中频无心感应电炉炉衬的气动筑炉与维护

陈晓光，杨贵成

（1.秦皇岛冶金重工集团，河北 秦皇岛 066000；2.秦皇岛NPB轴承有限公司，河北 秦皇岛 066000）

感应电炉是利用电流感应产生热量来加热和熔化铁料的熔炉。与冲天炉熔炼相比，感应电炉熔炼的优点是熔炼过程中没有增碳和增硫现象，而且熔炼过程可以造渣覆盖铁液，在一定程度上能防止铁液中硅、锰及合金元素的氧化，并减少铁液从炉气中吸收气体，从而使铁液比较纯净。感应电炉适用于熔炼高质量灰铸铁、合金铸铁、球墨铸铁及蠕墨铸铁等。无芯中频感应电炉能够直接熔化固体炉料，而且开炉及停炉比较方便，适合于间断性生产条件；又因其熔化速度快、金属溶液温度高、化学成分均匀等优点逐渐为许多企业所采用。同时也存在炉衬使用寿命短，拆炉、筑炉时间长等问题。我们经历了从手动筑炉、电动筑炉到现在使用气动筑炉机筑炉的过程，不仅大大缩短筑炉时间，还延长了炉衬的使用寿命，提高了生产效率。下面将中频无心感应电炉炉衬耐火材料的选择、整体气动筑炉方法及注意事项作一介绍。

1 炉衬耐火材料的选择

由于我公司使用中频无心感应电炉生产铸铁件，因此使用酸性石英质炉衬耐火材料。我们先后使用过多家公司生产的石英质炉衬耐火材料，因耐火材料的质量，筑炉工艺，烧结工艺各不相同，导致炉衬的使用寿命各不相同。经过对比，选用了上海乐法耐火材料有限公司的石英砂炉衬耐火材料，规格为SILICA MIX7 A0.8。材料具有合理的粒度级配，理化指标稳定，耐高温、抗侵蚀。用户可以根据炉子容量、熔化材质等进行选择合适的炉衬材料，使用时不需要再加入其他材料，直接装入炉内干法打结，电炉炉衬使用寿命相对较长，最长已达到495炉次。

2 干法打结炉衬的特点

无芯感应炉干法打结炉衬的特点是：炉衬容易烘干，烧结时间短；对烘烤升温速度要求不严，炉衬断面为烧结层、过渡层和松散层，炉衬对裂纹扩展的敏感性小，具有一定的容让性；也能有效地阻止金属溶液的渗入；材料本身导热系数小，炉衬结构隔热性能较好；拆炉衬时容易清除；炉衬密度大，使用寿命比湿法打结的炉衬长很多。

3 筑炉设备及工具

炉衬的质量受人为因素影响较大，手工打结劳动强度大，紧实率低。而气动筑炉机筑炉，炉衬紧实率高，工人的劳动强度低，而且能够缩短工时、提高劳动效率。气动筑炉设备及工具主要有：气动振动器及振动平板，气动锤击式侧壁振动器，捣筑叉和铲，下料漏斗，水平仪，卷尺，应急灯等。

