筑爐方式對(duì)中頻感應(yīng)爐爐襯壽命的影響

吳友坤，程兆虎，方世良，史文東，張 娜，黃金亮

（安徽合力股份有限公司合肥鑄鍛廠，安徽合肥 230022）

中頻感應(yīng)爐廣泛用于有色金屬和黑色金屬的熔煉，與其他鑄造熔煉設(shè)備相比，具有熔煉時(shí)間短，合金元素?zé)龘p少，能精準(zhǔn)控制金屬液的溫度和成分，環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)。但中頻感應(yīng)爐在使用過程中普遍存在爐襯使用壽命短的問題，尤其在熔煉不同種類合金或合金熔化溫度較高時(shí)，中頻感應(yīng)爐更易損壞。本文通過采用不同振動(dòng)器打結(jié)爐襯的工藝，探討不同筑爐方式對(duì)爐齡的影響，以此降低工廠生產(chǎn)成本[1-3]。

1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c材料

1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

爐襯質(zhì)量是影響無(wú)芯感應(yīng)電爐使用效果的關(guān)鍵因素之一。我廠自2009 年開始使用電爐進(jìn)行熔煉，由于操作工對(duì)感應(yīng)電爐熟知度較少，普遍存在爐襯使用壽命短的問題。通過使用不同振動(dòng)器打結(jié)干振料的筑爐工藝，提高爐襯使用壽命，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)用到的材料有爐襯推出機(jī)構(gòu)、爐底氣動(dòng)振動(dòng)器、Jolter 氣動(dòng)錘擊器、Martin 氣動(dòng)振動(dòng)器、爐襯料、云母紙、陶瓷纖維布、筑爐坩堝模、爐底接地裝置、熱電偶、插搗和除氣工具、平衡尺和其他工具。

2 實(shí)驗(yàn)過程

2.1 舊爐襯的拆除

當(dāng)爐襯侵蝕嚴(yán)重需要大修時(shí)，待生產(chǎn)任務(wù)結(jié)束，電爐經(jīng)空冷至室溫，傾斜爐體至水平位置，在爐底推出塊位置安裝好液壓推出機(jī)構(gòu)，將舊爐襯推出。卸下爐底推出機(jī)構(gòu)，將爐體放正后，清潔電爐內(nèi)壁夾鐵，對(duì)爐壁進(jìn)行修補(bǔ)后備用。

2.2 爐嘴的修補(bǔ)

爐嘴在長(zhǎng)時(shí)間的使用過程中，由于鐵液的沖刷作用而時(shí)常遭到破壞。因此，在進(jìn)行爐襯施工前，首先需進(jìn)行爐嘴的修補(bǔ)，這樣可產(chǎn)生一個(gè)垂直的耐火材料界面,降低爐嘴下面水平裂紋金屬滲漏的幾率。

2.3 爐底的打結(jié)

從舊爐襯中取出爐底推出塊，并使用干燥的壓縮空氣吹凈推出塊表面雜質(zhì)，緩慢將其放入爐體底部。在推出塊小孔位置安裝接地裝置并與底部緊固，推出塊上平鋪一層陶瓷纖維布，四周貼近爐壁平鋪一層云母紙并將其固定。然后均勻倒入7 袋左右干振料,放入爐底氣動(dòng)振動(dòng)器,保持工作氣壓≥0.6 MPa,振動(dòng)30 min 后取出振動(dòng)器，使用平衡尺刮平表面干振料直至接地裝置探頭露出。

2.4 筑爐坩堝模的選擇

筑爐坩堝模使用6 mm 的鋼板制造，材質(zhì)與被熔煉金屬相容，周圍均勻鉆排氣孔，圓整且斜度應(yīng)小于5°，外表光滑無(wú)銹，焊接處磨光。厚度適中。若坩堝模厚度過薄，則會(huì)導(dǎo)致散熱過快，受沖擊能力較低，使?fàn)t襯壽命縮短；若厚度過大，不利于感應(yīng)加熱，影響生產(chǎn)效率[4]。圖1為我廠3 t 中頻爐使用坩堝模示意圖。

圖1 坩堝模示意圖

2.5 爐體的打結(jié)與振實(shí)

待爐底打結(jié)完畢,平穩(wěn)放入筑爐坩堝模,確保與爐體同心后，向坩堝模與爐壁間隙均勻加入干振料，每次加料3～4 袋，同時(shí)用插搗和除氣工具進(jìn)行搗實(shí)和除氣。整個(gè)操作過程嚴(yán)禁紙屑等異物混入干振料中。

由于靜壓事業(yè)部使用的應(yīng)達(dá)電爐為一臺(tái)電源配兩臺(tái)電爐，為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具可比性，在1#電爐使用Jolter 振動(dòng)器（圖2.a），2#電爐使用Martin 振動(dòng)器（圖2.b），對(duì)爐體分別進(jìn)行振實(shí)，振動(dòng)時(shí)間均為2 h。振動(dòng)開始前，使用鋼板固定坩堝模，防止振動(dòng)過程中坩堝模產(chǎn)生位移。振動(dòng)過程中應(yīng)時(shí)刻關(guān)注爐體上部干振料下陷情況，隨時(shí)向四周補(bǔ)充干振料，直至爐體上部干振料不再下陷，停止振動(dòng)。

