我廠使用的2t中頻爐,經(jīng)多年的實(shí)踐,取得了良好的效果,現(xiàn)總結(jié)如下。

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中頻爐爐襯的毀損主要是熔融金屬、金屬氧化物、熔渣的浸透和溫度應(yīng)力的作用造成的。中頻爐的爐襯較薄,襯體中存在著較大的溫度梯度,極易導(dǎo)致爐襯開裂和剝落,當(dāng)熔融金屬、金屬氧化物或熔渣沿著襯體的裂紋滲透到縱身內(nèi)部時,則發(fā)生:①熔融金屬發(fā)生氧化、還原或生成低熔點(diǎn)物質(zhì),致使?fàn)t襯遭到浸蝕或產(chǎn)生龜裂、剝落;②熔融金屬與耐火材料發(fā)生氧化反應(yīng),并伴隨著體積膨脹,造成爐襯膨脹而塌落;③熔融金屬或熔渣對爐襯的沖刷浸蝕。

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筑爐用耐火材料的性能直接影響著爐襯的使用壽命,經(jīng)多年的實(shí)踐,我們選用陜西省洛南縣秦興海泡石開發(fā)公司的水晶石英砂作為筑爐材料。水晶石英砂具有較高的耐火度、較小的膨脹系數(shù)以及較低的導(dǎo)熱性,有足夠高的機(jī)械強(qiáng)度及化學(xué)穩(wěn)定性,能抵抗熔渣的侵蝕,能承受加料時固體金屬爐料的沖擊和熔化后液體金屬的靜壓力,有較好的耐急冷急熱性,能反復(fù)的承受金屬液熔化的高溫以及出爐后的降溫過程,其化學(xué)成分及使用性能如表1所示。

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經(jīng)多次試驗(yàn),我們選用硼酐(B2O3)作為粘結(jié)劑。B2O3熔點(diǎn)為577℃,液相在耐火材料表面鋪展,隨著溫度的升高,它能與耐火材料逐步反應(yīng)形成粘度高、表面張力大的低共熔液相,使粉狀耐火材料顆粒在高溫下粘結(jié)在一起而保持原有的形狀。硼酐加入量在耐火材料系統(tǒng)和爐子使用條件固定的前提下,一般應(yīng)取下限。因?yàn)檫^多的硼酐不僅會降低坩堝正常三層結(jié)構(gòu)中松散層的厚度,降低坩堝使用的可靠性,增加熱損失,而且還會降低坩堝材料的耐火度。

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中頻爐坩堝材料的配制(1)配制前,對水晶石英砂進(jìn)行手選、磁選,除掉塊狀物及磁性雜質(zhì),并對其進(jìn)行緩慢烘干處理,烘干溫度200～300℃,保溫4h以上。(2)坩堝材料的配比。坩堝材料中粗細(xì)顆粒各起不同作用,粗顆粒起骨架作用,抗沖擊性、抗渣性強(qiáng),高溫性能好,能改善爐子的隔熱性能。但太多,打結(jié)密度差,在與金屬接觸的表面上難于形成穩(wěn)固、完整的燒結(jié)層,膨脹較大,易引起爐襯的松散、破裂。細(xì)顆粒用來填充粗顆粒間的空隙,增大接觸面積,以得到較致密的爐襯。但細(xì)砂易燒蝕,若含量過高,耐火度及抗蝕性下降,同時由于細(xì)砂表面活性大,形成的大量玻璃狀物質(zhì)與鐵液和爐渣反應(yīng),促使?fàn)t襯過快侵蝕。因此,應(yīng)根據(jù)爐子的大小以及使用情況合理選擇配比。(3)嚴(yán)格按照配比進(jìn)行稱量,有條件的使用六棱滾筒干混機(jī)進(jìn)行攪拌。沒條件的用人工進(jìn)行攪拌,必須反復(fù)攪拌50次以上,防止造成粒度偏析,增加局部侵蝕傾向,同時降低爐襯破裂的危險。

