感應(yīng)爐煉鋼方法按耐火材料性質(zhì)分為酸性冶煉和堿性冶煉法。酸性冶煉法冶煉時造酸性渣。所以耐火材料主要為石英砂和鋯英石,其打結(jié)、烘烤、燒結(jié)過程與冶煉鑄鐵相近。石英砂或者鋯英砂爐襯一般用于低碳鋼或者低合金鋼的冶煉。堿性冶煉法冶煉時造堿性渣,所以耐火材料為中性、堿性耐火材料或者石墨坩堝等,適用于高合金鋼、特殊鋼、精密合金鋼等鋼種的冶煉,在歷史上,有多重系列耐火材料用于感應(yīng)爐內(nèi)襯,其中SiO2質(zhì)和鋯英石質(zhì)由于酸性曾經(jīng)偶爾被采用,并延續(xù)至今,但更流行的感應(yīng)爐煉鋼用耐火材料主要是高鋁質(zhì)、MgO—CaO質(zhì)和由Spinel 組成的耐火材料。
感應(yīng)爐由于功能的多樣化,需要多種高性能耐火材料與之相適應(yīng)。也就是說,耐火材料在感應(yīng)爐中的應(yīng)用,不僅需考慮爐型、爐體結(jié)構(gòu)和熔煉工藝,而且也要考慮耐火材料的材質(zhì)及其從常溫到工作溫度之間的礦物相、物理性能變化過程和變化機(jī)理:同時還要根據(jù)應(yīng)用要求,特別是革新設(shè)備的應(yīng)用要求進(jìn)行耐火材料的選擇和材料性能的改進(jìn)。
當(dāng)采用酸性煉鋼法時,由于冶煉時造酸渣,所以無芯感應(yīng)爐里襯主要采用石英砂(有時也選用鋯英石),其筑襯方法、烘烤制度和燒結(jié)過程與冶煉鑄鐵時幾乎相同。
當(dāng)采用堿性煉鋼法煉鋼時,內(nèi)襯則選用中性或堿性耐火材料以及石墨坩堝等。這種冶煉方法主要適用于高合金鋼、特種鋼、精密合金鋼等。
堿性煉鋼,由于石灰、螢石和各種鐵合金(硅鐵、錳鐵、鉻鐵和鉬鐵等)的加入,同熔煉鑄鐵相比,熔渣成分復(fù)雜,潤濕性大,冶煉溫度高,對耐火材料的侵蝕嚴(yán)重。其中小型感應(yīng)爐普遍采用鎂質(zhì)耐火材料筑襯。然而,由于MgO的膨脹系數(shù)大,抗熱震性差,而且存在容易被熔渣滲透,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剝落的問題,因而不適于大容量、間歇性操作感應(yīng)爐的使用條件。為了能與大容量、間歇性操作的感應(yīng)爐的使用條件相適應(yīng),可向鎂砂中添加適量的AL2O3細(xì)粉,利用反應(yīng):
MgO + AL2O3 → MgO · AL2O3(Spinel)
生成Spinel來抑制龜裂:或采用MgO—Spinel質(zhì)干式打結(jié)料,利用Spinel的低熱膨脹性緩沖高溫應(yīng)力,提高內(nèi)襯的抗熱震性。這類MgO + AL2O3質(zhì)或MgO—Spinel質(zhì)耐火材料屬于MgO — AL2O3系統(tǒng)。這些混合料經(jīng)高溫受熱后,其礦物相均為方鎂石和尖晶石,2050℃以上則為方鎂石和液相,因而具有優(yōu)異的高溫性能。
在煉鋼應(yīng)用爐日趨大型化和高功率化的今天,重點則采用AL2O3基耐火材料并盡量提高其使用性能。由于“配料熔煉”(使用直接還原鐵球作添加料等)無芯感應(yīng)爐的侵蝕性環(huán)境和極嚴(yán)峻的熱震條件,必須向AL2O3基耐火材料中配入MgO 、鉻礦包括(Cr2O3粉)和與合成Spinel等,以優(yōu)化材料的性能。