材料・工艺——感应熔化用耐火材料技术的革新
４／２００２中国铸造装备与技术
感应熔化用耐火材料技术的革新
联合例天津黼嚣：嚣毫诚葛鹏剐ｓ
联合矿产ｆ天津）有限公司罗文中高学东楼诚葛鹏
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生负面影响。
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众所周知，中国近年来已发展成为铸造大国。随着铸造业各项操作水平的提高及勤劳的工作习惯，中国已被公认为生产优质铸件的佼佼者。这些成就的取得和中国感应熔炼水平的不断提高有直接关系。中国各铸造企业已把熔化效率及金属铸件的高质量视作标准。高功率中频电源的出现，使电炉制造商可满足客户对高生产率和质鼍的不断需求。然而，
耐火材料的正确安
将会影响耐火材料的使用寿命，同时将会对金属质量产
本文概述了一些已被成功验证的在耐火材料产品、工艺、修补、正常操作流程方面的重要改进。对黑色金属
和有色金属铸造工业不同方面都有涉
及。由于耐火材料
联合矿产（天津）有限公司（简称“骁矿”）是美国联合矿产有限公
司在中国建立的独资不定塑耐火材料生产基地。联矿采用美国本部同样的技术、同样的设备、同样的生产和质量控１｝！Ｉ手段．为孛国和亚洲其他国家的铸遣厂和冶金工业提供稳定的高质量耐火材料和技术履务，联矿于２００１年８月６日顺利通过ＩＳ０９００１质量体系认证。
联矿可以生产藁国联合矿产有限公司的套部产品系列，包括硅砂干振料／Ｍｉｍｏ－Ｓｉｌ、干振料／Ｄｒｉ—Ｖｉｂｅ、低水分超低水泥浇注料／Ｖ—Ｃａｓｔ、湘打料／ＷｅｔＲ蛆‰塑然料／Ｐｌ∞ｆｉｃｓ、塑ｊ｜毛料／Ｉｑａ吕ｔ口ｓ、喷狳料／Ｇｎｎｎｉｎｇ
与不同感应熔炼方式相关，本文同时讨论了无芯感应电炉熔炼、有芯感应电炉的熔炼和保温、自动气压浇注机的应用等。着重强调了高功率、中频无芯感应电炉的熔炼。根据需要．我们将在讨论耐火材料的安装、烧结、日常操作时强调环境保护和安全性方面的问题。
装、烧结、综合预防性维护却没有得到相应的重视。
熔化工部在追求产量的时候，常常会忽视一直接触熔融金属的耐火材料。对炉村耐火材料，不论是耐火砖、浇注料、塑性料、喷涂料、湿捣料还是干振料等的要求总是不断
、，肆ｉ礴簪二用干蝰憾静缳温铁、钢、铜、铝和其他合叠盘属蘸的无芯砖应电炉、有芯蓐废毫势涌动浇注炉；长妒龄冲天炉浇包、铜包、高炉出铁
灌沟；铝合盘熔化；蔫藏炉及其他工业炉窑。
联矿全体在“满足并超越客户的期望”的质量方针指、引下为客户提供超值的服务，同客户共同发展。
最后，本文将总结由于耐火材料
变化的。炉料的稳定性，包括干净程度、微量元素的含量问题而引起铸件缺陷、设备停机的一些常见现象，我们对其根本原因和可能的解决方法所作出的分析将会对各铸造企业有所帮助。我们的目标是帮助感应电炉用户达到
收稿口期：２００２—０７—１６
表ｌＯ不同孕育剂的孕育衰退
化学成分（％）
组号
孕育剂柬孕育复台未孕育
２
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９
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１０
４．１２４１０
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通常要求炉渣中氧化铁含量不大于８％。
（５）复合孕育剂孕育的灰铸铁与７５ＦｅＳｉ孕育的灰铸铁比较，抗拉强度高２０ＭＰａ以上．而且铸铁件的本体硬
３．２３２４４４０４０３．７４．２４．０
澈冷块的纯白口珠度／
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度高，壁厚敏感性小。
参考文献
１鹿取一男等铸造工学．北京：机械工业出版杜，１９８０．２李正军译关于感应炉重熔增碳技术的最新资料．Ｌａ
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３潘康生等．铁液过热温度对铸件质量的影响球铁，１９８６（４）４刘佑平．孕育温度对灰特帙质量的影响．讳遗生产，ｉ９８５（３）
注：ｒ．为孕育后的帙液在浇包内停留的时间。
材料．工艺——一感应熔化用耐火材料技术的革新４／２００２中国铸造装备与技术
耐火材料的最佳使用寿命。
ｌ无芯感应电炉、有芯感应电炉熔炼概述
中国铸造业长期以来用冲天炉熔炼占主导方式。然而，随着中频率、高功率无芯感廊电炉日益普及，这种情况在不断变化。无芯感应电炉可达到冲天炉同样的熔化速度，环境污染更少。对有芯感应电炉感应器的改进，功率的提高和冷却效率的提高使熔化率也得到了提高。
在任何感应熔炼条件下，当电流通过铜线圈时，周围都会产生电磁场。线圈的内部和外部都存在电磁场。
无芯感应熔炼时，线圈外部磁场集中在磁颚内，有效的电磁场存在于线圈内部：而在有芯感应电炉熔炼时，有效的电磁场是在线圈外部而其内部的磁场集中在铁芯
内。
熔炼，耐火材料形成理想的烧结层能使炉村达到最高的寿命、安全系数最好和最稳定的表现。比如：无芯感应电炉的干振料炉衬．一定的烧结层和烧结层后面的松散层是炉衬的普遍要求。为丁达到这一目的，我们必须首先考虑安装耐火材料时确保达到炉衬的最佳密度。３无芯感应电炉安装技术的变化和改进
讨论了用于感应电炉耐火材料的设计后，我们应能明白近年来中国感应电炉熔炼的一些变化。尽管我们现在有针对性地设计各种耐火材料，但是否能够正确施工以确保炉底及炉墙达到最佳密度是非常重要的。
