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7个措施有效消除熔炼工艺对炉衬寿命的影响
作者: 发布于:2020-3-16 9:46:11 点击量:

 连续熔炼和间歇熔炼对炉衬的使用寿命有着很大的影响。在连续熔炼时,炉衬始终是处于热状态,受温度剧变的影响小。间歇作业时,每熔炼一炉炉衬就会从低温高温低温周期性的急冷急热地变化一次。这种急冷急热变化的结果就会使炉衬产生裂纹,从而使炉衬的使用寿命降低。 

除镁铝尖晶石质炉衬外,镁质和石英质炉衬的耐急冷急热性是很差的。其中石英质炉衬尤其显著,在炉衬加热和冷却过程中,炉衬烧结层的线膨胀或收缩率0.9%。也就是说每间歇冶炼1炉,炉衬的体积将产生一次膨胀和收缩。在800℃以下这种变化率最大,如果炉衬处于连续熔炼的条件下,炉衬壁的温度将不会低于800℃,这样炉衬体积的变化率是很小的,产生裂纹的时间也将推迟,炉衬的寿命得以提高。 因此,为了延长炉衬的寿命,熔炼铸铁的大型工频炉停炉时,必须使坩埚温度保持在800℃以上。 
熔炼过程中溶液会通过耐火材料基体中的毛细孔道渗入到耐火材料基体内部侵蚀炉衬。渗入到耐火材料基体内部的成分包括;渣中的CaOSiO2FeO; 钢液中的FeSiAiMnC,甚至还包括金属蒸汽,CO气体等。这些渗入成分沉积在耐火材料毛细孔道中,造成耐火材料工作面的物理化学性能与原耐火材料基体的不连续性,在操作温度急变下将出现裂纹、剥落和结构疏松,严格的说这个损毁过程比溶解损毁过程严重得多。
以碱性炉衬为例,提高氧化镁含量及粘度,既有利于减少对炉衬的侵蚀,有利于提高集渣效果。
1、熔炼温度对炉衬使用寿命的影响 
熔炼过程中钢液的温度过高,会造成炉渣温度升高,对炉衬的侵蚀加剧,使炉衬沿渣线过早的损坏。此外,高温还会促使钢液的流动性加速并加速向炉衬的裂纹渗透,加剧了金属液对炉衬的化学侵蚀。在尽量控制熔炼温度的同时,也不要出现长时间高温或保温等待浇铸的情况,过高的温度不但易使合金烧损,同时能耗也会增加。总之,熔炼温度越高炉衬的使用寿命越低.
高温的作用下炉衬材料中的SiO2会与钢(铁)液中的C发生还原反应,快速侵蚀炉衬。
高温保持是正常情况下炉衬浸蚀的主要原因,应尽量减少高温保持时间。高温出铁、低温浇铸,一直是操作的准则。但是每一种铸件都有其熔化工艺要求,在达到适合的温度时,不要过于追求过度的超温,要经常观察和测温。满足工艺要求即可,做到低温熔化、快速升温。高温钢液停留在炉衬中时间越长,对炉衬的侵蚀越大。
某铸造厂采用石英砂材料作炉衬材料生产铸铁件时,铁液检验合格,浇注也正常,但检验铸件质量时,发现碳元素低了、硅元素高了导致铸件不合格。究其原因其实是盲目追求高温出铁所造成的。铁液样送检后,炉上超高温保持导致碳元素在高温作用下形成一氧化碳气体蒸发,炉衬材料在高温作用下熔融—石英砂中的二氧化硅元素大量渗入铁液中。                                      14炉衬熔融后情况
2、熔炼钢种对炉衬使用寿命的影响                            
熔炼熔点低、流动性好的高碳和高锰钢时,钢液对炉衬的渗透作用加剧,会降低炉衬的使用寿命。
