槽式感應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及槽式感應(yīng)爐的槽式感應(yīng)器。
[0002] 本發(fā)明特別涉及槽式感應(yīng)器的槽襯里（liner)。
[0003] 本發(fā)明還涉及槽式感應(yīng)爐。
【背景技術(shù)】
[0004] 槽式感應(yīng)爐在工業(yè)中用于熔煉金屬（這一概念包括金屬合金）并將金屬保持在熔 融狀態(tài)。例如，槽式感應(yīng)爐被用于含Zn合金和含Al合金、包括含Al/Zn合金的電鍍和鑄造 工業(yè)，并且用于將合金保持在熔融狀態(tài)。
[0005] 已知的槽式感應(yīng)爐包括：（a)鋼質(zhì)外殼；(b)位于該外殼內(nèi)部的耐火材料（如鋁硅 酸鹽）襯里；（c)用于容納熔融金屬液池的罐，該罐由具有耐火襯里的外殼界定；以及（d) 一個或多個用于加熱金屬的槽式感應(yīng)器，其連接至該外殼，并經(jīng)由喉管與該罐流體連接，該 喉管通過具有耐火襯里的外殼延伸至槽式感應(yīng)器中的入口。
[0006] 槽式感應(yīng)器包括：⑴鋼質(zhì)外殼；（ii)耐火材料（如鋁硅酸鹽）襯里；（iii)由具 有耐火襯里的外殼界定的槽，其形成使熔融金屬從罐流經(jīng)槽并返回該罐的通路；以及（iv) 產(chǎn)生電磁場的電磁線圈。在槽式感應(yīng)爐運行期間的任一給定時間，槽式感應(yīng)器的槽中的熔 融金屬成為變壓器的二次回路，并由通過該電磁場感生的電流進(jìn)行加熱并保持熔融。槽式 感應(yīng)器為由螺栓固定在槽式感應(yīng)爐外殼上的組裝件。對形成襯里的耐火材料進(jìn)行選擇以符 合一系列特定力學(xué)要求、熱絕緣要求以及對熔融金屬化學(xué)侵蝕的耐受性。從需要不同材料 性質(zhì)的意義上來說，這些要求在一定程度上是彼此競爭的要求，因此耐火材料的選擇傾向 于進(jìn)行折衷。
[0007] 當(dāng)暴露至熔融金屬、如含Zn合金和含Al合金時，槽式感應(yīng)器具有有限的壽命，并 通常以下列模式損壞：
[0008] ?在加熱、干燥（dry-out)或運行期間，耐火材料特別是沿槽式感應(yīng)器的中心面產(chǎn) 生裂紋，隨后Zn和/或Al金屬、或者Zn蒸汽穿透該裂紋并擴(kuò)大裂紋，最終導(dǎo)致金屬從槽式 感應(yīng)器中泄漏。
[0009] ?另外，當(dāng)合金為含Al合金的情況下，通過由Al還原耐火材料中的SiO2，從而形成 Al2O3和Si，相應(yīng)地減少耐火材料體積并導(dǎo)致耐火材料發(fā)生穿透和/或剝落（spalling)。
[0010] ?另外，由于槽內(nèi)剛玉的粘附作用增加，其與變性的耐火材料或來自預(yù)熔融罐（進(jìn) 入槽的主要區(qū)域）的熔渣相混合而產(chǎn)生堵塞。
[0011] 通常而言，含Al合金的槽式感應(yīng)器的壽命為6-24個月，并且是金屬鍍覆生產(chǎn)線關(guān) 閉的主要原因之一。
[0012] 申請人正在開發(fā)新式感應(yīng)器，其具有更高的可靠性，并且更特別的是，其由于產(chǎn)生 裂紋而損壞的傾向更低。
[0013] 在本申請人名下的國際公開文本W(wǎng)O 2011/120079中對該新式感應(yīng)器進(jìn)行了描 述。
[0014] 該國際公開文本中描述并要求保護(hù)的槽式感應(yīng)器包括（a)槽襯里，其由耐受槽內(nèi) 熔融金屬化學(xué)侵蝕的耐火材料形成，該耐火材料也是槽式感應(yīng)器中唯一直接接觸熔融金屬 的材料；以及（b)背墊（back-up)襯里，其對該槽襯里進(jìn)行支持，并由在熱絕緣材料性質(zhì)和 機(jī)械強(qiáng)度性質(zhì)方面最佳的材料形成，從而使得在槽式感應(yīng)爐的運行、干燥或加熱期間不會 有損于槽襯里的整體性。
[0015] 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)申請人在生產(chǎn)工廠將該國際公開文本的發(fā)明所述的、以槽襯里和背 墊襯里制成的槽式感應(yīng)器用于以Zincalume^熔融金屬對鋼帶進(jìn)行鍍覆時，存在產(chǎn)生裂紋 的問題。
[0016] 申請人對該裂紋的起因進(jìn)行了研究，本發(fā)明正是在該研究中做出的。
