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中頻爐濕法筑爐的應(yīng)用
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中頻爐濕法筑爐的應(yīng)用

廠家:中頻爐濕法筑爐的應(yīng)用 日期::2020-02-04 瀏覽次數(shù): 103

在3噸中頻爐中,采用濕法熔爐建造技術(shù),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(xù)的生產(chǎn)條件下熔煉鑄鐵輥達(dá)到如此高的爐齡,這是一個(gè)巨大的進(jìn)步。 3t中頻電爐濕法筑爐的成功建設(shè)是對(duì)傳統(tǒng)干法的一大挑戰(zhàn)。濕式爐的構(gòu)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(jié)爐襯后,取出鋼制坩堝模具,并用木柴烘烤幾個(gè)小時(shí)后,即可裝料進(jìn)行熔煉。與干式爐相比,濕式爐每次可節(jié)省一個(gè)鋼制坩堝模具,節(jié)省爐時(shí)20小時(shí)以上,為爐節(jié)省約2,000度電,基本實(shí)現(xiàn)了中頻電爐可以當(dāng)天開(kāi)爐熔煉。

3t中頻爐鋼坩堝模具的原始設(shè)計(jì)如圖1(a)所示。它是由兩個(gè)截短的空心錐體組成的鋼制坩堝模具。這種結(jié)構(gòu)的鋼制坩堝模具在建造熔爐時(shí)具有一個(gè)缺點(diǎn),即,(1)部分中的死砂不易結(jié)實(shí),并且容易引起鐵水泄漏。改進(jìn)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(jìn)有助于在熔爐制造過(guò)程中打結(jié)。沒(méi)有死角,從根本上解決了原始鋼制坩堝模具的打結(jié)(1)不易打結(jié)的問(wèn)題。實(shí)踐證明,這種改進(jìn)是非常成功的,并且是延長(zhǎng)爐齡的關(guān)鍵之一。

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用于濕式爐的鋼制坩堝模具是永久性的,也就是說(shuō),在完成每個(gè)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(yīng)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(huì)損壞熔爐爐襯的內(nèi)壁。

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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(jié)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生水蒸氣。為了促進(jìn)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(shí)具有良好的透氣性。因此,在濕法熔爐構(gòu)造中僅使用石棉布是合理的,并且熔爐構(gòu)造的成本可以大大降低。


爐底鋪2層石棉布,要求兩層交錯(cuò)鋪設(shè),每層平整無(wú)皺折。

緊靠感應(yīng)圈內(nèi)壁鋪兩層石棉布,鋪設(shè)時(shí),要先上后下,每層平整無(wú)皺折,縱縫搭接用水玻璃粘住,相鄰兩層接縫錯(cuò)開(kāi)。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(shí)石棉布往下移動(dòng)。用此法鋪設(shè)絕緣層和絕熱層,操作簡(jiǎn)單方便。

爐襯材料采用精制石英砂。對(duì)石英砂化學(xué)成分要求如下:SiO2含量應(yīng)大于98%,堿金屬氧化物(K2O、Na2O)含量應(yīng)小于0.50%,Fe2O3含量應(yīng)小于0.75%。助燒結(jié)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(yīng)經(jīng)70~80目篩子過(guò)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(fā),可用濕紡織袋蓋上。配制場(chǎng)地應(yīng)清掃干凈,在拌制過(guò)程中應(yīng)防止鋼屑和鐵屑混入。


根據(jù)設(shè)計(jì)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(dòng)打結(jié)爐襯。爐子底部的材料要堅(jiān)固并刮除,然后用平頭錘將其弄平。在測(cè)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(shí)應(yīng)使周圍的壁厚盡可能均勻,可以使用3個(gè)相同的厚度,一端比爐襯壁厚小,一個(gè)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(jié)時(shí)松動(dòng),應(yīng)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(jié)過(guò)程中提起鋼制坩堝。固定鋼坩堝模具后,可以打結(jié)爐襯。爐襯逐層填充固化,每層厚度不超過(guò)50mm。這樣做之前,請(qǐng)均勻涂抹。在手動(dòng)打結(jié)期間,需要多人進(jìn)行單獨(dú)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(jié)過(guò)程中,需要3個(gè)人緩慢旋轉(zhuǎn)爐子以改變位置,以免產(chǎn)生不均勻的力。引起密度差異。在打結(jié)過(guò)程中,應(yīng)格外小心,不要損壞石棉布,否則損壞的石棉布部分會(huì)導(dǎo)致砂漏。因此,如果發(fā)現(xiàn)石棉布已損壞,應(yīng)立即修理。

