??? 中、工頻爐中,感應(yīng)器和被加熱或熔化的金屬之間的填充物叫做爐襯材料,也稱為坩堝.中、工頻爐的坩堝是其重要組成部分,也是關(guān)鍵部分,它除了用于盛裝金屬進(jìn)行冶煉的作用外,還起著絕熱、絕緣和傳遞能量的作用,而耐火材料筑爐及烘爐對(duì)坩堝有較大影響,結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際,通過分析各項(xiàng)耐火材料的化學(xué)性能,總結(jié)出合理的筑爐及烘爐方法,以保證中、工頻爐坩堝的安全使用及壽命。
中、工頻爐的坩堝是其重要組成部分,也是關(guān)鍵部分,它除了用于盛裝金屬進(jìn)行冶煉的作用外,還起著絕熱、絕緣和傳遞能量的作用.坩堝的材質(zhì)除過需要滿足冶金要求以外,還必須具有一定的電氣特性.因此,正確選用耐火材料進(jìn)行筑爐、嚴(yán)格筑爐及烘爐工藝,可有效延長(zhǎng)中、工頻爐爐襯的使用壽命,進(jìn)而對(duì)控制生產(chǎn)成本有重要的意義。
1 筑爐設(shè)備
筑爐設(shè)備:使用氣動(dòng)或電動(dòng)振動(dòng)器均可,配備打結(jié)叉和鏟、下料漏斗或平板。
2 坩堝
2.1 坩堝的選用
中、工頻爐的坩堝根據(jù)所用耐火材料化學(xué)性質(zhì)的不同可分為酸性、堿性、中性坩堝.選用時(shí)主要考慮所熔煉金屬的成分和冶煉方法,同時(shí)還要考慮坩堝的使用壽命及綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo).結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際,電解鋁陽極澆注用鐵主要為磷生鐵,其含有的5大元素成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))范圍為C:2.8%～3.5%,Si:2.5%～3.1%,Mn:0.6%～0.9%,P:1.0%～1.8%,S:﹤0.15%,選用酸性耐火材料制作的酸性坩堝.它由硅質(zhì)耐火材料打結(jié)而成,是以由硅石或以石英砂為主的天然礦石組成。
2.2 坩堝模的制作
中、工頻爐的坩堝根據(jù)使用次數(shù)的不同可分為可拆卸/可重復(fù)使用的坩堝模和消耗性坩堝模兩種.可拆卸/可重復(fù)使用的坩堝模僅用采用低溫或熱固型結(jié)合劑的耐火材料爐襯這種坩堝模必須設(shè)計(jì)和制成能允許在5℃左右溫度下反復(fù)被使用消耗性坩堝模即一次性使用的坩堝模,坩堝模在爐襯燒結(jié)時(shí)將隨爐熔化掉其壁厚可根據(jù)中、工頻爐的額定容量來確定(1～3t:5mm;3～5t:6mm;5～10t:10mm;10t以上:12～15mm.根據(jù)電解陽極澆注用鐵的熔化澆注溫度(1350～1450℃)的實(shí)際情況,需選用第二種坩堝模.為保證坩堝側(cè)壁厚度的均勻,坩堝模應(yīng)保持同心,外側(cè)焊縫打磨平整,尤其底部決不允許有凹凸不平;同時(shí),為了保證燒結(jié)過程中氣體能夠有效排出,需沿坩堝側(cè)壁周圍及底部以100～300mm左右的間隔鉆出Ф3mm的排氣孔,排氣孔直徑如大于Ф3mm,應(yīng)在使用前在內(nèi)腔用膠帶將孔封堵,否則,耐火材料易從孔中進(jìn)入坩堝模內(nèi)腔。
2.3 坩堝對(duì)耐火材料的要求
根據(jù)感應(yīng)爐的工作原理,在不影響爐子使用壽命的條件下坩堝壁的厚度越薄越好.由于坩堝內(nèi)側(cè)直接與高溫金屬溶液接觸,外側(cè)則接觸水冷感應(yīng)器,內(nèi)外溫差很大,因此,對(duì)制作坩堝的耐火材料有較嚴(yán)格的要求.酸性耐火材料使用最廣泛的是石英砂,石英砂的純度和其耐火度有密切關(guān)系.作為坩堝材料,石英砂中的SiO2含量應(yīng)大于98%,其他雜質(zhì),特別是堿金屬氧化物如CaO、Na2O含量應(yīng)小于0.2%,因?yàn)樗鼈兡軌蚝蚐iO2形成低熔點(diǎn)的化合物而降低石英砂的耐火度,從而影響坩堝的使用壽命.通常石英砂在使用之前要進(jìn)行磁選,以便除去磁性雜質(zhì),防止漏爐。
2.4 坩堝耐火材料的粒度配比
