坩埚熔炼炉衬的捣打及使用寿命影响因素与处置措施

中频加热炉是电感应加热设备,因为便于实现自动化,加热速度快,氧化和脱碳好诸多优点,广泛应用于铸造行业、锻造行业、热处理行业、石油机械行业、矿山煤矿机械行业、钢管、不透钢行业、机械、热装配加工行业、冶金行业、汽车和汽车零部件、工程机械等行业

由于筑炉时间长,炉衬材料的不可重复利用,生产任务紧张等一系列因素影响,使用人员都希望可以更多用几炉,有时候多用一炉都可能产生炉衬被铁液穿透漏炉发生,严重时还会危及设备及人身安全。

每一次筑炉几乎使用时间都会不一样,同一班组,同样材料使用同样工艺都可能有几十炉的差别,所以我们必须筑好每一炉的炉衬,还要会判断炉衬使用状态,并且要求能尽量合理延长炉衬使用寿命。

下面我们将针对熔炼炉进行筑炉进行讲解,主要讲述的是炉衬料的种类,炉衬的捣打方式,打炉实例图解,影响熔炉炉衬使用寿命的原因,延长熔炉使用寿命的方法及手段。

中频熔炼炉炉料的种类

中频炉衬材料的名称因为地域和行业的不一样,有一些别称,如中频炉干振料、中频炉干打料、中频炉捣打料等。

因为中频熔炼炉的使用行业非常多,熔炼材料的品种非常多,用以熔化灰口铸铁、球墨铸铁及铸铁合金,熔化碳钢、合金钢、高锰钢、工具钢、耐热钢、不锈钢,熔化铝及其合金,熔化紫铜、黄铜、白铜及青铜等铜合金等,对应的中频炉料有所区别。

我们以炉料的酸碱性分类,分为中性,碱性,酸性三种炉料。

酸性打炉料是以高纯石英、熔融石英为主要原料,以复合添加剂为烧结剂;

中性中频炉料是以氧化铝、高铝材料为主要原料,以复合添加剂为烧结剂;

碱性中频炉料是以高纯电熔刚玉、高纯电熔镁砂、高纯尖晶石作为主要原料,以复合添加剂为烧结剂。

中频熔炼炉的打炉方法

中频熔炼炉的筑炉有干湿两种打法,两种方法均可用于不同炉衬材料。我们经常会采取干湿配合的方法捣打有芯熔炉,而无芯熔炉采取湿法捣打。

在炉衬材料中混合水,水玻璃等各种胶黏剂的方法为湿法打炉。湿法打炉优劣明显,我们需要根据实际来判断,减少扬尘,成型好,捣打的炉衬结构密度比干式筑炉低,需要经过长时间烘炉,烘炉过程中还会引起感应器匝间打火,接地短路等现象。在大中型熔炼炉的捣打应尽量避免湿法筑炉。

干式筑炉主要应用于坩埚熔炼,因为炉衬的细粉增多,密度增大,裂纹减少,可以最大限度发挥材料的耐火性能,提高炉衬的安全可靠性。

中频熔炼炉的打炉步骤

打炉时,根据使用要求选择坩埚,如果是多次使用模具坩埚,需要加热烤炉之后,取出炉衬坩埚的无芯熔炉,如果使用时需要避免杂质,石墨坩埚,刚玉坩埚等比较常见的有芯坩埚,我们以石墨坩埚进行实例说明。


石墨坩埚相对于无芯坩埚来说要容易一些,毕竟石墨坩埚氧化燃烧之后会根据厚度来监测,知道使用期限,不用担心炉料是否有间隙和空气发生裂缝。

我们需要准备的材料有:玻璃纤维布,感应电炉炉衬耐火材料,水玻璃,熔炼电炉,石墨坩埚。工具需要准备捣打棒,混料铲斗,模具,剪刀等。


我们将准备工作做好之后,就可以开始筑炉了,我们将炉料包解开,使用剪刀剪下需要的玻璃纤维布,并将其铺满熔炉内壁,做到两层到三层,搭口部分需要叠合一部分,防止炉料的渗漏,比熔炉平面余出部分,需要将其剪开,平铺在熔炉端面,后面再次修整,我们在铺好玻璃纤维布之后,根据坩埚与熔炉高度计算,倒入炉料,并进行压实,我们根据熔炉的大小选择工具,当熔炉达到一定规格时,我们可以选择电动捣炉器,今天的试验炉为20KG小炉,可以使用小规格棒杆配合平压板使用,进行压实即可。


在将熔炉底部炉料压实之后,我们将石墨坩埚放入熔炉内部,并且调整确认高度合适,中心适中,只有距离正确,才能进行下一步,使用起来才会更可靠。在坩埚内部放置一些报纸或者布料等,放置筑炉时,掉落过多零碎炉料不好清理。

