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長(cháng)壽中頻爐工作襯用鋁鎂質(zhì)搗打料的研制與應用
您的位置： 中頻爐|感應加熱|熔鋼爐|熔鋁爐|熔銅爐|熔鉛爐|洛陽(yáng)萬(wàn)峰工業(yè)爐有限公司-技術(shù)支持長(cháng)壽中頻爐工作襯用鋁鎂質(zhì)搗打料的研制與應用
廠(chǎng)家：長(cháng)壽中頻爐工作襯用鋁鎂質(zhì)搗打料的研制與應用 日期：：2020-01-25 瀏覽次數： 246
為了研制高質(zhì)量的中頻感應爐用干式搗打料，以棕剛玉、白剛玉、板狀剛玉、鎂砂為主要原料，通過(guò)顆粒級配和復合高溫促燒劑的調整，研制中頻爐工作襯用鋁鎂質(zhì)干式搗打料。結果表明：研制干式搗打料的最佳配比()為～0．1mm的白剛玉、板狀剛玉和電熔鎂砂分別為14％、14％和6％，≤0．11Tim的電熔鎂砂和剛玉細粉為22％，≤0．005mm的復合高溫促燒劑2％。這種搗打料分別在某廠(chǎng)8和20t中頻爐試用，用后沒(méi)有明顯的裂紋產(chǎn)生，使用壽命長(cháng)，完全滿(mǎn)足了生產(chǎn)需要。
隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，中頻電爐冶煉已經(jīng)越來(lái)越普遍，其已成為鑄造行業(yè)、不銹鋼冶煉行業(yè)以及特種合金冶煉的主要冶煉設備之一。中頻電爐爐襯質(zhì)量的好壞直接決定其使用壽命以及生產(chǎn)效率的高低。中頻爐冶煉相比其他冶煉工藝具有流程短，生產(chǎn)調節方便的特性，但是中頻爐結構復雜，感應線(xiàn)圈通水冷卻，對中頻爐搗打料質(zhì)量要求較高。如果干式搗打料質(zhì)量不好，極易出現漏鋼、爆炸等安全事故。隨著(zhù)短流程煉鋼以及不銹鋼冶煉的快速發(fā)展，對高質(zhì)量的中頻爐干式搗打料需求量越來(lái)越大。
剛玉熔點(diǎn)高，熱膨脹系數小，熱態(tài)體積穩定性好，且具有優(yōu)良的抗侵蝕性。由于剛玉在高溫下與鎂砂反應生成尖晶石，產(chǎn)生體積膨脹，從而可有效抑制剛玉基爐襯的龜裂。使用剛玉一氧化鎂質(zhì)搗打料作爐襯材料，爐襯熱面龜裂明顯得到控制，微裂紋明顯減少。鋁鎂質(zhì)搗打料逐漸成為中頻爐煉鋼的首選爐襯材料。在本研究中，通過(guò)顆粒級配和復合高溫促燒劑的調整，研制了中頻爐工作襯用鋁鎂質(zhì)干式搗打料，并在某廠(chǎng)8和20t中頻電爐上試用。
以電熔棕剛玉、白剛玉、板狀剛玉、鎂砂為顆粒料，鎂砂細粉、剛玉細粉為粉體，添加高溫復合促燒劑，以硼酸為外加劑。主要原料的化學(xué)組成如表1所示。
合理的顆粒級配可以提高搗打料的抗熱震性能及抗化學(xué)侵蝕性能，也能改善施工后中頻爐工作襯的燒結質(zhì)量。以文獻[5]為依據，對顆粒級配進(jìn)行微調整，研究顆粒級配對干式料性能的影響，具體配比見(jiàn)表2；然后，以?xún)?yōu)選出4配方的粒度級配為基礎，改變復合高溫促燒劑的加入量(等量取代細粉質(zhì)量)，研究促燒劑對于式搗打料性能的影響，其具體配比見(jiàn)表3。
將硬紙卷成+60mm×80mm的紙筒，放人內徑為+84mlTlx87mlTl的剛玉坩堝內，紙筒與坩堝之間填滿(mǎn)1～0．5mm的白剛玉細顆粒，再將根據表2和表3配比稱(chēng)取的原料混合均勻后倒入紙筒內，搗打密實(shí)，制成+60mmx60123113干式搗打料試樣。
測量1一_8試樣的堆積密度，其方法為：制作1個(gè)+80mm×80mm標準鋼桶以及1個(gè)+801TimX30mm的鋼圈，可以在上方套住+80mlTlX80mm標準鋼桶，如圖l所示。將混合均勻的干式料放入鋼桶內，在振動(dòng)臺上震動(dòng)1min后，移去鋼圈，刮平表面，測定搗打料堆積質(zhì)量，根據公式計算干式搗打料的堆積密度：P=m／V。其中：P為干式搗打料的堆積密度，g·am～；m為鋼桶內搗打料質(zhì)量，g；V為鋼桶體積，am。
將所有試樣分別在1000、1200、1350和1600cI=熱處理3h后，觀(guān)察其燒結情況，同時(shí)將經(jīng)l350oC3h燒后的試樣4A一_4F再經(jīng)1600oC3h熱處理。對1600℃3h燒后的各試樣進(jìn)行直徑線(xiàn)變化率和高度線(xiàn)變化率(GB／T3997．1一l998)、體積密度(GB／T2997-2000)以及耐壓強度(GB／T5072-2008)檢測，同時(shí)并對現場(chǎng)使用后的干式搗打料殘襯進(jìn)行顯微結構觀(guān)察。
