坩堝：在感應(yīng)爐的應(yīng)用

坩堝材料為消耗材料，在煉鋼的生產(chǎn)成本中占約2%~5%的比例，降低坩堝材料消耗量是非常需要的。

感應(yīng)爐坩堝有三種，堿性坩堝.酸性坩堝和中性坩堝。用于制造堿性坩堝的材料主要是氧化鎂；制造酸性坩堝的唯一材料是氧化硅；用于制造中性坩堝的材料是氧化鋁.MgO·Al2O3、復(fù)合氧化物.石墨等。制作坩堝的方法有三種：爐外成型預(yù)制坩堝是將砂放入模具中加壓而成，適用于小容量感應(yīng)爐；爐內(nèi)成型坩堝采用手工或機(jī)械在爐內(nèi)打結(jié)而成，適用于中小型感應(yīng)爐；砌體坩堝采用耐火磚和填料，適用于大容量感應(yīng)爐。

一種間歇性玻璃熔窯，在坩堝中熔化玻璃。其結(jié)構(gòu)主要包括手術(shù)室.噴火桶(小爐)燃燒室.漏料坑.熱交換器（或蓄熱室）和其他部件。在操作室內(nèi)放置多個(gè)坩堝，將配合材料分批添加到每個(gè)坩堝中，然后依次完成玻璃的熔化過程。成型后，分批添加合成材料，以進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的熔化周期。坩堝窯生產(chǎn)規(guī)模小，用于生產(chǎn)光學(xué)玻璃.工藝玻璃(如彩色玻璃).晶體玻璃等)。根據(jù)熔融玻璃的不同，坩堝窯中使用的耐火材料也有所不同。例如，一些熔體侵蝕性光學(xué)玻璃使用更耐腐蝕的材料或襯里涂層，如高鋁.高硅.莫來石等。一般來說，坩堝襯里采用優(yōu)質(zhì)耐火磚.硅磚。

在感應(yīng)爐冶煉過程中，坩堝材料的技術(shù)要求包括以下八個(gè)方面：耐火性.物理化學(xué)穩(wěn)定.耐熱震性.高溫強(qiáng)度.絕緣性能.環(huán)保及成本的傳熱性能。

1.坩堝材料的耐火性

坩堝材料在高溫下工作時(shí)，應(yīng)具有較高的耐火性。要防止坩堝材料在高溫下過早出現(xiàn)液相，造成坩堝熔損。

2.坩堝材料的物理化學(xué)穩(wěn)定性

在高溫和高真空的共同作用下，坩堝.鋼液.爐渣.氣相之間會(huì)發(fā)生各種物理反應(yīng)。反應(yīng)的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致坩堝材料的侵蝕；鋼溶液被污染；鋼的化學(xué)成分發(fā)生了變化。因此，坩堝材料必須具有良好的抗渣性.氧化還原的穩(wěn)定性。

3.坩堝材料的耐熱性

耐熱性是指耐火產(chǎn)品抵抗溫度急劇變化而不產(chǎn)生裂紋的能力。坩堝在使用過程中定期加熱和冷卻，在坩堝內(nèi)產(chǎn)生膨脹應(yīng)力和收縮應(yīng)力。在這種正應(yīng)力和負(fù)應(yīng)力的作用下，坩堝會(huì)產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致鋼材滲漏和損壞。坩堝材料在燃燒后應(yīng)具有良好的耐熱性。

4.坩堝材料的高溫強(qiáng)度

在冶煉過程中，坩堝本身承受著各種力的作用，包括爐料對(duì)坩堝的沖擊力.靜壓鋼液.電磁攪拌鋼液的作用力和坩堝內(nèi)外溫差應(yīng)力.內(nèi)應(yīng)力等。由于這些力的作用，坩堝在高溫和室溫下必須有一定的強(qiáng)度，以防止開裂。坩堝的高溫強(qiáng)度和耐火材料的類型.成型壓力.燒結(jié)工藝.與砂粒度比等因素有關(guān)。因此，必須采取各種措施來提高坩堝的高溫強(qiáng)度，以保證坩堝的正常使用。

5.坩堝材料的絕緣性能

坩堝的絕緣性能要求是由于鋼液與感應(yīng)環(huán)之間存在一定的電壓差（通常從幾十伏到幾百伏不等）。因此，坩堝材料必須具有一定的絕緣性能，以避免被破壞。但是，坩堝材料的絕緣電阻不能太大，否則會(huì)影響爐的電氣效率，因?yàn)楫?dāng)磁線通過坩堝壁時(shí)，部分磁能會(huì)丟失。坩堝壁電阻越小，磁線通過時(shí)損失越小。因此，在保證絕緣的前提下，坩堝材料的電阻率應(yīng)盡可能小，以確保絕緣，滿足提高電氣效率的要求。

6.坩堝材料的導(dǎo)熱性

在冶煉過程中，坩堝內(nèi)外溫差很大，溫差可達(dá)1400~1600℃。熱平衡計(jì)算，大約10%~由坩堝壁向外散失15%的熱量，減少這部分熱損失可以提高電效率。

7.環(huán)境保護(hù)和成本

(1)環(huán)境保護(hù)

坩堝材料在高溫、高真空下使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)物。這些揮發(fā)物不應(yīng)該污染環(huán)境，危害人們的健康。大多數(shù)坩堝材料是環(huán)保材料，少數(shù)材料如氧化鈹(BeO).鋯英石(Zr02?Si〇2)等具有放射性，會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，危害人身健康。采用這種材料制成的坩堝，應(yīng)按照放射性物品的管理和使用程序進(jìn)行保護(hù)。

(2)坩堝材料的成本

坩堝材料是一種消耗材料，約占煉鋼生產(chǎn)成本的2%~在5%的比例下，有必要減少坩堝材料的消耗。部分合成坩堝材料價(jià)格較高，使用時(shí)應(yīng)仔細(xì)核算。根據(jù)冶煉品種.選擇合適的坩堝材料進(jìn)行冶煉工藝。

鎂砂、鎂鋁尖晶石和石英砂是制造坩堝常用的耐火材料。

除了耐火材料，制作坩堝的材料中還有少量的添加劑。硼酸是常用的(H3BO3).硼酸的主要作用是降低砂料的燒結(jié)溫度，促進(jìn)鎂鋁尖晶石的形成，改變坩堝的體積變化率。添加不同量的硼酸可以調(diào)節(jié)坩堝的體積變化率。硼酸作為一種添加劑，粒徑一般小于0.5mm，實(shí)現(xiàn)工業(yè)純度。硼酸的添加量與坩堝的工作溫度和使用條件有關(guān)。添加硼酸會(huì)降低坩堝的工作溫度。在真空感應(yīng)爐中熔化時(shí)，添加到坩堝中的硼酸會(huì)增加金屬液中的硼這在熔化超級(jí)合金時(shí)應(yīng)引起注意。