中频感应电炉中性炉衬湿法筑炉经验

作者：周立刚，承明泽，王贺，周立成（驻马店中集华骏车辆有限公司铸造分公司）

    中频炉炉衬质量直接影响电炉运转率、产量和电能消耗。因此业内人士对于炉衬的使用寿命都非常重视。国外多使用镁砂或石英砂炉衬；国内大多数厂也以镁砂或石英砂炉衬为主。作者所在公司每年生产各类合金钢、高锰钢铸件５０００ｔ以上，球墨铸铁件１００００ｔ，有多台０．５０ｔ，０．７５ｔ，１．０ｔ中频感应炉，曾经采用过镁砂炉衬，石英砂炉衬。生产使用中发现，采用镁砂炉衬成本高；采用石英砂炉衬使用寿命短，一直不理想。近几年采用高铝砂中性炉衬，湿法筑炉降低了原材料成本，使用寿命达１００￣１６０炉次，节省了时间、人力及电能消耗，取得了明显的经济效益。

１中频炉中性炉衬湿法筑炉工艺

１．１坩埚模形式及绝缘层的铺设

１．１．１坩埚模

以前用过一次性坩埚模，即用２￣３ｍｍ钢板焊成，不从坩埚中取出，在烘干和烧结时产生电感应加热作用，熔炼**炉钢时与炉料一起熔化。现改用**性坩埚模，作者所在公司曾经用木模制成坩埚模，外包薄钢板。为了便于拔模均镶有活动模块，并采取在坩埚模上涂油，或粘贴光滑纸／布等措施以便顺利拔模，该法制作复杂。现在作者所在公司根据坩埚大小不同，采用５￣１０ｍｍ厚钢板制成**性坩埚模。坩埚模形状，采用平截空心圆锥体，用于半干法打结镁砂炉衬时，经常在拐角处发生“穿炉”；后改为两个平截空心圆锥体按有关标准焊接，两锥平缓过度，底部为平球面圆角，这样使炉底与炉壁处容易打实，避免了在此处穿炉。

１．１．２绝缘层的铺设

作者所在公司感应电炉的绝缘隔热层采用的是石棉布及玻璃纤维布。主要起绝缘隔热和固定炉料的作用。石棉布绝缘、隔热、透气等性能较好，但是价格较高。玻璃纤维布也可起到绝缘隔热和网住炉料的作用，价格较便宜，但使用效果较差。经过权衡利弊后，作者所在公司采用了石棉布。敷设方法为，①炉底交错铺设２￣３层石棉布，要求平整无折皱；②炉壁铺２层石棉布，搭接处用水玻璃粘牢，上边要伸出１５０￣２００ｍｍ剪开口，用水玻璃粘在炉口平板上，并用重物压紧以防打筑炉衬时下滑；③采用Φ５ｍｍ的盘圆作一弹性涨圈，压紧已经铺好的炉壁石棉布。

１．２炉衬材料的配制及筑炉工艺１．２．１

炉衬材料的配制

对中频感应电炉的炉衬材料的要求是：

①耐火度要高于１７００℃，软化温度应高于１６５０℃［１］；

②中频感应电炉靠电磁感应传递热量，炉衬壁内外温度差很大，由于受钢液、加料和停炉的影响，炉壁温度不断变化，产生体积膨胀和收缩，因为受热不均匀产生裂纹，因此炉衬材料要有良好的热态稳定性［１］；

③炉衬材料在高温时应不易分解和还原，不与炉渣形成低熔点物质，不与钢液和变质剂产生化学反应，应该具有良好的化学稳定性；

④炉衬材料低温受炉料冲击，高温受钢液冲刷，应耐高温磨损和侵蚀；

⑤良好的绝缘性能，高温下不导电，施工性能好，烧结性能好，筑炉维修方便。国内外广泛使用石英砂（酸性）和镁砂（碱性）炉衬，作者所在公司也用过。近年来，作者所在公司根据生产要求，追求合理的性价比，采用河南富有的铝钒土（三氧化二铝）作为炉衬材料。所选择的铝钒土熟料耐火度要求大于１７７０℃，化学成分要求为Ａｌ２Ｏ３≥

