠囊 水壓膨脹 等靜壓成型 500℃×1h	高錳鋼、碳鋼、不銹鋼、合金鑄鐵	250kg	間歇式	70～145爐， 平均103爐	50%~ 100%	11%～ 25%	27% 左右

7 發(fā)展趨勢

隨著鑄造生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，對金屬熔煉電爐的爐襯要求也越來越高。研制質(zhì)量好、壽命長的感應(yīng)電爐成型爐襯是無芯感應(yīng)電爐爐襯的發(fā)展總趨勢。目前研究與開發(fā)的重點發(fā)展方向應(yīng)是以下幾個方面：

7.1 加強感應(yīng)電爐爐襯/液態(tài)金屬界面作用機理和規(guī)律的研究，為新型爐襯的開發(fā)研制提供理論指導(dǎo)。

7.2 發(fā)展耐火材料多相復(fù)合技術(shù)，擴大鎂鋁尖晶石、鋁鎂尖晶石等新型爐襯材料在感應(yīng)電爐熔煉中的應(yīng)用范圍，開發(fā)氧化物—非氧化物復(fù)合耐火材料（如Al2O3—β-Sialon、ZrO2—SiC等）、含游離CaO的堿性耐火材料（如MgO—CaO）等新型感應(yīng)電爐爐襯材料，以提高爐襯的力學(xué)性能、抗熱震性和抗侵蝕性；含游離CaO的堿性耐火材料還可脫S和脫P，降低[O]含量，減少非金屬夾雜物，顯著改善鋼水凈化效果[31]。

7.3 發(fā)展分區(qū)筑爐技術(shù)（即在爐襯的底部和渣線部位等特定區(qū)域使用特定的爐襯材料），開發(fā)梯度成分爐襯（即爐襯從熱面到冷面由成分和性能逐漸變化的耐火材料組成），改進爐襯材料顆粒配比、粘結(jié)劑和/或燒結(jié)劑組成，提高感應(yīng)電爐成型爐襯使用壽命。

7.4 發(fā)展復(fù)合結(jié)構(gòu)爐襯技術(shù)，改進成型爐襯結(jié)構(gòu)設(shè)計、等靜壓成型工藝及設(shè)備，降低成型爐襯生產(chǎn)成本，擴大成型爐襯產(chǎn)品品種，提高成型爐襯產(chǎn)品質(zhì)量，降低筑爐工人勞動強度，節(jié)約生產(chǎn)工時消耗，提高感應(yīng)電爐利用效率。

7.5 開發(fā)可使?fàn)t壁易于燒結(jié)和清理、不易掛渣的新型爐襯內(nèi)壁涂料，進一步提高成型爐襯抗化學(xué)侵蝕能力和使用壽命。