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中頻爐坩堝的干式打結(jié)(1)坩堝模具的制作。根據(jù)爐子的大小制作坩堝模具,坩堝模外表面的焊縫必須用角磨機(jī)打磨平整,不得有突起,防止出現(xiàn)局部過熱,而在爐襯表面形成帶狀裂坑。坩堝模具周圍及底部相距100～150mm交錯排列鉆?5mm的透氣孔若干。使用時,若有銹蝕必須進(jìn)行酸洗除銹,再用水沖洗干凈,曬干后使用,以防低熔點(diǎn)氧化物滲到爐襯內(nèi)。(2)干式打結(jié)爐襯前,首先按感應(yīng)圈的內(nèi)徑和爐襯的總高度,在感應(yīng)圈絕緣層內(nèi)鋪設(shè)一層石棉板和一層玻璃絲布,鋪設(shè)時除手工平整壓實(shí)各層材料外,還要用彈簧圈上下繃緊。(3)爐底打結(jié)。加入配好的耐火材料,分四次加料,每次約50kg,一般填砂厚度不大于100mm/每次,多人分班操作,每班4人,每次打結(jié)30min換人,圍繞爐子緩慢旋轉(zhuǎn)換位,用力均勻,以免造成密度不均。當(dāng)爐底厚度搗到稍高于第一匝感應(yīng)圈即爐底厚約280mm時,將坩堝模放入感應(yīng)圈中,放置時,應(yīng)保證坩堝模與感應(yīng)圈同心,上、下垂直,模樣盡量與所筑爐底面緊密結(jié)合,調(diào)整周邊間隙相等后,周圍用3個木楔卡緊,中間放生鐵壓緊,避免打結(jié)爐襯時發(fā)生位移。(4)打結(jié)爐壁。爐襯厚度為110～120mm,分批加入混好的筑爐材料,每次加料40kg,布料均勻,填料厚度不大于60mm,直至與感應(yīng)圈上緣平齊。在打結(jié)后坩堝模不取出,在第一爐烘干和燒結(jié)時起感應(yīng)加熱作用,隨同爐料一起熔化。

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坩堝的燒結(jié)2t中頻爐在烘烤過程中加入了約1200kg生鐵,增強(qiáng)感應(yīng)圈加熱作用,隨著烘烤與燒結(jié)的持續(xù)進(jìn)行,通過低功率送電產(chǎn)生較為平穩(wěn)的電磁力攪拌鐵液,使?fàn)t襯上下受熱均勻。嚴(yán)格控制石英砂3個相變區(qū)的溫度,促進(jìn)石英砂相變充分,提高爐襯的首次燒結(jié)強(qiáng)度。(1)烘烤階段。以25℃/h緩慢升溫,目的是徹底排除爐襯中的水分,這時水蒸氣向外擴(kuò)散,當(dāng)感應(yīng)線圈和石棉布上出現(xiàn)白霜時,說明爐襯的水蒸氣已全部蒸發(fā)完畢。低溫烘烤時,水蒸氣的逸出速度不能太快,以免砂礫中出現(xiàn)早期裂紋。坩堝容量越大,越要降低升溫速度,避免水蒸氣急速從砂礫中逸出。再用50℃/h的速度將坩堝模加熱至600℃,保溫4h,在573℃時完成石英砂的第1次相變,即β石英向α石英的轉(zhuǎn)變,發(fā)生相變體膨脹約為0.82%,577℃時硼酐熔化與粉狀的水晶石英砂形成玻璃相,使?fàn)t襯表面釉化。(2)半燒結(jié)階段。以50℃/h升溫至900℃,保溫3h,以100℃/h升溫至1200℃,保溫3h,870℃以上進(jìn)行石英砂的第2次相變:α石英向α鱗石英的轉(zhuǎn)變,轉(zhuǎn)變速度很慢,因膨脹量大,必須控制升溫速度,防止產(chǎn)生裂紋。(3)完全燒結(jié)階段。高溫?zé)Y(jié)時,坩堝的燒結(jié)結(jié)構(gòu)是提高其使用壽命的基礎(chǔ)。燒結(jié)溫度不同,燒結(jié)層厚度不足,使用壽命明顯降低。以50℃/h升溫至1470℃,保溫1h,1470℃時α鱗石英轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>α方石英,發(fā)生第3次相變,體積增大4.7%[1]。