感應(yīng)爐坩堝的使用壽命與所選耐火材料的力度有很大關(guān)系.合理的粒度配比可以使坩堝的氣孔率最小,致密性最高,燒結(jié)性好和耐激冷激熱性.好其粒度及所占比例及作用見表。
3 線圈涂抹層的施工和修補(bǔ)
通常,使用耐火膠泥作為線圈涂抹用料。作線圈涂抹層的施工和修補(bǔ)時(shí),應(yīng)將線圈涂抹層上的所有雜物清理掉,在爐子中心掛一根鉛垂線,檢查線圈的安裝位置是否與爐子同心.施工時(shí),要使涂抹料嵌進(jìn)線圈的匝間,涂層應(yīng)做成上大下小的倒錐狀光滑、平整的內(nèi)表面,涂層厚度約為8～10mm左右,下部可為12～15mm,以便于采用推出機(jī)構(gòu)拆除舊爐襯.應(yīng)盡量減小線圈底部/頂部匝圈與相應(yīng)的電爐底部/部支承結(jié)構(gòu)(如澆注口等)之間的間隙或突出物尺寸.其目的是,使線圈涂料層與電爐底部/部的支承結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體的平滑的圓柱面,使?fàn)t襯受熱膨脹或冷卻時(shí),可在其光滑的表面上自由伸縮,以防爐襯伸縮時(shí)產(chǎn)生巨大應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋.新的線圈或較大面積涂抹層至少需24h的自然干燥期,小面積至少需6h的自然干燥期.干燥期過后,建議在爐體水冷系統(tǒng)不停的狀態(tài)下,以250℃的溫度對(duì)涂抹層進(jìn)行烘烤、烘干處理。
4 澆注口(槽)的砌筑
在開始打結(jié)坩堝前,應(yīng)現(xiàn)砌筑好澆注口(槽),即通常我們所說的爐口.這一筑爐程序可以使以后的澆注口(槽)附近的爐襯垂直方向形成一個(gè)耐材-耐材的接合面,有利于防止或減少熔融金屬液竄透澆注口(槽)下方形成的橫向裂紋的可能性.同時(shí),也在該處保持耐火材料縱向流動(dòng)面的連續(xù)性。
澆注口(槽)的耐火材料應(yīng)直接與線圈涂抹料接觸,并在表面打Ф4～5mm透氣孔,采用煤氣小火或電加熱方式預(yù)先對(duì)澆注口(槽)進(jìn)行烘烤。
5 側(cè)壁背襯材的安裝
在側(cè)壁背襯材料安裝前,需測(cè)量線圈涂抹層對(duì)地絕緣電阻不小于MΨ,在側(cè)壁和底部鋪設(shè)云母板和報(bào)警電極板(不銹鋼篩網(wǎng))、石棉布石棉板等.通常,背襯材料順其長(zhǎng)度方向在爐內(nèi)沿軸向貼著烘干了的線圈涂抹層鋪設(shè),每塊背襯材料之間需搭接50～60mm,材料之間搭接平整,無褶皺存在,這種搭接縫在爐底和側(cè)壁打結(jié)時(shí)會(huì)被漲緊,使之與線圈涂抹層很好地貼合,背襯材料長(zhǎng)度應(yīng)比未砌筑爐襯時(shí)的爐膛高度長(zhǎng)100mm,筑爐過程中翻出爐口.
6 打結(jié)坩堝的添加劑
6.1 打結(jié)坩堝添加劑的作用
搗固坩堝時(shí)除使用耐火材料外,有時(shí)還需加入一些添加劑,如硼酸、鹵水、玻璃水等.其目的是為了改善燒結(jié)條件,降低燒結(jié)溫度,提高燒結(jié)質(zhì)量.應(yīng)用最廣泛的添加劑是硼酸(H3BO3),其含量需大于96%,粒度小于0.5mm,打結(jié)時(shí)均勻分布在砂料中。
6.2 打結(jié)坩堝添加劑的用量
不同材質(zhì)和用途的坩堝其硼酸加入量不同,對(duì)于酸性坩堝,硼酸加入量為砂料重的1.5%～2.0%,硼酸的加入量不能過高,否則會(huì)使耐火材料的熔點(diǎn)降低,使坩堝的工作溫度下降。
7 爐底打結(jié)
在底部鋪設(shè)好檢漏接地極絲,檢漏接地極絲必須彎折90°,向上穿出爐襯與坩堝良好接觸.正確測(cè)定爐底到爐頂?shù)木嚯x,使用下料漏斗或平板加入爐襯材料,每次加入松散層堆厚度約為125mm,每層加料后,用打結(jié)叉和鏟使?fàn)t襯材料平整的分布,使用氣動(dòng)或電動(dòng)振動(dòng)器打結(jié)4遍,用鏝刀和水平儀刮去多余高度的爐襯材料,尤其是密度不高的部分,確保其水平度.打結(jié)完成后,爐底爐襯厚度要大于標(biāo)明的爐壁爐襯厚度不小于30mm.