1）气动振动器及振动平板

气动振动器（图1）的主要技术参数如下：

工作气压：0.6 MPa；振动频率：4600r/min～6500r/min ；压缩空气量：1.8 m3/min。

该气动振动器用于电炉炉底的振筑。振动平板根据电炉的实际尺寸焊接在气动振动器上，振动器振动时靠振动平板紧实炉底耐火材料。

2）气动锤击式侧壁振动器

该振动器用于炉侧壁炉衬的振筑（图2）。主要技术参数如下：

工作气压：0.6 MPa；锤击频率：2200次/min；激振力：1830N；冲击力矩：8.40kg/cm；

压缩空气量：0.78 m3/min

图1 气动振动器

图2 气动锤击振动器

3）捣筑叉和铲

捣筑叉（图3）和铲（图4）是必须的工具，为防止生锈需用不锈钢材料制作。

4）下料漏斗

当侧壁高度大于0.8 m或炉子容量大于3 t时，需采用漏斗向侧壁加料，以防止干振料在加料过程中产生颗粒偏析和粉尘飞扬。

4 坩埚模的制作

坩埚模用6 mm厚的钢板卷制焊接而成。坩埚模应保持同心，以保证坩埚侧壁厚度的均匀。坩埚模外侧面的所有焊缝必须打磨平整，铁锈、氧化皮等杂质也必须清除干净。坩埚模内侧面的焊缝必须铲除焊皮。沿坩埚侧壁圆周以300mm左右的间隔钻出φ3mm的排气孔。坩埚模底部以100mm左右的间隔钻φ5mm的排气孔。

图3 捣筑叉零件图

图4 铲的零件图

5 筑炉前的准备

筑炉前必须作好以下工作。

1）检查炉体：首先检查炉口、炉嘴状况并进行修补；其次检查感应线圈水泥是否完好，如有裂纹、凹坑必须用线圈水泥修好，然后对炉口、炉嘴、线圈水泥进行烘干，最后用压缩空气清除灰尘及杂物。

2）清理施工现场，保持工作现场清洁，穿戴好工作服并将口袋里的东西掏净，防止掉入炉料中，最好穿特制工作服。工作中严禁吸烟。

3）检查各种电器和接线，铺好云母纸，连接处用胶带粘牢，防止在筑炉过程中分离或脱落。准备气动筑炉机及所需工具等。

4）吹净炉衬材料包装袋上的灰尘，检查材料牌号和规格是否符合要求。炉衬材料要倒在用不锈钢板制作的盘里，不得混入任何金属物、包装袋纸、木条、煤粉、焦炭、沙土等杂物。以免高温下混入物熔化形成炉衬内空隙和裂纹，影响炉衬质量。

5）筑炉时要有专人组织、指挥，负责检查质量和测量尺寸，并做好记录。

6 炉衬的气动筑炉工艺

1）炉底施工工艺

（1）首先检查云母纸是否完好，胶带是否粘牢，其次按照技术要求在炉底上安装好检测漏炉报警天线。然后加入炉料将其固定好，确保筑炉完成后漏炉报警天线端头与坩埚良好接触。

（2）炉底振捣过程如下：

a）首先加入炉底所需总的一半炉衬耐火材料，用捣筑叉和铲将炉衬材料弄平整，并捣叉四遍去除空气。

b）按上述操作规程再加入其余炉衬耐火材料，直至底部料层高度高于炉底设计标高75mm。

c）突然将气动振动器气阀全开启一会儿，以检查气动振动器是否固定牢固。

d）用吊车将安装好气动振动器小心吊放到电炉底部。振动底板应仅与炉衬材料接触。

e）调节气阀使气动振动器正常工作。炉底振动时间约为20min～30min。期间应数次交替变换气压，改变振动频率，以使整个炉底能获得满意的振实效果。固定不变的振动频率，将导致炉底炉衬表面硬，内部疏松的结果。

f）提起振动底板时要边低速开启气动振动器，边小心缓慢提起振动底板，以免突然快速提起时出现真空抽吸现象，造成炉底耐火材料开裂。

g）气动振筑完成后的炉底耐火材料厚度要大于规定的炉底厚度25mm左右。

h）在放入坩埚模之前，用镘刀刮去多余高度的炉衬材料，用水平仪检查炉底表面的水平度。调整漏炉报警天线，确保他们与坩埚模连接。

i）将坩埚外周与侧壁炉衬材料相接的炉底炉衬表面划松，以使炉底与侧壁炉衬材料具有良好的衔接。此项工作在坩埚模放置之前完成比较容易，但应注意不要将坩埚模底部范围划松。

