耐火材料爐襯，是坩堝式感應(yīng)電爐重要組件，影響爐子的熔煉功能、鋼的冶金質(zhì)量，尤其關(guān)鍵的是作業(yè)安全。由于坩堝式感應(yīng)電爐適用于各種鑄造合金的熔煉，如鑄鐵、鑄鋼、銅合金、鋁合金和鋅合金等，小型感應(yīng)電爐，爐襯可購買成型的預(yù)制坩堝。實際生產(chǎn)中用于鑄鋼的坩堝式感應(yīng)電爐，一般都由鑄造廠根據(jù)熔煉合金的品種選購適用的耐火材料，自行修筑爐襯，并做好燒結(jié)的作業(yè)。

　　1、爐襯用耐火材料的基本情況

　　常用于坩堝式感應(yīng)電爐的幾種耐火材料，基本成分和耐火性能見表1。

　　2、適用于煉鋼用爐的襯耐火材料

　　隨著感應(yīng)電爐在鑄鋼業(yè)界應(yīng)用的發(fā)展，自上世紀(jì)80年代起，鋁鎂尖晶石型爐襯材料的應(yīng)用逐步受到重視，目前，各工業(yè)國家鑄鋼業(yè)界所用的坩堝式感應(yīng)電爐，基本上都采用尖晶石型爐襯。

　　近年來，我國也有一些鑄鋼企業(yè)采用了尖晶石型爐襯材料，其中，有些廠家是購買國外廠商預(yù)配好的材料，雖然使用效果很好，但生產(chǎn)成本提高很多，而且對它的特性不甚了解。在此，我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)爐襯材料時參考。同時，鑒于目前硅砂爐襯、鎂砂爐襯、氧化鋁質(zhì)爐襯在我國鑄鋼業(yè)界還都有應(yīng)用，也順便對這些材料的特性作一點簡單的介紹，供參考。

　?。?）硅砂爐襯

　　以硅砂為基本耐火材料修筑的爐襯，通常也稱為酸性爐襯。硅砂的優(yōu)點很多：首先是是資源豐富、價格低廉；而且以硅砂為基本耐火材料制成的坩堝，在接近其熔點的高溫下仍具有很好的強度，耐驟冷、驟熱的性能好；特別應(yīng)該提到的是，爐襯燒結(jié)過程中，硅砂的石英相變膨脹能彌補燒結(jié)過程中的體積收縮，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，能與煉鋼過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，生成熔點為1130℃的共晶組分。此外，SiO2還可能被鋼液中一些活性較強的元素還原。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)國家用感應(yīng)電爐生產(chǎn)鑄鋼件的鑄造廠，就已經(jīng)不用硅砂爐襯。據(jù)我所知，我國迄今仍有一些企業(yè)采用硅砂爐襯熔煉鑄鋼，這種狀況是亟待改進(jìn)的。

　?。?）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。

　?。?）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，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。

　?。?）尖晶石型爐襯

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

　　尖晶石類礦物所含的二價金屬原子中，Mg２＋和Fe２＋可以任何比例互相取代；所含的三價金屬原子中，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）,通常簡稱為‘尖晶石’。純鎂鋁尖晶石中，MgO含量只不過是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。尤其應(yīng)該提到的是：MgO和Al2O3在燒結(jié)形成尖晶石的過程中有7.9％的體積膨脹，可以彌補燒結(jié)過程中的體積收縮，減少燒結(jié)層的孔隙率，這一點與硅砂爐襯的重要優(yōu)點是一致的。

　　鎂鋁尖晶石基本上沒有天然的礦產(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。我國冶金行業(yè)于1997年即參照美國鋁業(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)。

　　美國聯(lián)合礦產(chǎn)公司、法國米納克礦業(yè)公司、Calderys公司等知名的耐火材料供應(yīng)廠商，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，但價格都比較高。

　　我以為很好的解決方案是：各鑄鋼企業(yè)，根據(jù)自己的各項具體條件，通過試驗優(yōu)化、選定很適宜的配比，自行配制爐襯材料。這樣，既可以確保爐襯壽命長、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際成分選取，并經(jīng)試驗確定。確定爐襯材料配比時，可按以下的目標(biāo)成分計算：

　　以氧化鋁為基礎(chǔ)顆粒材料時  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  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。

　　由球體幾種堆壘的情況可見，孔隙率只決定于排列方式，與球徑的大小無關(guān)。球徑大，孔隙的尺寸大而數(shù)量少。制作爐襯顆粒耐火材料都多角形、甚至是尖角形的，其流動性很差，無論采用何種打結(jié)方式，舂得最緊實的，其孔隙度也不會低于30％。

為了降低爐襯的孔隙率，簡便易行的措施是使?fàn)t襯材料中顆粒尺寸不那么均勻，而且細(xì)粒材料可以進(jìn)入緊密排列的粗顆粒之間，極低的要求當(dāng)然是必須有d＜0.414D的細(xì)粒。粒度級配的要求就是由此而來的。

　　當(dāng)然，耐火材料的顆粒狀況比理想球體復(fù)雜得多，粒度分布的情況也極不規(guī)律，不可能簡單地靠計算求得極佳的粒度級配方案。很好的辦法是：各鑄造廠都就自己原材料的實際狀況，通過試驗，求得最合適的級配方案。

　　試驗的方法很簡單：將不同粒度的材料按一定的配比混勻，在一定的壓力作用下使之緊實成形，然后測定其體積密度。原材料供應(yīng)條件改變時，也要經(jīng)試驗考核粒度級配方案。

　　由于粒度級配的目的是使顆粒的堆壘致密，與材料的性質(zhì)無關(guān)，所以這一原則可適用于各種耐火材料。德國還就不同容量坩堝的材料推薦了不同的粒度級配。

　　煙臺鑫諾科鑄造材料有限公司作為專業(yè)爐襯材料廠家，主要生產(chǎn)中性爐爐襯材料，鑄造用爐襯材料，如有需要，歡迎您的來電咨詢。