如何提高电炉炉衬的使用寿？

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提高酸性感应电炉炉衬寿命的实践

5 W- X' }4 x: L1 _: ?1.感应电炉炉衬的损毁机理
感应电炉炉衬的损毁主要是熔融金属、金属氧化物、熔渣的浸透和温度应力的作用造成的。感应电炉的炉衬较薄，炉衬中存在着较大的温度梯度，极易造成炉衬的开裂和剥落。当熔融金属、金属氧化物或熔渣沿炉衬的裂纹渗透到纵深内部时，则发生：①熔融金属发生氧化还原反应或生成低熔点物质，致使炉衬遭到侵蚀或产生龟裂、剥落。②熔融金属与耐火材料发生氧化反应，并伴随着体积膨胀，造成炉衬的膨胀而塌落。③熔融金属或熔渣对炉衬的冲刷侵蚀。
9 X% n8 L/ l7 G2.耐火材料的选用
筑炉用耐火材料的性能直接影响着炉衬的使用寿命。水晶石英砂具有较高的耐火度，较小的膨胀系数以及较低的导热性，有足够高的强度和化学稳定性，能抵抗熔渣的侵蚀，能承受加料时固体金属炉料的冲击和融化后液体金属的静压力，有较好的耐急冷急热性，能反复承受金属液融化的高温以及出炉后的降温过程，其化学成分和使用性能如下表所示：
8 w1 A+ E+ x1 u& ^2 p6 b' b7 c化学成分        SiO2        CaO        Fe2O3+FeO        Al2O3        软化温度        耐火度
7 G5 J& w2 ]* a% a数 值        99.89%        ＜0.01%        ＜0.004%        ＜0.01%        ≥1650℃        1750℃
1 M7 Z2 {" `6 n4 {3.粘结剂的选用
经多次实验，我们选用硼矸（B2O3）作为粘结剂。B2O3熔点为577℃，液相在耐火材料表面铺展，随着温度的升高，它能与耐火材料反应形成粘度高、表面张力大的低共融液相使粉状耐火材料颗粒在高温下粘结在一起而保持原有的形状，B2O3的加入量在耐火材料系统和炉子使用情况固定的前提下，一般应取下限。因为过多的B2O3不仅会降低坩埚正常三层结构中有效层的厚度，降低坩埚使用的可靠性，而且还会降低坩埚材料的耐火度。
7 i9 N! ?0 q  L* Q- ]7 v* q& I4. 坩埚材料的配制
2 Q( f% G+ K$ d- D% Q①配制前，对水晶石英砂进行磁选，除掉块状物及磁性杂质，并对其进行缓慢烘烤处理，烘烤温度200℃-300℃保温4小时以上。
5 K7 z& g/ m0 ^1 o) P②坩埚材料的配比。坩埚材料中粗细不同颗粒各起不同的作用，粗颗粒起骨架作用，抗冲击性、抗渣性强、高温性能好，能改善炉子的融热性能。但太多，打结密度小，在与金属接触的表面上，难以形成稳固完整的烧结层，热膨胀较大易引起炉衬的松散破裂。细颗粒用来填充粗颗粒之间的空隙，增大接触面积，以得到较致密的炉衬。但细砂易烧蚀，若含量过高，耐火度及抗蚀性下降，同时由于细砂表面活性大，形成的大量玻璃状物质与铁液和炉渣反应，促使炉衬过快侵蚀。因此，应根据炉子的大小及使用情况合理选择配。
0 M3 n. j: m( `: M③严格按配比进行称量，工人搅拌必须反复搅拌50次以上，防止造成颗粒偏析，增加局部侵蚀倾向，同时降低炉衬破裂的危险。
+ j2 ]+ }( r+ Q+ {) ^5.坩埚的干式打结
①坩埚模具的制作。根据炉子的大小制作坩埚模具，坩埚模外表面的焊缝必须用角磨机打磨平整，不得有突起，防止出现局部过热，而在炉衬表面形成带状凹坑。坩埚模具周围及底部相距100-150mm，交错排列钻Φ5mm的透气孔若干。使用时，若有锈蚀必须进行酸洗除锈，在用水冲洗干净，晒干后使用，或者进行抛丸处理，以免使低熔点氧化物渗到炉衬内。
$ k- a$ c' U* a5 p- k2 x% I0 h②干式打结炉衬前，首先按感应圈的内径和炉圈的高度，在感应圈绝缘层内铺设一层石棉板和一层玻璃丝布，铺设时除手工平整压实各种材料外，还要用弹簧圈上下绷紧。
③炉底打结，加入配好的耐火材料，分四次加料，按2吨炉子，每次约50kg，一般填砂厚度不大于100mm/每次，多人分班操作，每班四人，每班打结30min换人，围浇炉子缓慢旋转换位，用力均匀，以免造成密度不均匀，当炉底厚度捣到稍高于第一匝感应圈时，将坩埚模放入感应圈中，放置时应保证坩埚模与感应圈同心，上下垂直，模样尽量与所筑炉底石紧密结合，调整同边间隙相符合，周围用三个木楔楔紧，中间放生铁压紧避免打结炉衬发生移位。
