感應電爐的爐齡主要指坩堝(爐襯)的壽命。坩堝是感應電爐的重要組成部件，在冶煉過程中，坩堝本身承受著各種力的作用。其中包括爐料對坩堝的沖擊力，金屬液的靜壓力，傾爐時金屬液流動引起壓力變化而產(chǎn)生的應力，電磁攪拌力以及坩堝的內(nèi)外溫差應力，急冷急熱產(chǎn)生的內(nèi)部應力等。此外，還要承受金屬液中碳及合金元素的還原侵蝕及金屬液的沖刷。所以，感應電爐的坩堝處在極其惡劣的環(huán)境中工作。正因為如此，要求坩堝在高溫和室溫時都必須具有一定的強度，以防開裂，滲入金屬，甚至發(fā)生穿爐事故。可以說，坩堝(爐襯)的強度是直接影響坩堝壽命的主要原因，而坩堝的強度又主要取決于坩堝的材料、筑爐、烘爐燒結(jié)工藝以及熔煉控制(操作使用)四大因素。

1、材料對坩堝壽命的影響

坩堝的高溫性能主要取決于所用耐火材料的物理、化學性能及礦物組成，由于耐火材料的物理、化學性能及礦物組成的不同，坩堝的性質(zhì)、性能和壽命有很大的差別。用于坩堝的主要耐火材料有石英砂、鎂砂、鋁礬土砂，其性能各有優(yōu)缺點，需根據(jù)金屬冶煉環(huán)境的需要加以選擇;依照坩堝材料的性質(zhì)，感應電爐坩堝分為酸性、堿性、中性三種類型。酸性感應電爐的坩堝用酸性耐火材料石英砂筑成，熔煉過程中造酸性爐渣，不能脫磷和脫硫;堿性感應電爐的坩堝用堿性耐火材料鎂砂筑成，熔煉過程中造堿性渣，能夠脫磷和脫硫;中性感應電爐的坩堝用的耐火材料主要是鋁礬土砂。

坩堝所用耐火材料的純度和雜質(zhì)含量對坩堝爐襯的強度的影響很大，尤其是石英砂和鎂砂，如果純度不夠或雜質(zhì)含量超標，不但直接降低坩堝的耐火度而且影響坩堝燒結(jié)層的質(zhì)量。坩堝所用耐火材料的粒度及粒度配比對坩堝爐襯的強度影響也很大，如果耐火材料的粒度以及粒度的配比不適當，會直接影響坩堝筑爐的密實度，進而影響到坩堝燒結(jié)的質(zhì)量;應注意的是，爐子容量(坩堝尺寸)越大，對晶粒的要求越高。以石英砂為例：晶粒越粗大，晶格缺陷越少越好，如水晶石英砂SiO2純度高，外表潔白、透明。

感應電爐坩堝所用主要耐火材料的物理、化學性能及礦物組成，以及酸性坩堝、堿性坩堝、中性坩的材料配比分別介紹如下：

石英砂：石英砂屬酸性耐火材料，其礦物組成主要是石英、其次是長石及少量云母。石英的化學成分是二氧化硅(SiO2)，比重為2.65，具有高硬度(莫氏硬度7)、高熔點(1713℃)、和熱導性較差的特性。石英在受熱過程中體積產(chǎn)生膨脹，這種膨脹包括溫度升高而產(chǎn)生的熱膨脹和石英因同質(zhì)異晶轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生的膨脹。石英在不同的溫度下有幾種同質(zhì)異晶體：石英(α和β)、鱗石英(α、β和γ)、方石英(α和β)。其中β、γ晶型表示低溫穩(wěn)定型，而α表示高溫穩(wěn)定型。自然界的石英多為β石英，開始加熱時，β石英隨溫度升高而均勻膨脹，在573℃轉(zhuǎn)變成α石英，因晶型轉(zhuǎn)變而發(fā)生突然膨脹(相變體膨脹0.82%)。α石英在870℃以上和熔劑條件下會轉(zhuǎn)變成α鱗石英，但轉(zhuǎn)變很慢，升高溫度雖可加快轉(zhuǎn)變，但即使在1250~1350℃亦須一小時左右才能完成，此時體積增大。α鱗石英在1470℃以上變成α方石英(體積增大4.7%)。α方石英在1713℃以上熔化，冷卻后變成石英玻璃。石英由β←→α;鱗石英由α←→β←→γ;方石英由α←→β，這些轉(zhuǎn)變都是可逆的，但石英形成鱗石英、方石英冷卻后就不能回復成石英。

長石是鋁硅酸鹽，熔點(1100~1250℃)比石英低得多，硬度也比石英低，加熱過程中體積變化小，高溫時能與石英砂燒結(jié);常見的有鉀長石、鈉長石、鈣長石，在用于坩堝的石英砂中屬于雜質(zhì)。