世界范围内，人们对耐火材料施工安装技术的要求日趋增长。这包括要求缩短施工周期、减少劳动强度，但要确保施工的密度。过去到现在，使用的电振动捣固器一直是被普遍接受的施工方法。然而，随着无芯感应电炉容量的增大，炉墙处耐火材料的施工难度增加。
专用炉墙施工的内部振动器既节省了时间、节约了劳力同时还保证了炉衬的密度。图１为几种整体炉衬振动系统的照片。
中频无芯感应电炉的炉子制造商通过把功率和频率很好地匹配，使有效电磁场集中在炉衬的热表层而成功地提高了熔化效率。中频无芯感应熔炉炉料从外至里开始熔化。基本上中频高功率无芯感应电炉外部炉料及与其邻近的炉村会很快发生过热。典型的工颁无芯感应电炉（５０一６０Ｈｚ），炉料是从中部向外熔炼的。这就是为什么中频高功率无芯感应电炉炉衬耐火材料的侵蚀快且严重的原因，但中频炉的熔化率较高。
正因为如此，中频高功率无芯感应电炉在正常熔炼过程中．炉衬的安装、烧结、１３常操作等非常关键。２不定型耐火材料的设计及其应用在感应熔炼条件下
的关键特性
我们简要介绍了无芯感应电炉熔炼的基本情况及功率、频率的增加对其产生的影响。同样，当有芯炉感应器功率增强时．熔沟中金属液的流速增加．同时过热金属液的能力也加强。要想很好地满足这种要求，我们就必须考虑用于感应熔炼的不定型耐火材料的基本设计。
所有的耐火材料都是根据不同的工作条件而采用一定量的粗、中、细粒度配以合适的粘结剂混制而成。在感应熔炼条件下，无论是有色金属还是黑色金属，通常选择带有热固黏结剂的干振耐火材料产品。
控制粒度分布仅是耐火材料制作的关键因素之一，黏结系统是化学黏结还是陶瓷黏结同样重要。这主要取决于所熔金属的分类。
感应熔炼相关的耐火材料特性包括：化学成分的兼容性，不导电性，体积稳定性（永久膨胀和可逆膨胀）．高的低温强度，足够的高温强度，烧结深度和适当的热传导率。其他非耐火材料因素如金属化学成分，出炉温度，熔化操作方式（连续熔化或整炉熔化），炉料尺寸和洁净程度，残余成分和合金加入的变化都会强烈影响耐火材料的表现。
无论采用有芯感应电炉熔炼还是采用无芯感应电炉
２６
图１几种整体炉衬振动系统
整体炉衬振动系统可以更快、更稳定地在大型无芯感应电炉上施工干振耐火材料炉衬。很多整体炉衬振动
材料・工艺——感应熔化用耐火材料技术的革新
４．／２００２中国铸造装备与技术
系统采用压缩空气驱动振动器。气压振动器采用气压原形成的烧结面是一种耐火材料与粘结剂的混合物。对于理来达到振动的目的。气压所引起的振动受气压波动影以上任何一种应用．都需要对材料进行烧结和正确的材响较大．可能是适当的也可能是不为我们所需的。通常，料安装过程，只有这样才能保证最长的耐火材料寿命。
我们可以用检测仪来测定每分钟的振动次数。尤其是，所为了使耐火材料形成最优良的烧结面，需要认真地有的振动器具在施工炉衬前，都必须使用除气手段除气。
控制升温过程及针对不同耐火材料基体的特定温度下的图Ｉ是一种新的气动模具振动工具，该设备由数个保温过程。考虑到近来无芯感应电炉功率及频率的变化，固定在圆盘上的活塞构成。振动器可以由吊车吊至模具炉衬烧结过程中炉内温度不一致成为一个问题，图３显
内部。当通压缩空气时，这些活塞的顶部将直接敲击模示了一台高功率、中频感具，整个圆盘将由于敲击而自转。敲击将振动到该水平位应电炉在烧结过程中的不置的任何部位。振动从最下部开始，并逐渐升高振动器，同部位的不同温度分布。重复这一过程，直至振动整个侧墙。
为在烧结过程中在整个炉我们专门为较大的无芯感应电炉填加干振料的施工
内得到统一的温度。适当设计了新振动器——联矿电动振动系统。与其他振动器
减小电炉的投入功率及延不同的是，联矿的电动振动系统的振动原理不是气压振长保温时间是非常重要动。它不需要使用其他除气手段就可以使耐火材料炉衬的。通过以上操作，可以减达到理想的密度。使用联矿电动振动系统可以～次性将小炉内中部、底部与顶部
炉衬材料加满，而不需要控制加料厚度。然后，用联矿电图３感应电炉在烧结过程中不
之间的巨大温差。当炉料动振动系统低频档振动除气，除气一段时间后，可以手动同部位的不同温度分布
开始熔化时，将失去对炉或自动将振动系统调到高频振动档，紧实炉衬。图２为联内温度的监测。此时，认真矿电动振动系统的振动器和振动器支架。
地控制炉子的投入功率变得非常重要。如果投入大功率，会造成炉衬材料的快速浸润。当炉内熔化的金属越来越多时，需要逐步地提高功率来熔化炉内剩余的固体料。当炉子上部的固体料开始下降时，需要立刻补充投料。对熔图２联矿电动振动系统的振动器和支架
图４。
化初期炉子投入功率的控
实践证明，联矿电动振动系统施工的硅砂和非硅砂制将有利于在烧结面形成之前减少金属对耐火材料的浸
无芯感应电炉炉衬都可以达到同样稳定的炉衬寿命。它润。
可以大量地减少炉衬的施工时间。它唯一的限制条件是，无芯感应炉炉衬烧结的另一个变化是延长保温时间对于小炉子振动架固定不方便。
来均衡整个炉衬的温度，特别是在熔化开始前。对于高功联矿电动振动系统为在无芯感应电炉上施工干振料率的中频炉来说，炉子中部、顶部及底部的温差在烧结过炉村带来巨大的进步。我们正在将这种振动系统应用到程中是非常明显的。这就非常必要均衡炉衬侧墙与底部有芯感应电炉的感应器耐火材料及炉体耐火材料的施工之间的温差，因为这些部位将来会接触熔融金属，是工作上。初步证明非常成功。部分。均衡炉衬顶部的温度也很重要，升高该部位的温度，使耐火材料释放其永久膨胀，形成强度。如果顶部温４烧结技术的变化和改进