8 坩堝模的放置
將坩堝模小心放入爐底,確保放置水平,用鉛垂線將坩堝模定位于爐子中心,以確保從爐底到爐頂?shù)膫?cè)壁厚度均等.將坩堝模用斜楔或錨固裝置固定,將其熔塊吊入坩堝模底部。
??? 9 側(cè)壁打結(jié)
??? 坩堝模定位并固定后,先用打結(jié)叉將坩堝模外圍與側(cè)壁爐襯材料相接的爐底爐襯表面叉筑四遍后,再加入側(cè)壁爐襯材料開始側(cè)壁打結(jié)工作使用下料漏斗或平板加入爐襯材料,每次加入松散層堆厚度約為100mm,每層加料后,用打結(jié)叉和鏟使?fàn)t襯材料平整的分布,使用氣動(dòng)或電動(dòng)振動(dòng)器打結(jié)4遍,振動(dòng)打結(jié)時(shí)間根據(jù)中、工頻爐容量確定,一般容量為0.5～1t每次2min,2～4t每次3min.電爐頂部打結(jié)完成后,剪去頂部多余長(zhǎng)度(約100mm)的側(cè)壁背材.
10 烘爐
烘爐時(shí)必須按照烘爐制度進(jìn)行,其烘爐曲線如圖所示。
11 坩堝的使用
坩堝在使用過程中應(yīng)注意維護(hù),特別是新坩堝,很容易在冶煉前幾爐發(fā)生漏爐事故因此,從筑爐、烘爐、起爐熔煉、出料、停爐等都要嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行,以避免坩堝過早損壞或造成事故.每次冶煉過后,要觀察坩堝的燒損狀況,對(duì)于損壞嚴(yán)重的坩堝應(yīng)修補(bǔ)或拆除重新進(jìn)行筑爐、烘爐,堅(jiān)決杜絕違章操作或帶病作業(yè)。
中、工頻爐的坩堝是其重要組成部分,也是關(guān)鍵部分,它除了用于盛裝金屬進(jìn)行冶煉的作用外,還起著絕熱、絕緣和傳遞能量的作用.坩堝的材質(zhì)除過需要滿足冶金要求以外,還必須具有一定的電氣特性.因此,正確選用耐火材料進(jìn)行筑爐、嚴(yán)格筑爐及烘爐工藝,可有效延長(zhǎng)中、工頻爐爐襯的使用壽命,進(jìn)而對(duì)控制生產(chǎn)成本有重要的意義。
1 筑爐設(shè)備
筑爐設(shè)備:使用氣動(dòng)或電動(dòng)振動(dòng)器均可,配備打結(jié)叉和鏟、下料漏斗或平板。
2 坩堝
2.1 坩堝的選用
中、工頻爐的坩堝根據(jù)所用耐火材料化學(xué)性質(zhì)的不同可分為酸性、堿性、中性坩堝.選用時(shí)主要考慮所熔煉金屬的成分和冶煉方法,同時(shí)還要考慮坩堝的使用壽命及綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo).結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際,電解鋁陽極澆注用鐵主要為磷生鐵,其含有的5大元素成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))范圍為C:2.8%～3.5%,Si:2.5%～3.1%,Mn:0.6%～0.9%,P:1.0%～1.8%,S:﹤0.15%,選用酸性耐火材料制作的酸性坩堝.它由硅質(zhì)耐火材料打結(jié)而成,是以由硅石或以石英砂為主的天然礦石組成。
2.2 坩堝模的制作
中、工頻爐的坩堝根據(jù)使用次數(shù)的不同可分為可拆卸/可重復(fù)使用的坩堝模和消耗性坩堝模兩種.可拆卸/可重復(fù)使用的坩堝模僅用采用低溫或熱固型結(jié)合劑的耐火材料爐襯這種坩堝模必須設(shè)計(jì)和制成能允許在5℃左右溫度下反復(fù)被使用消耗性坩堝模即一次性使用的坩堝模,坩堝模在爐襯燒結(jié)時(shí)將隨爐熔化掉其壁厚可根據(jù)中、工頻爐的額定容量來確定(1～3t:5mm;3～5t:6mm;5～10t:10mm;10t以上:12～15mm.根據(jù)電解陽極澆注用鐵的熔化澆注溫度(1350～1450℃)的實(shí)際情況,需選用第二種坩堝模.為保證坩堝側(cè)壁厚度的均勻,坩堝模應(yīng)保持同心,外側(cè)焊縫打磨平整,尤其底部決不允許有凹凸不平;同時(shí),為了保證燒結(jié)過程中氣體能夠有效排出,需沿坩堝側(cè)壁周圍及底部以100～300mm左右的間隔鉆出Ф3mm的排氣孔,排氣孔直徑如大于Ф3mm,應(yīng)在使用前在內(nèi)腔用膠帶將孔封堵,否則,耐火材料易從孔中進(jìn)入坩堝模內(nèi)腔。
