熔煉爐熔溝漏銅、滲鋅故障分析

蘇劍坡

【摘 要】我公司生產黃銅棒材，使用的是德國OTTO-JUNKER公司的熔煉爐，有芯感應電爐2臺，無芯電爐1臺。工頻有芯感應電爐在使用中經常會出現銅、鋅液從熔溝中漏出，接觸到感應器水冷套等部位，造成感應器失效，需要重新搗打感應器耐火材料和安裝，本文敘述感應器熔溝出現漏銅、滲鋅的原因和解決措施。

【關鍵詞】有芯感應電爐;漏銅;滲鋅;貫氣孔;空心木熔溝;空心銅熔溝;實心銅熔溝

中圖分類號： TG232.3文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）10-0069-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.10.027

0 概述

有芯感應電爐（熔銅）在使用中經常出現感應器熔溝處漏銅、滲鋅、爐體滲鋅故障。導致感應器失效，需要更換耐火材料和重新安裝感應器。感應器是感應電爐的關鍵元件，感應器壽命決定了爐子的壽命，感應器的壽命又取決于熔溝的壽命。下面就感應電爐熔溝漏銅、漏鋅、熔溝結構、打感應器工藝、加料化料等做簡要分析：

1 銅、鋅液從熔溝處漏出的原因分析

1.1 銅鋅滲透、爐溫過高的影響

銅、鋅滲透、爐溫過高是有芯爐熔溝爐襯漏銅、鋅的重要原因。銅、鋅滲透使耐火材料行成網狀裂紋，爐溫過高使網狀裂紋進一步擴大。金屬滲透是指金屬液體對耐火材料的貫氣孔的浸入和填充。網狀裂紋是一種被金屬填充的裂紋，與金屬滲透直接關聯。金屬液體滲透形成滲透區，就直接改變了爐襯得應力特征，引起熱膨脹，從而導致裂紋增加。

感應器一般使用的是干振料，干振成型的料中有貫氣孔的存在。同時烘爐時，感應器部位也會形成氣孔，銅、鋅金屬溶液一當滲入氣孔較多加上爐溫的變化就會成成網狀裂紋，導致漏銅、鋅。少量的銅鋅侵入是不會造成網狀裂紋很大和開裂漏銅、鋅的。

干振料有貫氣孔，烘爐時感應器也會形成少量小的氣孔。——大功率化料時，黃銅溶液溫度升高，銅和鋅的粘度都會下降很多，特別是鋅，粘度很低就會出現金屬溶液的流動性和滲透性急劇增加。當爐溫高到一定程度，特別是較長時間的高溫，就會出現銅、鋅金屬溶液滲透，保持高溫就出現滲透不斷深入和擴張，——頻繁的、長時間的、非常高的溫度就會慢慢導致金屬侵入氣孔，溶液滲入后會凝固在耐火材料氣孔中，——爐子升溫、降溫會讓凝固在氣孔中的金屬在耐火材料中熱脹冷縮，形成網狀裂紋，——頻繁、長時間高溫就會導致網狀裂紋慢慢夸大、加深，——最后裂紋擴張到感應器水冷套、感應器外殼處，——出現銅、鋅漏出影響感應器送電、絕緣等故障。

1.2 感應器、熔溝所受外力作用：

感應器中從熔溝到感應器外殼或水冷套的厚度是很薄的。生產中熔溝處受到以下幾個力的作用：（1）銅、鋅金屬溶液的靜壓力：熔池中金屬溶液的高度給熔溝的壓力，滿銅水時壓力最大，所以不能滿銅水太長時間的（2）熱應力：熔溝處的內外溫差是很大的，熔溝內溫度高，水冷套側溫度很低，熔溝壁處就會產生很大的相變應力和收縮應力（3）電磁力：熔溝中的金屬溶液在電磁力的作用下產生的力，使金屬溶液有向爐襯侵入的傾向，而且線圈電流越大（功率越大）該力越大。越大就越有利于金屬侵入氣孔（4）金屬溶液沖刷力：金屬溶液在熔溝中流動沖刷的速度最大有1m/s，對感應器耐火材料有一定的沖刷和磨損。（5）突發的沖刷力：在加料時如果銅、鋅錠等沒有分成小片，沒有分散投入爐內，整捆金屬重量大，沖入溶液中，會給熔溝非常大的沖刷，沖刷力短時間很大，造成溶液侵入耐火材料氣孔。

1.3 感應器材料、工藝的影響

感應體干振料在施工時，要一次性完成，如果干振料打了一半，停下來第二天再繼續打，就可能出現連接處出現長的貴氣孔、結合不緊實等，兩次打干振料耐火材料的結合處是最容易漏銅、鋅的。

1.4 生產中加料、化料的影響

前面已經敘述了熔溝在加料時有沖刷力的作用，沖刷力越大，金屬越容易侵入耐火材料氣孔的，所以加料時最好不要一捆一捆的加入銅、鋅錠等，一定要打開包裝鐵皮帶，將一捆銅、鋅振散后落入爐內。化料時切忌不能長時間的最大功率化料，大功率、高溫、長時間就會導致金屬慢慢侵入耐火材料氣孔，頻繁這樣就會慢慢形成網狀裂紋，裂紋擴大道水套、外殼處就漏銅、鋅了。不能長時間的滿爐銅水等著轉注，滿爐銅水時，銅水對熔溝的靜壓力最大，發生侵入耐火材料氣孔可能性越大，需要合理安排化料、轉注時間。

1.5 熔溝模結構和熔溝模材料的影響（木銅、空實心）

電爐熔溝模根據材料、結構不同分為空心木模/空心銅模（如上圖1、2）、實心銅模，各有優缺點：空心銅熔溝材質為純銅，截面大斷面，木溶溝材質為硬雜木。實心銅熔溝模材質為純銅，一般燒結感應器耐火材料分為三個步驟：第一：升溫階段，第三：開化階段，第二：保溫階段。熔溝由于材料不同、結構不同，在開化階段，電流的變化不一樣，熔溝的變化也不一樣，熔溝化通后對熔溝內表面耐火材料的緊實也不一樣，而且實心熔溝如果內部氣孔或夾渣等較多較大可能會造成斷溝，斷電。一般：空心熔溝的斷溝幾率低于實心熔溝，實心熔溝耐火材料的燒結強度遠優于空心熔溝，實心熔溝的操作易于空心熔溝模，實心熔溝模的勞動強度小與空心熔。如果能保證實心熔溝的質量（緊實、沒有氣孔、沒有夾渣）使用實心銅熔溝模搗打感應器耐火材料是最好的方式，燒結后耐火材料質量最好。

【參考文獻】

[1]肖恩奎，李耀群.銅及銅合金熔煉與鑄造技術[M].北京：冶金工業出版社，2007.9.