度达不到，顶部材料将在日后的使用过程中出现不可控耐火材料的烧结，其最根本的目的是使耐火材料形制的膨胀。
成烧结层。好的烧结层，是在日常恶劣条件下工作的炉衬与炉衬冷启动过程一样，在烧结的过程中，推荐将除能达到好的表现的基本条件。
尘设备关闭或关至最小来减小炉衬上部的热损失。对于黑色金属，大多数耐火材料在金属的熔化温度下将形成陶瓷烧结面。而对于有色合金，由于材料的工作５冷启动工艺的变化与改进
温度较低，需要在耐火材料中加入化学粘结剂以便在较高功率中频炉很多用于间断性的熔化操作，铸造厂低的工作温度下形成化学键来建立强度，通过这种方式
需要更换不同的合金成分，可以使用该快速熔炼设备在短期内提高产量。当一天或一周的生产结束时，炉内金属
２７
材料・工艺——感应熔化用耐火材料技术的革新
被出空，炉衬将冷却到室温，炉衬材料将由于冷热冲击产生水平或纵向裂纹。这种情况发生时，就需要在另一个工作日或工作周之前认真地加热炉衬。这一冷启动过程需要给炉衬材料足够的时间来发生可逆膨胀，在任何熔融金属接触炉衬之前密封由于冷热冲击而产生的裂纹。
以一台５ｔ的熔化球铁原铁液的炉子为例，需要在２ｈ之内将炉内的固体料加热到１ｌｏｏ℃，并在１１００℃下保温皿，保温结束后快速将炉料熔化．投人正常生产。根据炉子的容量不同．升温速度和保温时间都有所不同，同时根据熔炼金属的不同，保温的温度也有所变化，无论是使用感应加热或煤气烧嘴加热。冷启动过程需要使用３或４根Ｋ型热电偶监测温度，热电偶需要紧贴炉壁或炉底放置，对中频炉，有效线圈中部热电偶温度为控制温度。
另一个冷启动Ｊ：艺的改进是在炉顶部位加煤气烧嘴，来帮助减小炉子上部与整个炉衬的温差，见图５。
保温过程结束后，移走煤气烧嘴。熔化有色金属时，非常有必要使用煤气烧嘴作为整个拎启动过程的热源，因为需要将炉村加热到１０００—１１００气来密封裂纹。这一温度高于一般铝合金或铜合金的熔化温度，因此固体铝合金或铜合金并不推荐作
为炉衬冷启动时的加料，但镍铜或铝青铜可以用来作为有色金属冷启动时的加料。
另外一个影响无芯炉炉衬材料的因素是炉衬的纵向热梯度，即位于熔融金属液面以下及液面以Ｅ炉衬材料的温度差别。在金属液面上部耐火材料与金属液面以下耐火材料存在较大的温差，当炉衬长时间处于这种状态时，炉衬将由于冷热冲击而产生裂纹，当液面上升时，由于没有足够的时间密封裂纹，将导致炉衬被上部的炉衬金属钻透。
不打断熔化的节奏或不长期熔炼定量金属是非常重要的，否则，将导致严重的裂纹和金属液面以上部位的钻透。任何定量金属在炉内长时间的保温也将导致同样的结果。
６加入料质量与洁净程度的变化
对于每一个铸造厂来说，每天提供高质量的熔融金属是每一个熔化工部的责任。对于任何使用无芯感应电炉的熔化工部来说，耐火材料对铸件铸造缺陷也有一定的影响，如针孔或夹渣。一般来说，感应炉或浇包的耐火材料被假定为此类缺陷的来源之一。当我们回顾熔炼的
２８
图５炉顶部位加煤气烧嘴
４／２００２中国铸造装备与技术
加料时，包括合金、聚渣剂、增碳剂或其它在炉内或浇包内的处理过程，可以发现很多细微的变化，炉料尺寸及洁净程度将极大地影响炉衬或包衬的寿命及表现，并增加在熔化过程中的氧化物，从而增加对耐火材料的侵蚀。７有芯感应电炉耐火材料的改进
．
随着铸造厂生产规模的扩大，对熔融金属需求虽的提高，要求大量、稳定地熔炼金属用于连续生产。有芯感应电炉以其较大的容量，可调的金属供应量及优良的节能性能成为众多大型铸造厂的首选金属保温设备。近年来，随着大功率感应器的出现，有芯感应电炉已经开始作为熔炼设备投人使用。７．１感应器材料的改进
有芯炉的感应器作为整个设备的唯一加热体，提供熔化及保持金属液温度的全部能量。同时对耐火材料来说，在感应器部位的耐火材料工作温度也最为恶劣。由于受感应器尺寸的限制．感应器耐火材料的厚度不可能很厚，在材料的工作层要求有优良的高温强度来抵抗金属流的冲刷，同时在材料的背后需要有水冷（或风冷）冷却材料，确保存在松散层。长期以来．氧化镁摹干振料以其出色的抗高温性能和抗冲刷性能作为黑色合金的感应器材料，但氧化镁基材料在使用的后期存在严重的挂渣问题，导致感应器功率持续下降。近来，随着氧化铝基高温合金感应器材料的出现，越来越多的大功率感应器已经成功地应用氧化铝基干振料解决或减轻功率下降问题。７．２有芯炉炉体材料的改进
有芯炉炉体材料的发展经历了捣打料、干振料、传统浇注料、低水分浇注料、超低水分超低水泥浇注料等多种耐火材料。有芯炉炉体材料要求具有高温强度，抗化学侵蚀及抗冲刷能力，同时要求具有一定的不粘性。就浇注料系列来说，同一基体的不同浇注料，材料中水泥的含量多少将直接影响材料的高温强度，即材料在使用温度下的强度。材料的高温强度将随着水泥加入量的减少而大幅度提高，详细数据见表ｌ。
同时，耐火材料中作为低温黏结剂的水泥也是众多金属氧化物首先侵蚀的对象，减少材料中水泥的含量也将提高材料的抗化学侵蚀能力。无水泥浇注料的出现极大地提高了材料的抗化学侵蚀性能，该材料被广泛应用于存在严重化学侵蚀的场合。７．３有芯炉修补材料的改进
有芯炉的修补包括热修补及冷修补，炉衬材料的热修补由于操作条件的限制，在修补的部位具有一定的局限性，目前限于进出金属口及喉部的修补。提高修补材料的施工性能及修补材料的表现是这一工作的目标。干振料及塑性料的应用极大地改进了操作者的劳动条件，同时修补的效果也非常理想。
冷修补是指对冷却后炉衬材料的修补，喷补材料的
材料・工艺——砝码铸造缺陷的解决４／２００２中国铸造装备与技术
砝码铸造缺陷的解决