熔炼低碳高镍铬流动性差的钢种时,炉衬具有比较高的使用寿命。
熔点高的材质需要较高的温度,长时间的高温也会降低炉衬的使用寿命。
因此,在安排熔炼钢种时应当在炉衬的后期冶炼高碳钢和高锰钢。
另外熔炼不同的材质应注意金属材料的属性,如上一炉熔炼硫含量较高的金属,下一炉熔炼高锰钢极易造成炉壁侵蚀。因此,在安排熔炼钢种时应当在炉衬的后期冶炼高碳钢和高锰钢。
3、渣对炉衬使用寿命的影响
炉渣的酸碱度应当和炉衬的材质相适应。应根据炉衬的材质选择合适的炉渣。碱性渣适用于镁质炉衬,但能被高CaO渣和SiO2渣侵蚀,过量的CaF2也会侵蚀碱性炉衬,使渣线区过早熔蚀。酸性渣适用于石英质炉衬,镁铝质炉衬只能适用于弱碱性或中性渣。氧化铝质炉衬高温下在不同的酸碱度中会表现出典型的两性,其可以适应不同酸碱度的熔渣,相比酸性炉衬和碱性炉衬来说稍差一些。
加入炉内的金属材料会带入各种不同的氧化物,不同材质、不同炉次的炉渣成份也不尽相同。炉渣中存在的各种氧化物、碳化物、硫化物及各种形态的复合化合物,大部分都会和炉衬发生化学反应,生成不同熔点的新的化合物。反应中生成的一些低熔点氧化物如铁橄榄石(FeOSiO2)、锰橄榄石(MnOSiO2)等熔点一般在1200℃左右范围内。低熔点渣具有极好的流动性,可能会形成助熔剂作用,对炉衬产生剧烈的化学侵蚀降低炉衬的使用寿命。               15渣对炉衬的侵蚀
反应中生成的高熔点渣如莫来石(3Al2O3·2SiO2)、镁橄榄石(2MgO·SiO2)等,及一些高熔点的金属元素熔点可达1800℃以上,悬浮在金属液中的高熔点渣和低熔点渣之间还有比较复杂的穿插互溶作用,这些熔渣极易粘附在炉壁上并形成累积造成严重的粘渣,影响电炉的功率、熔速和容量,直至影响炉衬寿命。出现这样的情况可以采取3点措施来消除:
1)通过加强对入炉料的管理:大幅度减少带有砂子、铁锈、油污的材料和含有各种杂质的废料及回炉料的入炉是防止感应电炉炉衬侵蚀和粘渣的重要措施;
2)制定合适的工艺:根据炉衬和所熔合金的材质制定加料顺序和合适的熔化工艺,尽量减少杂质和炉衬接触的机会和时间也是防止感应电炉炉衬粘渣的有效方法;
3)采用新型辅助材料清洁金属液和炉渣中的氧化物及杂质:如脱氧采用多元素复合脱氧剂来代替单一元素脱氧剂。单一元素脱氧剂脱氧产物的熔点较高,在金属液中以固态质点存在,很难排出,也易粘附在炉壁上,而稀土元素,作脱氧剂虽然脱氧能力强,但其脱氧产物密度大也不易从金属液中排除,而且稀
土元素还容易与硅质和氧化铝质炉衬材料中的SiO2Al2O3发生化学反应,侵蚀炉壁。 
多元素复合脱氧剂如硅铝钡钙脱氧能力强,脱氧后的产物是液态质点容易上浮除去。金属液中的多种溶渣化合物及多种有害的气体,如果不能彻底清除造成了炉衬的粘渣,也使铸件形成各种铸造缺陷,采用高质量的除渣剂能够将金属液表面的浮渣清除干净,对于混溶和悬浮在金属液中的杂质和气体却无法清除。
真空下进行无渣冶炼时,炉衬的使用寿命大于非真空冶炼时的寿命,证明炉渣会使炉衬使用寿命下降。
4、熔炼操作对炉衬使用寿命的影响
