铝镁质干式凝聚工艺在中频感应炉中的应用

铝镁质干式凝聚工艺在中频感应炉中的应用

随着经济的发展，中日传感器网络系统的开采越来越普遍。它是制造行业、不锈钢开采行业和特殊材料行业最重要的精炼设备之一。中频感应炉炉衬质量的好坏直接决定其使用寿命以及生产效率的高低。中频炉冶炼相比其他冶炼工艺具有流程短,生产调节方便的特性,但是中频炉结构复杂,感应线圈通水冷却,对中频炉捣打料质量要求较高。如果干式捣打料质量不好,极易出现漏钢、爆炸等安全事故。随着短流程炼钢以及不锈钢冶炼的快速发展,对高质量的中频炉干式捣打料需求量越来越大。刚玉熔点高,热膨胀系数小,热态体积稳定性好,且具有优良的抗侵蚀性。由于刚玉在高温下与镁砂反应生成尖晶石,产生体积膨胀,从而可有效抑制刚玉基炉衬的龟裂。使用刚玉-氧化镁质捣打料作炉衬材料,炉衬热面龟裂明显得到控制,微裂纹明显减少。铝镁质捣打料逐渐成为中频炉炼钢的首选炉衬材料。在本研究中,通过颗粒级配和复合高温促烧剂的调整,研制了中频炉工作衬用铝镁质干式捣打料,并在某厂8和20t中频炉上试用。1.1复合促烧剂砂以电熔棕刚玉、白刚玉、板状刚玉、镁砂为颗粒料,镁砂细粉、刚玉细粉为粉体,添加高温复合促烧剂,以硼酸为外加剂。主要原料的化学组成如表1所示。1.2加工工艺参数对干法捣打料性能的影响合理的颗粒级配可以提高捣打料的抗热震性能及抗化学侵蚀性能,也能改善施工后中频炉工作衬的烧结质量。以文献为依据,对颗粒级配进行微调整,研究颗粒级配对干式料性能的影响,具体配比见表2;然后,以优选出4#配方的粒度级配为基础,改变复合高温促烧剂的加入量(等量取代细粉质量),研究促烧剂对干式捣打料性能的影响,其具体配比见表3。将硬纸卷成ϕ60mm×80mm的纸筒,放入内径为ϕ84mm×87mm的刚玉坩埚内,纸筒与坩埚之间填满1～0.5mm的白刚玉细颗粒,再将根据表2和表3配比称取的原料混合均匀后倒入纸筒内,捣打密实,制成ϕ60mm×60mm干式捣打料试样。1.3捣打密度和热处理密度的测定测量1#—8#试样的堆积密度,其方法为:制作1个ϕ80mm×80mm标准钢桶以及1个ϕ80mm×30mm的钢圈,可以在上方套住ϕ80mm×80mm标准钢桶,如图1所示。将混合均匀的干式料放入钢桶内,在振动台上震动1min后,移去钢圈,刮平表面,测定捣打料堆积质量,根据公式计算干式捣打料的堆积密度:ρ=m/V。其中:ρ为干式捣打料的堆积密度,g·cm-3;m为钢桶内捣打料质量,g;V为钢桶体积,cm3。将所有试样分别在1000、1200、1350和1600℃热处理3h后,观察其烧结情况,同时将经1350℃3h烧后的试样4A—4F再经1600℃3h热处理。对1600℃3h烧后的各试样进行直径线变化率和高度线变化率(GB/T3997.1—1998)、体积密度(GB/T2997—2000)以及耐压强度(GB/T5072—2008)检测,同时并对现场使用后的干式捣打料残衬进行显微结构观察。2结果与讨论2.1镁砂添加量对烧结性能的影响1#—8#试样的堆积密度分别为2.78、2.81、2.84、2.81、2.78、2.78、2.83和2.84g·cm-3,可见所试验的几种粒度配比的试样堆积密度差别不大。观察1#—8#烧后试样发现:1000℃3h烧后的各试样都没有脱模强度,说明在1000℃时试样不会烧结。除8#试样外,各试样经过1200℃3h烧后有一点脱模强度,说明在1200℃时试样产生了少量的烧结,但烧结程度不大;各试样经过1350℃3h烧后,具有一定的烧结强度,但8#试样的强度最低。经1600℃3h烧后1#—8#试样的性能如表4所示。由表4可看出:经1600℃3h烧后,没有添加镁砂的8#试样体积密度最大,材料的线变化最小,烧结强度较低,可以看出镁砂对捣打料的烧结强度贡献较大。干式捣打料中,增加粗颗粒添加量可以提高试样抗热震性,但是粗颗粒添加比例过高会降低试样的烧结性能和烧后强度。