提高中頻感應(yīng)電爐爐襯壽命的解決方案

沈陽(yáng)恒豐實(shí)業(yè)有限公司 （遼寧 110141） 孟昌輝 李建國(guó)

中頻電磁感應(yīng)爐具有熔煉速度快、效率高、溫度易于控制、環(huán)保等突出優(yōu)點(diǎn)，成為鑄造企業(yè)生產(chǎn)鑄件的主要熔煉設(shè)備，但是，中頻感應(yīng)電爐爐襯的使用壽命成為影響鑄件早期質(zhì)量及企業(yè)效益的難題。

經(jīng)過(guò)多年的生產(chǎn)實(shí)踐，我公司推出“成型爐襯+電動(dòng)筑爐機(jī)施工”的解決方案，徹底擯棄了手工搗制爐襯的落后工藝，避免了人為因素的影響。目前，25～5000kg成型爐襯已在國(guó)內(nèi)外數(shù)千個(gè)鑄造企業(yè)中應(yīng)用，廣泛地適應(yīng)于熔煉黑色、有色金屬及其各類合金，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

1.成型爐襯

成型爐襯是指以機(jī)械方法制作并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化批量生產(chǎn)的固定尺寸耐火材料的襯體。它具有體積密度大，強(qiáng)度高，材質(zhì)好，粒度均勻，以及成品一致性好等一系列在爐體內(nèi)搗制爐襯所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。成型爐襯采用高純剛玉Al2O3和電熔鎂MgO為主要基材制成。由于在熔煉過(guò)程中形成了鎂鋁尖晶石或鋁鎂尖晶石燒結(jié)層，所以成型爐襯既有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，不易受熱開裂，又具有優(yōu)良的耐高溫性能，以及不易受渣化侵蝕的特點(diǎn)。

幾種典型的成型爐襯及相應(yīng)的中頻電爐感應(yīng)線圈尺寸情況見表1。

表1 成型爐襯型號(hào)及對(duì)應(yīng)的感應(yīng)線圈尺寸

成型爐襯的優(yōu)點(diǎn)如下：

（1）安裝簡(jiǎn)便，省時(shí)省力（僅為爐內(nèi)搗制爐襯時(shí)間的20%左右）。

（2）不需烘爐，節(jié)能省電（節(jié)約燃料費(fèi)用支出，省電15%以上）。

（3）熔化快速，提高效率（有功功率增大，熔化時(shí)間縮短10%左右）。

（4）鋼液純凈，減少夾雜（防止耐材進(jìn)入熔液造成夾雜，減少氣孔）。

（5）無(wú)需補(bǔ)爐，維護(hù)簡(jiǎn)單（僅以塑性料勾抹涂縫，即抹即熔無(wú)需等候）。

（6）爐齡更長(zhǎng)，出液量大（煉鋼100爐次以上，煉銅200爐次以上）。

（7）安全性高，避免穿爐（采用雙層爐襯復(fù)合結(jié)構(gòu)，有效防止穿鋼）。

（8）壽命穩(wěn)定，便于排產(chǎn)（壽命一致性好，方便了生產(chǎn)的計(jì)劃安排）。

（9）減少排放，有利環(huán)保（襯料可重復(fù)使用，減少了固體廢料的排放）。

2.效益分析

應(yīng)用企業(yè)都十分關(guān)心使用成型爐襯能產(chǎn)生多大效益，現(xiàn)以250kg、500kg中頻電爐使用成型爐襯為例作比較，電費(fèi)按0.8元/kW·h計(jì)算，僅供參考。

案例1：250kg中頻感應(yīng)電爐（感應(yīng)圈內(nèi)徑為450mm）每個(gè)成型爐襯按使用100爐計(jì)算（實(shí)際一般可使用120～150爐次）。

（1）筑爐省時(shí) 在爐體內(nèi)手工搗制爐襯一般2～3個(gè)工人工作需4h左右才能完成。而采用成型爐襯，2個(gè)工人工作30min即可，可節(jié)省一個(gè)工人和3.5h工時(shí)。

（2）免烘爐省電 在爐體內(nèi)手工搗制的爐襯烘爐時(shí)送電一般由40kW開始，逐步升到80kW，需烘爐10～16h。而采用成型爐襯可免去烘爐操作，若按平均送電60 kW烘爐10h計(jì)算可省電600kW·h，以0.8/kW·h元計(jì)算，合人民幣480元。

（3）熔鋼量大 手工搗制的爐襯熔鋼一般在230kg左右（使用后期，容量稍大）。而采用成型爐襯后第一爐熔鋼就在280kg以上，每爐多化鋼50kg。一般熔煉1t鋼需耗電800kW·h。若100爐多熔煉5t鋼，折算節(jié)省的電為4000kW·h，節(jié)省人民幣3200元。

（4）能耗降低 手工搗制爐襯一般送電功率為160kW，平均熔化時(shí)間約為1.5h。而采用成型爐襯后可把功率降到120 ～130kW，而熔煉速度更快，鋼液升溫速度也更快。假設(shè)兩種爐襯熔鋼時(shí)，最高功率的送電時(shí)間都為1h，則100爐節(jié)省的電費(fèi)為2400元。