2.3 坩堝對(duì)耐火材料的要求
根據(jù)感應(yīng)爐的工作原理,在不影響爐子使用壽命的條件下坩堝壁的厚度越薄越好.由于坩堝內(nèi)側(cè)直接與高溫金屬溶液接觸,外側(cè)則接觸水冷感應(yīng)器,內(nèi)外溫差很大,因此,對(duì)制作坩堝的耐火材料有較嚴(yán)格的要求.酸性耐火材料使用最廣泛的是石英砂,石英砂的純度和其耐火度有密切關(guān)系.作為坩堝材料,石英砂中的SiO2含量應(yīng)大于98%,其他雜質(zhì),特別是堿金屬氧化物如CaO、Na2O含量應(yīng)小于0.2%,因?yàn)樗鼈兡軌蚝蚐iO2形成低熔點(diǎn)的化合物而降低石英砂的耐火度,從而影響坩堝的使用壽命.通常石英砂在使用之前要進(jìn)行磁選,以便除去磁性雜質(zhì),防止漏爐。
2.4 坩堝耐火材料的粒度配比
感應(yīng)爐坩堝的使用壽命與所選耐火材料的力度有很大關(guān)系.合理的粒度配比可以使坩堝的氣孔率最小,致密性最高,燒結(jié)性好和耐激冷激熱性.好其粒度及所占比例及作用見表。
通常,使用耐火膠泥作為線圈涂抹用料。作線圈涂抹層的施工和修補(bǔ)時(shí),應(yīng)將線圈涂抹層上的所有雜物清理掉,在爐子中心掛一根鉛垂線,檢查線圈的安裝位置是否與爐子同心.施工時(shí),要使涂抹料嵌進(jìn)線圈的匝間,涂層應(yīng)做成上大下小的倒錐狀光滑、平整的內(nèi)表面,涂層厚度約為8～10mm左右,下部可為12～15mm,以便于采用推出機(jī)構(gòu)拆除舊爐襯.應(yīng)盡量減小線圈底部/頂部匝圈與相應(yīng)的電爐底部/部支承結(jié)構(gòu)(如澆注口等)之間的間隙或突出物尺寸.其目的是,使線圈涂料層與電爐底部/部的支承結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體的平滑的圓柱面,使?fàn)t襯受熱膨脹或冷卻時(shí),可在其光滑的表面上自由伸縮,以防爐襯伸縮時(shí)產(chǎn)生巨大應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋.新的線圈或較大面積涂抹層至少需24h的自然干燥期,小面積至少需6h的自然干燥期.干燥期過后,建議在爐體水冷系統(tǒng)不停的狀態(tài)下,以250℃的溫度對(duì)涂抹層進(jìn)行烘烤、烘干處理。
4 澆注口(槽)的砌筑
在開始打結(jié)坩堝前,應(yīng)現(xiàn)砌筑好澆注口(槽),即通常我們所說的爐口.這一筑爐程序可以使以后的澆注口(槽)附近的爐襯垂直方向形成一個(gè)耐材-耐材的接合面,有利于防止或減少熔融金屬液竄透澆注口(槽)下方形成的橫向裂紋的可能性.同時(shí),也在該處保持耐火材料縱向流動(dòng)面的連續(xù)性。
澆注口(槽)的耐火材料應(yīng)直接與線圈涂抹料接觸,并在表面打Ф4～5mm透氣孔,采用煤氣小火或電加熱方式預(yù)先對(duì)澆注口(槽)進(jìn)行烘烤。
5 側(cè)壁背襯材的安裝
在側(cè)壁背襯材料安裝前,需測(cè)量線圈涂抹層對(duì)地絕緣電阻不小于MΨ,在側(cè)壁和底部鋪設(shè)云母板和報(bào)警電極板(不銹鋼篩網(wǎng))、石棉布石棉板等.通常,背襯材料順其長(zhǎng)度方向在爐內(nèi)沿軸向貼著烘干了的線圈涂抹層鋪設(shè),每塊背襯材料之間需搭接50～60mm,材料之間搭接平整,無褶皺存在,這種搭接縫在爐底和側(cè)壁打結(jié)時(shí)會(huì)被漲緊,使之與線圈涂抹層很好地貼合,背襯材料長(zhǎng)度應(yīng)比未砌筑爐襯時(shí)的爐膛高度長(zhǎng)100mm,筑爐過程中翻出爐口.