ＳｏｌｕｔｉｏｎｔｏＰｒｏｂｌｅｍｏｆ
ＷｅｉｇｈｔＣａｓｔｉｎｇＤｅｆｅｃ协
磁２
６
齐齐哈尔铁路车辆（集团）有限责任公司夏智刘忠慧张义强许秋燕
摘要：Ｔ６Ｄ动态检衡车是用于对动态轨道衡进行计量性能检测和周期性检定的一种动态检测装置。砝码是该车的一种重要零部件。本文介绍了动态捡衡车两种砝码在生产过程中出现的铸造缺陷及其解决措施。
主题词：动态检衡车砝码Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｅｔｇｈｔｓ
ａｒｅ
铸造缺陷
ｐａｒｔｓ
ｉｍｐｏｒｔａｎｔ
ｏｆＭｏｄｅｌＴ６Ｄ
ｄｙｎａｍｉｃｔｅｓｔｉｎｇ
ｄｅｖｉｃｅｗｈｉｃｈ
ｔｅｓｔｓ
ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｉｎｇ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｄｙｎａｍｉｃｔｒａｃｋｗｅｉｇｈｉｎｇａｐｐａｒａｔｕｓａｎｄｃａｌｉｂｒａｔｅｓｉｔｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ，ｏｆｗｈｉｃｈｃａｓｔｉｎｇｄｅｆｅｃｔｓｉｎｃｕｒｒｅｄｉｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｒｅｌｅｒａｎｔｍｅａｓｕｒｅｓｏｆｓｏｌｕｔｉｏｎｈａｖｅｂｅｅｎｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．
Ｔ６Ｄ动态检衡车是用于对动态轨道衡进行计量检测和周期性检定的一种动态检测装置，每组车由五辆组成，型号分别为２０ｔ、４０ｔ、６０ｔ、８０ｔ和８４ｔ。砝码是该车的一种重要零部件，其材质是灰口铸铁（牌号为ＨＴｌ００），砝码重量的精确程度直接影响到动态检衡车对轨道衡计量性能的检测精度，从而影响轨道衡检测货车承载重量的准确性。
收稿日期：２００２—０３—２０
动态检衡车所用的砝码以重量划分为两种，即ｌｔ砝码和２ｔ砝码，两种砝码在生产试制的初期都不同程度地产生缩松、凋重孔砂芯烧结等铸造缺陷．尤其以２ｔ砝码更具有代表性。因此．本文以２ｔ砝码为例来分析说明在生产过程中产生铸造缺陷的原因及防止方法。１砝码的结构和技术要求
ｂ），ｏ’ｏ，扫，）ｃ，打）７ｃ’ｏ晰哥，，ｃ，ｏ，ｏ，ｏ，ｏ’ｏ，ｃ＇ｃ，ｏ，ｏ’０７０７ｃ’ｏ，ｃ’ｃ，ｃ７矗ｏ，０７哥矗々），订ｏ，ｏ，ｂ妇），、），ｏ，沿ｏ，＊）’
表Ｉ炉体材料性能
传统浇注料
分为空气或其它保护性气体。
低水分超低水泥浇注料
４
低水分浇注料
５５—７０６－９２＿３～王０１４ｌ
感应器材料一般选择高铝基，在工作温度下工作面形成尖晶石的干振料，对于有色金属，一般使用６０％～８０％的氧化铝基浇注料或传统的高铝基捣打料。炉体材料的选择与有芯保温炉基本相同，但要求工作炉衬具有更低的孔隙度及抗冲刷强度，因为该部位材料是在压力下工作并且炉内金属的液面经常变化。
加水量（％）木泥含量ｔ％）
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９６
玲强度ｘ６８９４７６Ｐａ（８５％ＡｈＯ｝３１５℃５３７℃９８２℃１３１５℃１４８２℃
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１４６５１６１２３２（）４２６５３２８０３
８４８
１０１７３４５９３５７０２５９１
９结论
随着感应熔炼及感应保温的广泛应用，相应的耐火材料也在不断地发展．新材料，新工艺的实际应用将不断地提高生产效率。针对中国发展迅速的高功率中频炉来说．影响无芯感应电炉（尤其是高功率中频炉）炉衬表现的因素包括：
５５３
２００３３５７４
热强度ｘ６８９４．７６Ｐａ（８５％Ａ１２０３）
９８２℃
９２４
４３８２１２７９
３６８４
１４８２℃４８８
１２５５
●炉衬理想的施工，达到最大的密度；●正确的炉衬烧结，形成充分的烧结层；
●合理的冷炉启动工艺，使由于冷炉产生的裂纹能充分地闭合；
●合理的模具厚度，有利于烧结；
●烧结炉次及正常生产时合理的炉料加料顺序：●炉料的质量，合适的尺寸和洁净度。
通过对以上因素的控制，可以达到提高材料使用效果的目的。
出现使对炉衬整体修补成为可能，在不拆除主体材料的基础上，只补足侵蚀部分材料将极大地降低生产成本。８自动气压浇注机
该设备一般与自动造型线配合使用，从加热原理来说，气压浇注机与有芯感应电炉的原理相同，但气压浇注机不需要通过倾斜来倒出金属，而是通过调整炉内气体的压力来定量浇注。根据浇注合金的不同，炉内压力介质
感应熔化用耐火材料技术的革新
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
魏大卫， 罗文中， 高学东， 楼诚， 葛鹏
魏大卫(美国联合矿产有限公司)， 罗文中,高学东,楼诚,葛鹏(联合矿产（天津）有限公司)中国铸造装备与技术
CHINA FOUNDRY MACHINERY & TECHNOLOGY2002(4)1次
引证文献(1条)
1. 郑秉和. 郑刚 铸铁屑的回收利用[期刊论文]-中国铸造装备与技术 2005(6)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_zgzzzbyjs200204010.aspx
