中頻爐濕法筑爐的應用

廠家：中頻爐濕法筑爐的應用日期：：2020-02-04 瀏覽次數： 103

在3噸中頻爐中，采用濕法熔爐建造技術，最大爐齡為275爐，平均為169爐。用于濕法施工的1.5噸中頻爐的使用壽命為521爐。為了在不連續的生產條件下熔煉鑄鐵輥達到如此高的爐齡，這是一個巨大的進步。 3t中頻電爐濕法筑爐的成功建設是對傳統干法的一大挑戰。濕式爐的構造是在爐襯材料中加入一定量的水，然后用濕法混合爐襯。打結爐襯后，取出鋼制坩堝模具，并用木柴烘烤幾個小時后，即可裝料進行熔煉。與干式爐相比，濕式爐每次可節省一個鋼制坩堝模具，節省爐時20小時以上，為爐節省約2,000度電，基本實現了中頻電爐可以當天開爐熔煉。

3t中頻爐鋼坩堝模具的原始設計如圖1（a）所示。它是由兩個截短的空心錐體組成的鋼制坩堝模具。這種結構的鋼制坩堝模具在建造熔爐時具有一個缺點，即，（1）部分中的死砂不易結實，并且容易引起鐵水泄漏。改進的鋼制坩堝模具的形狀如圖1（b）所示，它是帶有截頭空心錐的鋼制坩堝模具。這種改進有助于在熔爐制造過程中打結。沒有死角，從根本上解決了原始鋼制坩堝模具的打結（1）不易打結的問題。實踐證明，這種改進是非常成功的，并且是延長爐齡的關鍵之一。

用于濕式爐的鋼制坩堝模具是永久性的，也就是說，在完成每個爐子的建造后取出鋼制坩堝模具，可以下次使用。每次使用后，最好在鋼制坩堝模具的表面涂上防銹油以防止生銹。下次使用前，應將油擦干凈，以使鋼坩堝模具的表面光滑，以便在建造熔爐后可以容易地將其取出，并且不會損壞熔爐爐襯的內壁。

3t中頻爐的保溫層和保溫層一般由玻璃棉布，云母板，石棉板和石棉布組成。但是，由于濕式爐的爐襯材料中含有更多的水分，因此在烘箱和燒結過程中會產生水蒸氣。為了促進水蒸氣的順暢排出，濕式爐的隔熱層和隔熱層僅使用兩種材料。用石棉布代替玻璃棉布，云母板和石棉板。石棉布既隔熱又隔熱，同時具有良好的透氣性。因此，在濕法熔爐構造中僅使用石棉布是合理的，并且熔爐構造的成本可以大大降低。

爐底鋪2層石棉布,要求兩層交錯鋪設,每層平整無皺折。

緊靠感應圈內壁鋪兩層石棉布,鋪設時,要先上后下,每層平整無皺折,縱縫搭接用水玻璃粘住,相鄰兩層接縫錯開。伸出上平面約150mm的石棉布用水玻璃粘貼在爐子上口耐火磚平面上,并用鐵塊壓牢,防止筑爐時石棉布往下移動。用此法鋪設絕緣層和絕熱層,操作簡單方便。

爐襯材料采用精制石英砂。對石英砂化學成分要求如下:SiO2含量應大于98%,堿金屬氧化物(K2O、Na2O)含量應小于0.50%,Fe2O3含量應小于0.75%。助燒結劑采用硼酸,要求:硼酸含量大于96%,硫酸鹽含量小于0.4%,氧化物含量小于0.05%,并應經70～80目篩子過篩。

爐襯材料配比如表1。硼酸加入量為2%,水分為5%～6%。

石英砂、硼酸和水按比例加入后,用人工方法混拌均勻。配制好的材料用紡織袋蓋好,放置1～2h再用。夏天氣溫高,為防止水分蒸發,可用濕紡織袋蓋上。配制場地應清掃干凈,在拌制過程中應防止鋼屑和鐵屑混入。

