【热坛学习】炉衬的侵蚀
【热坛学习】炉衬的侵蚀
中频炉的炉衬通常是用各种规格粒度组成的耐火材料打结而制成（常用的耐火材料主要有镁质、石英质、铝质及复合材料四大类）。其特点是：直接结合。因而抗侵蚀性能高、力学强度高、抗热震性能良好。中频炉炉衬在使用过程中经常会受到各种损害，炉衬侵蚀和炉衬结渣是常见的两种方式，这些都会影响中频炉炉衬使用寿命。
中频炉使用过程中，炉衬用的耐火材料的厚度只有100-300mm左右，内侧与高温金属液接触，外侧紧贴水冷线圈，耐火材料内外侧温差很大，处于相对单薄 的断面和许多熔炼操作的强侵蚀性环境的使用条件下。感应电炉熔炼时常受到炉衬损伤问题的困扰。炉衬损伤包括熔炼造成的正常炉衬侵蚀和非正常损伤。
影响炉衬损毁的主要工艺条件包括：熔炼温度、脱气时间、一次脱气量、炉渣的化学成分和生产的钢（铁）种。破坏炉衬的主要影响因素有：炉渣化学侵蚀、耐火材料结构剥落与热侵蚀。
炉衬在以下三种机理的综合作用下被逐层侵蚀，进入炉渣：
① 化学侵蚀在高温环境中，炉渣与炉衬之间存在的相互化学作用造成炉衬侵蚀；
② 热应力侵蚀炉衬中温度梯度造成的热应力，使炉衬表层逐层剥离造成炉衬侵蚀；
③ 熔融侵蚀炉衬中的低熔点材料，在高温作用下熔融，造成炉衬侵蚀。
下面简要讨论对炉衬寿命影响比较显著的三种损伤：化学侵蚀、炉衬内壁结瘤、炉衬开裂。
① 化学侵蚀。炉渣对炉衬的化学侵蚀实质上是炉衬中的SiO2在高温下溶入炉渣的过程。构成酸性感应炉炉渣的基本成分是FeO，Al2O3和SiO2。从SiO2- FeO-Al2O3的三元平衡相图上来看，当渣中含有40%的SiO2，10%的Al2O3，50%的FeO时，其熔点大约是1083℃，而新形成的渣中SiO2含量不足，在炉衬与炉渣接触时。炉衬中的SiO2必然趋于溶于渣中，发生炉衬损耗。当SiO2含量超过40%后，渣的熔点开始升高，黏度逐渐加大，直到超过铁水温度，溶入过程结束。当渣中含有MnO、CaO等碱性化合物时，SiO2的溶入更加迅速，炉衬损耗显著加快。
铁水中的碳可以减少炉衬的损耗。因此在酸性炉衬中熔化球墨铸铁时比熔化一般灰铸铁时炉衬损耗较小。
② 内壁结瘤。感应电炉在使用一段时间后，坩埚内壁的某些部分沿圆周凸起，出现凸起的部分坩埚内径变小，局部壁厚增大，炉膛容积减少，这种现象称之为结瘤。炉衬内壁结瘤是困扰电炉操作者的主要损伤形式，也是降低炉衬寿命的重要原因。
结瘤的原因源于硅砂炉衬材料与铁水及其中的杂质反应。凸起部位的Al2O3和SiO2的含量都在40%-45%之间，而FeO的含量不足4%。根据SiO2- FeO-Al2O3的三元平衡相图，这种成分形成莫来石类型的复合化合物。这种化合物的熔点高于铁水的最高熔化温度。因此沉积在炉衬上使炉壁增厚。
为了避免结瘤的产生，应注意避免炉渣中含有过多的氧化铝。氧化铝的主要来源是回炉料中未清理干净的型砂中的膨润土或回炉料中含有铝。另外要注意不要使低温铁水在炉中停留时间过长，因为低温时结瘤显著加快。
冷态下结瘤很难铲除，而且铲凿容易损伤炉衬。一般采用高温纯生铁水洗炉的方法去除结瘤，将纯生铁水高温过热至1500℃以上，同时向渣中加入冰晶石粉，这样在短时间内就可以将结瘤清楚。需要注意的是，冰晶石粉在高温下会生成剧毒的氟化氢，要做好防护措施。
③ 炉衬开裂。温度骤变会在炉内产生热应力，特别是新炉衬烧结过程中，石英砂在几次相变过程中体积急剧变化，更容易产生裂纹。
炉衬裂纹一般有两种形式，环状裂纹和轴向裂纹。环状裂纹沿坩埚周圆发展，通常是不连续的。这种裂纹比较危险，因为它随着熔炼炉次增多而不断扩展，即使在修 炉时对裂纹的缝隙加以修补，也难以组织裂纹的扩展。铁水可能向裂纹缝隙中渗透，当裂纹穿透炉衬时，就可能发生漏炉事故。
轴向裂纹沿坩埚轴向或接近轴向扩展。这种裂纹通常是在炉衬冷却后，在热应力作用下因较大而不均与收缩产生的。这种裂纹的缝隙在炉衬加热时常会因材料膨胀而闭合。经过合理修补的轴向裂纹不致迅速扩展，炉衬继续使用时要注意不断观察裂纹的变化。
为避免炉衬出现裂纹，应注意炉衬捣固的紧实度。不紧实或炉衬内部孔隙过大的炉衬难以抵抗热应力的破坏，发生裂纹的几率显著上升。炉衬材料粒度配比不合适常导致这种情况。这也就是很多厂家反映的大厂的炉衬材料反而不好用的原因之一。
在烘炉烧结的过程中，一定要严格遵守加热规范，避免过快升温，升温不能间断，达到烧结温度后要即时开始熔化。第一次熔化要尽可能达到最高温度并连续在新筑炉衬内多熔化几炉，一遍充分烧结。
加料时应小心加料，避免撞伤炉衬，尤其是冷炉加料时。在日常熔化中，应注意避免炉衬的急冷急热，尽量避免铁水液面高度的频繁变化。出清铁水后及时加料。