提高感应电炉炉龄实用的技术

提高感应电炉炉龄实用技术电炉炉衬的使用寿命对于需要连续大规模生产的冶金、铸造企业来说具有重大意义。

我公司使用无芯感应酸性炉衬电炉(先是1．5 t工频炉，后为2 t、3 t中频电炉)熔炼灰铁和球铁铁液，炉衬寿命平均达到400次以上，最高达到620炉(按总出铁量除以电炉额定铁液容量计算)。

达到电炉的高炉龄是一个系统工程，必须做好以下各方面的工作。

1 筑炉前期工作包括水冷、感应线圈、磁轭、支撑胶木、绝缘涂料、耐火胶泥的检查和处理。

1．1 要求各个部件之间必须连接稳固，通电元件之间必须部件本身无隐患、保持规定的距离，通水元件本身及连接无渗漏；通电线圈上必须无多余金属残留物且涂刷专用线圈涂抹料(绝缘材料)；线圈内侧圆周之间必须要涂抹专用耐火胶泥，耐火胶泥在线圈内部形成的柱(锥)面必须光滑，不允许出现凸凹点、在线圈每匝之间形成良好的连续填充；凡涂抹料、耐火胶泥在筑炉前必须干燥，可以自然停留24—48h晾干，也可以晾干12h后置人坩埚模小功率10kW左右烘烤1～2h烘干。

1.2 目的达到尽量减少因为炉体的绝缘(胶木发烟、匝间短路和感应线圈吸附铁豆)、漏电、炉体内圆柱(锥)面影响炉衬自然收缩产生裂纹等意外事故，而导致的必须或者难以判断的停炉、拆炉。

2 筑炉工序包括筑炉准备工作、筑炉操作两个步骤。

2．1 筑炉准备工作2．1．1 筑炉工具一般要用到以下三种工具：耘松叉、捣固叉、捣固锤和通用的连接棒、电振动器等。

(1)耘松叉：因为并排几个铁齿较短(一般常为40～50mm)、较细且端部较尖，主要用于把加入坩埚四周的炉衬材料耙匀并预叉实，在加入后一层炉衬材料之前把前一层筑好的炉衬上表面耘松约20mm。

(2)捣固叉：一是要求齿的分布形状与坩埚圆周仿形，便于叉到坩埚模的边沿部位；二是叉齿的长度应比较适中，达到电振动器传输冲量到前一层与本层的交接处又不至于影响效率，取100～120mm的齿长较合适。

(3)电振动器：拉法基乐法耐火材料(上海有限公司)和美国联矿生产的电振动器性能卓越，比一般的气动、手动筑炉振动效果好得多且效率高；另外，乐法提供的不用叉、锤，在坩埚壁上三个振动点的新式电振动器更具有效率极高、炉衬整体均匀优质的特点。

2．1．2 坩埚模额定3 t以内一般为5～6 mm的A3钢分段焊接而成。

1．5 t 以上的电炉坩埚模一般是在烧结阶段被熔化，因为这个规格以上的坩埚模即使加大斜度也难以拔出，即使拔出也很可能拉裂炉壁，烘烤烧结效果(特别是均匀性)比不上熔掉坩埚模，否则将得不偿失。

另外其结构特点将对炉衬寿命有直接影响。

(1)坩埚模主体圆周：这一段可以根据线圈处内面耐火胶泥层的形状(炉衬推出式一般从炉底至炉口有一定便于炉衬推出的斜度)，保持一定炉衬厚度而让坩埚此段随形，也可以以保证最薄位置的安全厚度将此段做直。

根据使用中此段的侵蚀状况而将坩埚此段在电炉厂家规定的坩埚圆周尺寸上每边缩小10 mm～15mm。

(2)坩埚模高度的确定：一般认为，底部炉衬厚度以达到高过最下面一匝感应线圈为基准，但是在实际过程中应充分考虑以下因素：熔化效率、熔炼材料、中／工频炉的炉衬侵蚀部位。

一般情况下生产灰铁或者球铁的中频炉的炉底侵蚀不大(大约30～50 mm)，可以按压着最下面一匝感应线圈上沿为准，而工频炉的炉底侵蚀比较严重(往往达到100 mm以上)，这就要求将工频炉的炉底比同规格的中频炉炉底炉衬厚50～100 mm，整个坩埚模的高度应为炉底炉衬上平面至炉沿平面垂直高度距离加上高过炉沿平面约50 mm的高度，这个高度有利于后面的满炉铁液烧结炉衬，具体高度以不影响合上炉盖准。