圖2 筑爐氣動(dòng)振動(dòng)器

2.6 爐體的燒結(jié)[5-6]

爐體打結(jié)好后，裝入生鐵安裝完熱電偶，開始進(jìn)行爐體的燒結(jié)。燒結(jié)工藝分為三個(gè)階段。

（1）第一階段。以100 ℃/h 的升溫速度將爐料加熱至1 000～1 100 ℃，此階段需持續(xù)9～10 h，并在此溫度區(qū)間保溫3 h。保溫的目的是為了防止?fàn)t襯因晶變速度過快產(chǎn)生裂紋，徹底排除干振料中的水分，達(dá)到爐襯上下溫度均勻。

（2）第二階段。利用感應(yīng)能量在100 ℃/h 的升溫速度下，使初始加入爐料熔化量達(dá)到90%，并在完全熔化前繼續(xù)加料，同時(shí)避免棚料現(xiàn)象的發(fā)生。此階段待溫度升至1 600 ℃后，保溫3 h，注意爐溫不得超過1 625 ℃。該階段的目的是使?fàn)t襯初步形成燒結(jié)層。

（3）第三階段。高溫?zé)Y(jié)時(shí)，爐襯燒結(jié)所形成的結(jié)構(gòu)直接影響使用壽命。燒結(jié)層厚度不足，使用壽命降低。燒結(jié)完畢后關(guān)閉功率，隨爐降溫至正常出鐵溫度后開始生產(chǎn)。

3 影響爐襯壽命的相關(guān)因素[7-8]

3.1 功率對(duì)爐襯壽命的影響

爐襯在燒結(jié)后，會(huì)形成三層組織，靠近爐料位置的為燒結(jié)層，中間為過渡層，靠近爐壁的為松散層。隨著熔煉爐次的增加，燒結(jié)層逐漸增加，當(dāng)功率過大時(shí)，電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的強(qiáng)大攪拌力，使熔化后的鐵液對(duì)爐襯形成較大沖擊力。另外，電爐長(zhǎng)期在高功率狀態(tài)運(yùn)行，會(huì)造成爐襯局部溫度過高，當(dāng)加料密度過低時(shí)，爐料易在爐體中間架空，若不及時(shí)采取搗料，存在造成搭橋事故的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)功率過小時(shí)，熔煉時(shí)間延長(zhǎng)，影響生產(chǎn)效率。且在連續(xù)熔煉時(shí)，保持每臺(tái)電爐爐底預(yù)留部分鐵液，對(duì)縮短熔煉時(shí)間，提升熔煉效率，提高爐襯壽命均有一定效果。表1 為電爐容量與功率的關(guān)系。

表1 電爐容量與功率的關(guān)系

3.2 爐料加入方式對(duì)爐襯壽命的影響

加料方式對(duì)爐襯壽命有一定程度的影響。在進(jìn)行加料操作時(shí)，應(yīng)遵循熔點(diǎn)低的爐料先加，熔點(diǎn)高的爐料后加的原則。增碳劑應(yīng)在電爐內(nèi)有至少1/3 鐵液時(shí)加入，避免加到電爐底部。實(shí)踐表明：當(dāng)大量增碳劑加入爐底進(jìn)行日常熔煉操作時(shí)，會(huì)使?fàn)t體底部侵蝕嚴(yán)重。同時(shí)盡可能保證爐料的清潔，嚴(yán)禁使用密封或鋁合金鑄件。

3.3 熔煉操作對(duì)爐襯壽命的影響

正確的熔煉操作對(duì)提高爐襯使用壽命有重要影響。間歇式作業(yè)時(shí)，爐襯溫度會(huì)經(jīng)歷從低溫—高溫—低溫周期性循環(huán)過程，反復(fù)對(duì)爐襯加熱和冷卻，爐襯靠近爐料的燒結(jié)層線收縮率變大，爐襯易產(chǎn)生裂紋，尤其在低于800 ℃時(shí)更明顯，從而使?fàn)t襯壽命降低。而在進(jìn)行連續(xù)熔煉時(shí)，爐溫變化小，基本維持在800 ℃以上，爐襯燒結(jié)層的線收縮率變小，爐襯壽命得以提高。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，在其他條件不變的情況下,使用Jolter振動(dòng)器打結(jié)的爐襯較使用Martin 振動(dòng)器打結(jié)的爐襯使用壽命平均高出20 爐。且在進(jìn)行大修拆爐時(shí)，從爐襯燒結(jié)情況看，使用Jolter 振動(dòng)器打結(jié)的爐襯較光滑(如圖3.a),上下厚薄差別較小,而使用Martin振動(dòng)器打結(jié)的爐襯壁上下厚薄不均勻（如圖3.b）。

圖3 不同振動(dòng)器打結(jié)的爐襯大修時(shí)的爐況

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