筑炉方式对中频感应炉炉衬寿命的影响

2014-03-25吴友坤程兆虎方世良史文东黄金亮

中国铸造装备与技术 2014年5期

吴友坤，程兆虎，方世良，史文东，张娜，黄金亮

（安徽合力股份有限公司合肥铸锻厂，安徽合肥 230022）

中频感应炉广泛用于有色金属和黑色金属的熔炼，与其他铸造熔炼设备相比，具有熔炼时间短，合金元素烧损少，能精准控制金属液的温度和成分，环境污染小等优点。但中频感应炉在使用过程中普遍存在炉衬使用寿命短的问题，尤其在熔炼不同种类合金或合金熔化温度较高时，中频感应炉更易损坏。本文通过采用不同振动器打结炉衬的工艺，探讨不同筑炉方式对炉龄的影响，以此降低工厂生产成本[1-3]。

1 实验目的与材料

1.1 实验目的

炉衬质量是影响无芯感应电炉使用效果的关键因素之一。我厂自2009 年开始使用电炉进行熔炼，由于操作工对感应电炉熟知度较少，普遍存在炉衬使用寿命短的问题。通过使用不同振动器打结干振料的筑炉工艺，提高炉衬使用寿命，降低劳动强度，降低生产成本。

1.2 实验材料

本实验用到的材料有炉衬推出机构、炉底气动振动器、Jolter 气动锤击器、Martin 气动振动器、炉衬料、云母纸、陶瓷纤维布、筑炉坩埚模、炉底接地装置、热电偶、插捣和除气工具、平衡尺和其他工具。

2 实验过程

2.1 旧炉衬的拆除

当炉衬侵蚀严重需要大修时，待生产任务结束，电炉经空冷至室温，倾斜炉体至水平位置，在炉底推出块位置安装好液压推出机构，将旧炉衬推出。卸下炉底推出机构，将炉体放正后，清洁电炉内壁夹铁，对炉壁进行修补后备用。

2.2 炉嘴的修补

炉嘴在长时间的使用过程中，由于铁液的冲刷作用而时常遭到破坏。因此，在进行炉衬施工前，首先需进行炉嘴的修补，这样可产生一个垂直的耐火材料界面,降低炉嘴下面水平裂纹金属渗漏的几率。

2.3 炉底的打结

从旧炉衬中取出炉底推出块，并使用干燥的压缩空气吹净推出块表面杂质，缓慢将其放入炉体底部。在推出块小孔位置安装接地装置并与底部紧固，推出块上平铺一层陶瓷纤维布，四周贴近炉壁平铺一层云母纸并将其固定。然后均匀倒入7 袋左右干振料,放入炉底气动振动器,保持工作气压≥0.6 MPa,振动30 min 后取出振动器，使用平衡尺刮平表面干振料直至接地装置探头露出。

2.4 筑炉坩埚模的选择

筑炉坩埚模使用6 mm 的钢板制造，材质与被熔炼金属相容，周围均匀钻排气孔，圆整且斜度应小于5°，外表光滑无锈，焊接处磨光。厚度适中。若坩埚模厚度过薄，则会导致散热过快，受冲击能力较低，使炉衬寿命缩短；若厚度过大，不利于感应加热，影响生产效率[4]。图1为我厂3 t 中频炉使用坩埚模示意图。

图1 坩埚模示意图

2.5 炉体的打结与振实

待炉底打结完毕,平稳放入筑炉坩埚模,确保与炉体同心后，向坩埚模与炉壁间隙均匀加入干振料，每次加料3～4 袋，同时用插捣和除气工具进行捣实和除气。整个操作过程严禁纸屑等异物混入干振料中。

由于静压事业部使用的应达电炉为一台电源配两台电炉，为使实验结果更具可比性，在1#电炉使用Jolter 振动器（图2.a），2#电炉使用Martin 振动器（图2.b），对炉体分别进行振实，振动时间均为2 h。振动开始前，使用钢板固定坩埚模，防止振动过程中坩埚模产生位移。振动过程中应时刻关注炉体上部干振料下陷情况，随时向四周补充干振料，直至炉体上部干振料不再下陷，停止振动。

图2 筑炉气动振动器

2.6 炉体的烧结[5-6]

炉体打结好后，装入生铁安装完热电偶，开始进行炉体的烧结。烧结工艺分为三个阶段。

（1）第一阶段。以100 ℃/h 的升温速度将炉料加热至1 000～1 100 ℃，此阶段需持续9～10 h，并在此温度区间保温3 h。保温的目的是为了防止炉衬因晶变速度过快产生裂纹，彻底排除干振料中的水分，达到炉衬上下温度均匀。

（2）第二阶段。利用感应能量在100 ℃/h 的升温速度下，使初始加入炉料熔化量达到90%，并在完全熔化前继续加料，同时避免棚料现象的发生。此阶段待温度升至1 600 ℃后，保温3 h，注意炉温不得超过1 625 ℃。该阶段的目的是使炉衬初步形成烧结层。

（3）第三阶段。高温烧结时，炉衬烧结所形成的结构直接影响使用寿命。烧结层厚度不足，使用寿命降低。烧结完毕后关闭功率，随炉降温至正常出铁温度后开始生产。

3 影响炉衬寿命的相关因素[7-8]

3.1 功率对炉衬寿命的影响

炉衬在烧结后，会形成三层组织，靠近炉料位置的为烧结层，中间为过渡层，靠近炉壁的为松散层。随着熔炼炉次的增加，烧结层逐渐增加，当功率过大时，电磁感应所产生的强大搅拌力，使熔化后的铁液对炉衬形成较大冲击力。另外，电炉长期在高功率状态运行，会造成炉衬局部温度过高，当加料密度过低时，炉料易在炉体中间架空，若不及时采取捣料，存在造成搭桥事故的风险。当功率过小时，熔炼时间延长，影响生产效率。且在连续熔炼时，保持每台电炉炉底预留部分铁液，对缩短熔炼时间，提升熔炼效率，提高炉衬寿命均有一定效果。表1 为电炉容量与功率的关系。

表1 电炉容量与功率的关系

3.2 炉料加入方式对炉衬寿命的影响

加料方式对炉衬寿命有一定程度的影响。在进行加料操作时，应遵循熔点低的炉料先加，熔点高的炉料后加的原则。增碳剂应在电炉内有至少1/3 铁液时加入，避免加到电炉底部。实践表明：当大量增碳剂加入炉底进行日常熔炼操作时，会使炉体底部侵蚀严重。同时尽可能保证炉料的清洁，严禁使用密封或铝合金铸件。

3.3 熔炼操作对炉衬寿命的影响

正确的熔炼操作对提高炉衬使用寿命有重要影响。间歇式作业时，炉衬温度会经历从低温—高温—低温周期性循环过程，反复对炉衬加热和冷却，炉衬靠近炉料的烧结层线收缩率变大，炉衬易产生裂纹，尤其在低于800 ℃时更明显，从而使炉衬寿命降低。而在进行连续熔炼时，炉温变化小，基本维持在800 ℃以上，炉衬烧结层的线收缩率变小，炉衬寿命得以提高。

4 结语

实践证明，在其他条件不变的情况下,使用Jolter振动器打结的炉衬较使用Martin 振动器打结的炉衬使用寿命平均高出20 炉。且在进行大修拆炉时，从炉衬烧结情况看，使用Jolter 振动器打结的炉衬较光滑(如图3.a),上下厚薄差别较小,而使用Martin振动器打结的炉衬壁上下厚薄不均匀（如图3.b）。