我廠使用的2t中頻爐,經多年的實踐,取得了良好的效果,現總結如下。

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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,極易導致爐襯開裂和剝落,當熔融金屬、金屬氧化物或熔渣沿著襯體的裂紋滲透到縱身內部時,則發生:①熔融金屬發生氧化、還原或生成低熔點物質,致使爐襯遭到浸蝕或產生龜裂、剝落;②熔融金屬與耐火材料發生氧化反應,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,經多年的實踐,我們選用陜西省洛南縣秦興海泡石開發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、較小的膨脹系數以及較低的導熱性,有足夠高的機械強度及化學穩定性,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,能反復的承受金屬液熔化的高溫以及出爐后的降溫過程,其化學成分及使用性能如表1所示。

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經多次試驗,我們選用硼酐(B2O3)作為粘結劑。B2O3熔點為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在一起而保持原有的形狀。硼酐加入量在耐火材料系統和爐子使用條件固定的前提下,一般應取下限。因為過多的硼酐不僅會降低坩堝正常三層結構中松散層的厚度,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,對水晶石英砂進行手選、磁選,除掉塊狀物及磁性雜質,并對其進行緩慢烘干處理,烘干溫度200～300℃,保溫4h以上。(2)坩堝材料的配比。坩堝材料中粗細顆粒各起不同作用,粗顆粒起骨架作用,抗沖擊性、抗渣性強,高溫性能好,能改善爐子的隔熱性能。但太多,打結密度差,在與金屬接觸的表面上難于形成穩固、完整的燒結層,膨脹較大,易引起爐襯的松散、破裂。細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。但細砂易燒蝕,若含量過高,耐火度及抗蝕性下降,同時由于細砂表面活性大,形成的大量玻璃狀物質與鐵液和爐渣反應,促使爐襯過快侵蝕。因此,應根據爐子的大小以及使用情況合理選擇配比。(3)嚴格按照配比進行稱量,有條件的使用六棱滾筒干混機進行攪拌。沒條件的用人工進行攪拌,必須反復攪拌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(1)坩堝模具的制作。根據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打磨平整,不得有突起,防止出現局部過熱,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,若有銹蝕必須進行酸洗除銹,再用水沖洗干凈,曬干后使用,以防低熔點氧化物滲到爐襯內。(2)干式打結爐襯前,首先按感應圈的內徑和爐襯的總高度,在感應圈絕緣層內鋪設一層石棉板和一層玻璃絲布,鋪設時除手工平整壓實各層材料外,還要用彈簧圈上下繃緊。(3)爐底打結。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30min換人,圍繞爐子緩慢旋轉換位,用力均勻,以免造成密度不均。當爐底厚度搗到稍高于第一匝感應圈即爐底厚約280mm時,將坩堝模放入感應圈中,放置時,應保證坩堝模與感應圈同心,上、下垂直,模樣盡量與所筑爐底面緊密結合,調整周邊間隙相等后,周圍用3個木楔卡緊,中間放生鐵壓緊,避免打結爐襯時發生位移。(4)打結爐壁。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,直至與感應圈上緣平齊。在打結后坩堝模不取出,在第一爐烘干和燒結時起感應加熱作用,隨同爐料一起熔化。

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坩堝的燒結2t中頻爐在烘烤過程中加入了約1200kg生鐵,增強感應圈加熱作用,隨著烘烤與燒結的持續進行,通過低功率送電產生較為平穩的電磁力攪拌鐵液,使爐襯上下受熱均勻。嚴格控制石英砂3個相變區的溫度,促進石英砂相變充分,提高爐襯的首次燒結強度。(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,這時水蒸氣向外擴散,當感應線圈和石棉布上出現白霜時,說明爐襯的水蒸氣已全部蒸發完畢。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石英的轉變,發生相變體膨脹約為0.82%,577℃時硼酐熔化與粉狀的水晶石英砂形成玻璃相,使爐襯表面釉化。(2)半燒結階段。以50℃/h升溫至900℃,保溫3h,以100℃/h升溫至1200℃,保溫3h,870℃以上進行石英砂的第2次相變:α石英向α鱗石英的轉變,轉變速度很慢,因膨脹量大,必須控制升溫速度,防止產生裂紋。(3)完全燒結階段。高溫燒結時,坩堝的燒結結構是提高其使用壽命的基礎。燒結溫度不同,燒結層厚度不足,使用壽命明顯降低。以50℃/h升溫至1470℃,保溫1h,1470℃時α鱗石英轉變為α方石英,發生第3次相變,體積增大4.7%[1]。

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使用與維護保養(1)打結好的爐襯,應立即烘烤,最好連續生產1周以上,讓其形成比較厚的燒結層,以抵擋冷卻收縮引起的拉應力。(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,保護爐襯。(3)前幾爐熔煉時,應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。(4)熔煉時應勤觀察,不得讓爐料搭棚和結殼。嚴禁爐渣封蓋液面。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,預熱爐內鐵料和爐襯。防止爐襯急冷急熱時產生裂紋。(6)出爐后,要及時檢查爐壁、爐底,若發現有黑斑、黑點存在,說明有孔、洞形成或爐壁過薄,需要采取補救措施。對于有孔、洞或因過分侵蝕而損傷的部位,要進行熱補,熱補前應先鏟去待補部位的粘渣,其后將混好的筑爐料填入,嚴禁在有損傷的坩堝內熔煉鐵液。(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裂紋而報廢,當爐膛溫度降到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常接觸,發生高溫物理化學作用,使表層爐襯的結構成分發生變化,爐襯逐漸被腐蝕,這時必須進行中修,以延長爐襯的使用壽命。中修前開爐的最后兩爐鐵液,應采取高溫熔煉措施,提高鐵液溫度,使爐壁上的.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,以便于扒渣和鏟掉,為停爐后的中修奠定良好基礎。(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渣依附其上時,在進行中修前應輕輕剝離,不能使內部爐襯及石棉板、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。

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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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