熔煉是鑄造生產過程中的一個重要環節，是否能熔煉出高溫純凈少氧化的優質鐵液是判斷熔煉質量和水平的重要標志。沖天爐作為鑄造的重要設備爐襯材料的選擇至關重要，由于在熔煉過程中承受高溫，化學侵蝕，下降爐料的機械沖擊及其自身的膨脹性，使沖天爐熔煉時間受到了限制，國內沖天爐熔煉時間一般在6~10小時且爐襯侵蝕大，爐況不穩定，對耐火材料的選用有著極大的挑戰，因此我公司鄭州駒達耐火材料有限公司在多次試驗分析中得出了一套耐火材料侵蝕反應機理，選擇合適的爐襯才能造就長壽的熔煉環境。

一：耐火材料侵蝕機理及選用

    加料區及流槽一般使用氧化鋁含量50%~80%左右的澆注料砌筑而成，高的氧化鋁含量會給材料帶來理想的高溫強度和抗磨損性能，但在選料時應考慮材料的抗冷熱沖擊能力。

    由于熔化帶工作溫度極高，同時又是在強氧化氣氛下，在日前很難找到適合的耐火材料能夠在該部位長期運行，即使在這一部位安裝耐火材料，都將在沖天爐運行一段時間后被侵蝕掉。通過實際操作，現在影響水冷沖天爐爐襯壽命的主要部位為爐缸、過橋及分渣器的材料壽命，延長爐襯壽命實現連續熔煉，實際上是要選用適當的材料及工藝，延長以上部位的使用壽命。

    通過分析這些部位均于爐渣接觸，存在強烈的化學侵蝕，要求材料具有優異的高溫強度和抗鐵液沖刷的能力。同時在分渣器部位的材料還要具有抗氧化能力。

    在為沖天爐選料時，還應考慮爐渣成分對沖天爐耐火材料的影響。沖天爐在熔煉加料中加入一定比例的石灰石提高渣子的流動性，便于將渣子排出爐外。爐渣中含有成分包括CaO、SiO2、MgO、MnO、AL2O3、FeO、B2O3、TiO2、P2O5等多種成分，現在多用堿度來表示爐渣的性質。

    堿度大于1為堿性爐渣，小于1則為酸性爐渣。一般鑄造廠常用CaO/Sio2來表示爐渣的堿度。過高或過低的堿度將分別導致渣子難以排出或在分渣器難以將渣鐵分離。一般考慮將渣子的堿度控制在1或弱堿性。

    爐渣中FeO和MnO的含量很小，它們使爐渣傾向于堿性。這些成分雖然含量不高，但對耐火材料使用壽命的影響非常大。FeO來源于加料中的Fe2O3（鐵銹）：

2Fe2O3→4FeO+O2：MnO來源于廢鋼中的錳：2Mn+O2→2MnO。   

FeO與MnO與耐火材料中的SiO2發生以下反應：

2FeO+Sio2→2FeOSiO2 (鐵橄欖石，熔點：1204℃)

2MnO+Sio2→2MnOSio2（錳橄欖石，熔點：1176℃）

FeO與MnO與耐火材料中的AL2O3發生以下反應：

2FeO+AL2O3→FeOAL2O3（鐵尖晶石，熔點：1593℃）

2MnO+AL2O3→MnOAL2O3（錳尖晶石，熔點：1565℃）

    以上兩個反應將導致耐火材料的侵蝕和剝落，相比之下，二氧化硅更容易被侵蝕掉，因為氧化鐵與氧化錳會與材料中的二氧化硅反應，形成低熔點的化合物。但是如果氧化鐵與氧化錳的含量過高或熔化溫度超過1550℃，氧化鋁也將被侵蝕，這種情況下應考慮使用尖晶石基材料作為耐火材料。

    在考慮爐渣與耐火材料中骨料反應的同時，也考慮爐渣與材料中添加劑的反應。現在廣泛使用的添加劑為碳化硅。FeO與MnO會與其發生如下反應：

              FeO+SiC→Fe+SiO2+CO（反應溫度：1482℃）

              MnO+SiC→Mn+SiO2+CO（反應溫度：1482℃）

    以上反映隨著溫度的升高而加速，因此在材料中需要加入其它添加劑來保護SiC。

綜上所述，在選材上應做如下考慮：

（1）材料的耐火度。增加材料中的氧化鋁含量，降低二氧化硅及材料中的低溫粘結劑含量。

（2）材料的高溫強度。選取在工作溫度下強度高的材料，較高的材料魔都可以提高材料的強度。

（3）材料的化學組成。加入不粘劑，一般為碳化硅根據爐渣成分的不同，選取化學性質適當的耐火材料。

（4）材料的抗氧化能力。加入抗氧化劑來保護不粘劑不被迅速氧化。

（5）材料的熱傳導性能。對于沖天爐襯來說，爐襯的結構設計要求爐襯具有較高的熱傳導性能，能夠迅速將熱量傳到爐殼以外，來降低材料工作表面的溫度，環節化學侵蝕發生的速度。

    材料應為高氧化鋁基，添加碳化硅及碳。材料中使用低溫粘結劑在施工后形成強度便于脫模，在高溫工作條件下，材料以陶瓷鍵結合，形成高溫強度。在隨后的日常修補中使用同樣基體的塑性料對原爐襯材料進行修補。這種類型的材料分為搗打料和澆注料。

總結：特別需要注意的一點在生產過程中焦炭是沖天爐熔煉的主要熱源，同時也是鐵液中碳元素的重要來源，直接決定了鐵液溫度及成分的穩定性。因此，必須嚴格控制焦炭質量。