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大中型中频炉熔炼碳钢炉衬失效原因分析和对策[1]_图文

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装备技术 EQUIPMENT TECHNOLOGY

大中型中频炉熔炼碳钢 炉衬失效原因分析和对策

阳 光,邓朝军,程 军 (广西柳工机械股份有限公司铸造事业部,广西柳州市 545007)

摘要:炉衬裂纹倾向大和不耐钢液冲刷是中频炉失效的主要原因,选择比较容易烧结、裂纹和崩裂倾向 小、耐钢液冲刷等特点的炉衬材料,采用适当的炉衬修筑和维护工艺,能使中频炉炉龄从 45 炉次提高到 70 炉 次以上。
关键词:中频炉;炉衬失效;维护 中图分类号:TG232.3;文献标识码:A;文章编号:1006-9658(2010)05-4

目前,铸钢熔炼主要使用电弧炉和感应电炉两 种方式;近些年来,随着技术水平的提升和中频无芯 感应电炉(以下简称中频炉)熔炼具有方便、环保、工 艺和设备简单等优势,使用中频炉熔炼碳钢越来越 多,特别是在一些中小型的铸钢厂里已经成为了普 遍的现象。
许多厂家的 2t 或 2t 以下的小型铸钢熔炼采用 中频炉,炉衬采用了硅砂打结,炉衬寿命多在 30 炉
收稿日期:2010-06-23 文章编号:2010-098 作者简介:阳光,男,工程师,长期从事铸造熔炼技术工作

次以下,虽然炉衬寿命短但由于材料价格低廉和购 买便利、炉衬修筑简单等原因,许多厂家都一直在沿 用着。但大中型中频炉炉衬修筑比较困难,修筑时间 长,对生产安排影响大,从安全性上讲,大中型中频炉 的要求更高。因此,日常生产中大中型中频炉炉衬的 安全、寿命、炉衬使用费用都是铸钢厂所关注的焦 点。
1 实际生产中中频炉熔炼碳钢炉衬失效原因 柳工机械股份有限公司铸钢厂每年熔炼铸钢钢
液约 16000t,使用 6t 中频无芯感应电炉和 3t 电弧炉

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叉移动时,射嘴会到处散落,回收很花时间。有必要 在现有机器的基础上,改进射嘴折断的方法,让射嘴 自动回收在底座托盘中,防止散落,以缩短人力回收 的时间。
改进后的机器如图 11 所示,增设一个使下模 180°翻转的机构,射嘴向下,使之折断在下面的回收 皮带机上。
目前,无射嘴的砂芯制芯方法也已经得到了广 泛的应用。进行这项变革以后,就完全不需要回收射

嘴,除了缩短时间之外,还可以节省资源 (节约芯 砂)。
5 结束语 经过以上的改进,制芯工程与高速造型线铸型
的生产趋于同步化,即使是小批量多品种的生产模 式,其生产合拍化也成为可能。

Shortening of Non Machining Time in the Core shooting Machine
HUANG Min (Wuxi Cith Da Shan Machinery Co.Ltd.,Wuxi 214024,Jiangsu China) Abstract:The core shooting machine is one with much non machining time,which has been introduced with variety of countermeasure to shorten cycling time, die and mould exchange time, die preheating time and cleaning time. Keywords:Core shooting machine;Shortening of non machining time

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熔炼碳钢。长期以来中频炉使用一家知名的炉衬材 须首先解决炉衬裂纹倾向大和不耐钢液冲刷的问

料供应商提供的炉衬材料,但一直存在着炉衬寿命 题,决定采取以下措施:

偏短的问题,平均炉衬寿命约 45 炉。炉衬寿命偏短

(1)选 择 具 有 比 较 容 易 烧 结 、裂 纹 和 崩 裂 倾 向

导致频繁的修筑炉衬和烘炉,对生产组织和成本控 小、耐钢液冲刷等特点的炉衬材料,不特别强调耐高

制都带来了很不利的影响。为了解决这个问题,从 温性能,进行炉衬材料工艺试验。

2008 年 6 月开始,我们开始在延长炉衬寿命方面进

(2)探索炉衬修筑和维护的工艺 ;每个车间都

行探索。我们首先进行了中频炉炼钢炉衬的失效原 应该有适应自己特点的修筑和维护工艺。

因分析。

(3)对炉衬修筑和维护工艺标准化 。

根据对 2008 年全年筑炉 25 次的失效统计,目

前的炉衬材料最主要缺点是裂纹倾向大,炉衬容易 3 工艺试验情况

因裂纹而导致多处崩裂、造成局部区域过薄而失效;