[0017] 上述討論并非旨在對澳大利亞和其它地方的公知常識進(jìn)行聲明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 對于申請人在生產(chǎn)工廠使用的根據(jù)該國際公開文本制成的槽式感應(yīng)器，申請人進(jìn) 行了解體（post mortem)研究，并作為本發(fā)明的基礎(chǔ)獲得了如下發(fā)現(xiàn)：
[0019] 1.有利的是對槽襯里的耐火材料進(jìn)行選擇，使得該材料和熔融金屬在爐中發(fā)生化 學(xué)反應(yīng)，使槽襯里變得更耐受熔融金屬的進(jìn)一步穿透并且耐受槽內(nèi)產(chǎn)生的阻塞。通常，該化 學(xué)反應(yīng)使得在槽襯里中形成致密相。通常，當(dāng)熔融材料為含有鈉的含Al/Zn合金時，原始材 料包括與剛玉礦物共混的碳化硅。鈉可起到該化學(xué)反應(yīng)的催化劑的作用。
[0020] 2.有利的是對背墊襯里的材料進(jìn)行選擇，使其能夠吸收由于槽襯里的拉伸和移動 而產(chǎn)生的應(yīng)力。通常，材料的選擇還包括選擇具有下述性質(zhì)的材料，該材料能夠抵抗由于整 個運行溫度范圍內(nèi)存在的熱應(yīng)力而產(chǎn)生的裂紋，并能耐受某些與可能抵達(dá)背墊襯里的合金 發(fā)生的反應(yīng)。因此，選擇具有適當(dāng)燒結(jié)特性和熔融合金侵蝕耐受性的材料是重要的考慮因 素。通常，該材料可以是干式振動料（dry vibratory material)、如由Allied Minerals Products, Inc生產(chǎn)并販?zhǔn)鄣腄ri-Vibe?復(fù)合材料，例如該公司名下的歐洲專利1603850 中描述的材料。通常，Dri-Vibe?材料可以是金屬纖維，其通常包括金屬纖維增強(qiáng)的鋁硅 酸鹽耐火復(fù)合材料，該復(fù)合物中的耐火材料組分含有60-95wt %的氧化鋁；優(yōu)選地，其含有 60_70wt%的氧化錯和20_35wt%的二氧化娃。
[0021] 在更廣泛的概念上，本發(fā)明提供槽式感應(yīng)爐的槽式感應(yīng)器，該槽式感應(yīng)器包含（a) 槽襯里以及（b)背墊襯里，該背墊襯里為該槽襯里提供支持，使得在槽式感應(yīng)爐的運行、干 燥或加熱期間不會有損于該槽襯里的整體性。
[0022] 在上述第1項的上下文中，可對槽襯里的材料進(jìn)行選擇，使得該材料和熔融金屬 在爐中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使槽襯里變得更耐受熔融金屬的進(jìn)一步穿透并且耐受槽內(nèi)由于剛玉 增加而產(chǎn)生的阻塞。該材料也可為如第1項中所述的其它材料。
[0023] 在上述第2項的上下文中，可對背墊襯里的材料進(jìn)行選擇，使其能夠吸收由于槽 襯里的拉伸和移動而產(chǎn)生的應(yīng)力。該材料也可為如第2項中所述的其它材料。
[0024] 槽襯里可以是任何適合的形狀。
[0025] 槽襯里可以是細(xì)長元件，而槽為單U形（"單環(huán)感應(yīng)器"）。更特別而言，該槽可包 含由槽的基部延伸出的兩根臂，并在槽的一臂的末端中具有熔融金屬入口，在槽的另一臂 的末端中具有熔融金屬出口，從而使得熔融金屬可經(jīng)一臂流至基部，并經(jīng)基部流至另一臂 并沿另一臂流動。
[0026] 槽襯里可以是細(xì)長元件，而槽為雙U形。更特別而言，該槽可包含由槽的基部延伸 出的三根臂（該基部使三根臂互連），并在槽的中央臂的末端中具有熔融金屬入口，在槽的 外臂的末端中具有熔融金屬出口，從而使得熔融金屬可經(jīng)內(nèi)臂流至基部，并經(jīng)基部向外流 至外臂并沿外臂流動。
[0027] 槽襯里可具有頂壁，入口和出口形成于頂壁中，且固定法蘭（mounting flange)從 頂壁向外延伸。
[0028] 槽襯里可包含從頂壁外周延伸的側(cè)壁，固定法蘭從側(cè)壁的上緣向外延伸。這一配 置界定出了前廊（vestibule)或前艙（forebay)。
[0029] 本發(fā)明還提供一種槽式感應(yīng)爐，該槽式感應(yīng)爐包含：
[0030] (a)鋼質(zhì)外殼；
[0031] (b)位于該外殼內(nèi)部的耐火材料襯里；
[0032] (C)用于容納熔融金屬液池的罐，該罐由具有耐火襯里的外殼界定；以及
[0033] (d) -個或多個上述用于加熱金屬的槽式感應(yīng)器，該槽式感應(yīng)器連接至該外殼，并 經(jīng)由喉道（throat)與該罐流體連接，該喉道經(jīng)該外殼和該耐火襯里延伸至該槽式感應(yīng)器 的入口。