j）炉底气动振筑完成后，必须检查气动振动器有无零件脱落，使用工具有无丢失，确认无误后方可进行下道工序。否则，拆除已经气动振筑完成的炉底查找，然后重新筑炉底。

2）坩埚模放置

将坩埚模小心放入炉底，确保它放置水平。且位于炉子中心，以确保从炉底到炉顶的侧壁厚度均等。

3）炉衬侧壁施工工艺

（1）坩埚模定位并固定后，先用捣筑叉将与侧壁炉衬衔接的炉底部分的耐火材料叉筑4次，然后加入侧壁耐火材料开始侧壁捣筑工作。注意不能碰坏或沾污云母纸。

（2）耐火材料的加入：前两次加入侧壁所需总量的大约1/8的炉衬耐火材料，用捣筑叉和铲划平耐火材料并插四遍以去除空气。第三次加入侧壁所需总的量大约1/10的耐火材料，用捣筑叉和铲划平耐火材料并插四遍以去除空气。以后每次加入相同的量，并插四遍以去除空气。一直加满为止。注意每层加料后，用照明灯仔细检查云母纸是否损坏，炉衬材料中是否夹带金属小件、塑料、布质碎片等杂物，一经发现应立即去除。

（3）先非常缓慢地开启气阀，确认所有锤体完全伸出，弹簧卡箍紧压销栓座后才可全部打开阀门进行锤击作业。

（4）将气动锤击式侧壁振动器用起重机吊起，调节好锤体与坩埚模内壁之间的间距。锤击头与坩埚模内壁之间的间距一般为30mm。

（5）锤击头的冲击速度大小可以用供气量来调节。在压缩过程中，锤击头必须以全功率锤击。

（6）在坩埚模下部的锥形部位要锤击3次，调节锤体与坩埚模内壁之间的间距时，要用起重机将筑炉机吊出坩埚模再进行。每次锤击时间须持续4min～5min。

（7）侧壁部位锤击过程中，炉衬干振料振实下降后应及时添加。锤击时间：每上升100mm锤击约3min～4min。直至炉口以下300mm为止。为了避免使干振料重新振松，应在坩埚模上方用较小的锤击力结束锤击。

（8）修整炉口和炉嘴部位的耐火材料，清点使用的工具，装入金属材料准备烧结。

7 炉衬耐火材料的烧结工艺

整体炉衬气动振筑结束后，必须及时进行烘烤和烧结，低温缓慢烘烤和高温满炉烧结是必不可少的环节。炉衬烧结工艺如图5所示。保温温度要比最高熔炼温度高约50℃～100℃。

8 电炉炉衬的日常维护

为了保护电炉设备，延长炉衬使用寿命，提高工作效率。在日常工作中应注意以下事项。

1）加入炉内的原材料必须干净，去除型砂、铁锈、渣子等杂物。

2）大块材料必须切割成合适的块度，长度一般不超过炉口直径的2/3，以防止加料过程中划伤炉衬。

3）在往冷炉中加料时，第一批料应为块度较小的碎料或切屑，防止大块材料直接撞击炉底，导致炉底损伤。

4）连续熔炼时，不要出净铁水，要剩余10%左右。然后先加入钢屑等碎料，减轻大块材料的冲击，既保护炉衬，又防止铁水飞溅。

5）熔炼过程中要勤观察，防止炉内金属材料搭棚。否则，炉内温度过高，严重侵蚀炉衬，发生穿炉事故。

6）粘在炉衬上的渣子要及时清理，保持炉衬的清洁。

7）每周测量一次炉体尺寸，掌握炉衬的实际状况，发现问题及时处理。

8）熔炼过程中要随时观察漏炉保护电流的大小，掌握电炉炉衬状况，防止穿炉事故发生。

［1］陆文华.铸铁及其熔炼［M］.北京：机械工业出版社，1981.

［2］中国机械工程学会铸造专业委员会.铸造手册（第一卷）［M］.北京：机械工业出版社，1993.

［3］杨贵成.中频感应电炉炉衬的干法打结与维护［J］.中国铸造装备与技术，2002（4）：65-66.