材料・工艺——感应熔化用耐火材料技术的革新
４／２００２中国铸造装备与技术
感应熔化用耐火材料技术的革新
联合例天津黼嚣：嚣毫诚葛鹏剐ｓ
联合矿产ｆ天津）有限公司罗文中高学东楼诚葛鹏
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众所周知，中国近年来已发展成为铸造大国。随着铸造业各项操作水平的提高及勤劳的工作习惯，中国已被公认为生产优质铸件的佼佼者。这些成就的取得和中国感应熔炼水平的不断提高有直接关系。中国各铸造企业已把熔化效率及金属铸件的高质量视作标准。高功率中频电源的出现，使电炉制造商可满足客户对高生产率和质鼍的不断需求。然而，
耐火材料的正确安
将会影响耐火材料的使用寿命，同时将会对金属质量产
本文概述了一些已被成功验证的在耐火材料产品、工艺、修补、正常操作流程方面的重要改进。对黑色金属
和有色金属铸造工业不同方面都有涉
及。由于耐火材料
联合矿产（天津）有限公司（简称“骁矿”）是美国联合矿产有限公
司在中国建立的独资不定塑耐火材料生产基地。联矿采用美国本部同样的技术、同样的设备、同样的生产和质量控１｝！Ｉ手段．为孛国和亚洲其他国家的铸遣厂和冶金工业提供稳定的高质量耐火材料和技术履务，联矿于２００１年８月６日顺利通过ＩＳ０９００１质量体系认证。
联矿可以生产藁国联合矿产有限公司的套部产品系列，包括硅砂干振料／Ｍｉｍｏ－Ｓｉｌ、干振料／Ｄｒｉ—Ｖｉｂｅ、低水分超低水泥浇注料／Ｖ—Ｃａｓｔ、湘打料／ＷｅｔＲ蛆‰塑然料／Ｐｌ∞ｆｉｃｓ、塑ｊ｜毛料／Ｉｑａ吕ｔ口ｓ、喷狳料／Ｇｎｎｎｉｎｇ
与不同感应熔炼方式相关，本文同时讨论了无芯感应电炉熔炼、有芯感应电炉的熔炼和保温、自动气压浇注机的应用等。着重强调了高功率、中频无芯感应电炉的熔炼。根据需要．我们将在讨论耐火材料的安装、烧结、日常操作时强调环境保护和安全性方面的问题。
装、烧结、综合预防性维护却没有得到相应的重视。
熔化工部在追求产量的时候，常常会忽视一直接触熔融金属的耐火材料。对炉村耐火材料，不论是耐火砖、浇注料、塑性料、喷涂料、湿捣料还是干振料等的要求总是不断
、，肆ｉ礴簪二用干蝰憾静缳温铁、钢、铜、铝和其他合叠盘属蘸的无芯砖应电炉、有芯蓐废毫势涌动浇注炉；长妒龄冲天炉浇包、铜包、高炉出铁
灌沟；铝合盘熔化；蔫藏炉及其他工业炉窑。
联矿全体在“满足并超越客户的期望”的质量方针指、引下为客户提供超值的服务，同客户共同发展。
最后，本文将总结由于耐火材料
变化的。炉料的稳定性，包括干净程度、微量元素的含量问题而引起铸件缺陷、设备停机的一些常见现象，我们对其根本原因和可能的解决方法所作出的分析将会对各铸造企业有所帮助。我们的目标是帮助感应电炉用户达到
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表ｌＯ不同孕育剂的孕育衰退
化学成分（％）
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孕育剂柬孕育复台未孕育
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通常要求炉渣中氧化铁含量不大于８％。
（５）复合孕育剂孕育的灰铸铁与７５ＦｅＳｉ孕育的灰铸铁比较，抗拉强度高２０ＭＰａ以上．而且铸铁件的本体硬
３．２３２４４４０４０３．７４．２４．０
澈冷块的纯白口珠度／
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度高，壁厚敏感性小。
参考文献
１鹿取一男等铸造工学．北京：机械工业出版杜，１９８０．２李正军译关于感应炉重熔增碳技术的最新资料．Ｌａ
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３潘康生等．铁液过热温度对铸件质量的影响球铁，１９８６（４）４刘佑平．孕育温度对灰特帙质量的影响．讳遗生产，ｉ９８５（３）
注：ｒ．为孕育后的帙液在浇包内停留的时间。
材料．工艺——一感应熔化用耐火材料技术的革新４／２００２中国铸造装备与技术
耐火材料的最佳使用寿命。
ｌ无芯感应电炉、有芯感应电炉熔炼概述
中国铸造业长期以来用冲天炉熔炼占主导方式。然而，随着中频率、高功率无芯感廊电炉日益普及，这种情况在不断变化。无芯感应电炉可达到冲天炉同样的熔化速度，环境污染更少。对有芯感应电炉感应器的改进，功率的提高和冷却效率的提高使熔化率也得到了提高。
在任何感应熔炼条件下，当电流通过铜线圈时，周围都会产生电磁场。线圈的内部和外部都存在电磁场。
无芯感应熔炼时，线圈外部磁场集中在磁颚内，有效的电磁场存在于线圈内部：而在有芯感应电炉熔炼时，有效的电磁场是在线圈外部而其内部的磁场集中在铁芯
内。
熔炼，耐火材料形成理想的烧结层能使炉村达到最高的寿命、安全系数最好和最稳定的表现。比如：无芯感应电炉的干振料炉衬．一定的烧结层和烧结层后面的松散层是炉衬的普遍要求。为丁达到这一目的，我们必须首先考虑安装耐火材料时确保达到炉衬的最佳密度。３无芯感应电炉安装技术的变化和改进
讨论了用于感应电炉耐火材料的设计后，我们应能明白近年来中国感应电炉熔炼的一些变化。尽管我们现在有针对性地设计各种耐火材料，但是否能够正确施工以确保炉底及炉墙达到最佳密度是非常重要的。
世界范围内，人们对耐火材料施工安装技术的要求日趋增长。这包括要求缩短施工周期、减少劳动强度，但要确保施工的密度。过去到现在，使用的电振动捣固器一直是被普遍接受的施工方法。然而，随着无芯感应电炉容量的增大，炉墙处耐火材料的施工难度增加。