根據設計要求，將3t中頻電爐的厚度控制在150mm左右，爐壁的厚度控制在70mm左右。手動打結爐襯。爐子底部的材料要堅固并刮除，然后用平頭錘將其弄平。在測量爐子的厚度和高度后，放置爐子坩堝模具。放置鋼坩堝模具時應使周圍的壁厚盡可能均勻，可以使用3個相同的厚度，一端比爐襯壁厚小，一個木楔比爐襯壁厚大。均勻地將其插入鋼坩堝模具周圍，并將鋼坩堝模具壓緊在爐腔中。居中并固定。為了防止打結時松動，應在鋼制坩堝中放置一定重量的石英砂袋，并壓制鋼制坩堝模具，以防止在爐襯打結過程中提起鋼制坩堝。固定鋼坩堝模具后，可以打結爐襯。爐襯逐層填充固化，每層厚度不超過50mm。這樣做之前，請均勻涂抹。在手動打結期間，需要多人進行單獨的班次操作。每班3人，每10至15分鐘一班，需要均勻的力量。在打結過程中，需要3個人緩慢旋轉爐子以改變位置，以免產生不均勻的力。引起密度差異。在打結過程中，應格外小心，不要損壞石棉布，否則損壞的石棉布部分會導致砂漏。因此，如果發現石棉布已損壞，應立即修理。

爐襯打結完成后，用起重機緩慢提起鋼坩堝模具，然后檢查爐襯內壁的打結質量。舉起鋼坩堝模具時，舉升速度不應太快，并且應在碰到鋼坩堝內壁的同時緩慢提升，以防止損壞新建的爐襯。取出鋼制坩堝模具后，切下比爐襯上開口高的石棉布，弄平爐襯上表面并修理爐口。水玻璃可用作爐襯的表面和鐵出口上的粘合劑，并與爐襯材料混合。在填充之前，先刷一層水玻璃，然后將填充物壓實。
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濕法筑爐完成之后,僅用木柴進行烘烤。用于烘爐的木柴為50～60kg,分幾次加入中頻電爐爐膛內,使之完全燃燒對爐襯進行烘烤。用木柴烘烤數小時之后,即可裝料進行熔煉,對于非連續生產的工廠,第二天再裝料進行熔煉。裝料前應先將爐膛內的木炭灰清理干凈之后才可進行加料。中頻爐烘爐不用電,這是濕法筑爐的特點。濕法筑爐熔煉第一爐鐵液時,爐料要清潔無銹,料塊應盡量小一些,加料時一定要輕放,不要碰壞爐壁,因為此時的爐壁僅經木柴烘烤,爐壁的強度和硬度都較低。送電熔煉前15min用800kW,使爐襯升溫速度不宜過快,有利于爐襯中的水分排出和石英的晶型轉變。隨后功率升至1400～1500kW進行正常熔煉。第一爐鐵液溫度升至1500℃后保溫30min,使爐襯進行燒結。第一爐的熔煉時間一般120～130min。為了得到一個良好的釉面內壁,除了第一爐盡量用干凈無銹的小塊爐料外,并應在鐵液熔煉后扒去鐵液表面的渣子,加入1kg左右的碎玻璃.

非連續性生產的中頻爐,每使用一次之后,由于種種原因均會造成中頻電爐爐襯和出鐵口損壞,特別是爐襯上段,由于熔煉較大廢輥時爆裂形成的沖擊使爐襯產生裂紋,損壞較為嚴重,因此,每使用一次之后都必須進行修補,達到延長襯命的目的。修理前應先將要修理處的殘鐵清理干凈。修補爐襯的材料配比同爐襯材料配比,修補爐襯上平面和出鐵口用粒度略細的石英砂,用水玻璃為粘結劑。爐子上口和上平面及出鐵口修好后最好刷上一層黑鉛粉涂料,這對于防止該部位粘鐵很有效。修補面積較大的,修畢后仍要用木柴烘烤。

在濕法筑爐的材料中要加入5%～6%的水分,在濕法狀態下進行打結爐襯,而它的爐齡卻比干法筑爐還要高出許多,這是什么原因呢?我們認為采用濕法筑爐時,水可做為堆積石英砂混合料顆粒的潤滑劑。由于石英砂混合料中含有一定量水分,濕法筑爐比干法筑爐爐襯容易打結實,而且,在打結過程中石英砂不會產生顆粒偏析。從目測情況看,濕法筑爐的打結效果好。研究表明,石英砂的顆粒偏析會破壞合理的粒度配比,導致爐襯材料的燒結性變差,強度和耐急冷急熱性能下降,以及體積密度降低。據此可以認為濕法筑爐襯的燒結較好,強度較高,耐急冷急熱性能較好,同時,爐襯的體積密度較大,這些都有利于提高爐襯的使用壽命。