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使用與維護(hù)保養(yǎng)(1)打結(jié)好的爐襯,應(yīng)立即烘烤,最好連續(xù)生產(chǎn)1周以上,讓其形成比較厚的燒結(jié)層,以抵擋冷卻收縮引起的拉應(yīng)力。(2)新爐筑好以后,加料時必須輕放,不可隨意亂投,以免砸壞爐襯,前幾爐熔煉時,先在爐底加一些小的回爐料,然后再加生鐵。熔煉第一爐時,最好往爐中加入0.5%～1%的碎玻璃,使坩堝模表層掛上一層釉面,保護(hù)爐襯。(3)前幾爐熔煉時,應(yīng)使用無銹的清潔爐料,使用的前幾天,金屬液面要高,最好滿爐操作,讓爐襯完全燒結(jié)。(4)熔煉時應(yīng)勤觀察,不得讓爐料搭棚和結(jié)殼。嚴(yán)禁爐渣封蓋液面。要勤于扒渣,避免熔渣沉積在爐壁上,如爐渣附著較多時,可加入一些碎玻璃或石灰石除渣。采用低溫熔煉,糊狀保溫,臨出爐時提高溫度,達(dá)到出爐溫度時即刻出爐。(5)從冷爐開始熔煉時,必須先低壓送電,預(yù)熱爐內(nèi)鐵料和爐襯。防止?fàn)t襯急冷急熱時產(chǎn)生裂紋。(6)出爐后,要及時檢查爐壁、爐底,若發(fā)現(xiàn)有黑斑、黑點(diǎn)存在,說明有孔、洞形成或爐壁過薄,需要采取補(bǔ)救措施。對于有孔、洞或因過分侵蝕而損傷的部位,要進(jìn)行熱補(bǔ),熱補(bǔ)前應(yīng)先鏟去待補(bǔ)部位的粘渣,其后將混好的筑爐料填入,嚴(yán)禁在有損傷的坩堝內(nèi)熔煉鐵液。(7)間斷開爐、停爐時,要出完鐵液,蓋好爐蓋,讓爐襯隨爐緩慢冷卻,并適當(dāng)減小冷卻水壓力,否則冷卻過快,會造成爐襯橫拉裂或多處出現(xiàn)裂紋而報(bào)廢,當(dāng)爐膛溫度降到200℃左右即可停冷卻水。(8)在爐子的中后期,爐襯表面與渣中的氧化物經(jīng)常接觸,發(fā)生高溫物理化學(xué)作用,使表層爐襯的結(jié)構(gòu)成分發(fā)生變化,爐襯逐漸被腐蝕,這時必須進(jìn)行中修,以延長爐襯的使用壽命。中修前開爐的最后兩爐鐵液,應(yīng)采取高溫熔煉措施,提高鐵液溫度,使?fàn)t壁上的.掛渣或堆積的渣包能熔化上浮,必要時可加入適量碎玻璃以降低爐渣熔點(diǎn),以便于扒渣和鏟掉,為停爐后的中修奠定良好基礎(chǔ)。(9)被侵蝕爐襯的剝離。由于長期熔化鐵液形成的坩堝釉化層并有殘?jiān)栏狡渖蠒r,在進(jìn)行中修前應(yīng)輕輕剝離,不能使內(nèi)部爐襯及石棉板、玻璃絲布受損,盡量使各部位見到新茬,清理干凈后,涂刷硼酸水溶液,加混好的筑爐料搗實(shí)。

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使用效果按照以上方法筑爐、溫爐,取得了良好的效果。經(jīng)1次中修,多次小修,熔煉球墨鑄鐵,中頻爐襯壽命平均為960爐;中頻爐熔煉高鉻鑄鐵,爐襯壽命平均為550爐;熔煉低合金鑄鐵,爐襯壽命平均為630爐。

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