坩堝：在感應爐的應用

坩堝材料為消耗材料，在煉鋼的生產成本中占約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、復合氧化物.石墨等。制作坩堝的方法有三種：爐外成型預制坩堝是將砂放入模具中加壓而成，適用于小容量感應爐；爐內成型坩堝采用手工或機械在爐內打結而成，適用于中小型感應爐；砌體坩堝采用耐火磚和填料，適用于大容量感應爐。

一種間歇性玻璃熔窯，在坩堝中熔化玻璃。其結構主要包括手術室.噴火桶(小爐)燃燒室.漏料坑.熱交換器（或蓄熱室）和其他部件。在操作室內放置多個坩堝，將配合材料分批添加到每個坩堝中，然后依次完成玻璃的熔化過程。成型后，分批添加合成材料，以進行下一個循環(huán)的熔化周期。坩堝窯生產規(guī)模小，用于生產光學玻璃.工藝玻璃(如彩色玻璃).晶體玻璃等)。根據熔融玻璃的不同，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)質耐火磚.硅磚。

在感應爐冶煉過程中，坩堝材料的技術要求包括以下八個方面：耐火性.物理化學穩(wěn)定.耐熱震性.高溫強度.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，應具有較高的耐火性。要防止坩堝材料在高溫下過早出現液相，造成坩堝熔損。

2.坩堝材料的物理化學穩(wěn)定性

在高溫和高真空的共同作用下，坩堝.鋼液.爐渣.氣相之間會發(fā)生各種物理反應。反應的結果會導致坩堝材料的侵蝕；鋼溶液被污染；鋼的化學成分發(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

耐熱性是指耐火產品抵抗溫度急劇變化而不產生裂紋的能力。坩堝在使用過程中定期加熱和冷卻，在坩堝內產生膨脹應力和收縮應力。在這種正應力和負應力的作用下，坩堝會產生裂紋，導致鋼材滲漏和損壞。坩堝材料在燃燒后應具有良好的耐熱性。

4.坩堝材料的高溫強度

在冶煉過程中，坩堝本身承受著各種力的作用，包括爐料對坩堝的沖擊力.靜壓鋼液.電磁攪拌鋼液的作用力和坩堝內外溫差應力.內應力等。由于這些力的作用，坩堝在高溫和室溫下必須有一定的強度，以防止開裂。坩堝的高溫強度和耐火材料的類型.成型壓力.燒結工藝.與砂粒度比等因素有關。因此，必須采取各種措施來提高坩堝的高溫強度，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，否則會影響爐的電氣效率，因為當磁線通過坩堝壁時，部分磁能會丟失。坩堝壁電阻越小，磁線通過時損失越小。因此，在保證絕緣的前提下，坩堝材料的電阻率應盡可能小，以確保絕緣，滿足提高電氣效率的要求。

6.坩堝材料的導熱性

在冶煉過程中，坩堝內外溫差很大，溫差可達1400~1600℃。熱平衡計算，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)境保護和成本

(1)環(huán)境保護

坩堝材料在高溫、高真空下使用時會產生揮發(fā)物。這些揮發(fā)物不應該污染環(huán)境，危害人們的健康。大多數坩堝材料是環(huán)保材料，少數材料如氧化鈹(BeO).鋯英石(Zr02?Si〇2)等具有放射性，會對環(huán)境造成污染，危害人身健康。采用這種材料制成的坩堝，應按照放射性物品的管理和使用程序進行保護。

(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格較高，使用時應仔細核算。根據冶煉品種.選擇合適的坩堝材料進行冶煉工藝。

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溫度，促進鎂鋁尖晶石的形成，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，實現工業(yè)純度。硼酸的添加量與坩堝的工作溫度和使用條件有關。添加硼酸會降低坩堝的工作溫度。在真空感應爐中熔化時，添加到坩堝中的硼酸會增加金屬液中的硼這在熔化超級合金時應引起注意。