[0034] 熔融金屬可選自于包括含Zn合金和含Al合金（包括含Al/Zn合金）的組。這些 合金不限于Al和Zn，也可包括諸如Ca等其它元素。
【附圖說明】
[0035] 參照附圖以示例的方式對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，其中：
[0036] 圖1是本發(fā)明所述槽式感應(yīng)爐的一個實施方式的縱剖面，該槽式感應(yīng)爐包括本發(fā) 明所述槽式感應(yīng)器的一個實施方式；
[0037] 圖2是本發(fā)明所述槽式感應(yīng)器的一個實施方式的縱剖面；
[0038] 圖3是在申請人的生產(chǎn)工廠中使用的國際公開文本的發(fā)明所述的槽式感應(yīng)器在 其工作的最初50天內(nèi)，槽襯里和背墊襯里的溫度的圖。該圖還示出了固定電感比的傾向， 該傾向是感應(yīng)器中不具有槽阻塞的量度。
【具體實施方式】
[0039] 圖1和圖2是申請人上述國際公開文本的附圖。
[0040] 圖1是用于對Al/Zn合金進(jìn)行預(yù)熔融的槽式感應(yīng)爐3的主要組件的剖面圖，該Al/ Zn合金用于鋼帶的金屬鍍覆生產(chǎn)線。應(yīng)注意的是本發(fā)明并不限于這一最終用途，并且可用 作任何合適的槽式感應(yīng)爐的部分以及用于任何合適的最終用途。
[0041] 圖1中示出的槽式感應(yīng)爐3包含由外側(cè)的鋼質(zhì)外殼27以及內(nèi)側(cè)的耐火材料（如 鋁硅酸鹽）襯里29所界定的罐。在使用中，該罐容納有熔融Al/Zn合金液池（未示出）。 爐3還包括兩個連接至鋼質(zhì)外殼27的相對兩側(cè)壁的槽式感應(yīng)器31，該槽式感應(yīng)器31經(jīng)由 各自的喉道33與該合金液池流體連通。在使用中，熔融Al/Zn合金由合金液池流入并流經(jīng) 槽式感應(yīng)器31，并由該槽式感應(yīng)器31對其進(jìn)行加熱。
[0042] 圖2中槽式感應(yīng)器33的圖是剖面圖，以便于示出與本發(fā)明特別相關(guān)的感應(yīng)器的組 件。另外，為了盡可能清楚地示出這些組件，圖中的開口 1中并未包括感應(yīng)器33的電磁感 應(yīng)線圈。
[0043] 槽式感應(yīng)器33包含：
[0044] (a)槽襯里，通常由編號5表示；以及
[0045] (b)對該槽襯里進(jìn)行支持的槽襯里支持組裝件。
[0046] 槽襯里5是單片細(xì)長元件，其界定出上述開口 1和用于使熔融Al/Zn合金流經(jīng)該 槽式感應(yīng)器的雙"U"形槽。該槽包含基部和三根由該基部延伸出的平行的臂9。槽的中央 臂的上端為熔融Al/Zn合金的入口 15,并且槽的外臂的上端為熔融Al/Zn合金的出口 17。 槽的基部由槽襯里5的基部區(qū)段7界定，槽的臂由槽襯里5的直立區(qū)段9限定。這些區(qū)段 7、9是薄壁空心區(qū)段。槽襯里5具有頂壁11，并且熔融Al/Zn合金的入口 15和出口 17形 成于頂壁11中。槽襯里5還包含沿頂壁11的周緣延伸的側(cè)壁21以及由側(cè)壁21向外延伸 的法蘭19。頂壁11和側(cè)壁21界定了前廊或前艙。提供法蘭19以將該槽襯里5固定至耐 火材料襯里（未示出），該耐火材料襯里界定了槽式感應(yīng)爐的罐（未示出）的罐喉道（未示 出），從而使得熔融Al/Zn合金與槽式感應(yīng)器的直接接觸僅限于與槽襯里5相接觸。
[0047] 槽襯里支持組裝件包含（a)外側(cè)的鋼質(zhì)外殼23以及（b)背墊襯里25。該背墊襯 里25在圖2中并未具體示出，以便簡化該附圖。如圖2中以編號25和繪圖線（drawing line)所表示的，背墊襯里材料填入外殼23和槽襯里5之間的空間。
[0048] 本發(fā)明涉及對制造槽襯里5和背墊襯里25的材料進(jìn)行材料選擇。
[0049] 如上所述，發(fā)現(xiàn)申請人的上述國際公開文本所述的槽式感應(yīng)器在用于申請人的制 造工廠時存在發(fā)生裂紋的問題。
[0050] 申請人對該感應(yīng)器進(jìn)行了解體研究，由該解體研究顯現(xiàn)的要點包括以下幾點：
[0051] ?槽襯里5的材料與熔融金屬之間發(fā)生明顯反應(yīng)。
[0052] ?這一反應(yīng)由于熔融金屬中存在痕量的鈉而迅速進(jìn)行，鈉起到催化劑