④打结炉壁，分批加入混好的筑炉材料，布料均匀，填料厚度不大于60mm，直至于感应圈上缘平齐，在打结后坩埚模不取出，在第一炉烘干和烧结时，坩埚模起感应加热作用随同炉料一起融化。
+ M# |( ]8 H  W4 F3 W9 O. }6.坩埚的烧结
2吨中频炉烘烤过程中加入了约1200kg生铁。增强感应圈加热作用。随着烘烤与烧结的持续进行，通过低功率送电产生较为平稳的电磁力搅拌铁液，使炉衬上下受热均匀，严格控制石英砂相变充分，提高炉衬的首次烧结强度。
" @( f* n! t( F  \①烘烤阶段。以25℃/h缓慢升温，目的是彻底排除炉衬中的水分，这时水蒸气向外扩散，当感应圈和石棉布上出现白霜时，说明炉衬的水蒸气已全部蒸发完毕。低温烘烤时，水蒸气的溢出速度不能太快，以免砂砾中出现早期裂纹。坩埚容量越大，越要降低升温速度避免水蒸气急速逸出。再用50℃/h的速度将坩埚模加热至600℃，保温4h，在573℃时完成石英砂的第一次相变，即β石英向α石英的转变，发生相变体膨胀约为0.82﹪，577℃时硼矸熔化与粉状的水晶石英砂形成玻璃相，使炉衬表面釉化。
0 S( K) q+ w( B8 R; ~0 X$ F②半烧结阶段。以50℃/h升温至900℃保温3h，以100℃/h升温至1200℃保温3h，870℃以上进行石英砂的第二次相变，α石英向α磷石英的转变，转化速度很慢，因膨胀量很大，必须控制升温速度，防止产生裂纹。
③完全烧结阶段。高温烧结时，坩埚的烧结结构是提高其使用寿命的基础。烧结温度不同，烧结层厚度不足，使用寿命明显降低。以50℃/h升温至1470℃保温1h，1470℃时α磷石英转变为α方石英，发生第三次相变，体积增大4.7﹪.
7.使用与维护保养
①打结好的炉衬，应立即烘烤，最好连续生产1周以上，让其形成比较厚的烧结层，以抵挡冷却收缩引起的拉应力。
0 i, f7 C, ]: d4 H②新炉筑好以后，加料时必须轻放，以免砸坏炉衬，前几炉熔炼时先在炉底加些的小回炉料，然后再加生铁，熔炼第一炉时，最好往炉中加入0.5～1﹪的碎玻璃，使坩埚模表面挂上一层釉石，保护炉衬。
4 H8 c  g1 H# M& }③前几炉熔炼时，应使用无锈的清洁炉料，使用的前几天，金属液面要高，最好满炉操作，让炉衬完全烧结。
+ {- C3 T" h$ X5 t④熔炼时应勤观察，不得让炉料搭棚和结壳，严禁炉渣封盖液面，要勤于扒渣，避免熔渣沉积在炉壁上，如炉渣附着较多时，可加入一些碎玻璃或石灰石除渣。采用低温熔炼、糊状保温，临出炉时提高温度，达到出炉温度时即刻出炉。
⑤从冷炉开始熔炼时，必须先低压送电，预热炉料和炉衬，防止炉衬急冷急热时产生裂纹。
* `2 E2 ]7 m7 |3 L⑥出炉后要及时检查炉壁，炉底，若发现有黑斑、黑点存在，说明有孔洞存在或炉壁过薄，需要采取补救措施。对于有空洞或过分侵蚀而损伤的部位，要进行热补。热补前要铲去待补部位的粘渣，其后将混好的筑炉料填入，严禁在有损伤的坩埚内熔炼铁液。
, Z% C2 I" R1 q! e2 Q; o) b⑦间断开炉，停炉时要出完铁液，盖好炉盖让炉衬随炉缓慢冷却，并适当减小冷却水压力，否则冷却过快会造成炉衬横拉裂或多处出现裂纹而报废。当炉膛温度降到200℃左右即可停冷却水。
⑧在炉子使用的中后期，炉衬表面与渣中的氧化物经常接触，发生高温物理化学作用，使表面炉衬的结构成分发生变化。炉衬逐渐被腐蚀，这时必须进行中修，以延长炉衬的使用寿命。中修前开炉的最后两炉铁液应采取高温熔炼措施，提高铁液温度，使炉壁的挂渣或堆积的渣包能融化上浮。必要时可加入适量碎玻璃以降低熔渣熔点，以便于扒渣和铲掉。为停炉后的中修奠定良好的基础。
⑨被侵蚀炉衬的剥离，由于长期融化铁液形成的坩埚釉化层并有残渣依附在上面时，在进行中修前应轻轻剥离，不能使内部炉衬及石棉板、玻璃丝布受损。尽量使各部位见到新茬。清理干净后，涂刷硼酸水溶液，加混好的筑炉料捣实。
8.使用效果
4 m  H' I( @8 S, v& D4 D    按照以上方法筑炉、温炉，可以取得良好的效果，经过一次中修多次小修，熔炼球铁，炉衬平均寿命为960炉，熔炼高铬铸铁炉衬平均寿命为550炉，熔炼低合金铸铁炉衬平均寿命为630炉。