专用炉墙施工的内部振动器既节省了时间、节约了劳力同时还保证了炉衬的密度。图１为几种整体炉衬振动系统的照片。
中频无芯感应电炉的炉子制造商通过把功率和频率很好地匹配，使有效电磁场集中在炉衬的热表层而成功地提高了熔化效率。中频无芯感应熔炉炉料从外至里开始熔化。基本上中频高功率无芯感应电炉外部炉料及与其邻近的炉村会很快发生过热。典型的工颁无芯感应电炉（５０一６０Ｈｚ），炉料是从中部向外熔炼的。这就是为什么中频高功率无芯感应电炉炉衬耐火材料的侵蚀快且严重的原因，但中频炉的熔化率较高。
正因为如此，中频高功率无芯感应电炉在正常熔炼过程中．炉衬的安装、烧结、１３常操作等非常关键。２不定型耐火材料的设计及其应用在感应熔炼条件下
的关键特性
我们简要介绍了无芯感应电炉熔炼的基本情况及功率、频率的增加对其产生的影响。同样，当有芯炉感应器功率增强时．熔沟中金属液的流速增加．同时过热金属液的能力也加强。要想很好地满足这种要求，我们就必须考虑用于感应熔炼的不定型耐火材料的基本设计。
所有的耐火材料都是根据不同的工作条件而采用一定量的粗、中、细粒度配以合适的粘结剂混制而成。在感应熔炼条件下，无论是有色金属还是黑色金属，通常选择带有热固黏结剂的干振耐火材料产品。
控制粒度分布仅是耐火材料制作的关键因素之一，黏结系统是化学黏结还是陶瓷黏结同样重要。这主要取决于所熔金属的分类。
感应熔炼相关的耐火材料特性包括：化学成分的兼容性，不导电性，体积稳定性（永久膨胀和可逆膨胀）．高的低温强度，足够的高温强度，烧结深度和适当的热传导率。其他非耐火材料因素如金属化学成分，出炉温度，熔化操作方式（连续熔化或整炉熔化），炉料尺寸和洁净程度，残余成分和合金加入的变化都会强烈影响耐火材料的表现。
无论采用有芯感应电炉熔炼还是采用无芯感应电炉
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图１几种整体炉衬振动系统
整体炉衬振动系统可以更快、更稳定地在大型无芯感应电炉上施工干振耐火材料炉衬。很多整体炉衬振动
材料・工艺——感应熔化用耐火材料技术的革新
４．／２００２中国铸造装备与技术
系统采用压缩空气驱动振动器。气压振动器采用气压原形成的烧结面是一种耐火材料与粘结剂的混合物。对于理来达到振动的目的。气压所引起的振动受气压波动影以上任何一种应用．都需要对材料进行烧结和正确的材响较大．可能是适当的也可能是不为我们所需的。通常，料安装过程，只有这样才能保证最长的耐火材料寿命。
我们可以用检测仪来测定每分钟的振动次数。尤其是，所为了使耐火材料形成最优良的烧结面，需要认真地有的振动器具在施工炉衬前，都必须使用除气手段除气。
控制升温过程及针对不同耐火材料基体的特定温度下的图Ｉ是一种新的气动模具振动工具，该设备由数个保温过程。考虑到近来无芯感应电炉功率及频率的变化，固定在圆盘上的活塞构成。振动器可以由吊车吊至模具炉衬烧结过程中炉内温度不一致成为一个问题，图３显
内部。当通压缩空气时，这些活塞的顶部将直接敲击模示了一台高功率、中频感具，整个圆盘将由于敲击而自转。敲击将振动到该水平位应电炉在烧结过程中的不置的任何部位。振动从最下部开始，并逐渐升高振动器，同部位的不同温度分布。重复这一过程，直至振动整个侧墙。
为在烧结过程中在整个炉我们专门为较大的无芯感应电炉填加干振料的施工
内得到统一的温度。适当设计了新振动器——联矿电动振动系统。与其他振动器
减小电炉的投入功率及延不同的是，联矿的电动振动系统的振动原理不是气压振长保温时间是非常重要动。它不需要使用其他除气手段就可以使耐火材料炉衬的。通过以上操作，可以减达到理想的密度。使用联矿电动振动系统可以～次性将小炉内中部、底部与顶部
炉衬材料加满，而不需要控制加料厚度。然后，用联矿电图３感应电炉在烧结过程中不
之间的巨大温差。当炉料动振动系统低频档振动除气，除气一段时间后，可以手动同部位的不同温度分布
开始熔化时，将失去对炉或自动将振动系统调到高频振动档，紧实炉衬。图２为联内温度的监测。此时，认真矿电动振动系统的振动器和振动器支架。
地控制炉子的投入功率变得非常重要。如果投入大功率，会造成炉衬材料的快速浸润。当炉内熔化的金属越来越多时，需要逐步地提高功率来熔化炉内剩余的固体料。当炉子上部的固体料开始下降时，需要立刻补充投料。对熔图２联矿电动振动系统的振动器和支架
图４。
化初期炉子投入功率的控
实践证明，联矿电动振动系统施工的硅砂和非硅砂制将有利于在烧结面形成之前减少金属对耐火材料的浸
无芯感应电炉炉衬都可以达到同样稳定的炉衬寿命。它润。
可以大量地减少炉衬的施工时间。它唯一的限制条件是，无芯感应炉炉衬烧结的另一个变化是延长保温时间对于小炉子振动架固定不方便。
来均衡整个炉衬的温度，特别是在熔化开始前。对于高功联矿电动振动系统为在无芯感应电炉上施工干振料率的中频炉来说，炉子中部、顶部及底部的温差在烧结过炉村带来巨大的进步。我们正在将这种振动系统应用到程中是非常明显的。这就非常必要均衡炉衬侧墙与底部有芯感应电炉的感应器耐火材料及炉体耐火材料的施工之间的温差，因为这些部位将来会接触熔融金属，是工作上。初步证明非常成功。部分。均衡炉衬顶部的温度也很重要，升高该部位的温度，使耐火材料释放其永久膨胀，形成强度。如果顶部温４烧结技术的变化和改进
度达不到，顶部材料将在日后的使用过程中出现不可控耐火材料的烧结，其最根本的目的是使耐火材料形制的膨胀。