2009 年 2 月,我们与一家知名的炉衬材料供应

其次是炉衬下部烧蚀过快导致炉衬失效。失效原因 商共同按照我们提出的性能要求选择了一种炉衬材

分类见图 1。

料并进行首次工艺试验。

钢水穿漏炉衬 10%

整体或局部烧蚀过 大 5%

3.1 首次试验情况 首次试验炉衬寿命为 40 炉次,未达到
预期要求。分析原因为炉膛中下部局部烧蚀

裂纹过深且 无法修补 10%

过大造成失效,如图 2、图 3 所示。 从试验后拆炉过程看,炉衬整体未发现
有大的裂纹和崩裂。这说明这种炉衬材料产

生裂纹的倾向性很小,安全性较好。炉衬的

炉衬多处有 较大崩裂 15%

图 1 失效原因分类

炉衬局部区 域过薄 60%

上部和炉底损坏较小;但是在炉身中下部, 炉身 1/3 高度上有明显的较大烧蚀区,见图 3。我们分析有三种可能导致局部出现较大 的烧蚀区:一是钢液较少时有持续高温而且

针对以上主要失效原因,我们对其产生的根源

进行了分析,见表 1。

表 1 主要失效原因分析

炉衬失效主要原因

可能造成的影响因素

炉衬局部区域过薄

炉衬局部钢液冲刷剧烈 局部炉渣侵蚀严重 筑炉紧实度不够或局部不致密 炉衬烧结不良 加料时的炉料冲击 炉衬容易崩裂

炉衬多处有较大崩裂

炉衬材料易崩裂 炉子间断性的开炉

图 2 炉膛烧蚀情况

裂纹过深且无法修补

炉衬材料裂纹倾向大 筑炉时层与层之间结合不好

钢液穿漏炉衬

炉衬局部过薄、烧蚀过大或出现 较大崩裂 炉衬裂纹过深 炉衬中混入夹杂物

整体或局部烧蚀过大

炉衬耐热性能不足 炉衬烧结不良

大烧蚀区

2 改进方案 根据以上分析,我们认为,要延长炉衬寿命,必

图 3 炉膛烧蚀示意图

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强烈翻滚一段时间的情况;二是炉衬材料中的大颗 粒耐烧蚀的骨料不足;三是加料时的炉料冲击。
在试验过程中还发现炉衬在开炉 20 炉次后,炉 衬烧蚀明显加快。我们认为这是由于炉衬烧结形成 的硬化层在此时已经消耗掉的缘故。 3.2 第二次试验情况 3.2.1 试验方案
●针对首次试验中出现的炉衬材料耐烧蚀不足 的情况,向供应商提出在原来材料基础上,增加耐火 骨料组分。
●如需要分两次出钢时,在第二次出钢前控制 包内钢液温度不高于 1650℃,也不允许长时间(超过 10min)保温等情况。
●熔炼过程中出现卡料或出现下料过慢时及时 处理。
●引入中期烧结工艺,在开炉 20 炉次后进行一 次高温烧结,使炉衬重新得到硬化层。
●在 40~50 炉次时中修,把炉衬中修工艺标准 化列入常规操作。
●试验预期寿命为 70 炉次。 3.2.2 试验过程
2009 年 4 月进行了第二次试验。在整个开炉过 程中,有过 5 次较长时间的停炉,炉膛未出现大裂 纹。在炉龄 25 炉次时,进行第二次烧结,烧结工艺是 在烧结温度保温 2h。在炉龄 42 炉次时,在炉衬中下 部出现较大的烧蚀区,进行第一次中修,中修工艺是 使用短坩锅和炉衬材料修筑炉膛底部,经过短暂烧 结后正常开炉(图 4)。在炉龄 69 炉次时,炉膛情况正 常(图 5),使用短坩锅进行第二次中修。在炉龄 79 炉 次时,因电炉设备原因停止试验,炉膛良好。
图 4 使用短坩锅进行第一次中修
本次试验炉龄 79 炉次达到了预期寿命,说明试 验方案合理,试验成功。从试验过程中观察到:中期 烧结有效地减缓了炉衬的损耗速度,措施有效;两次 中修均达到了预期目的,使用短坩锅中修应对炉膛