细颗粒可保证试样经高温烧结后内部气孔较少且尺寸较小,使试样具有良好的致密性,但是细颗粒添加比例过高会使试样烧后产生较大裂纹,试样收缩率过大会降低抗热震性。综合各配比情况,认为4#配方综合性能较好。2.2烧后强度试验经1350℃3h预烧后的试样4A—4F再经1600℃3h烧后的性能检测结果见表5。由表5可见,随复合促烧剂加入量的减小,试样的直径线变化、高度线变化、耐压强度在逐渐减小,体积密度在逐渐增加。综合比较而言,试样4C的强度较高,线变化比较合理,该试样在1000℃以下烧后几乎无强度,呈粉状,1200℃烧后稍微有点强度,1350℃烧后有一定的强度,1600℃烧后有较高的烧结强度,可以满足中频炉捣打料各方面要求。因此,选择4C配比作为工业现场试验用干式捣打料的配比。3使用该设备3.1炉衬的压实与烧结按照试样4C的配比生产出一批干式捣打料在某厂8t中频炉上试用。干式捣打料筑炉施工是一项精细的工作,仅有好的炉料,如果筑炉施工不好也不能达到高的使用寿命,现场施工工艺如下:(1)打结炉衬前,首先将绝缘层破损部位修补平整,然后在炉子线圈绝缘层内铺设一层石棉布。(2)打结炉底。先固定好炉底透气塞透气装置,再以透气砖为中心放置适当直径的圆筒,圆筒内放入透气炉底捣打料,捣打致密,圆筒周围填入普通捣打料。炉底分多次填砂,一般填砂厚度不大于100mm·次-1,打结时注意保证施工后各处密度均匀,预防烧结后炉衬密度差别较大引起开裂。(3)打结炉壁。炉壁承受着高温钢液静压力、冲刷力、内外温差应力以及钢液的渗透与侵蚀作用等,打结炉壁时特别要注意保证料的密度均匀,避免引起分层。炉底打结达到所需高度时刮平,放入钢制型模,对准中心后固定型心开始打结炉壁。调整周边间隙相等后用3个木楔卡紧,中间吊重物压上,避免炉壁打结模具产生位移。要求炉壁捣打时每次填料厚度不超过12cm,每一层打结要求均匀、致密,每层打结完后炉料表面要刮毛,使打结后的炉衬不会产生明显的分层,这样烧结后才可能得到优良的工作面。(4)烘烤与烧结。炉衬打结完成后在钢模具内加入废钢以增强感应圈加热作用,钢模具留在炉内,化钢时同废钢一同熔化。第一次使用时,要控制加热升温速度,防止炉衬在烧结时产生裂纹,并通过低功率送电产生较为平稳的电磁力,使炉衬上下受热均匀。室温～1630℃共烘烤了10h,烘烤良好,钢水液面已经达到正常工作液面;1630～1700℃升温1h,并于1700℃左右保温1h。冶炼期间钢水最高温度超过1730℃,出钢后观察发现,炉衬表面光滑,烧结良好。3.2现场使用试验根据工厂的生产安排,从2011年12月29日至2012年2月6日在8t中频炉中使用试验,白班生产,晚上停炉,每天生产3炉左右,春节放假10d,随后使用70炉后因设备故障检修,捣打料的使用寿命已达到该厂历史最好记录。随后的使用证明,捣打料完全可以满足使用要求。针对20t以上的大型中频炉,优化改进了捣打料配方,并在该厂20t中频炉上进行现场使用试验。20t中频炉使用安排为晚上生产,白天停炉,最高使用温度为1770℃。在使用期间,长时间停炉两次,总计有10d左右,整个炉役没有进行任何修补。在使用到73炉的高炉龄后,为保证安全,拆炉观察,炉衬残厚为130mm(施工厚度为170mm)。按照残厚以及未烧结层厚度测算,该捣打料可再继续使用30炉。经过使用证明,研制的捣打料完全满足了20t中频炉的生产要求。对使用结果分析后认为:(1)据拆炉后观察,未烧结层、半烧结层、烧结层界限分明,未烧结层有3～5cm厚,炉衬总体强度很好,炉衬表面比较光滑,损毁也比较均匀,拆炉时没有发现炉衬有明显的裂纹。在使用中形成尖晶石产生的膨胀与烧结产生的收缩相匹配。(2)使用后拆下的炉壁与钢水接触部位已经完全烧结(体积密度为3.03g·cm-3,显气孔率为17.7%),而高温烧结以及炉壁受到的钢水静压力对材料的致密化都产生了积极的作用。(3)分析残衬的显微结构发现,捣打料与渣的接触面生成了大量尖晶石,降低了材料的显气孔率,从而提高了材料的抗渣侵蚀性能,同时尖晶石的生成还提高了材料的抗热震性能。4比w的