在坩埚放入后,继续添加炉料过程中,我们需要间断拉扯玻璃纤维布,放入的炉料一层一层不断压实,不能有过松的情况出现。

我们在不断的添加压实之后,在距离端面一定距离之后压实就不再使用干料捣料,剩余部分需要使用湿法进行筑炉,让炉料结构更好,不容易散,也不会因为散落石英砂,镁砂等耐火材料而影响产品质量。

我们将端面剩余玻璃纤维布进行裁剪,好进行下一步,让炉料与炉面更好粘合在一起。


在压实干料后,裁剪完玻璃纤维布,我们使用水玻璃将炉料搅拌均匀,淋少量水玻璃在干料上,再将搅拌湿料依据需求捣打一定形状的炉嘴,好让溶液按定向进行浇筑,我们使用实心光滑的棒子进行压实,让炉嘴光滑更有型,在最后撒落一定石墨粉,做进一步隔离,减少对溶液的污染。

炉衬使用寿命影响原因

有芯熔炉和无芯熔炉的使用不同,那么使用寿命也不一样,当然无芯熔炉的情况相对更复杂,不同的情况相对影响因素也会不一样。

中频熔炉在使用过程中,炉衬不管是否有坩埚存在,内外温差都非常大,内侧与金属液接触,温度相当高,高温金属液含有氧化物,微量元素,会对坩埚,炉衬内壁进行侵蚀,外部与水冷线圈接触,内外温差大又会引起裂变。

影响炉衬损毁的主要工艺条件包括:熔炼温度、脱气时间、一次脱气量、炉渣的化学成分和生产的钢(铁)种。破坏炉衬的主要影响因素有:炉渣化学侵蚀、耐火材料结构剥落与热侵蚀。


我们无芯炉衬的捣打主要是使用镁砂,而且钢铁铸造熔炼也是多以无芯熔炼炉为多,那么我们以镁质耐火材料为例,细说一下炉料侵蚀损坏的机理。

熔炉使用过程中,流动的高温钢液对无芯炉料造成热侵蚀,炉渣成分渗透的化学侵蚀,渣料线接触的粘附都是主要原因。

熔炼过程中,原材料溶液产生的钢液元素,杂质钢渣的氧化物,还有各种气体均会进入耐火材料基体内部侵蚀炉衬。

渗入成分包括;CaO,SiO2,FeO,Fe,Si,Ai,Mn,C,金属蒸汽,CO气体等。因为熔炼材料的不一样,各种氧化物,碳化物,硫化物本身及不断产生的新化合物均会对炉衬产生剧烈的化学侵蚀。会产生诸如铁橄榄石(FeOSiO2),锰橄榄石(MnOSiO2),莫来石(3Al2O3·2SiO2),镁橄榄石(2MgO·SiO2)等。

因为这些成分的沉积和渗入,会造成耐火材料工作面在操作温度急变下将出现裂纹、剥落和结构疏松。炉渣因为熔点的不一样,会在炉壁上粘连累积,会影响电炉的功率、熔速和容量,直至影响炉衬寿命。

熔炉的大小因为钢液的散热比例不一样,炉渣的温度,流动性,炉衬的厚度及厚度限制,均会有不一样。

炉渣的碱度应当和炉衬材质相适应。真空下进行无渣熔炼时,炉衬的使用寿命更长。

炉衬材料的力度比例,理化性能以及烧结温度均会影响炉衬性能。

炉衬寿命延长方法

我们可以通过一系列的手段来延长炉衬的使用寿命,使用工艺,装料,加热曲线,筑炉方式方法都为有效手段。

炉衬材料选择与溶液温度,性质最匹配的品种,尽量避免加入A1、Mn、Zn、Mg等材料,捣筑密度尽量提高。减少开口气孔和透气度,提高高温抗折强度,高温抗侵蚀性和抗剥落性。

筑炉后尽量立即开始烘炉,避免长时间放置吸附水汽等,新炉衬烧结时,尽量减少倾炉动作,新烧结炉衬应连续运行,增加炉衬烧结层,提高机械强度。

正常熔炼使用过程中,减少装料引起的架桥顶死炉衬情况,尽量及时清除炉渣,保持较高的待用金属液面,使炉型的侵蚀均匀,缩短炉衬处于高温状态时间。尽可能在许可范围内降低出炉浇注温度。

熔炉停机后,应使用炉盖,减少冷却水量,让炉衬缓慢冷却,降低冷热交替裂变量,尽量连续生产作业,可增加0~25%炉衬寿命。

熔炉在停机再生产时,应进行炉料预热,使用60%左右功率加热到一定温度后再进行满功率运行,当炉内材料不足,量少时应降低功率,避免使用高功率作业。

炉衬的侵蚀判断

当我们在装料时,如果熔炉的容量有明显增加,那么我们必须重新筑炉,因为炉衬的厚度会因为长期使用侵蚀减薄,一般控制侵蚀量在30-50%范围。

在使用过程中,需要查看炉衬内壁的裂纹,裂纹的均匀性及裂缝大小是我们的判断依据,炉衬的粘渣,过高的溶液温度,冷却速度均会影响,而裂纹是铁液渗入炉衬发生漏炉现象的直观原因。

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