提高酸性感應(yīng)電爐爐襯壽命的實踐
日期：2021-06-12 / 人氣：2319
1.感應(yīng)電爐爐襯的損毀機理
感應(yīng)電爐爐襯的損毀主要是熔融金屬、金屬氧化物、熔渣的浸透和溫度應(yīng)力的作用造成的。感應(yīng)電爐的爐襯較薄，爐襯中存在著較大的溫度梯度，極易造成爐襯的開裂和剝落。當(dāng)熔融金屬、金屬氧化物或熔渣沿爐襯的裂紋滲透到縱深內(nèi)部時，則發(fā)生：
①熔融金屬發(fā)生氧化還原反應(yīng)或生成低熔點物質(zhì)，致使?fàn)t襯遭到侵蝕或產(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，造成爐襯的膨脹而塌落。
③熔融金屬或熔渣對爐襯的沖刷侵蝕。
2.耐火材料的選用
筑爐用耐火材料的性能直接影響著爐襯的使用壽命。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，有足夠高的強度和化學(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融化后液體金屬的靜壓力，有較好的耐急冷急熱性，能反復(fù)承受金屬液融化的高溫以及出爐后的降溫過程，其化學(xué)成分和使用性能如下表所示：
|
化學(xué)成分 |
SiO2 |
CaO |
Fe2O3+FeO |
Al2O3 |
軟化溫度 |
耐火度 |
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數(shù) 值 |
99.89% |
＜0.01% |
＜0.004% |
＜0.01% |
≥1650℃ |
1750℃ |
3.粘結(jié)劑的選用
經(jīng)多次實驗，我們選用硼矸（B2O3）作為粘結(jié)劑。B2O3熔點為577℃，液相在耐火材料表面鋪展，隨著溫度的升高，它能與耐火材料反應(yīng)形成粘度高、表面張力大的低共融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，B2O3的加入量在耐火材料系統(tǒng)和爐子使用情況固定的前提下，一般應(yīng)取下限。因為過多的B2O3不僅會降低坩堝正常三層結(jié)構(gòu)中有效層的厚度，降低坩堝使用的可靠性，而且還會降低坩堝材料的耐火度。
4. 坩堝材料的配制
①配制前，對水晶石英砂進行磁選，除掉塊狀物及磁性雜質(zhì)，并對其進行緩慢烘烤處理，烘烤溫度200℃-300℃保溫4小時以上。
②坩堝材料的配比。坩堝材料中粗細不同顆粒各起不同的作用，粗顆粒起骨架作用，抗沖擊性、抗渣性強、高溫性能好，能改善爐子的融熱性能。但太多，打結(jié)密度小，在與金屬接觸的表面上，難以形成穩(wěn)固完整的燒結(jié)層，熱膨脹較大易引起爐襯的松散破裂。細顆粒用來填充粗顆粒之間的空隙，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(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)爐子的大小及使用情況合理選擇配。
③嚴(yán)格按配比進行稱量，工人攪拌必須反復(fù)攪拌50次以上，防止造成顆粒偏析，增加局部侵蝕傾向，同時降低爐襯破裂的危險。
5.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凹坑。坩堝模具周圍及底部相距100-150mm，交錯排列鉆Φ5mm的透氣孔若干。使用時，若有銹蝕必須進行酸洗除銹，在用水沖洗干凈，曬干后使用，或者進行拋丸處理，以免使低熔點氧化物滲到爐襯內(nèi)。
②干式打結(jié)爐襯前，首先按感應(yīng)圈的內(nèi)徑和爐圈的高度，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)時除手工平整壓實各種材料外，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，按2噸爐子，每次約50kg，一般填砂厚度不大于100mm/每次，多人分班操作，每班四人，每班打結(jié)30min換人，圍澆爐子緩慢旋轉(zhuǎn)換位，用力均勻，以免造成密度不均勻，當(dāng)爐底厚度搗到稍高于第一匝感應(yīng)圈時，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石緊密結(jié)合，調(diào)整同邊間隙相符合，周圍用三個木楔楔緊，中間放生鐵壓緊避免打結(jié)爐襯發(fā)生移位。
④打結(jié)爐壁，分批加入混好的筑爐材料，布料均勻，填料厚度不大于60mm，直至于感應(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，坩堝模起感應(yīng)加熱作用隨同爐料一起融化。
6.坩堝的燒結(jié)
2噸中頻爐烘烤過程中加入了約1200kg生鐵。增強感應(yīng)圈加熱作用。隨著烘烤與燒結(jié)的持續(xù)進行，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)格控制石英砂相變充分，提高爐襯的首次燒結(jié)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(dāng)感應(yīng)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，水蒸氣的溢出速度不能太快，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℃時完成石英砂的第一次相變，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℃時硼矸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℃以上進行石英砂的第二次相變，α石英向α磷石英的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)化速度很慢，因膨脹量很大，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磷石英轉(zhuǎn)變?yōu)棣练绞ⅲl(fā)生第三次相變，體積增大4.7﹪.
7.使用與維護保養(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，以免砸壞爐襯，前幾爐熔煉時先在爐底加些的小回爐料，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，使坩堝模表面掛上一層釉石，保護爐襯。
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、黑點存在，說明有孔洞存在或爐壁過薄，需要采取補救措施。對于有空洞或過分侵蝕而損傷的部位，要進行熱補。熱補前要鏟去待補部位的粘渣，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)裂紋而報廢。當(dāng)爐膛溫度降到200℃左右即可停冷卻水。
⑧在爐子使用的中后期，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，使表面爐襯的結(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壁的掛渣或堆積的渣包能融化上浮。必要時可加入適量碎玻璃以降低熔渣熔點，以便于扒渣和鏟掉。為停爐后的中修奠定良好的基礎(chǔ)。
⑨被侵蝕爐襯的剝離，由于長期融化鐵液形成的坩堝釉化層并有殘渣依附在上面時，在進行中修前應(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。
8.使用效果
按照以上方法筑爐、溫爐，可以取得良好的效果，經(jīng)過一次中修多次小修，熔煉球鐵，爐襯平均壽命為560爐，熔煉高鉻鑄鐵爐襯平均壽命為350爐，熔煉低合金鑄鐵爐襯平均壽命為430爐。