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爐襯打結(jié)完成后,用起重機(jī)緩慢提起鋼坩堝模具,然后檢查爐襯內(nèi)壁的打結(jié)質(zhì)量。舉起鋼坩堝模具時(shí),舉升速度不應(yīng)太快,并且應(yīng)在碰到鋼坩堝內(nèi)壁的同時(shí)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(kāi)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(shí)。
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濕法筑爐完成之后,僅用木柴進(jìn)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(nèi),使之完全燃燒對(duì)爐襯進(jìn)行烘烤。用木柴烘烤數(shù)小時(shí)之后,即可裝料進(jìn)行熔煉,對(duì)于非連續(xù)生產(chǎn)的工廠,第二天再裝料進(jìn)行熔煉。裝料前應(yīng)先將爐膛內(nèi)的木炭灰清理干凈之后才可進(jìn)行加料。中頻爐烘爐不用電,這是濕法筑爐的特點(diǎn)。濕法筑爐熔煉第一爐鐵液時(shí),爐料要清潔無(wú)銹,料塊應(yīng)盡量小一些,加料時(shí)一定要輕放,不要碰壞爐壁,因?yàn)榇藭r(shí)的爐壁僅經(jīng)木柴烘烤,爐壁的強(qiáng)度和硬度都較低。送電熔煉前15min用800kW,使?fàn)t襯升溫速度不宜過(guò)快,有利于爐襯中的水分排出和石英的晶型轉(zhuǎn)變。隨后功率升至1400~1500kW進(jìn)行正常熔煉。第一爐鐵液溫度升至1500℃后保溫30min,使?fàn)t襯進(jìn)行燒結(jié)。第一爐的熔煉時(shí)間一般120~130min。為了得到一個(gè)良好的釉面內(nèi)壁,除了第一爐盡量用干凈無(wú)銹的小塊爐料外,并應(yīng)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(xù)性生產(chǎn)的中頻爐,每使用一次之后,由于種種原因均會(huì)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(shí)爆裂形成的沖擊使?fàn)t襯產(chǎn)生裂紋,損壞較為嚴(yán)重,因此,每使用一次之后都必須進(jìn)行修補(bǔ),達(dá)到延長(zhǎng)襯命的目的。修理前應(yīng)先將要修理處的殘鐵清理干凈。修補(bǔ)爐襯的材料配比同爐襯材料配比,修補(bǔ)爐襯上平面和出鐵口用粒度略細(xì)的石英砂,用水玻璃為粘結(jié)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(duì)于防止該部位粘鐵很有效。修補(bǔ)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(tài)下進(jìn)行打結(jié)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(rèn)為采用濕法筑爐時(shí),水可做為堆積石英砂混合料顆粒的潤(rùn)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(jié)實(shí),而且,在打結(jié)過(guò)程中石英砂不會(huì)產(chǎn)生顆粒偏析。從目測(cè)情況看,濕法筑爐的打結(jié)效果好。研究表明,石英砂的顆粒偏析會(huì)破壞合理的粒度配比,導(dǎo)致?tīng)t襯材料的燒結(jié)性變差,強(qiáng)度和耐急冷急熱性能下降,以及體積密度降低。據(jù)此可以認(rèn)為濕法筑爐襯的燒結(jié)較好,強(qiáng)度較高,耐急冷急熱性能較好,同時(shí),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(jié)時(shí)石英晶型轉(zhuǎn)變問(wèn)題;自然界或低溫下穩(wěn)定存在的都是β2石英。β2石英加熱至573℃時(shí)快速轉(zhuǎn)變?yōu)棣?石英。在573~870℃α2石英穩(wěn)定存在。當(dāng)有燒結(jié)劑(礦化劑)時(shí)α2石英在870℃緩慢轉(zhuǎn)變?yōu)棣?鱗石英,并伴有16%的體積膨脹。α2鱗石英在870~1470℃穩(wěn)定存在。α2鱗石英在1470℃轉(zhuǎn)變?yōu)棣?方石英,α2方石英在1470~1713℃穩(wěn)定存在,當(dāng)溫度高于1713℃時(shí)開(kāi)始緩慢熔融。α2方石英在正常冷卻條件下并不轉(zhuǎn)變?yōu)棣?鱗石英。在實(shí)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(zhì),SiO2的晶型轉(zhuǎn)變按有礦化劑的條件下進(jìn)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(jié)要達(dá)到2個(gè)目的:①排除爐襯材料中的水分;②完成石英砂的晶型轉(zhuǎn)變且不開(kāi)裂,最終獲得由α2方石英形成的燒結(jié)層、半燒結(jié)層和未燒結(jié)層3層結(jié)構(gòu)的爐襯,在不同的溫度完成不同的任務(wù),在不同的溫度區(qū)間控制不同的升溫速度。燒結(jié)過(guò)程是在高溫下使石英砂料的接觸面上出現(xiàn)液相結(jié)合,形成連續(xù)的燒結(jié)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)使整個(gè)石英料聯(lián)成一個(gè)整體[2]。燒結(jié)后的爐襯斷面分為燒結(jié)層、半燒結(jié)層、未燒結(jié)層。燒結(jié)層要求密度大、強(qiáng)度高、表面裂紋少,砂粒顆粒之間全部熔化,燒結(jié)網(wǎng)絡(luò)均勻完整。燒結(jié)層的厚度約占全壁厚的37%~48%。半燒結(jié)層是燒結(jié)層和未燒結(jié)層之間的過(guò)渡區(qū),在該區(qū)內(nèi)部分顆粒的接觸面開(kāi)始熔化,燒結(jié)網(wǎng)絡(luò)不完全。該層的作用是緩沖燒結(jié)層的應(yīng)力,阻止燒結(jié)層內(nèi)產(chǎn)生的裂紋向外延伸。半燒結(jié)層的厚度約占全壁厚的28%~31%。未燒結(jié)層是半燒結(jié)層和感應(yīng)圈之間有一層完全沒(méi)有燒結(jié)的原始砂料。這層砂料起著絕熱的作用,當(dāng)爐襯在加熱和冷卻時(shí),也起著體積膨脹和收縮的作用。未燒結(jié)層的厚度占全壁厚的27%~32%[3]。助燒結(jié)劑采用硼酸,它的主要作用是降低石英砂的燒結(jié)溫度。硼酸的化學(xué)式為H3BO3,當(dāng)硼酸加熱脫水而成硼矸,它的分子式為B2O3。SiO22B2O3系相圖[4]見(jiàn)圖2,由圖可知,SiO2的熔點(diǎn)為1710℃,B2O3的熔點(diǎn)為450℃,B2O3與SiO2形成的共晶物只有372℃,就是說(shuō)B2O3作為石英質(zhì)料的助燒結(jié)劑時(shí),在372℃就會(huì)出現(xiàn)液相。

