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无芯感应电炉炉衬的主要失效形式

 

(1)热应力开裂

无芯感应电炉炉衬的厚度较薄,一般为70~110mm,内侧与高温金属液接触,外侧紧贴水冷线圈,耐火材料两侧存在很大温差。由于炉衬在使用过程中受到周期性的加热、冷却作用,引起体积的膨胀与收缩,在其内部产生相应的循环热震冲击。以上这些因素均易导致炉衬发生热应力开裂。筑炉时炉衬料的分层易产生横向裂纹,炉衬经受急剧的冷热循环冲击时则易产生纵向裂纹。

(2)侵蚀

无芯感应电炉炉衬受到的侵蚀可分为金属液侵蚀、熔渣侵蚀、电磁搅拌和过热引起的机械侵蚀。

(a)金属液侵蚀

碱性镁砂炉衬对Fe、Mn、Ni的承受能力良好,而对C、Si的承受能力较弱,在高温下金属液中〔C〕、〔Si〕的活性增强,与炉衬表面的MgO发生界面反应,使炉衬受损。例如:镁砂炉衬熔炼高锰钢时,MgO与钢液中的〔C〕

发生以下反应:MgO+[C](s)→Mg(g)+CO(g)

由于感应电炉的电磁搅拌作用,反应生成物易离开反应区使反应不断进行,从而加剧炉衬侵蚀。金属液中的元素如Ti、B、Re等在高温作用下均会与炉衬材料发生相互反应,使炉衬遭到侵蚀。

采用酸性硅砂炉衬熔炼时,SiO2与金属液中的〔C〕

发生以下反应:SiO2(s)+2[C](s)→[Si](s)+2CO(g)

对于球铁熔炼,该反应的平衡温度为1467℃,灰铁为1540℃,可锻铸铁为1580℃。当熔化温度超过平衡温度时,炉衬中SiO2被C还原,炉衬变薄。

(b)熔渣侵蚀

由于炉料中存在铁锈、回炉料不净及金属液高温被氧化等因素,产生大量含FeO的炉渣。在熔炼过程中,熔渣由于受到电磁搅拌作用,其粘度明显降低,在与炉衬表面接触时被深深地吸附在炉衬的孔隙间。在高温下,被吸附的熔渣中的氧化物FeO与酸性炉衬中的SiO2、中性炉衬中的Al2O3、碱性炉衬中的MgO等产生渣化反应。这些反应生成物的熔点较低(如FeO・SiO2的熔点仅1170℃),在高温金属液搅拌作用下极易熔化并很快离开反应区,侵入渣中。炉衬材料的碱度水平和炉渣组成的碱度差越大,炉衬就越容易被侵蚀。

(c)电磁搅拌和过热引起的机械侵蚀

在与金属液接触的界面处,或混有金属物的炉衬局部区域,或由于炉料“搭桥”引起金属液过热的炉衬局部区域,炉衬实际上已呈软化状态。金属液在电磁搅拌力作用下,将会不断地对软化的炉衬界面进行冲刷。

(3)剥落

剥落是炉衬材料以块状或片状的形式从炉衬表层掉落下来的一种现象。其产生原因有: (a)热应力:当此热应力超过炉衬的耐冲击强度和裂纹弥合能力时,便产生裂纹。裂纹严重时,材料将在裂纹交叉处发生剥落。 (b)机械损伤:其来源主要有:加装料时大块状炉料的硬性撞击,冷却清渣时铲子的机械冲击以及处理炉料“架桥”现象时的锤击振动。 (c)金属液冲刷与粘滞:金属液在电磁搅拌作用下,粘度低、流动性好,极易浸入炉衬中的微小孔洞和裂纹,致使炉衬颗粒结合松弛,在反复的熔炼过程中这些颗粒极易剥落。金属液出炉后,粘滞在炉衬内壁上的残留金属液出现凝固收缩,容易将其附着的部分从炉衬表面剥落下来。

(d)膨胀剥落:因不同的热膨胀率所引起的炉衬剥落现象一般发生在炉衬烧结层被金属液严重渗透的部位。在交替变化的冷热循环中,被严重渗透部位的热膨胀率与未被渗透部位的热膨胀率差别很大,在两者的界面处容易产生不规则应力而造成剥落。

(4)渗透

渗透是指金属液对炉衬孔洞、裂纹的浸入和填充,其形式主要有2种:一种是金属液浸润,即金属液通过炉衬连续的孔隙渗入炉衬中,并沿垂直于炉衬表面的方向延伸;另一种是裂纹渗透,因金属液浸透造成炉衬材料热膨胀、力学性能改变等引起炉衬开裂,金属液充填裂纹的缝隙。

(5)结渣

炉料中的杂质和锈蚀物在金属液中以悬浮的固态颗粒或熔渣液滴的形式存在。因其对炉衬表面具有粘附性而在上面沉积,成为结渣基底。没有上浮至金属液液面而被结渣层粘住了的大的悬浮颗粒使结渣层进一步加厚。

采用硅砂炉衬熔炼时,如果熔化温度较低,炉料中混入的Si及金属液中的〔Si〕与O2

发生反应:[Si](s)+O2(g)→SiO2(s)

生成的SiO2在熔炼时被吸附到炉衬表面,形成炉瘤,使炉衬变厚。

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