坩埚：在感应炉的应用

坩埚材料为消耗材料，在炼钢的生产成本中占约2%~5%的比例，降低坩埚材料消耗量是非常需要的。

感应炉坩埚有三种，碱性坩埚.酸性坩埚和中性坩埚。用于制造碱性坩埚的材料主要是氧化镁；制造酸性坩埚的唯一材料是氧化硅；用于制造中性坩埚的材料是氧化铝.MgO·Al2O3、复合氧化物.石墨等。制作坩埚的方法有三种：炉外成型预制坩埚是将砂放入模具中加压而成，适用于小容量感应炉；炉内成型坩埚采用手工或机械在炉内打结而成，适用于中小型感应炉；砌体坩埚采用耐火砖和填料，适用于大容量感应炉。

一种间歇性玻璃熔窑，在坩埚中熔化玻璃。其结构主要包括手术室.喷火桶(小炉)燃烧室.漏料坑.热交换器（或蓄热室）和其他部件。在操作室内放置多个坩埚，将配合材料分批添加到每个坩埚中，然后依次完成玻璃的熔化过程。成型后，分批添加合成材料，以进行下一个循环的熔化周期。坩埚窑生产规模小，用于生产光学玻璃.工艺玻璃(如彩色玻璃).晶体玻璃等)。根据熔融玻璃的不同，坩埚窑中使用的耐火材料也有所不同。例如，一些熔体侵蚀性光学玻璃使用更耐腐蚀的材料或衬里涂层，如高铝.高硅.莫来石等。一般来说，坩埚衬里采用优质耐火砖.硅砖。

在感应炉冶炼过程中，坩埚材料的技术要求包括以下八个方面：耐火性.物理化学稳定.耐热震性.高温强度.绝缘性能.环保及成本的传热性能。

1.坩埚材料的耐火性

坩埚材料在高温下工作时，应具有较高的耐火性。要防止坩埚材料在高温下过早出现液相，造成坩埚熔损。

2.坩埚材料的物理化学稳定性

在高温和高真空的共同作用下，坩埚.钢液.炉渣.气相之间会发生各种物理反应。反应的结果会导致坩埚材料的侵蚀；钢溶液被污染；钢的化学成分发生了变化。因此，坩埚材料必须具有良好的抗渣性.氧化还原的稳定性。

3.坩埚材料的耐热性

耐热性是指耐火产品抵抗温度急剧变化而不产生裂纹的能力。坩埚在使用过程中定期加热和冷却，在坩埚内产生膨胀应力和收缩应力。在这种正应力和负应力的作用下，坩埚会产生裂纹，导致钢材渗漏和损坏。坩埚材料在燃烧后应具有良好的耐热性。

4.坩埚材料的高温强度

在冶炼过程中，坩埚本身承受着各种力的作用，包括炉料对坩埚的冲击力.静压钢液.电磁搅拌钢液的作用力和坩埚内外温差应力.内应力等。由于这些力的作用，坩埚在高温和室温下必须有一定的强度，以防止开裂。坩埚的高温强度和耐火材料的类型.成型压力.烧结工艺.与砂粒度比等因素有关。因此，必须采取各种措施来提高坩埚的高温强度，以保证坩埚的正常使用。

5.坩埚材料的绝缘性能

坩埚的绝缘性能要求是由于钢液与感应环之间存在一定的电压差（通常从几十伏到几百伏不等）。因此，坩埚材料必须具有一定的绝缘性能，以避免被破坏。但是，坩埚材料的绝缘电阻不能太大，否则会影响炉的电气效率，因为当磁线通过坩埚壁时，部分磁能会丢失。坩埚壁电阻越小，磁线通过时损失越小。因此，在保证绝缘的前提下，坩埚材料的电阻率应尽可能小，以确保绝缘，满足提高电气效率的要求。

6.坩埚材料的导热性

在冶炼过程中，坩埚内外温差很大，温差可达1400~1600℃。热平衡计算，大约10%~由坩埚壁向外散失15%的热量，减少这部分热损失可以提高电效率。

7.环境保护和成本

(1)环境保护

坩埚材料在高温、高真空下使用时会产生挥发物。这些挥发物不应该污染环境，危害人们的健康。大多数坩埚材料是环保材料，少数材料如氧化铍(BeO).锆英石(Zr02?Si〇2)等具有放射性，会对环境造成污染，危害人身健康。采用这种材料制成的坩埚，应按照放射性物品的管理和使用程序进行保护。

(2)坩埚材料的成本

坩埚材料是一种消耗材料，约占炼钢生产成本的2%~在5%的比例下，有必要减少坩埚材料的消耗。部分合成坩埚材料价格较高，使用时应仔细核算。根据冶炼品种.选择合适的坩埚材料进行冶炼工艺。

镁砂、镁铝尖晶石和石英砂是制造坩埚常用的耐火材料。

除了耐火材料，制作坩埚的材料中还有少量的添加剂。硼酸是常用的(H3BO3).硼酸的主要作用是降低砂料的烧结温度，促进镁铝尖晶石的形成，改变坩埚的体积变化率。添加不同量的硼酸可以调节坩埚的体积变化率。硼酸作为一种添加剂，粒径一般小于0.5mm，实现工业纯度。硼酸的添加量与坩埚的工作温度和使用条件有关。添加硼酸会降低坩埚的工作温度。在真空感应炉中熔化时，添加到坩埚中的硼酸会增加金属液中的硼这在熔化超级合金时应引起注意。