８３％、Ｆｅ２Ｏ３≤１．２％、Ｋ２Ｏ≤０．６６％、ＳｉＯ２≤９．３％、ＣａＯ≤０．２２％。选择的铝钒土熟料可以满足上述要求。１．２．２

炉衬材料粒度控制

  炉衬材料中，粗、中、细粒度各有不同作用。合理的粒度级配可以使坩埚的孔隙率小，致密性高，烧结性和耐激冷激热性好［１］。粗粒度材料起骨架作用，可使炉衬具有高强度，高抗冲击性能，好的高温抗渣性能。但是粗粒度料过多，则打结后的炉衬密度差，难形成稳固和完整的烧结层，并且炉衬烧结时膨胀较大，容易引起炉衬破裂，孔隙增加，降低炉衬使用寿命。中粒度材料能有效填充粗粒度料的间隙，增加堆积密度，提高炉衬强度，改善炉衬的烧结性能。细粒度填充粗、中粒度的间隙增加接触表面，使炉衬具有良好的致密性，保证炉衬的烧结质量及烧结炉衬整体的连续性。但是细料容易烧蚀，如果含量过高，耐火度及耐侵蚀性能将降低。因为细料的表面活性大，易熔融及与炉渣反应，结果使炉衬使用寿命缩短。

按照上述原则，并根据多年的生产经验，作者所在公司中性感应电炉的坩埚材料是用水或水玻璃（模数３．０￣３．４）作为粘结剂，坩埚材料为高铝矾土熟料（炉壁和炉领材料配比相同）。配料前要除去料中的杂质，如用磁铁吸出混入的铁屑等。炉衬料的质量配比为：粒度６￣９ｍｍ料占２７％，粒度３￣５ｍｍ料占４６％，粒度０￣３ｍｍ料占２７％，水玻璃５％。１．２．３

筑炉工艺

筑炉底，在铺好石棉布的炉底填加８０￣１００ｍｍ厚已混匀配好的坩埚材料，用风镐捣实后，将其表面耙松，再次添加一层４０￣６０ｍｍ的筑炉料，再捣实。反复进行直到符合规定的高度（即与底部第二层感应线圈平齐，炉底厚度１５０￣１８０ｍｍ）。坩埚底打结好后，放上坩埚模（用５￣８ｍｍ厚的钢板焊成坩埚的内部形状），摆正位置，使坩埚中心位置与感应圈中心重合，并校正中心位置，按１２０度方位放三块木楔防止坩埚偏斜，在坩埚内装入压铁或重物加以固定，防止打炉壁时将模抬起。

筑炉壁，先耙松坩埚底部，添加一层４０￣６０ｍｍ的筑炉料用捣固叉和平锤认真打好炉底和炉壁拐角处炉衬。然后用捣固叉分多层进行坩埚壁打结：先耙松坩埚样模和石棉布之间的炉衬，加上一层４０￣６０ｍｍ厚混配好的筑炉料，用风镐捣实（注意不能碰破石棉布，以免漏料；不慎碰破石棉布必须用水玻璃粘补好）。捣实后再耙松捣实面，加上一层４０￣６０ｍｍ厚混配好的筑炉料，用风镐捣实，反复进行，直至筑到与坩埚模顶端平齐为止。打筑过程中应保证层次之间衔接良好，炉体紧实度均匀，并严防坩埚模偏斜。

打筑炉领，在炉领上涂一层水玻璃，用混好的炉领料（炉领料中要增加细料）

按一定坡度附在炉上并修饰光滑。打筑紧实后刷一层水玻璃，取出坩埚模样。根据作者所在公司具体情况，筑炉时间约为７￣８ｈ。注意事项，筑炉的松紧度要适当。过紧，坩埚受热后产生过大应力易出现裂纹；过松，影响坩埚使用寿命。筑炉料中严禁含有导电物质，混料前必须进行检查，可用磁选机进行磁选。还要防止石棉纤维及尘土杂物等混入料中。

３坩埚烘烤与烧结

坩埚烘烤

湿法筑炉后，为了除去坩埚内的水分又不使其产生裂纹，必须缓慢加热［２］。作者所在公司现在采用煤球进行烘炉。模样取出后在坩埚底部装入煤球，一般烘炉时间在８ｈ以上，用３￣４块大煤球，待煤球烧成灰，基本烘干；炉底烘干较差，必须通电烘烤。烘烤为３￣５ｈ，须逐步增大输入功率，视公司交替用炉时间和筑炉到使用时间不急用时使其自然干燥。