云母是一種含水鋁硅酸鹽，熔點(1145~1270℃)比石英低得多，硬度也比石英低;常見的有白云母和黑云母，在用于坩堝的石英砂中屬于雜質(zhì)。

酸性坩堝對石英砂化學成分的要求是：

SiO2含量99~99.5%;雜質(zhì)含量Fe2O3≤0.5%;CaO≤0.25%;Al2O3≤0.2%;以及極微量的其它氧化物。

鎂砂：鎂砂屬堿性耐火材料，其主要成分是氧化鎂(MgO)，它是由菱鎂礦(MgCO3)在高溫下煅燒再經(jīng)破碎分選而獲得。純氧化鎂的熔點為2800℃，但由于鎂砂中含有SiO2、CaO、Fe2O3等雜質(zhì)，其熔點約為1840℃，熱膨脹比石英小，沒有因相變而引起的體積突變。鎂砂的莫氏硬度為4~4.5，比重約3.5左右。由于菱鎂礦煅燒技術(shù)較復雜，鎂砂價格是石英砂的6倍左右，成本較高。

堿性坩堝對鎂砂化學成分的要求是：MgO≥90%;雜質(zhì)含量SiO2≤4%;Fe2O3≤1%;CaO≤0.5%;灼堿≤0.5%。

鋁礬土砂：鋁礬土主要成分是氧化鋁，系含有雜質(zhì)的水合氧化鋁，是一種土狀礦物，其組成成分異常復雜，是多種地質(zhì)來源極不相同的含水氧化鋁礦石的總稱。鋁礬土砂由鋁礬土在高溫下煅燒再經(jīng)破碎分選而獲得，當Al2O3含量達71.8%時，其耐火度大于1800℃，屬中性耐火材料。

中性坩堝對鋁礬土砂化學成分要求是：

Al2O3≥70%;SiO2≤20%;Fe2O3≤2%;TiO2≤1.5%;MgO+CaO+K2O+Na2O≤2%。。

2、筑爐對坩堝壽命的影響

坩堝筑爐是確保坩堝質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，也是影響坩堝壽命的主要因素，筑爐質(zhì)量的好壞是保證坩堝烘爐燒結(jié)質(zhì)量的基礎。如果筑爐質(zhì)量不好，如打結(jié)坩堝爐襯時存在分層或砂的粒度分布不均勻現(xiàn)象，則會增大燒結(jié)后產(chǎn)生裂紋的幾率和產(chǎn)生偏析，從而降底坩堝的強度，縮短坩堝的正常使用壽命;如果坩堝筑爐質(zhì)量存在嚴重的缺陷，如爐襯打結(jié)的密實度不均勻，密度不夠或打結(jié)材料中混入了磁性雜質(zhì)等，不但無法在烘爐焙燒過程中獲得滿意的坩堝燒結(jié)層，而且還有可能發(fā)生漏水和穿爐事故。所以，提高坩堝筑爐質(zhì)量是提高感應電爐爐齡的重要手段之一。

要提高坩堝筑爐的質(zhì)量，應注特別意控制以下要點：

一坩堝模外表的焊縫和過渡圓角一定要打磨光滑，同時，在坩堝模上鉆一些小孔，以利于在烘爐時排除水蒸汽，孔徑2~3毫米，每孔相隔225毫米，均勻分布;

二由于耐火材料要進行磁選處理去除磁性雜質(zhì)，當下料高度>500mm時還必須使用加料斗加料，以免砂子出現(xiàn)粗細顆粒分層;

三搗筑爐料應一錘壓一錘，搗錘力度均勻，逐層搗實;

四搗制過程必須連續(xù)操作，切忌筑筑停停，停停筑筑;

五爐襯搗筑的中途不宜換人操作，只有這樣，才能確保爐襯致密均勻;

六在打結(jié)完后坩堝模不取出，烘干和燒結(jié)時起感應加熱作用。

3、烘爐燒結(jié)的影響

烘爐燒結(jié)是決定坩堝質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是影響坩堝強度和使用壽命的關(guān)鍵因素。經(jīng)烘爐燒結(jié)后坩堝一般形成燒結(jié)層、過渡層及松散層的三層結(jié)構(gòu)。燒結(jié)層是工作層，它直接與金屬液、爐渣及大氣接觸，直接承受金屬液因電磁攪拌作用對坩爐的沖刷作用，承受爐渣及合金元素的高溫侵蝕和急冷急熱產(chǎn)生的應力及金屬的靜壓力，故燒結(jié)層的強度和性能直接決定了坩堝的強度和性能，也即決定了坩堝的使用壽命。所以，烘爐燒結(jié)的主要目的就是要形成一層堅硬而耐磨的坩堝表面——燒結(jié)層。