成烧结层。好的烧结层，是在日常恶劣条件下工作的炉衬与炉衬冷启动过程一样，在烧结的过程中，推荐将除能达到好的表现的基本条件。
尘设备关闭或关至最小来减小炉衬上部的热损失。对于黑色金属，大多数耐火材料在金属的熔化温度下将形成陶瓷烧结面。而对于有色合金，由于材料的工作５冷启动工艺的变化与改进
温度较低，需要在耐火材料中加入化学粘结剂以便在较高功率中频炉很多用于间断性的熔化操作，铸造厂低的工作温度下形成化学键来建立强度，通过这种方式
需要更换不同的合金成分，可以使用该快速熔炼设备在短期内提高产量。当一天或一周的生产结束时，炉内金属
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材料・工艺——感应熔化用耐火材料技术的革新
被出空，炉衬将冷却到室温，炉衬材料将由于冷热冲击产生水平或纵向裂纹。这种情况发生时，就需要在另一个工作日或工作周之前认真地加热炉衬。这一冷启动过程需要给炉衬材料足够的时间来发生可逆膨胀，在任何熔融金属接触炉衬之前密封由于冷热冲击而产生的裂纹。
以一台５ｔ的熔化球铁原铁液的炉子为例，需要在２ｈ之内将炉内的固体料加热到１ｌｏｏ℃，并在１１００℃下保温皿，保温结束后快速将炉料熔化．投人正常生产。根据炉子的容量不同．升温速度和保温时间都有所不同，同时根据熔炼金属的不同，保温的温度也有所变化，无论是使用感应加热或煤气烧嘴加热。冷启动过程需要使用３或４根Ｋ型热电偶监测温度，热电偶需要紧贴炉壁或炉底放置，对中频炉，有效线圈中部热电偶温度为控制温度。
另一个冷启动Ｊ：艺的改进是在炉顶部位加煤气烧嘴，来帮助减小炉子上部与整个炉衬的温差，见图５。
保温过程结束后，移走煤气烧嘴。熔化有色金属时，非常有必要使用煤气烧嘴作为整个拎启动过程的热源，因为需要将炉村加热到１０００—１１００气来密封裂纹。这一温度高于一般铝合金或铜合金的熔化温度，因此固体铝合金或铜合金并不推荐作
为炉衬冷启动时的加料，但镍铜或铝青铜可以用来作为有色金属冷启动时的加料。
另外一个影响无芯炉炉衬材料的因素是炉衬的纵向热梯度，即位于熔融金属液面以下及液面以Ｅ炉衬材料的温度差别。在金属液面上部耐火材料与金属液面以下耐火材料存在较大的温差，当炉衬长时间处于这种状态时，炉衬将由于冷热冲击而产生裂纹，当液面上升时，由于没有足够的时间密封裂纹，将导致炉衬被上部的炉衬金属钻透。
不打断熔化的节奏或不长期熔炼定量金属是非常重要的，否则，将导致严重的裂纹和金属液面以上部位的钻透。任何定量金属在炉内长时间的保温也将导致同样的结果。
６加入料质量与洁净程度的变化
对于每一个铸造厂来说，每天提供高质量的熔融金属是每一个熔化工部的责任。对于任何使用无芯感应电炉的熔化工部来说，耐火材料对铸件铸造缺陷也有一定的影响，如针孔或夹渣。一般来说，感应炉或浇包的耐火材料被假定为此类缺陷的来源之一。当我们回顾熔炼的
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图５炉顶部位加煤气烧嘴
４／２００２中国铸造装备与技术
加料时，包括合金、聚渣剂、增碳剂或其它在炉内或浇包内的处理过程，可以发现很多细微的变化，炉料尺寸及洁净程度将极大地影响炉衬或包衬的寿命及表现，并增加在熔化过程中的氧化物，从而增加对耐火材料的侵蚀。７有芯感应电炉耐火材料的改进
．
随着铸造厂生产规模的扩大，对熔融金属需求虽的提高，要求大量、稳定地熔炼金属用于连续生产。有芯感应电炉以其较大的容量，可调的金属供应量及优良的节能性能成为众多大型铸造厂的首选金属保温设备。近年来，随着大功率感应器的出现，有芯感应电炉已经开始作为熔炼设备投人使用。７．１感应器材料的改进
有芯炉的感应器作为整个设备的唯一加热体，提供熔化及保持金属液温度的全部能量。同时对耐火材料来说，在感应器部位的耐火材料工作温度也最为恶劣。由于受感应器尺寸的限制．感应器耐火材料的厚度不可能很厚，在材料的工作层要求有优良的高温强度来抵抗金属流的冲刷，同时在材料的背后需要有水冷（或风冷）冷却材料，确保存在松散层。长期以来．氧化镁摹干振料以其出色的抗高温性能和抗冲刷性能作为黑色合金的感应器材料，但氧化镁基材料在使用的后期存在严重的挂渣问题，导致感应器功率持续下降。近来，随着氧化铝基高温合金感应器材料的出现，越来越多的大功率感应器已经成功地应用氧化铝基干振料解决或减轻功率下降问题。７．２有芯炉炉体材料的改进
有芯炉炉体材料的发展经历了捣打料、干振料、传统浇注料、低水分浇注料、超低水分超低水泥浇注料等多种耐火材料。有芯炉炉体材料要求具有高温强度，抗化学侵蚀及抗冲刷能力，同时要求具有一定的不粘性。就浇注料系列来说，同一基体的不同浇注料，材料中水泥的含量多少将直接影响材料的高温强度，即材料在使用温度下的强度。材料的高温强度将随着水泥加入量的减少而大幅度提高，详细数据见表ｌ。
同时，耐火材料中作为低温黏结剂的水泥也是众多金属氧化物首先侵蚀的对象，减少材料中水泥的含量也将提高材料的抗化学侵蚀能力。无水泥浇注料的出现极大地提高了材料的抗化学侵蚀性能，该材料被广泛应用于存在严重化学侵蚀的场合。７．３有芯炉修补材料的改进
有芯炉的修补包括热修补及冷修补，炉衬材料的热修补由于操作条件的限制，在修补的部位具有一定的局限性，目前限于进出金属口及喉部的修补。提高修补材料的施工性能及修补材料的表现是这一工作的目标。干振料及塑性料的应用极大地改进了操作者的劳动条件，同时修补的效果也非常理想。
冷修补是指对冷却后炉衬材料的修补，喷补材料的