(3)转角处的尺寸和形状：这是至关重要的。

因为灰铁、特别是球铁在高温(1 500～1 550℃)下此处易产生“大象脚”侵蚀，而且此处的耐火胶泥层直径也较小，所以此处是可能穿炉的“薄弱环节”。

这个地方的转角应该平缓，转角梯度由一次改为不低于二次，而整体炉衬应该加厚是一个基本方向。

(4)钻排气孔和底部形状：在坩埚模底及侧壁上应按200—300 mm的间距钻出呈菱形分布的小孔，这有利于烘烤阶段炉衬材料中水分的排出和增大电阻，提高发热烘烤效果。

孔的直径在3 mm左右较好，太小则排气效果不好，太大则导致筑炉时炉衬材料从孔中大量喷人。

坩埚模底部平面不能向内凹进，最好水平，要么由中心向外凸出1 mm左右，以免筑炉后底部有气隙和结构性应力导致烘烤烧结时“底爆”。

(5)其余：焊缝必须打磨光滑不留锐角；坩埚的外圆尺寸公差及同心度严格限制在5 mm以内；备用坩埚模应在使用前除锈。

2．1．3 筑炉材料这里指的是炉衬材料，熔炼灰铁、球铁铁液一般选用二氧化硅为骨料配粘结剂硼酸等的酸性炉衬。

材料的好坏是决定炉衬寿命的第一要素，对此有以下要求。

(1)用量不大的可以自己配制①石英砂成分ω为：SiO2>99％，CaO<0．5％，MgO<0．5％，FeO<0．5％，Al2O3 <0．5％，H2O<0．5％。

②配方目数：6～8、10～20、40～70、200及以下；比例：分别为30％、20％、30％、20％。

另外加入2．0％～2．2％未潮解的过筛硼酸；对上部(感应线圈最上面一匝平面以上)“炉领”炉衬材料最好适量加入模数在2．2～2．8的水玻璃。

③混制：首先对石英砂进行磁选，再把各种目数的石英砂按以上配比加入，用铁铲翻转均匀；按以上配比加入硼酸，再翻转均匀，最后用手再次搓匀。

混制炉领炉衬材料时硼酸加入量取下限，与水玻璃同时加入并翻转均匀和用手搓揉，水玻璃的加入量以硅砂的粉尘全部变潮、手捏不成团为准。

否则，加入过多炉领处易开裂。

(2)用量较大且需要连续生产时最好选取专业炉衬材料厂配制好的“干打料”。

对此作以下说明。

①供应商和炉衬材料种类、牌号的选择：外国厂家有联矿(天津)、拉法基乐法(上海)等，国内厂家有沈阳力达等；需要什么种类和牌号的材料只需要提供给供应商所在单位熔炼合金种类、最高使用温度等参数即可。

②对供应炉衬材料的使用前检查：一般库存量够用即可，以防炉衬材料回潮；使用前必须检查是否回潮结块，否则要么停用，要么将潮湿料仅仅用于修筑炉嘴，否则容易导致炉衬局部裂纹、剥落。

拆开袋后的炉衬材料要求经过磁选，对非石英质的其它杂质也尽量选出；对材料的种类、牌号等应在使用中适时调整。

3 筑炉操作3．1 耐火、绝缘材料的铺设对内部涂有耐火胶泥的特别是拆炉衬为推出式的，建议先铺设一层云母板，再铺一层石棉板；对非以上情况的，铺设两层石棉板、一层云母板，其中云母板置于两层石棉板之间，要求云母板、石棉板的接头应在50～100 mm，且接头应相互错开；云母板、石棉板与线圈内侧(或者耐火胶泥层)之间必须伸展、紧贴；云母板、石棉板必须用张紧圈张紧，特别是在炉口部位必须箍紧，不得留下让异物(特别是铁屑)掉入的隐患。

3．2 倒砂、拨匀将经过磁选的炉衬材料用塑料或者木质瓢沿环状的炉衬区倒人，尽量均匀；再用耘松叉将炉衬材料沿环状的炉衬区拔平并预紧实，每次倒人的炉衬材料以拨平、预紧实后比前一层增高不超过120mm为准；耘松叉应在再次倒人炉衬材料前将上一批的已打结炉衬上面耘松20 mm深。