下面以酸性石英坩堝為例，進一步分析說明烘爐燒結(jié)對坩堝質(zhì)量的影響。坩堝爐襯在原輔材料選定的前提下，燒結(jié)工藝是使爐襯獲得良好顯微組織結(jié)構(gòu)以充分發(fā)揮其耐高溫性能的的關(guān)鍵工序。

石英具有較高的熔化點(1713℃)和較差的熱導性，如不進行烘爐燒結(jié)就熔煉造成硼酸(或硼酐)與石英砂作用不充分，爐襯內(nèi)外溫差應力過大，工作層處于疏松狀態(tài)，就有剝落的危險。又因石英具有如前所述的晶態(tài)轉(zhuǎn)變，所以，在烘爐燒結(jié)時必須對晶態(tài)轉(zhuǎn)變溫度進行控制，使燒結(jié)層的石英晶態(tài)轉(zhuǎn)變進行徹底，使它具有很好的高溫強度和體積穩(wěn)定性。為獲得爐襯的三層(燒結(jié)層、過渡層、松散層)結(jié)構(gòu)，烘爐和燒結(jié)的原則是：低溫緩慢烘爐，高溫滿爐燒結(jié)。烘爐和燒結(jié)工藝大致分為三個階段，如圖三所示：

烘烤階段：以≤50℃/h的速度將坩堝模加熱至600℃，保溫3h，目的是徹底排除爐襯中的水分。

半燒結(jié)階段：以50~70℃/h升溫至900℃，保溫3小時。此階段是a-石英向a-鱗石英轉(zhuǎn)變過程，體積變化最大，所以在900℃要確保恒溫3小時。之后以100℃/h升溫，當溫度升至坩堝模焊縫開始熔化時，即可加爐料;加料時大塊料盡量放下層和靠近坩堝壁，小塊料填補空隙，并將料加滿。為使坩堝表而掛上一層完好光滑的釉面，可事先加入適量的碎玻璃。此階段必須嚴格控制升溫速度，防止坩堝產(chǎn)生裂紋。

完全燒結(jié)階段：當溫度升1500℃，恒溫3小時。此階段是鱗石英向方石英轉(zhuǎn)變的過程，燒結(jié)層的厚度很大程度上取決于這一過程。高溫燒結(jié)時，金屬液應盡量地熔滿爐，使整個爐襯受熱均勻，經(jīng)燒結(jié)后得到理想的工作層;坩堝的燒結(jié)結(jié)構(gòu)是提高其使用壽命的基礎，如果燒結(jié)層厚度不足，坩堝的使用壽命會明顯降低。

4、熔煉控制的影響

坩堝的熔煉控制(操作使用)及現(xiàn)場管理對感應電爐爐齡也有很大影響，尤其是新坩堝前期的使用操作影響更為顯著。第一爐熔化因為爐襯的燒結(jié)層薄(強度還不高)，所以升溫時應使用較小的功率，避免過強的電磁攪拌加大金屬液對爐襯的沖刷作用，影響燒結(jié)層(工作層)形成足夠的厚度。同時，前三爐水不能一次倒空，第一爐出水30%，第二、三爐各出水50%(此后，可自行決定出水情況)，使用的前一周應盡可能避免冷爐，否則急冷急熱造成爐襯產(chǎn)生裂紋，過早出現(xiàn)坩堝損傷而降低爐齡。建議盡量集中生產(chǎn)，減少停爐次數(shù)。一但停爐，也應盡可能使爐內(nèi)溫度保持在600~800℃。節(jié)假日如需停爐，應使最后一爐鐵水出凈，并快速冷卻，重新起爐時，升溫至700℃時保溫半小時以上，再快速升溫，以使爐襯在冷卻后產(chǎn)生的裂紋在金屬液之前彌合，防止金屬液滲入爐襯內(nèi)部。對間斷使用的電爐可參考以上方法進行冷爐和起爐。

其次，熔煉過程中金屬液面的高度及爐渣對坩堝爐襯亦有影響，應經(jīng)常改變?nèi)鄢貎?nèi)金屬液面的高度，但波動不能太大(±5~10%為宜)，避免熔渣固定一點形成，使渣線部位爐襯的侵蝕、沖刷過快;冶煉過程中還需要勤扒渣，減少爐渣對爐襯的侵蝕。此外，加料時應盡量避免料砸坩堝，使坩堝受到傷害，尤其是冷爐后坩爐受到?jīng)_擊時，裂紋會增大，金屬液滲入的可能性也隨之增大，從而降低了坩堝的使用壽命。