中頻爐生產(chǎn)鑄鋼怎樣選擇爐襯打爐料？

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，本文主要是想介紹一些有關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、進一步改進爐襯材料時參考。同時，鑒于目前硅砂爐襯、鎂砂爐襯、氧化鋁質爐襯在我國鑄鋼業(yè)界還都有應用，也順便對這些材料的特性作一點簡單的介紹，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；特別應該提到的是，爐襯燒結過程中，硅砂的石英相變膨脹能彌補燒結過程中的體積收縮，從而提高燒結層的致密度,降低爐襯燒結層中的孔隙率。因此，各國鑄造行業(yè)中，用于熔煉各種鑄鐵的坩堝式感應電爐都廣泛采用以硅砂為基礎的爐襯材料。

但是，SiO2的耐火度低，基本上就不能適應煉鋼溫度。而且，SiO2在高溫下的化學活性很強，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量，也不能保證爐襯的壽命。從上世紀80年代后期起，各工業(yè)國家用感應電爐生產(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，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材料、用濕法打結，完全可以彌補這方面的不足。

如果將冶金鎂砂作為感應電爐的爐襯材料，則由于爐襯厚度的制約，又不宜用濕法打結，這些不足之處的負面作用就非常明顯，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)的爐子情況尤為嚴重。

（3）氧化鋁質爐襯

氧化鋁和鋯砂都屬于中性耐火材料，其中應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

尖晶石礦物具有類質同象的特征，品種很多，成分也比較復雜，其分子式可以寫成Ｍ２＋Ｏ?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。尤其應該提到的是：MgO和Al2O3在燒結形成尖晶石的過程中有7.9％的體積膨脹，可以彌補燒結過程中的體積收縮，減少燒結層的孔隙率，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兩種方式。我國冶金行業(yè)于1997年即參照美國鋁業(yè)化學公司MR66和AR76材料的規(guī)格，制定了YB/T 131-1997《燒結鎂鋁尖晶石》行業(yè)標準。 

尖晶石型爐襯材料，實際上并不是全部由尖晶石構成，而是以粒狀Al2O3或粒狀MgO材料為基礎，在其中配加相應的粉狀、或細粒狀尖晶石形成材料，使之均勻分布在顆粒耐火材料之間，燒結過程中在氧化鋁顆粒之間形成鎂鋁尖晶石網(wǎng)絡，起結合作用。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。

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廠商，都有多種預配的尖晶石爐襯材料供應，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。

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、鋼的冶金質量高，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，可按以下的目標成分計算：

以氧化鋁為基礎顆粒材料時  保持爐襯材料中Al2O3的質量分數(shù)為85～88％左右，MgO的質量分數(shù)為22％左右；

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

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