用木柴烘燒時(shí),爐襯內(nèi)壁表層溫度可以達(dá)到500℃,高于硼酸和B2O3與SiO2形成的共晶物的熔點(diǎn),這時(shí)助燒結(jié)劑可以使表層石英砂燒結(jié),提高爐襯內(nèi)壁表層的強(qiáng)度。由于烘爐溫度不高和時(shí)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(guò)程中才能全部排除和進(jìn)行燒結(jié)。生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn),在熔煉第一爐鐵液時(shí),爐襯外壁經(jīng)常有較多的水蒸氣排出。新?tīng)t襯第一爐熔煉鐵液3.5t,時(shí)間為120~130min,除開(kāi)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(dá)到1500℃時(shí)也只保溫30min。而3t中頻爐干法筑爐一般烘爐和燒結(jié)時(shí)間均在25~30h。干法筑爐比濕法筑爐烘爐和燒結(jié)時(shí)間高出10倍。為什么濕法筑爐只用干法筑爐的1/10時(shí)間就能把爐襯燒結(jié)好,并進(jìn)行正常使用,石英的晶型轉(zhuǎn)變又是如何完成的?這些在目前尚無(wú)法進(jìn)行解釋。

3t中頻爐濕法筑爐爐齡275爐的這套爐襯報(bào)廢后檢查發(fā)現(xiàn),爐襯燒結(jié)層為28~30mm,占爐襯壁厚的40%左右,半燒結(jié)層和未燒結(jié)層均在20mm左右,占爐襯壁厚的30%左右。未燒結(jié)層的石英砂是完全沒(méi)有燒結(jié)的原始砂料,拆爐時(shí)用水一沖即散。實(shí)踐證明,這套爐襯的燒結(jié)是十分完美的,因而爐齡高。根據(jù)實(shí)際情況,我們認(rèn)為可能是中頻爐的功率密度大,升溫速度快,可以在很短時(shí)間內(nèi)使?fàn)t襯表層石英砂燒結(jié),形成一定厚度的燒結(jié)層,而在隨后的連續(xù)熔煉過(guò)程中,燒結(jié)層逐漸加厚,直至達(dá)到理想的燒結(jié)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(jiǎn)單方便,省時(shí)省電,成本較低,勞動(dòng)條件好,爐襯壽命長(zhǎng)。

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

濕法筑爐的爐襯材料在濕法打結(jié)過(guò)程中,容易打?qū)?不產(chǎn)生石英砂的顆粒偏析,爐襯的體積密度較大,均勻度提高。

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