中频炉干式料的开发应用

中频炉干式料的开发与应用刘杰1巩秀民1鹿洪利1管山吉2

（1泰东公司2技术中心）摘要：由于机制公司中频炉冶炼周期不连续，造成炉体寿命非常短，制约了生产率，严重影响生产节奏，同时也使吨钢成本增加，在此背景下开发干式料，通过三种原料的对比选择，结合剂的选取，确定颗粒级配确定最终配方，通过三次现场试验，最终使中频炉炉龄达到50炉以上。关键词:关键词:中频炉干式料硼酸粒度0刖言中频感应炉是冶炼合金的主要熔炼设备，早期的感应炉炉衬是采用耐火砖进行砌筑，由于砖砌炉衬整体性较差，砖缝侵蚀、渗漏问题时有发生，致使坩蜗使用寿命较短，一般使用寿命为10炉左右；从改善炉衬的整体性出发，采用硅质浇注料进行坩蜗的整体浇注，取得了良好的延长炉衬使用寿命的效果，使炉衬使用寿命提高到20炉左右，然而，炉衬的侵蚀与渗透限制了炉衬寿命的进一步提高⑴；为此，从改善硅质浇注料炉衬的抗侵蚀与渗透角度出发，结合机制公司中频炉钢渣成分，研制与应用了高铝质中频炉干式料。1技术要求中频炉对制作炉衬的耐火材料要求条件较为苛刻，所以研发过程应遵循以下几点要求：1）足够的耐火度。作为感应炉炉衬材料，其耐火度应高于1700°C,软化温度应高于1650°C。2） 良好的热态稳定性。由于炉衬壁内外侧温度梯度差很大，加之受到出铁、加料和停炉等影响，炉壁温度总是在变化，随之而产生体积的膨胀和收缩，因此要求制作炉衬的耐火材料应该有优良的热稳定性。[1]3） 高的化学稳定性。炉衬材料的化学稳定性和炉衬材料的使用寿命有密切关系，炉衬材料要有一定的低温强度，在高温时不易分解和还原，在熔炼过程中，不易与炉渣形成低熔点物质，不与铁水和添加剂产生化学反应，使铁水成份发生变化。4） 较高的机械性能。在低温状态时要能随炉料的冲击，在高温状态下能承受铁水的静压力和强力的电磁搅拌作用，在铁水的长期冲刷使用下耐磨和耐蚀。5） 绝缘性好。炉衬材料在高温状态下不得导电，否则会引起漏电和短路而造成事故。6） 施工性能好，烧结性能好，筑炉及维修方便。2中频干式料的制备2.1主材料的选择为选择与机制公司炉渣成分相适应的主材，分别选择酸性、碱性、中性耐火原材料，其中分别用石英砂、镁砂、高铝矶土为代表不同耐火原料打结炉衬，最终确定主材料。1）用石英砂加少量硼酸作为炉衬材料，出现的问题主要是炉衬强度低，加料过程中炉衬容易损坏。另外，在一般生产中为了降低生产成本，炉料中一般要加入20%—30%铁屑，通常铁屑的氧化较为严重，加入铁屑或其他氧化严重的炉料会使炉衬严重腐蚀。因为当炉温超过1400°C时，Si02会和FeO发生反应生成低熔点的铁橄榄石（熔点为1205C），其化学反应式为：2FeO+SiO2:—2FeO-SiO2：，铁橄榄石熔点低，所以很容易造成炉衬表面脱落。同样，熔炼高合金铸铁和高速钢时，因为合金中含有较高的锰或铬，氧化锰、氧化铬能够和一氧化硅形成低熔点相，造成炉衬被侵蚀。2）用镁砂作炉衬材料时，主要问题是镁砂抗激冷激热能力差，热胀冷缩倾向大，使用中容易产生裂纹。尤其是镁砂的导热性高，经过较长时间使用后，烧结层迅速增厚，失去过渡层和疏松层，容易产生穿透性裂纹，裂纹严重时曾发生过感应线圈被击穿的事故。3）采用高铝矶土打结炉衬后，炉衬的平均使用寿命显著提高。高铝矶土炉衬使用寿命高的原因是：高铝矶土属硅铝质耐火材料，当A1203>7%时经高温锻烧其组成相为莫来石+刚玉，耐火度达1800C，热膨胀系数小而均匀，1400C时热膨胀系数为0.17%，小于镁砂的2.0%，石英砂的1.2—1.5%，另高铝矶土炉衬荷再软化点及耐激冷激热方面都比较好，经过比较试用，最终选高铝矶土为打结炉衬的材料。2.2耐火结合剂的选择在高铝为主材料中一般使用硼酸（HBO）或硼酐（BO）为结合剂，主要作用是降低烧结温度。因为高铝矶土原料的烧结温度较高，硼酸在加热时分解，以B:O的形式存在于干式料中。在1000C〜1300C时BO，和干式料中SiO等形成低熔点的化合物（SiO-BO熔点为500°C),从而降低烧结熔点，改善烧结条件，提高烧结质量。