中频炉坩埚受何种影响将会出现缩短使用寿命
感应冶炼时,坩埚质量高低和使用寿命的长短,直接和产品质量与冶炼成本有着密切的关系。改善坩埚的质量,提高使用寿命是感应冶炼的主要技术问题之一。
耐火材料中的杂质,在高温下能形成低熔点的化合物,从而降低了耐火材料的耐火度。随着耐火材料中杂质含量的增加,耐火度降低,坩埚的使用寿命下降。为了延长坩埚的使用寿命要求耐火材料的纯度越高越好。
不同材质的耐火材料由于其物理化学性质不同,他们对冶炼条件的适应能力也不同,例如抗炉渣侵蚀能力、耐急冷急热性等。因此,坩埚的使用寿命差别很大。真空感应炉和非真空感应加热炉用的镁质和铝镁质坩埚的使用寿命。从表中数据可以看出:镁铝尖晶石坩埚比电熔镁砂坩埚的使用寿命高。其主要原因是镁铝尖晶石比镁砂的膨胀率低,耐急冷急热性好。镁铝质坩埚的烧结结构优于镁质坩埚,镁质坩埚的烧结层和半烧结层在高温下均产生体积收缩。镁铝质坩埚则不同,它的烧结层产生收缩时,半烧结层产生膨胀,这样来自烧结层的裂纹不会继续在半烧结层中延伸,从而提高了坩埚的使用寿命。
镁铝质坩埚中由于含有Al2O3,能和炉渣中的游离CaO和SiO2结合使炉衬受到侵蚀,因此,在选择坩埚材料时应考虑到相应的冶炼工艺。使用镁铝质坩埚时应选择低碱度炉渣,真空感应炉冶炼时采用镁铝质坩埚最适宜,200公斤真空感应炉用这种坩埚冶炼精密合金时寿命可达200炉次。
和碱性坩埚相比较,石英质酸性坩埚的耐火度低,体积膨胀率大,用于炼钢时,坩埚寿命较低。但是,由于石英砂的成本低,在大型感应炉还是得到了应用。在用于熔炼铸铁的工频感应炉连续作业时(坩埚温度保持在800~1000℃),其寿命高达数百炉。因此,工频感应炉几乎全部使用石英质坩埚。
感应炉坩埚的使用寿命随其容量的增大而下降。目前炼钢用非真空感应炉的坩埚使用寿命列于表4-2。真空感应炉因在没有炉渣的条件下工作,在相同容量下,比非真空感应炉坩埚寿命高。但是,随容量增大,坩埚的使用寿命也下降。
1吨中频感应炉坩埚壁所承受的静压强是150公斤中频感应炉的1倍左右。10吨工频感应炉坩埚壁承受的静压强是500公斤感应炉的3.5倍左右。由此可见,坩埚容量越大,坩埚壁承受静压强也越大。因此,大型感应炉内钢液更容易向坩埚壁渗透,使坩埚很快被破坏。
冶炼钢液温度过热,造成炉渣温度升高,对坩埚的侵蚀加剧,使坩埚沿渣线过早的损坏。此外,高温钢液加速钢与坩埚之间反应,从而助长坩埚的化学侵蚀。总之,冶炼温度越高坩埚的使用寿命越低。
冶炼熔点低、流动性好的高碳和高锰钢时,钢液对坩埚的渗透作用加剧,会降低坩埚的使用寿命。冶炼低碳高镍铬流动性差的钢种时,坩埚具有比较高的使用寿命。因此,在安排冶炼钢种时应当在坩埚的后期冶炼高碳和高锰钢种。
炉渣的碱度应当和坩埚材质相适应。镁质坩埚能被高CaO渣和SiO2渣侵蚀。炉渣中CaF2数量应进行控制,过量的CaF2会侵蚀碱性炉衬,使渣线区过早熔蚀。
碱性渣适用于镁质坩埚,酸性渣适用于石英质坩埚,镁铝质坩埚只能使用弱碱性或中性渣。应根据坩埚材质选择合适的炉渣。
熔化期炉料产生“架桥”现象对坩埚的使用寿命的影响最大。出现“架桥”时,炉料与钢液脱离,钢液温度会过热到很高的温度,严重影响坩埚的使用寿命,在处理“架桥”现象时,过重的振动锤击都会使坩埚遭到破坏。