（5）無(wú)需修爐補(bǔ)爐 在爐體內(nèi)手工搗制的爐襯使用過(guò)程中都要進(jìn)行多次修補(bǔ)，以延長(zhǎng)爐襯的使用壽命。這樣既浪費(fèi)耐火材料，又耽誤熔煉時(shí)間，同時(shí)爐襯使用效果也不理想。采用成型爐襯后無(wú)需補(bǔ)爐，提高了熔煉效率。

（6）提高鋼液質(zhì)量，避免穿爐事故 由于成型爐襯采用優(yōu)質(zhì)耐火材料和特殊工藝生產(chǎn)，體積密度大，表面強(qiáng)度高，其耐侵蝕性大大超過(guò)手工搗制的爐襯。因此，用成型爐襯熔出的鋼液雜質(zhì)就少得多，鋼液質(zhì)量也有可靠保證。同時(shí)，由于成型爐襯有安全襯搗打?qū)幼鞅Ｗo(hù)，穿爐事故就能避免。

案例2：500kg中頻爐（感應(yīng)圈內(nèi)徑550mm）采用成型爐襯后的效益對(duì)比見表2。

表2 500kg中頻爐采用成型爐襯后的效益對(duì)比

以表2可看出，500kg中頻感應(yīng)爐僅烘爐、多熔煉鋼量和降低用電功率三項(xiàng)就節(jié)省電費(fèi)18 000元。

綜上所述，使用成型爐襯僅節(jié)省的電費(fèi)就大于購(gòu)買成型爐襯的費(fèi)用。減少了筑爐次數(shù)也就減少了原料、人工的投入。使用次數(shù)越多，效果越明顯。因此，成型爐襯是一種高效節(jié)電產(chǎn)品。

3.成型爐襯的安裝

成型爐襯呈嵌入式安裝在搗打?qū)又?，如附圖所示。

成型爐襯安裝示意圖

由附圖可看出，成型爐襯與背襯搗打?qū)有纬闪艘粋€(gè)完整爐襯。由于該背襯搗打?qū)邮冀K為非燒結(jié)狀態(tài)，可以緩沖熔煉過(guò)程中產(chǎn)生的波浪式熱震沖擊，使?fàn)t襯不致膨脹開裂，從而保護(hù)爐襯的完整，故稱作安全襯。這種雙層結(jié)構(gòu)的復(fù)合爐襯具有體積形變的自適應(yīng)調(diào)節(jié)能力，即應(yīng)力緩沖能力。

4.電動(dòng)筑爐機(jī)

在成型爐襯的應(yīng)用實(shí)踐中，經(jīng)常發(fā)生在成型爐襯的側(cè)壁與底部的結(jié)合處出現(xiàn)橫向裂紋而使?fàn)t襯提前失效的現(xiàn)象，爐體容量越大，這種現(xiàn)象越突出。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因主要是因?yàn)樵诔尚蜖t襯的安裝過(guò)程中，搗打?qū)游创蚪Y(jié)緊實(shí)所致。安裝施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，以及工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等不利因素難以克服。為了解決這種問(wèn)題，我公司參考國(guó)外先進(jìn)技術(shù)開發(fā)了電動(dòng)筑爐機(jī)（主要性能參數(shù)見表3）。采用電動(dòng)筑爐機(jī)可以降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)效率，保證搗打?qū)拥木o實(shí)度。

表3 手提式電動(dòng)筑爐機(jī)的主要性能參數(shù)

電機(jī)帶動(dòng)偏心輪產(chǎn)生的振動(dòng)力通過(guò)前端的振動(dòng)叉將振動(dòng)力傳給砂料，使砂料之間緊實(shí)，并排除砂內(nèi)空氣，以達(dá)到較高的填充密度。成型爐襯的安裝要求采用干法施工，這樣可以杜絕濕法打結(jié)時(shí)因?yàn)槿唛L(zhǎng)的烘爐除濕過(guò)程所造成的潮氣侵入而損害爐襯。

5.線圈涂料

在成型爐襯的應(yīng)用實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)很多企業(yè)采用云母片絕緣層、石棉布隔熱層、不銹鋼絲網(wǎng)報(bào)警層、廢襯滑出石棉布層作為多層防護(hù)結(jié)構(gòu)，這樣既費(fèi)工費(fèi)料，又難以保證搗打?qū)拥木o實(shí)，故推薦使用線圈涂料。線圈涂料防護(hù)層一次性涂抹完成后，可長(zhǎng)期使用。防護(hù)層具有優(yōu)良的絕熱絕緣性能，可以保持爐膛內(nèi)與線圈之間較大的溫度梯度差，有利于延長(zhǎng)爐齡并能保持線圈垂直同心度和線圈匝間距，可有效防止線圈產(chǎn)生形變，隔阻滲漏熔液燒損線圈。另外，由于取消了石棉布，也有利于環(huán)境保護(hù)。

6.結(jié)語(yǔ)

成型爐襯以高純剛玉Al2O3和電熔鎂MgO為基材制成，具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，廣泛地適用于熔煉黑色、有色金屬及其各類合金。以電動(dòng)筑爐機(jī)采用干法施工安裝實(shí)現(xiàn)了成型爐襯的快速、可靠安裝，并大幅度提高了爐襯的使用壽命，具有廣泛的應(yīng)用前景。

可以預(yù)期，隨著快裝式成型爐襯的廣泛應(yīng)用，將給無(wú)芯感應(yīng)電爐的爐襯應(yīng)用帶來(lái)一場(chǎng)深刻的革命。