熔化期金属炉料能否顺利熔化影响很大。装料的松紧程度直接关系到炉料的熔化速度。为了快速加热和熔化,装料要力求紧密,但又要避免熔化过程中出现架桥现象,这样会使下部已溶化的金属液过热,使金属液吸气和增加合金元素的烧损,延长熔化时间,高温和剧烈的涡流会严重侵蚀炉壁,出现架桥和处理架桥对炉壁的损伤大。当金属液面过低时要特别注意加料,如果加入大块料而电炉又输入高功率,则底部将产生严重过热加剧侵蚀,整个炉衬中以中下部承受的静压力最大,温度最高,冲刷最严重。熔炼的金属液达到适合的温度和质量要求之后应停电出炉,这样不但安全而且降低了能耗,还可以保护炉衬的下半部不致因过热金属液的冲刷而损毁。应尽量缩短熔炼时间降低钢液熔炼耗电。
可以采取7个措施来消除熔炼操作对炉衬使用寿命的影响 
1)开炉前应再次仔细检查电源柜、水冷、倾炉机构等设备,以尽量减少由于设备故障而引起的停炉故障,特别是满炉时的停炉(俗称座炉”),此时应尽量在铁液凝固前修复开炉。否则,由于热胀冷缩,受热不均,炉衬将产生裂纹,严重影响炉衬寿命,导致炉衬早期漏炉事故的发生。
2)熔炼第一炉钢时,刚打好的炉衬,炉衬壁尚未完全烧结好,前几炉要用较洁净的金属材料,尽量避免成份复杂,含铁锈、油污较多的材料,特别是油浸废铁屑。因为成份复杂,含较多铁锈、油污,没有清理的废料、回炉料在高温、高氧下形成的氧化物之间有复杂的穿插互溶作用,极易形成粘渣,并侵蚀炉衬,会使炉衬出现疏松而熔损。
缓慢加料,应料少批多,随熔随加并扒清炉渣以减少熔渣。熔炼初期应采用低功率熔炼,带入的杂质不但加大了能耗,而且也会给铸件质量带来影响。每天熔炼完毕后倒空炉内的钢液,密封炉盖使其缓冷。
3)熔化期炉料产生架桥现象对炉衬的使用寿命的影响最大。出现架桥时,炉料与钢液脱离,钢液温度会过热到很高的温度,严重影响炉衬的使用寿命,在处理架桥现象时,过重的振动、锤击都会使炉衬遭到破坏。
注意炉料的搭配及时松料避免炉内棚料,防止局部过热以减轻对炉衬的局部剧烈浸蚀。
对严重粘砂、锈蚀的炉料应清理干净后才能人炉。先期应加入块度较小、锈蚀较轻的炉料,而对炉衬冲击较大的大块炉料应在中后期预热后缓慢加入,以减缓对炉衬的冲击,特别是早期未完全烧结透的炉衬。
4)由于废钢种类较多,(诸如:生铁块、改性生铁、渣钢、渣铁、内部回收废钢铁、外购废钢铁等。)炉料的体积和单重相差很大,加之废钢场地有限和生产节奏快。工人难以做到合理搭配,致使渣量波动较大,温度很不稳定,故各工厂应根据炉子的大小、废钢的实际情况与废钢堆放场地的实际,同时为防止装入过多或过少造成渣量波动大,来规范装入制度:既废钢块的块度与单重。
5)各种聚渣剂对炉衬使用寿命都会产生影响。
诸如高钙质、硅钙质聚渣剂在高温的作用下会与炉衬材料发生反应,严重地侵蚀炉衬基体。  
(6)出钢时,特别是钢液不能一次出完,炉子却不及时回位,炉温不是处于保温状态而是处于高温状态下;使炉衬上半部一直处于高温空烧和炉体下部处于局部电磁搅拌的情况下。将严重地、加速侵蚀炉衬。
7)停止熔炼时,应及时减少冷却水流量,盖上炉盖.使炉衬缓慢降温,减少对炉衬的热冲击,防止在冷却过程中产生裂纹。

 

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