工频感应炉的坩埚可以有两种形式,一种是石英砂打结坩埚,另一种是铸铁坩埚。由于石英砂打结坩埚炉衬所占体积大,功率因数低,需要的电容器数量多,坩埚打结废时废工,打结质量不易控制,感应电流直接在炉料中转变为热能,铝液翻腾剧烈,铝水易氧化。而铸铁坩埚结构紧凑,功率因数非常大,感应电流在坩埚壁内转化为热能,由坩埚壁传热给炉料使铝熔化,铝水翻腾轻微,氧化倾向小。虽然铸铁坩埚易使铝水增铁,但对于压铸铝合金来说,铝水含铁量可以高达1.2%。我厂使用的压铸铝合金含铁量在0.7%～ 1.2%范围内。但在生产中铸铁坩埚的寿命问题尤为突出,有时一只新坩埚用不到一个班次就穿漏,一只坩埚较多只能使用一周左右。为此,进行了改进试验。

　　1　试验条件

　　(1)熔化设备: GW-0.75-120工频感应炉

　　(2)熔化材料:压铸铝合金G-AlSi12Cu2Fz

　　(3)熔化功率: 120～ 140 kW

　　(4)坩埚较高工作温度: 850～ 900℃

　　(5)升温速度: 300～ 330℃ /h

　　(6)铝水熔化温度: 730～ 750℃

　　(7)铝水在坩埚中的装满度保持大于50%

　　2　试验方法

　　采用两种方案进行对比。

　　2.1　方案一

　2.1.1　筑炉

　　首先在炉底用轻质耐火砖铺平,并在炉子的中心留好放坩埚定位搭子的孔,在耐火砖上面铺一层硅酸铝耐火纤维,用绝缘清漆将玻璃丝布贴到感应圈内壁,在玻璃丝布上再铺两层云母板,在云母板里面铺3～ 5 mm厚的橡胶石棉板,然后把坩埚安放到炉内,在坩埚外壁和橡胶石棉板之间充填硅酸铝耐火纤维,一直填到感应圈的高度,在感应圈和坩埚法兰边间用耐火砖砌好,在耐火砖上面铺上橡胶石棉板,并用螺栓将坩埚固定。在安装坩埚前先把两根热电偶用铁丝分别固定在坩埚外壁的下部和中部,并将其线路引接到电子电位差计上。

　　2.1.2　烘炉和坩埚上涂料

　　坩埚安装好后,以150℃ /h的速度烘炉,在坩埚温度达到100～ 200℃时,用拖把对坩埚上涂料,涂料厚度大于1 mm,涂料成分:氧化锌占50% ,水玻璃占5% ,其余为60℃温水。靠前层涂料干燥后,再连续刷两层涂料,坩埚连续升温,升到700～ 750℃时,保温2 h后装炉料,熔化铝合金。

　　2.1.3　坩埚的材质和铸造工艺

　　坩埚的材质和化学成分见表1,坩埚造型用型砂成分及性能 见表2。

　　注:表中物质材料的数值为物质材料占陶土量的质量分数。

　　坩埚口朝下,坩埚底上方放置冒口,铁水由铸型的下部坩埚的法兰边切线引入。冲天炉熔化铁水,浇注温度≥ 1 310℃ 。

　　2.2　方案二

　　2.2.1　筑炉

　　首先在炉底用轻质耐火砖铺平,并在炉子的中心留好能放坩埚定位搭子的孔,在耐火砖上面铺一层普通的石棉板,在石棉板上面铺10 cm厚的石英砂,用绝缘清漆将玻璃丝布贴到感应圈内壁,在玻璃丝布上再铺3层云母板,在云母板里面铺3～ 5 mm厚的普通石棉板,然后把坩埚安放到炉内,使坩埚外壁与感应圈的内壁四周等距,并使坩埚上口高出感应圈上口1 /4坩埚高,调整好坩埚的位置后,在坩埚外壁和石棉板之间用石英砂填实,捣紧直至石英砂和感应圈等高,在感应圈和坩埚法兰圈之间,用耐火砖砌好,在耐火砖上面铺上石棉板,较后用电炉面板压在石棉板上并用螺丝将坩埚与炉体固定牢靠,在安装坩埚前,把两根热电偶用铁丝分别固定在坩埚外壁的下部和中部,并将导线接到电子电位差计上。

　　2.2.2　烘炉和坩埚上涂料

　　坩埚安装好后,启动电炉,以100℃ /h的速度对坩埚加热,当坩埚在100～ 200℃时,对坩埚上三次涂料,涂料厚度大于1mm,涂料的配比:碳酸钙占50% ,氧化锌占45% ,水玻璃占5% ,