图 5 炉龄 69 炉次炉膛
下部的较大烧蚀区效果良好,措施有效。
4 炉衬修筑和维护工艺标准化 根据两次试验的情况,我们编制了《铸钢中频炉
炉衬修筑和中修维护标准》,把炉衬中期烧结工艺、 中修工艺编入标准。
2009 年 9 月以后,我们对所选用的炉衬材料和 标准进行了后期验证。到 2010 年 2 月,共修筑了 7 个炉衬,除一个炉衬因设备原因损坏,炉龄 43 炉次 外,其余的 6 个炉衬炉龄都达到了 70 炉次以上。修 订后的《铸钢中频炉炉衬修筑和中修维护标准》经过 实际生产验证后于 2009 年 11 月在公司正式发布。
5 对炉衬损坏和维护的分析 根据 9 次试验和长期的开炉观察,我们对炉衬
在整个使用周期的损坏情况进行了归纳。 (1)初期:开炉 25 炉次以前是炉衬使用的初期
阶段。烧结良好的炉衬具有良好的烧结硬化层。此阶 段出现的问题主要是炉衬修筑或烧结质量达不到标 准导致。炉衬损耗主要是加料时炉料的机械冲击和 钢液冲刷。在开炉到 25 炉次左右,炉衬下部的硬化 层基本损耗完毕,钢液冲刷会明显加剧。
(2)中期:开炉 25~50 炉次是炉衬使用的中期阶 段。在此阶段炉衬的最初烧结硬化层已经损耗,钢液 的冲刷和炉衬的崩裂是主要损坏原因。如在此期间 进行炉衬的中期烧结,重新烧结出新的硬化层将会 大大减缓炉衬的损耗。炉衬的大崩裂是此阶段的最 危险因素,如果出现多处大的崩裂会直接导致炉衬 寿命结束,而且容易造成炉衬渗漏等安全问题。在此 阶段炉衬的下部会出现较大烧蚀区(俗称大象腿)。
(3)后期:开炉 50 炉次后。在出现了明显的下部 烧蚀区(大象腿)后,如果不进行维护,炉衬寿命会很 快结束。后期维护主要是进行炉衬中修。中修有两种 形式:
①使用炉嘴料进行下部烧蚀区修补:在烧蚀区

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清除炉渣、余铁和灰尘后从需要修补的下沿起,将修 补用的炉衬材料小心地压在炉衬上,用木锤打紧实, 与炉衬结合好,如此操作,直到补好全部中修区域。 将补好的炉衬表面修整平整、光洁,不要突出相邻的 炉衬表面(图 6),中修完毕后,用 600℃以下的低温 将修补的材料缓慢烘干,烘干后首次加料采用人工

图 6 使用炉嘴料中修
加料方式,禁止用料斗加料。这样修补可以延长炉龄 约9 炉次,适用于炉膛整体状况较差,炉膛上部已经 烧损较大的情况。
②使用短坩锅修补:在炉膛下部放入短坩锅,采 用炉嘴塑性材料把短坩锅与炉底的接触部分封堵 好,将炉衬材料加入短坩锅与炉壁空隙中,按照修筑 炉衬方式修筑(图 7)。第一炉手工加炉料。中修后第 一炉采用小功率(10%)烘炉 4h,然后用小于 30%的 功率进行熔化,在钢液漫过所修新炉衬后,可以 60% 的功率进行熔化。在烧结温度钢液至少保温 1.5h。新 修炉衬可以使用 20~25 炉次。此工艺适用于炉膛上 部损坏较小,无崩裂,只是下部烧蚀较大的情况。

图 7 使用短坩锅中修
6 总结 (1)炉衬材料选择必须适应生产需要。烧结温度
较高的材料往往也具有较好耐高温性能但容易开 裂,采用这种材料在开炉初期炉衬的烧结层较好时 有较好的耐高温和耐冲刷性能,但如果日常熔炼温 度远远达不到炉衬烧结温度,在使用一段时间后,一 旦原始的烧结层局部消耗完后,暴露出来的没有烧 结良好的局部炉衬很容易受到严重损坏。而且,炉衬 裂纹倾向大对炉衬的维护是非常不利的。因此,熔炼 合金钢等需要较高熔炼温度的场合适用于采用较高 烧结温度的炉衬材料,而日常熔炼温度需求不高的 场合则不应该盲目追求高烧结温度的炉衬材料。如 果开炉是间歇性的,必须要特别注意材料的裂纹倾 向不能大。
(2) 炉衬寿命要提高必须改变只重视筑炉和烧 结,不重视维护的做法。适宜的中期烧结、中修能够 大幅度延长炉衬寿命。
(3)炉衬修筑和维护必须标准化,保证修筑和维 护的质量。

Causes Analysis and Countermeasure Against Lining Failure in Carbon Steel Melting with Heavy or Medium MF furnace
YANG Guang,DENG ChaoJun,CHENG Jun (Founlining dry Division Guangxi Liuzhou Machinery Co.Ltd., Liuzhou 545007,
Guangxi China) Abstract:Main causes of lining failure in medium frequency furnace melting are that lining cracking tendency plus not capable of enduring liquid steel eroding. Materials with characteristics that easy to sintering without tearing tendency while enduring liquid steel eroding have been selected for lining as well as technology such as proper lining construction and maintenance,resulting in an improvement on MF furnace campaign from 45 heats to above 75 heats. Keywords:MF furnace;Lining failure;Maintenance

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