熔煉是鑄造生產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，是否能熔煉出高溫純凈少氧化的優(yōu)質(zhì)鐵液是判斷熔煉質(zhì)量和水平的重要標(biāo)志。沖天爐作為鑄造的重要設(shè)備爐襯材料的選擇至關(guān)重要，由于在熔煉過程中承受高溫，化學(xué)侵蝕，下降爐料的機(jī)械沖擊及其自身的膨脹性，使沖天爐熔煉時間受到了限制，國內(nèi)沖天爐熔煉時間一般在6~10小時且爐襯侵蝕大，爐況不穩(wěn)定，對耐火材料的選用有著極大的挑戰(zhàn)，因此我公司鄭州駒達(dá)耐火材料有限公司在多次試驗(yàn)分析中得出了一套耐火材料侵蝕反應(yīng)機(jī)理，選擇合適的爐襯才能造就長壽的熔煉環(huán)境。
一：耐火材料侵蝕機(jī)理及選用
加料區(qū)及流槽一般使用氧化鋁含量50%~80%左右的澆注料砌筑而成，高的氧化鋁含量會給材料帶來理想的高溫強(qiáng)度和抗磨損性能，但在選料時應(yīng)考慮材料的抗冷熱沖擊能力。
由于熔化帶工作溫度極高，同時又是在強(qiáng)氧化氣氛下，在日前很難找到適合的耐火材料能夠在該部位長期運(yùn)行，即使在這一部位安裝耐火材料，都將在沖天爐運(yùn)行一段時間后被侵蝕掉。通過實(shí)際操作，現(xiàn)在影響水冷沖天爐爐襯壽命的主要部位為爐缸、過橋及分渣器的材料壽命，延長爐襯壽命實(shí)現(xiàn)連續(xù)熔煉，實(shí)際上是要選用適當(dāng)?shù)牟牧霞肮に嚕娱L以上部位的使用壽命。
通過分析這些部位均于爐渣接觸，存在強(qiáng)烈的化學(xué)侵蝕，要求材料具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度和抗鐵液沖刷的能力。同時在分渣器部位的材料還要具有抗氧化能力。
在為沖天爐選料時，還應(yīng)考慮爐渣成分對沖天爐耐火材料的影響。沖天爐在熔煉加料中加入一定比例的石灰石提高渣子的流動性，便于將渣子排出爐外。爐渣中含有成分包括CaO、SiO2、MgO、MnO、AL2O3、FeO、B2O3、TiO2、P2O5等多種成分，現(xiàn)在多用堿度來表示爐渣的性質(zhì)。
堿度大于1為堿性爐渣，小于1則為酸性爐渣。一般鑄造廠常用CaO/Sio2來表示爐渣的堿度。過高或過低的堿度將分別導(dǎo)致渣子難以排出或在分渣器難以將渣鐵分離。一般考慮將渣子的堿度控制在1或弱堿性。
爐渣中FeO和MnO的含量很小，它們使?fàn)t渣傾向于堿性。這些成分雖然含量不高，但對耐火材料使用壽命的影響非常大。FeO來源于加料中的Fe2O3（鐵銹）：
2Fe2O3→4FeO+O2：MnO來源于廢鋼中的錳：2Mn+O2→2MnO。
FeO與MnO與耐火材料中的SiO2發(fā)生以下反應(yīng)：
2FeO+Sio2→2FeOSiO2 (鐵橄欖石，熔點(diǎn)：1204℃)
2MnO+Sio2→2MnOSio2（錳橄欖石，熔點(diǎn)：1176℃）
FeO與MnO與耐火材料中的AL2O3發(fā)生以下反應(yīng)：
2FeO+AL2O3→FeOAL2O3（鐵尖晶石，熔點(diǎn)：1593℃）
2MnO+AL2O3→MnOAL2O3（錳尖晶石，熔點(diǎn)：1565℃）
以上兩個反應(yīng)將導(dǎo)致耐火材料的侵蝕和剝落，相比之下，二氧化硅更容易被侵蝕掉，因?yàn)檠趸F與氧化錳會與材料中的二氧化硅反應(yīng)，形成低熔點(diǎn)的化合物。但是如果氧化鐵與氧化錳的含量過高或熔化溫度超過1550℃，氧化鋁也將被侵蝕，這種情況下應(yīng)考慮使用尖晶石基材料作為耐火材料。
在考慮爐渣與耐火材料中骨料反應(yīng)的同時，也考慮爐渣與材料中添加劑的反應(yīng)。現(xiàn)在廣泛使用的添加劑為碳化硅。FeO與MnO會與其發(fā)生如下反應(yīng)：
FeO+SiC→Fe+SiO2+CO（反應(yīng)溫度：1482℃）
MnO+SiC→Mn+SiO2+CO（反應(yīng)溫度：1482℃）
以上反映隨著溫度的升高而加速，因此在材料中需要加入其它添加劑來保護(hù)SiC。
綜上所述，在選材上應(yīng)做如下考慮：
（1）材料的耐火度。增加材料中的氧化鋁含量，降低二氧化硅及材料中的低溫粘結(jié)劑含量。
（2）材料的高溫強(qiáng)度。選取在工作溫度下強(qiáng)度高的材料，較高的材料魔都可以提高材料的強(qiáng)度。
（3）材料的化學(xué)組成。加入不粘劑，一般為碳化硅根據(jù)爐渣成分的不同，選取化學(xué)性質(zhì)適當(dāng)?shù)哪突鸩牧稀?/FONT>
（4）材料的抗氧化能力。加入抗氧化劑來保護(hù)不粘劑不被迅速氧化。
（5）材料的熱傳導(dǎo)性能。對于沖天爐襯來說，爐襯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求爐襯具有較高的熱傳導(dǎo)性能，能夠迅速將熱量傳到爐殼以外，來降低材料工作表面的溫度，環(huán)節(jié)化學(xué)侵蝕發(fā)生的速度。
材料應(yīng)為高氧化鋁基，添加碳化硅及碳。材料中使用低溫粘結(jié)劑在施工后形成強(qiáng)度便于脫模，在高溫工作條件下，材料以陶瓷鍵結(jié)合，形成高溫強(qiáng)度。在隨后的日常修補(bǔ)中使用同樣基體的塑性料對原爐襯材料進(jìn)行修補(bǔ)。這種類型的材料分為搗打料和澆注料。
總結(jié)：特別需要注意的一點(diǎn)在生產(chǎn)過程中焦炭是沖天爐熔煉的主要熱源，同時也是鐵液中碳元素的重要來源，直接決定了鐵液溫度及成分的穩(wěn)定性。因此，必須嚴(yán)格控制焦炭質(zhì)量。