１．３．２坩埚的烧结

炉衬材料烧结后其结构分为烧结层，半烧结层

（过渡层），未烧结层（松散层）

①烧结层直接与钢

液和炉渣接触，经受侵蚀和冲刷。还受激冷激热的影响产生很大的内应力。因此烧结层强度要高，密度要大，表面裂纹要少。这一层料粒之间应该全部融合，烧结网络应均匀完整。烧结层占炉衬厚的３０％￣４５％。

②过渡层，它是烧结层和松散层之间的过渡带，作用

是缓解烧结层的应力，阻止烧结层内产生的裂纹向外延伸。过渡层占炉衬厚的３５％￣４０％。

③松散层，松散层是没有烧结的衬料。其作用是缓解因为体积膨胀和收缩造成的危害，阻挡烧结层裂纹钻出的钢液，防止漏炉，也起隔热作用。松散层占炉衬厚的２５％￣３０％。

坩埚的烧结，①湿法筑炉烘干后熔炼**炉钢时，炉料要清洁无锈，料块大小适中；②加料时要小心轻放，不得碰坏炉壁（因为用煤球烘烤或自然干燥过的炉壁强度和硬度比较低，要细心维护）

③送电熔炼

**炉钢时，先低功率缓慢升温，令水分全部排出，使炉衬料晶型转变，经过３￣４ｈ后，提高功率烧结，钢液升温１６００℃以上保温２０ｍｉｎ进行烧结。**炉钢熔炼时间要延长４０ｍｉｎ左右，得到良好的釉面内壁，同时扒掉钢液表面的渣。

４合理熔炼及坩埚的修补

１．４．１合理熔炼

严重粘砂及有锈蚀、污物的炉料要清理干净后入炉。加料方式为边部加大重料，中间细薄料，大重料小心轻放不要直接投砸炉底或碰坏炉壁。防止炉料搭桥和结壳，减少对坩埚的侵蚀。熔炼中捅料时，要先挑开粘结，再向下捅料，用多次、少量的加料方式，形成的炉渣要及时扒除，防止坩埚壁结渣。连续熔炼时应保留１０％￣１５％的钢液，以减缓后续加料的冲击，

加快熔炼速度。

１．４．２坩埚的修补

补炉材料用３￣６ｍｍ高铝矾土熟料占６３％，６￣９ｍｍ高铝矾土熟料占３７％，外加适量的水玻璃。炉衬修补及烘烤，当炉衬局部损坏严重时，必须停止使用，进行修补。补炉前应完全清除炉内残钢及钻进炉壁的钢块和熔渣，在清理好的炉壁上刷一层稀释过的水玻璃，把坩埚模样装入，然后将补炉料倒入炉内捣筑结实。在修好的炉壁上涂刷一层水玻璃，宜自然干燥２ｈ以上，再向补好的炉内装入炉料、通水、通电进行烘烤。

２中性炉衬湿法筑炉的效果

作者所在公司每台感应电炉每天开炉次数为１５￣１６炉次，补炉次数约为３￣４天补一次，可熔炼高锰钢１３０炉以上（期间约补３￣５次）。合金钢１６０炉，最高１８０炉。

中性炉衬湿法筑炉要点：①铝钒土质量要高，三氧化二铝含量应大于８３％；②确定**的粒度级配，大粒和小粒用量相当，中间粒度要多；③应制作**性的锥度合理的坩埚模；筑炉要认真心细；④低温长时间缓慢烘炉，防止升温快炉壁开裂；⑤烧结温度要高，特别是**炉要提高出钢温度，烧出釉面；⑥合理熔炼经常注意精心修补。几年生产实践使作者所在公司有关人员认识到，中性炉衬成本低，原料来源方便，劳动条件好；湿法筑炉简便，炉衬容易打实；不产生粒度偏析；体积密度大，均匀度高；具有明显的经济效益和社会效益。

参考文献：

［１］周育．中性炉炉衬长炉龄的探讨［Ｃ］．２００３年铸造活动周论文集，沈阳：中国机械工程学会铸造分会，７６．

［２］肖黎明．Ｂ级钢中频感应炉熔炼用镁砂坩埚的失效与防止［Ｊ］．铸造技术，２００６（３）：２０１－２０４．

［３］

李济玉．中频电炉湿法筑炉的实践［Ｊ］．铸造技术，２００６（３）

自动化铸造设备：//chaoweisdn.com/