　　用60℃的温水调和。

　　在坩埚上涂料时,每涂一层都待烘干后再涂下面的一层,在上涂料前,对坩埚内壁进行清整,去除锈斑和氧化皮。在上完涂料后,将坩埚升温至200～ 250℃ ,保温2 h,再以350～ 400℃ /h的速度升温至740～ 760℃ ,保温4 h后随炉冷却坩埚退火处理,至常温时再装料熔铝。

　　2.2.3　坩埚的材质和铸造工艺

　　坩埚的材质和化学成分见表3,坩埚造型用型砂的成分及性能见表4。

　　表3　坩埚的材料化学成分(质量分数/% )

　　注:表中催化剂的数值为催化剂占树脂Ⅰ的百分比。

　　坩埚口朝下立浇,坩埚底中部设置顶冒口,铁水从坩埚的法兰边切线引入。用1 t中频感应电炉熔化铁水,铁水在1 500～1 520℃温度作球化处理,球化剂各成分的质量分数为: wMg=6% ,wRe=5% ,wSi= 30% ,wCa<1% ,余量Fe,球化剂加入量(质量分数): 1.6%～ 2.2% ,浇注温度≥ 1 380℃ 。浇注时用75硅铁粉随时孕育,孕育剂加放量(质量分数)为0.1%。

　　3　试验结果

　　方案一:坩埚连续使用一个月,坩埚腰部鼓起10 mm(值),并发现穿漏,在穿漏处解剖发现该处断面有砂眼或缩孔,直径为坩埚壁厚的1 /5(坩埚壁厚为35～ 45 mm)。

　　方案二:坩埚连续使用三个月,坩埚腰部鼓起5 mm(值),没有发现漏炉现象。

　　4　分　析

　　(1)铸铁的耐热性能和舒缓反应性能与其石墨形状密切相关,石墨的形状为片状耐热性能较差,石墨形状为蠕虫状耐热性能和舒缓反应性能中等,石墨形状为球状耐热性能和舒缓反应性能较

　　好。

　　(2)铸铁的耐热性能与热处理状态有关,铸态因存在铸造应力,受热冲击后易变形和开裂,经过退火后,清理了铸造应力,使铸铁的耐热性能明显提高。

　　(3)坩埚涂料和坩埚的使用寿命有着不可忽视的关系,氧化锌涂料对坩埚的保护作用不如碳酸钙与氧化锌的混合涂料。

　　(4)坩埚和感应圈间的相对位置与坩埚的使用寿命密切相关,坩埚如果与感应圈中心偏移,在坩埚表面产生的电流强度就不均匀,从而使坩埚加热不均,产生局部过热,致使坩埚变形或开裂。

　　(5)坩埚的铸造质量对其使用寿命有直接影响。黑砂造型浇注出的坩埚易产生气孔、疏松、砂眼、缩孔等缺陷,而用树脂自硬砂造型浇注出的坩埚,铸造缺陷很少,坩埚质量令人满意,使坩埚的使用寿命明显提高。

　　(6)坩埚与感应圈间的衬料与坩埚寿命息息相关,硅酸铝纤维棉的耐火温度为500～ 600℃ ,在坩埚达到此温度时,硅酸铝纤维棉灰化而落入炉底,对坩埚失去了支撑和顶填作用,而石英砂耐火度可达1 600℃ ,在坩埚达900℃时,石英砂仍有很高的强度,所以一直对坩埚起到很强的支撑顶填作用,同时石英砂的蓄热能力远高于硅酸铝纤维,它对坩埚的温度还起着调节作用。

　　(7)铝水在坩埚中保持的高度与坩埚寿命休戚相关,铝水若低于坩埚高层度的1 /3,而且保持时间较长,使坩埚局部严重过热,较易导致坩埚损坏。

　　5　结　论

　　提高GW-0.75-120熔铝工频感应电炉铸铁坩埚使用寿命的有效途径是:

　　(1)坩埚材料用QT600-2,并经退火处理。

　　(2)坩埚不得有气孔、砂眼、缩孔、疏松等铸造缺陷。使用树脂自硬砂造型铸造出来的坩埚效果较佳。

　　(3)坩埚涂料以碳酸钙,氧化锌与水玻璃的混合物为宜。

　　(4)坩埚安装时坩埚的旋转中心轴线必须与感应圈同轴。

　　(5)坩埚与感应圈间的填料以石英砂为宜。

　　(6)坩埚中的铝水保有量不低于坩埚高层度的1 /3,以不低于感应圈高度为较好。