6 打結(jié)坩堝的添加劑
6.1 打結(jié)坩堝添加劑的作用
搗固坩堝時(shí)除使用耐火材料外,有時(shí)還需加入一些添加劑,如硼酸、鹵水、玻璃水等.其目的是為了改善燒結(jié)條件,降低燒結(jié)溫度,提高燒結(jié)質(zhì)量.應(yīng)用最廣泛的添加劑是硼酸(H3BO3),其含量需大于96%,粒度小于0.5mm,打結(jié)時(shí)均勻分布在砂料中。
6.2 打結(jié)坩堝添加劑的用量
不同材質(zhì)和用途的坩堝其硼酸加入量不同,對(duì)于酸性坩堝,硼酸加入量為砂料重的1.5%～2.0%,硼酸的加入量不能過高,否則會(huì)使耐火材料的熔點(diǎn)降低,使坩堝的工作溫度下降。
7 爐底打結(jié)
在底部鋪設(shè)好檢漏接地極絲,檢漏接地極絲必須彎折90°,向上穿出爐襯與坩堝良好接觸.正確測(cè)定爐底到爐頂?shù)木嚯x,使用下料漏斗或平板加入爐襯材料,每次加入松散層堆厚度約為125mm,每層加料后,用打結(jié)叉和鏟使?fàn)t襯材料平整的分布,使用氣動(dòng)或電動(dòng)振動(dòng)器打結(jié)4遍,用鏝刀和水平儀刮去多余高度的爐襯材料,尤其是密度不高的部分,確保其水平度.打結(jié)完成后,爐底爐襯厚度要大于標(biāo)明的爐壁爐襯厚度不小于30mm.
8 坩堝模的放置
將坩堝模小心放入爐底,確保放置水平,用鉛垂線將坩堝模定位于爐子中心,以確保從爐底到爐頂?shù)膫?cè)壁厚度均等.將坩堝模用斜楔或錨固裝置固定,將其熔塊吊入坩堝模底部。
??? 9 側(cè)壁打結(jié)
??? 坩堝模定位并固定后,先用打結(jié)叉將坩堝模外圍與側(cè)壁爐襯材料相接的爐底爐襯表面叉筑四遍后,再加入側(cè)壁爐襯材料開始側(cè)壁打結(jié)工作使用下料漏斗或平板加入爐襯材料,每次加入松散層堆厚度約為100mm,每層加料后,用打結(jié)叉和鏟使?fàn)t襯材料平整的分布,使用氣動(dòng)或電動(dòng)振動(dòng)器打結(jié)4遍,振動(dòng)打結(jié)時(shí)間根據(jù)中、工頻爐容量確定,一般容量為0.5～1t每次2min,2～4t每次3min.電爐頂部打結(jié)完成后,剪去頂部多余長(zhǎng)度(約100mm)的側(cè)壁背材.
10 烘爐
烘爐時(shí)必須按照烘爐制度進(jìn)行,其烘爐曲線如圖所示。
坩堝在使用過程中應(yīng)注意維護(hù),特別是新坩堝,很容易在冶煉前幾爐發(fā)生漏爐事故因此,從筑爐、烘爐、起爐熔煉、出料、停爐等都要嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行,以避免坩堝過早損壞或造成事故.每次冶煉過后,要觀察坩堝的燒損狀況,對(duì)于損壞嚴(yán)重的坩堝應(yīng)修補(bǔ)或拆除重新進(jìn)行筑爐、烘爐,堅(jiān)決杜絕違章操作或帶病作業(yè)。