并且在干式料中加入硼酸后，会降低干式料在烧结过程中发生的热胀冷缩而导致体积变化产生的裂纹倾向性。但由于在硼酸受热分解过程中生成大量水蒸汽，如不能及时排出，易在炉衬底部产生蜂窝状气孔。不同的使用温度对硼酐或硼酸的加入量也有不同要求。作为结合剂如加入量过多，会导致耐火材料的熔点降低，在较高的烧结温度下也会使炉衬的烧结层过厚，体积变化加大，影响使用寿命并对拆炉工作带来难度。2.3粒度选择炉衬材料中，粗、中、细粒度各起不同作用。对感应炉炉衬的寿命有很大关系。合理的粒度配合比可以使坩蜗的气孔率最小，致密性最高，烧结性好和耐激冷激热性好。粗颗粒在炉衬中起着骨架作用，使炉衬具有一定的强度，使炉衬的抗冲击性提高，高温性能好，抗渣性能提高，且能改善炉子的隔热性能。但如果粗颗粒过多，则打结密度差，在与金属接触的表面难以形成稳固和完整的烧结层，并使炉衬烧结时膨胀较大，容易引起炉衬破裂，孔隙率增加，影响炉衬寿命。中颗粒可有效填充粗粒度砂料的间隙，增加了堆积密度可改善炉衬的烧结性能，提高炉衬强度。细粉可保证炉衬的烧结性能和质量，以及烧结网络的连续性，使炉衬具有良好的致密性。但细粉容易烧蚀，若含量太高，耐火度及抗渣侵蚀性能会降低。同时细粉的表面活性大，易熔融及同炉渣反应，使炉衬的使用寿命缩短。炉衬材料经振动打实后，容重应在3.0kg/cm~3.2kg/cm之间。为了提高炉衬的使用寿命，必须严格控制颗粒级配的配合比。3实验效果：3.1首批试验一个中频炉，由于底部与包壁接缝处出现空洞，为防止出现穿包下线，使用寿命32炉。经拆炉分析，由于中频炉内钢液形成涡流，对炉底底部冲刷较为严重，如图所示，而胎模在炉壁与炉底设计为慢百角形，如图所示，造成百角接缝处出现空洞，针对这一问题，将胎模底部设计成圆弧形以解决有钢液冲刷造成的空洞。3.1第二批试验两个中频炉，由于包壁出现多处裂纹，停止使用，使用寿命39炉。经拆炉分析，由于采用人工方式进行倒打密实，工人操作熟练程度还不够，存在一定的人为因素，造成倒打不密实，所以指派技术人员对以后倒打进行倒打密实工作全程监督指挥。3.2第三批试验两个中频炉，使用效果较好，平均使用寿命56炉次。4结语通过对机制公司中频炉工作原理和工作环境的了解，选取了以高铝矶土为主材，结合剂选用硼酸，再以合理的颗粒级配做支撑，最终通过三批次的现场试验，解决了机制公司中频炉使用寿命低，工人劳动强度大，吨钢成本高。参考文献欧阳德刚等.镁质浇注料的研究及其在中频感应炉上的应用.工业加热，2004(04)周育.中频炉酸性炉衬使用寿命的探讨.铸造设备研究，2004(04)Developmentandapplicationoftheintermediate

frequencyfurnacedry-typematerialLiuJie1,GongXiuMin1,LuHongLi1,GuanShanJi2

(1TaidongIndustryCo.,Ltd.2TheTechnologyCente)Abstract:Mechanismofmediumfrequencyinductionfurnacemeltingcycleisnotcontinuous,resultinginthefurnacelifeisveryshort,restrictedproductivity,seriouslyaffectingtheproductionrhythm,butalsomakeatonofsteelcostincreases,inthiscontexttothedevelopmentofdry-typematerial,throughthecomparisonofthreekindsofrawmaterialsselectionbinderselection,todeterminetheparticlesizedistributiontodeterminethefinalformu