筑爐方式對中頻感應(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，具有熔煉時間短，合金元素燒損少，能精準控制金屬液的溫度和成分，環(huán)境污染小等優(yōu)點。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，中頻感應(yīng)爐更易損壞。本文通過采用不同振動器打結(jié)爐襯的工藝，探討不同筑爐方式對爐齡的影響，以此降低工廠生產(chǎn)成本[1-3]。

1 實驗?zāi)康呐c材料

1.1 實驗?zāi)康?/h3>

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

1.2 實驗材料

本實驗用到的材料有爐襯推出機構(gòu)、爐底氣動振動器、Jolter 氣動錘擊器、Martin 氣動振動器、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 實驗過程

2.1 舊爐襯的拆除

當爐襯侵蝕嚴重需要大修時，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構(gòu)，將舊爐襯推出。卸下爐底推出機構(gòu)，將爐體放正后，清潔電爐內(nèi)壁夾鐵，對爐壁進行修補后備用。

2.2 爐嘴的修補

爐嘴在長時間的使用過程中，由于鐵液的沖刷作用而時常遭到破壞。因此，在進行爐襯施工前，首先需進行爐嘴的修補，這樣可產(chǎn)生一個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,放入爐底氣動振動器,保持工作氣壓≥0.6 MPa,振動30 min 后取出振動器，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°，外表光滑無銹，焊接處磨光。厚度適中。若坩堝模厚度過薄，則會導(dǎo)致散熱過快，受沖擊能力較低，使爐襯壽命縮短；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

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，同時用插搗和除氣工具進行搗實和除氣。整個操作過程嚴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)達電爐為一臺電源配兩臺電爐，為使實驗結(jié)果更具可比性，在1#電爐使用Jolter 振動器（圖2.a），2#電爐使用Martin 振動器（圖2.b），對爐體分別進行振實，振動時間均為2 h。振動開始前，使用鋼板固定坩堝模，防止振動過程中坩堝模產(chǎn)生位移。振動過程中應(yīng)時刻關(guān)注爐體上部干振料下陷情況，隨時向四周補充干振料，直至爐體上部干振料不再下陷，停止振動。

圖2 筑爐氣動振動器

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，開始進行爐體的燒結(jié)。燒結(jié)工藝分為三個階段。

（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爐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到90%，并在完全熔化前繼續(xù)加料，同時避免棚料現(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 ℃。該階段的目的是使爐襯初步形成燒結(jié)層。

（3）第三階段。高溫燒結(jié)時，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 功率對爐襯壽命的影響

爐襯在燒結(jié)后，會形成三層組織，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，當功率過大時，電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的強大攪拌力，使熔化后的鐵液對爐襯形成較大沖擊力。另外，電爐長期在高功率狀態(tài)運行，會造成爐襯局部溫度過高，當加料密度過低時，爐料易在爐體中間架空，若不及時采取搗料，存在造成搭橋事故的風險。當功率過小時，熔煉時間延長，影響生產(chǎn)效率。且在連續(xù)熔煉時，保持每臺電爐爐底預(yù)留部分鐵液，對縮短熔煉時間，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 爐料加入方式對爐襯壽命的影響

加料方式對爐襯壽命有一定程度的影響。在進行加料操作時，應(yīng)遵循熔點低的爐料先加，熔點高的爐料后加的原則。增碳劑應(yīng)在電爐內(nèi)有至少1/3 鐵液時加入，避免加到電爐底部。實踐表明：當大量增碳劑加入爐底進行日常熔煉操作時，會使爐體底部侵蝕嚴重。同時盡可能保證爐料的清潔，嚴禁使用密封或鋁合金鑄件。

3.3 熔煉操作對爐襯壽命的影響

正確的熔煉操作對提高爐襯使用壽命有重要影響。間歇式作業(yè)時，爐襯溫度會經(jīng)歷從低溫—高溫—低溫周期性循環(huán)過程，反復(fù)對爐襯加熱和冷卻，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 ℃時更明顯，從而使爐襯壽命降低。而在進行連續(xù)熔煉時，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

實踐證明，在其他條件不變的情況下,使用Jolter振動器打結(jié)的爐襯較使用Martin 振動器打結(jié)的爐襯使用壽命平均高出20 爐。且在進行大修拆爐時，從爐襯燒結(jié)情況看，使用Jolter 振動器打結(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 不同振動器打結(jié)的爐襯大修時的爐況

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