3．3 打结先用捣固叉，每次都应争取让捣固叉的叉齿扎到此层与上一层的交界处，捣固叉主要是通过向下传递冲量将炉衬材料中的空气排除，从而达到炉衬材料的紧实；当捣固叉难以下扎时就换用捣固锤，捣固锤的打击平面要求下一个要压着上一个的1／3～1／2，直到回弹有力打不动为止。

用叉和锤都应离开石棉板而贴近坩埚模并沿着环状炉衬区旋转打结；这样有利于避免将石棉板打破为碎屑造成穿炉隐患，又可让炉衬在径向方向形成从内到外逐步降低的紧实度梯度，并且在圆环每个同心圆的各点紧实程度均一。

在打结转角处时应格外注意，一是炉衬材料最好按每层80～100mm加料，二是应该将捣固叉、锤适当偏斜，确保能打结该处坩埚模附近区域的炉衬材料。

3．4 筑炉其它注意事项确保整个筑炉过程中炉衬及耐热、绝缘材料中不掉入任何杂物(特别是铁质材料)，否则应该予以清除；坩埚模水平放置在炉内正中的前提下，根据电炉的侵蚀、出铁时辐射烘烤主要在后面炉衬的情况，建议坩埚模向前面移动5 mm左右。

4 烘烤、烧结这是炉衬寿命的关键之一。

应制订《烘烤、烧结工艺》，并用热电偶、温度数字显示仪进行监控。

烘烤、烧结应注意以下控制要点。

4．1 烘烤和初期烧结阶段的加料特点通常工频炉需要加入起炉块，大约为电炉额定容量的20％～30％，起炉块的四周与坩埚模内壁留5～15 mm的间隙；而中频炉不必加入起炉块，只需要加入的炉料块小、密实、干燥无锈。

在底下金属没有熔化之前，一般可将炉内加满炉料，在金属开始熔化后小批量的每次加入50～200 kg炉料(视电炉规格定)，直到最后金属液面离炉沿50～100 mm。

4．2 烘烤、烧结阶段的升温特点总的原则是“低温阶段慢升温，持续时间长”，烧结阶段温度要比平时最高出铁温度高50～80℃左右，烧结时间保温2～3h。

低温阶段900℃以前升温速度为1．2℃／min，这有利于炉衬材料中水和晶间水的逸出，在900℃左右保温2～3 h后石英稳定发生相变；否则，升温过快将导致石英急剧相变，内应力过大将导致以后炉衬开裂、剥落，急剧降低炉衬寿命及使用安全。

高温烧结做到位，有利于在炉衬的径向上从内到外形成各占1／3厚度的烧结层、过渡层、松散层，这样炉衬既有一定抗高温侵蚀性能，又有较好的强度和韧性。

4．3 其它烘烤、烧结使用炉料尽量少用，避免长时间用高碳质炉料在过高温度下熔炼，这将加大炉衬的侵蚀，因为将发生以下反应：C+SiO2＝CO2+Si—Q，高温有利于吸热反应的进行。

为使坩埚表面形成一定厚度的耐侵蚀的烧结釉质层，应在烘烤前向炉内投入5～10 kg的石英玻璃碎屑；新炉开始使用的前7、8炉铁液建议每次出铁1／5～1／3左右，有利于对炉衬的保护和进一步完好烧结。

5 使用维护良好的使用方法对炉衬寿命也很重要。

以下要点应予以注意。

5．1 加料、出铁要求炉料的块度不得太大，炉料小批量多批加入，不能蓬料，减少炉料对炉壁、炉底的冲击。

炉内留的铁液在不影响交界材质和加料不飞溅的情况下应适当多些，避免铁料直接撞击炉底。

每次出铁后电炉应平放，减少炉内铁液对后壁的辐射烘烤和重力对整体炉壁的不均匀作用。

5．2 “冷凝金属起熔”为减少炉衬因为反复骤热骤冷的热疲劳导致开裂，往往连续开炉对炉衬寿命的延长是相当重要的，但是由于突发性事件导致电炉停电，炉内的铁液冷凝后重新启炉的情况难以避免。

对此，提出以下要求。

(1)在炉内金属顶部没熔穿之前必须将炉体合上炉盖并向前倾斜15°左右，以低于电炉的保温功率开始送电。

(2)在冷凝金属没有软化之前不得提高功率，因为此时升温太快将导致金属的膨胀严重超过炉衬的膨胀而导致金属凝块将炉衬拉裂，最终导致穿炉等严重事故；金属冷凝软化后可以将功率升到保温功率左右，直到冷凝金属上面的金属壳被下面的液体金属熔穿，此时可将炉体放平，以较高的功率升温熔化。