木柴烘爐與快速燒結時石英晶型轉變問題；自然界或低溫下穩定存在的都是β2石英。β2石英加熱至573℃時快速轉變為α2石英。在573～870℃α2石英穩定存在。當有燒結劑(礦化劑)時α2石英在870℃緩慢轉變為α2鱗石英,并伴有16%的體積膨脹。α2鱗石英在870～1470℃穩定存在。α2鱗石英在1470℃轉變為α2方石英,α2方石英在1470～1713℃穩定存在,當溫度高于1713℃時開始緩慢熔融。α2方石英在正常冷卻條件下并不轉變為α2鱗石英。在實際使用的石英砂中,由于加入了硼酸,且原材料中含有少許雜質,SiO2的晶型轉變按有礦化劑的條件下進行,即β2石英(573℃)→α2石英(870℃)→α2鱗石英(1470℃)→α2方石英。

中頻電爐烘爐與燒結要達到2個目的:①排除爐襯材料中的水分;②完成石英砂的晶型轉變且不開裂,最終獲得由α2方石英形成的燒結層、半燒結層和未燒結層3層結構的爐襯,在不同的溫度完成不同的任務,在不同的溫度區間控制不同的升溫速度。燒結過程是在高溫下使石英砂料的接觸面上出現液相結合,形成連續的燒結網絡。通過網絡使整個石英料聯成一個整體[2]。燒結后的爐襯斷面分為燒結層、半燒結層、未燒結層。燒結層要求密度大、強度高、表面裂紋少,砂粒顆粒之間全部熔化,燒結網絡均勻完整。燒結層的厚度約占全壁厚的37%～48%。半燒結層是燒結層和未燒結層之間的過渡區,在該區內部分顆粒的接觸面開始熔化,燒結網絡不完全。該層的作用是緩沖燒結層的應力,阻止燒結層內產生的裂紋向外延伸。半燒結層的厚度約占全壁厚的28%～31%。未燒結層是半燒結層和感應圈之間有一層完全沒有燒結的原始砂料。這層砂料起著絕熱的作用,當爐襯在加熱和冷卻時,也起著體積膨脹和收縮的作用。未燒結層的厚度占全壁厚的27%～32%[3]。助燒結劑采用硼酸,它的主要作用是降低石英砂的燒結溫度。硼酸的化學式為H3BO3,當硼酸加熱脫水而成硼矸,它的分子式為B2O3。SiO22B2O3系相圖[4]見圖2,由圖可知,SiO2的熔點為1710℃,B2O3的熔點為450℃,B2O3與SiO2形成的共晶物只有372℃,就是說B2O3作為石英質料的助燒結劑時,在372℃就會出現液相。

用木柴烘燒時,爐襯內壁表層溫度可以達到500℃,高于硼酸和B2O3與SiO2形成的共晶物的熔點,這時助燒結劑可以使表層石英砂燒結,提高爐襯內壁表層的強度。由于烘爐溫度不高和時間較短,加上爐襯較厚(70mm),因此,爐襯中的水分不可能全部排出,只有在熔煉第一爐鐵液過程中才能全部排除和進行燒結。生產中發現,在熔煉第一爐鐵液時,爐襯外壁經常有較多的水蒸氣排出。新爐襯第一爐熔煉鐵液3.5t,時間為120～130min,除開始送電前15min用800kW功率慢速升溫外,以后就在正常的功率下(1400～1500kW)熔煉,鐵液溫度達到1500℃時也只保溫30min。而3t中頻爐干法筑爐一般烘爐和燒結時間均在25～30h。干法筑爐比濕法筑爐烘爐和燒結時間高出10倍。為什么濕法筑爐只用干法筑爐的1/10時間就能把爐襯燒結好,并進行正常使用,石英的晶型轉變又是如何完成的?這些在目前尚無法進行解釋。

3t中頻爐濕法筑爐爐齡275爐的這套爐襯報廢后檢查發現,爐襯燒結層為28～30mm,占爐襯壁厚的40%左右,半燒結層和未燒結層均在20mm左右,占爐襯壁厚的30%左右。未燒結層的石英砂是完全沒有燒結的原始砂料,拆爐時用水一沖即散。實踐證明,這套爐襯的燒結是十分完美的,因而爐齡高。根據實際情況,我們認為可能是中頻爐的功率密度大,升溫速度快,可以在很短時間內使爐襯表層石英砂燒結,形成一定厚度的燒結層,而在隨后的連續熔煉過程中,燒結層逐漸加厚,直至達到理想的燒結層厚度為止。

在3t中頻爐上采用濕法筑爐獲得成功,濕法筑爐簡單方便,省時省電,成本較低,勞動條件好,爐襯壽命長。

鋼坩堝模的形狀由兩個平截空心圓錐體組成改為一個平截空心圓錐體,它從根本上解決了前者在爐襯打結中存在死角的難題。

濕法筑爐的爐襯材料在濕法打結過程中,容易打實,不產生石英砂的顆粒偏析,爐襯的體積密度較大,均勻度提高。