材料・工艺——砝码铸造缺陷的解决４／２００２中国铸造装备与技术
砝码铸造缺陷的解决
ＳｏｌｕｔｉｏｎｔｏＰｒｏｂｌｅｍｏｆ
ＷｅｉｇｈｔＣａｓｔｉｎｇＤｅｆｅｃ协
磁２
６
齐齐哈尔铁路车辆（集团）有限责任公司夏智刘忠慧张义强许秋燕
摘要：Ｔ６Ｄ动态检衡车是用于对动态轨道衡进行计量性能检测和周期性检定的一种动态检测装置。砝码是该车的一种重要零部件。本文介绍了动态捡衡车两种砝码在生产过程中出现的铸造缺陷及其解决措施。
主题词：动态检衡车砝码Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｅｔｇｈｔｓ
ａｒｅ
铸造缺陷
ｐａｒｔｓ
ｉｍｐｏｒｔａｎｔ
ｏｆＭｏｄｅｌＴ６Ｄ
ｄｙｎａｍｉｃｔｅｓｔｉｎｇ
ｄｅｖｉｃｅｗｈｉｃｈ
ｔｅｓｔｓ
ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｉｎｇ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｄｙｎａｍｉｃｔｒａｃｋｗｅｉｇｈｉｎｇａｐｐａｒａｔｕｓａｎｄｃａｌｉｂｒａｔｅｓｉｔｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ，ｏｆｗｈｉｃｈｃａｓｔｉｎｇｄｅｆｅｃｔｓｉｎｃｕｒｒｅｄｉｎｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｒｅｌｅｒａｎｔｍｅａｓｕｒｅｓｏｆｓｏｌｕｔｉｏｎｈａｖｅｂｅｅｎｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．
Ｔ６Ｄ动态检衡车是用于对动态轨道衡进行计量检测和周期性检定的一种动态检测装置，每组车由五辆组成，型号分别为２０ｔ、４０ｔ、６０ｔ、８０ｔ和８４ｔ。砝码是该车的一种重要零部件，其材质是灰口铸铁（牌号为ＨＴｌ００），砝码重量的精确程度直接影响到动态检衡车对轨道衡计量性能的检测精度，从而影响轨道衡检测货车承载重量的准确性。
收稿日期：２００２—０３—２０
动态检衡车所用的砝码以重量划分为两种，即ｌｔ砝码和２ｔ砝码，两种砝码在生产试制的初期都不同程度地产生缩松、凋重孔砂芯烧结等铸造缺陷．尤其以２ｔ砝码更具有代表性。因此．本文以２ｔ砝码为例来分析说明在生产过程中产生铸造缺陷的原因及防止方法。１砝码的结构和技术要求
ｂ），ｏ’ｏ，扫，）ｃ，打）７ｃ’ｏ晰哥，，ｃ，ｏ，ｏ，ｏ，ｏ’ｏ，ｃ＇ｃ，ｏ，ｏ’０７０７ｃ’ｏ，ｃ’ｃ，ｃ７矗ｏ，０７哥矗々），订ｏ，ｏ，ｂ妇），、），ｏ，沿ｏ，＊）’
表Ｉ炉体材料性能
传统浇注料
分为空气或其它保护性气体。
低水分超低水泥浇注料
４
低水分浇注料
５５—７０６－９２＿３～王０１４ｌ
感应器材料一般选择高铝基，在工作温度下工作面形成尖晶石的干振料，对于有色金属，一般使用６０％～８０％的氧化铝基浇注料或传统的高铝基捣打料。炉体材料的选择与有芯保温炉基本相同，但要求工作炉衬具有更低的孔隙度及抗冲刷强度，因为该部位材料是在压力下工作并且炉内金属的液面经常变化。
加水量（％）木泥含量ｔ％）
街度ｔ／ｍ’孔辣度（％）
８一ｌｌ９一ｔ５２０—２６２４７
５—５．５５—３
５
ｔ
————
２６～３３
————
９６
玲强度ｘ６８９４７６Ｐａ（８５％ＡｈＯ｝３１５℃５３７℃９８２℃１３１５℃１４８２℃
５９２
８０ｌ
１４６５１６１２３２（）４２６５３２８０３
８４８
１０１７３４５９３５７０２５９１
９结论
随着感应熔炼及感应保温的广泛应用，相应的耐火材料也在不断地发展．新材料，新工艺的实际应用将不断地提高生产效率。针对中国发展迅速的高功率中频炉来说．影响无芯感应电炉（尤其是高功率中频炉）炉衬表现的因素包括：
５５３
２００３３５７４
热强度ｘ６８９４．７６Ｐａ（８５％Ａ１２０３）
９８２℃
９２４
４３８２１２７９
３６８４
１４８２℃４８８
１２５５
●炉衬理想的施工，达到最大的密度；●正确的炉衬烧结，形成充分的烧结层；
●合理的冷炉启动工艺，使由于冷炉产生的裂纹能充分地闭合；
●合理的模具厚度，有利于烧结；
●烧结炉次及正常生产时合理的炉料加料顺序：●炉料的质量，合适的尺寸和洁净度。
通过对以上因素的控制，可以达到提高材料使用效果的目的。
出现使对炉衬整体修补成为可能，在不拆除主体材料的基础上，只补足侵蚀部分材料将极大地降低生产成本。８自动气压浇注机
该设备一般与自动造型线配合使用，从加热原理来说，气压浇注机与有芯感应电炉的原理相同，但气压浇注机不需要通过倾斜来倒出金属，而是通过调整炉内气体的压力来定量浇注。根据浇注合金的不同，炉内压力介质
感应熔化用耐火材料技术的革新
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：
魏大卫， 罗文中， 高学东， 楼诚， 葛鹏
魏大卫(美国联合矿产有限公司)， 罗文中,高学东,楼诚,葛鹏(联合矿产（天津）有限公司)中国铸造装备与技术
CHINA FOUNDRY MACHINERY & TECHNOLOGY2002(4)1次
引证文献(1条)
1. 郑秉和. 郑刚 铸铁屑的回收利用[期刊论文]-中国铸造装备与技术 2005(6)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_zgzzzbyjs200204010.aspx