Футеровка тиглей индукционных печей

Огнеупорная футеровка плавильных тиглей должна обеспечивать:

– относительно высокую стойкость тигля при минимальной толщине стенок;

– отсутствие электрической проводимости;

– минимальные объемные изменения материалов в процессе эксплуатации;

– достаточную эрозионную стойкость против воздействия металла и шлака;

– высокую механическую прочность.

Футеровку тиглей изготовляют из кислых, основных и нейтральных огнеупоров.

Для кислой футеровки используют кварцит, содержащий не менее 95% SiO₂ и борную кислоту (в качестве связующего). Положительно зарекомендовала себя кислая футеровка (стойкость до 150 плавок), состоящая из кварцита (70% фракции 1,5–3 мм и 30% фракции 0–1,5 мм) с добавкой 2–4% борной кислоты.

Основную футеровку изготовляют из магнезитовых, магнезитохромитовых, известковых, доломитовых и других материалов. Основные тигли имеют меньшую стойкость, чем кислые.

Для набивки основных тиглей применяют массу, состоящую из 80% порошка плавленого магнезита (смесь зерен разной крупности: 12% фракции 2–4 мм, 12% фракции 1–2 мм и 56% фракции 0–1 мм) и 20% порошка электрокорунда (размер зерен 0–1 мм), а также 1,25% (сверх 100%) порошка плавикового шпата. Все материалы после дробления и измельчения подвергают магнитной сепарации. Огнеупорные тигли индукционных печей изготовляют: набивкой по шаблону в печи и в пресс-форме вне печи, выкладкой из фасонных огнеупорных изделий и послойной наваркой. При исполнении в качестве связующей добавки борной кислоты огнеупорную массу не увлажняют.

Тигли в печи набивают с помощью сварного железного шаблона, наружные размеры которого соответствуют внутренним размерам тигля. Шаблон изготовляют из котельной стали с толщиной стенки 4–6 мм. Для удаления влаги в процессе спекания футеровки тигля служат просверленные в стенках шаблона 100–150 отверстий диаметром 3–5 мм. Основание шаблона для кислой футеровки выполняют в виде усеченного конуса, а для основной футеровки оно сферообразное. Перед набивкой тигля индуктор печи очищают, продувают и опрессовывают под давлением 0,8–1,0 МПа.

Внутреннюю поверхность индуктора обмазывают изолирующим составом из кварцевой муки и алебастра (63:35), увлажненным водой до консистенции густой сметаны, В ряде случаев используют для обмазки индуктора массу из 70% талька и 30% бакелитового лака. Для повышения прочности обмазку окрашивают смесью тонкомолотого магнезитохромитового порошка с жидким стеклом и просушивают в течение 30–40 мин легким пламенем газовой горелки. После сушки изоляционный слой покрывают гидролизованным этилсиликатом и оклеивают стеклотканью.

Набивку футеровки ведут пневматическими трамбовками. Каждый раз массу засыпают слоями на толщину 25–30 мм для основного и 50–70 мм для кислого тигля и плотно утрамбовывают.

Перед засыпкой каждого последующего слоя поверхность предыдущего тщательно разрыхляют острым прутком на глубину 3–5 мм. Недостаточное разрыхление прибитого слоя может явиться причиной образования поперечных трещин в процессе эксплуатации тигля. Слой считают достаточно уплотненным, если масса при ударах трамбовки не разлетается в стороны. Порядок набивки откосов и стен кислого и основного тиглей аналогичен изготовлению набивки подины.

После набивки подины на нее устанавливают шаблон и центрируют его так, чтобы стенки тигля имели на одной высоте во всех направлениях одинаковую толщину. Шаблон укрепляют в индукторе деревянными клиньями и грузом. Перед набивкой откосов верхний слой футеровки подины, не прикрытый шаблоном, взрыхляют и на него насыпают слой массы. При набивке обеспечивают равномерное распределение зерен разных размеров в набиваемом слое. Скопление в одном месте или в нескольких местах футеровки только крупных или только мелких зерен приведет к нарушению спекаемости массы и может вызвать преждевременный выход тигля из строя. Когда футеровка готова, удаляют из шаблона груз, тщательно убирают плошадку вокруг печи, индуктор снаружи обдувают сжатым воздухом и приступают к сушке и спеканию тигля.

Режим сушки кислого тигля емкостью 1,5т:

Мощность генератора, кВт                     20–30 40–50 60–70 80–90

Продолжительность выдержки, мин     80  60     60   60

После набивки основной тигель выдерживают 24 ч, затем сушат равномерным пламенем газовых горелок в течение 12–14 ч. После этого тигель загружают шихтой на первую обжиговую плавку. В начале плавления поверх набивки выкладывают кольцо (воротник) из шамотного кирпича (для кислой футеровки) или из магнезитохромитового термостойкого кирпича (для основной футеровки).

Тигли емкостью до 300 кг изготовляют вне печи в разборных пресс-формах с шаблонами. Перед набивкой пресс-форму смазывают машинным маслом. Сначала набивают стенки, а затем дно тигля. Готовый тигель подвергают воздушной сушке (до 15 сут.).

После набивки основания магнезитовым порошком в смеси с 10% каустического магнезита или 1,5% борной кислоты просушенный тигель устанавливают в индуктор. Пространство между ним и индуктором засыпают порошком огнеупорного материала. Спекание футеровки тигля осуществляют или с помощью графитового блока, близкого по габаритам к размерам тигля, или в процессе первой плавки. Перед загрузкой шихты в тигель вставляют металлический шаблон без днища.

При изготовлении футеровки индукционной печи методом кладки используют обожженный и необожженный фасонный и фигурный кирпичи с шпунтовыми соединениями. При кладке швы засыпают соответствующим мертелем. Зазор между индуктором и кладкой тигля (25–30 мм) утрамбовывают порошкообразной массой, служащей изоляцией и буферным слоем.

Футеровку тигля методом послойной наварки осуществляют с помощью торкретирования, трамбовки и послойного спекания, а также газоплазменным напылением. Торкрет-массу наносят на стенки тигля пневмопушкой и слой спекают графитовыми шаблонами разных диаметров. В процессе эксплуатации после выпуска каждой плавки тигель очищают от остатков металла и шлака и осматривают. Быстрое потемнение отдельных участков футеровки тигля указывает на уменьшение ее толщины. Восстановление изношенных участков футеровки осуществляют подваркой. Так, при уменьшении толщины стен на него вставляют металлический шаблон из 2-мм железа без днища и заполняют шихтой. В пространство между футеровкой и шаблоном засыпают кварцевую массу и уплотняют ее стальным прутком.

Подварочную плавку ведут на пониженной мощности с увеличением ее продолжительности на 1–1,5 ч. На поврежденные участки основной футеровки тигля наносят тестообразную огнеупорную массу из мелкого магнезитохромитового порошка и 10% глины на жидком стекле. Для лучшего спекания эти участки защищают листовым железом и мелкой шихтой.

При непрерывной работе стойкость основной футеровки возрастает. При длительных паузах основную футеровку подогревают газовыми горелками или графитовым блоком.