1m8試樣的堆積密度分別為2．78、2．81、2．84、2．81、2．78、2．78、2．83和2．84g·cm～，可見(jiàn)所試驗的幾種粒度配比的試樣堆積密度差別不大。觀(guān)察1m8燒后試樣發(fā)現：1000oC3h燒后的各試樣都沒(méi)有脫模強度，說(shuō)明在1000時(shí)試樣不會(huì )燒結。除8試樣外，各試樣經(jīng)過(guò)l200℃3h燒后有一點(diǎn)脫模強度，說(shuō)明在l200℃時(shí)試樣產(chǎn)生了少量的燒結，但燒結程度不大；各試樣經(jīng)過(guò)1350oC3h燒后，具有一定的燒結強度，但8試樣的強度最低。經(jīng)1600oC3h燒后1一8試樣的性能如表4所示。由表4可看出：經(jīng)1600oC3h燒后，沒(méi)有添加鎂砂的8試樣體積密度最大，材料的線(xiàn)變化最小，燒結強度較低，可以看出鎂砂對搗打料的燒結強度貢獻較大。干式搗打料中，增加粗顆粒添加量可以提高試樣抗熱震性，但是粗顆粒添加比例過(guò)高會(huì )降低試樣的燒結性能和燒后強度。細顆?？杀ＷC試樣經(jīng)高溫燒結后內部氣孔較少且尺寸較小，使試樣具有良好的致密性，但是細顆粒添加比例過(guò)高會(huì )使試樣燒后產(chǎn)生較大裂紋，試樣收縮率過(guò)大會(huì )降低抗熱震性。綜合各配比情況，認為4配方綜合性能較好。
經(jīng)l350oC3h預燒后的試樣4A-_4F再經(jīng)1600℃3h燒后的性能檢測結果見(jiàn)表5。由表5可見(jiàn)，隨復合促燒劑加入量的減小，試樣的直徑線(xiàn)變化、高度線(xiàn)變化、耐壓強度在逐漸減小，體積密度在逐漸增加。綜合比較而言，試樣4c的強度較高，線(xiàn)變化比較合理，該試樣在1000以下燒后幾乎無(wú)強度，呈粉狀，1200oC燒后稍微有點(diǎn)強度，1350oC燒后有一定的強度，1600oC燒后有較高的燒結強度，可以滿(mǎn)足中頻爐搗打料各方面要求。因此，選擇4c配比作為工業(yè)現場(chǎng)試驗用干式搗打料的配比。
按照試樣4C的配比生產(chǎn)出一批干式搗打料在某廠(chǎng)8t中頻爐上試用。干式搗打料筑爐施工是一項精細的工作，僅有好的爐料，如果筑爐施工不好也不能達到高的使用壽命，現場(chǎng)施工工藝如下：(1)打結爐襯前，首先將絕緣層破損部位修補平整，然后在爐子線(xiàn)圈絕緣層內鋪設一層石棉布。(2)打結爐底。先固定好爐底透氣塞透氣裝置，再以透氣磚為中心放置適當直徑的圓筒，圓筒內放人透氣爐底搗打料，搗打致密，圓筒周?chē)钊肫胀〒v打料。爐底分多次填砂，一般填砂厚度不大于]00mm·次～，打結時(shí)注意保證施工后各處密度均勻，預防燒結后爐襯密度差別較大引起開(kāi)裂。(3)打結爐壁。爐壁承受著(zhù)高溫鋼液靜壓力、沖刷力、內外溫差應力以及鋼液的滲透與侵蝕作用等，打結爐壁時(shí)特別要注意保證料的密度均勻，避免引起分層。爐底打結達到所需高度時(shí)刮平，放人鋼制型模，對準中心后固定型心開(kāi)始打結爐壁。調整周邊間隙相等后用3個(gè)木楔卡緊，中間吊重物壓上，避免爐壁打結模具產(chǎn)生位移。要求爐壁搗打時(shí)每次填料厚度不超過(guò)12om，每一層打結要求均勻、致密，每層打結完后爐料表面要刮毛，使打結后的爐襯不會(huì )產(chǎn)生明顯的分層，這樣燒結后才可能得到優(yōu)良的工作面。(4)烘烤與燒結。爐襯打結完成后在鋼模具內加入廢鋼以增強感應圈加熱作用，鋼模具留在爐內，化鋼時(shí)同廢鋼一同熔化。第一次使用時(shí)，要控制加熱升溫速度，防止爐襯在燒結時(shí)產(chǎn)生裂紋，并通過(guò)低功率送電產(chǎn)生較為平穩的電磁力，使爐襯上下受熱均勻。室溫～1630oC共烘烤了10h，烘烤良好，鋼水液面已經(jīng)達到正常工作液面；1630～1700升溫lh，并于1700oC左右保溫1h。冶煉期間鋼水最高溫度超過(guò)1730oC，出鋼后觀(guān)察發(fā)現，爐襯表面光滑，燒結良好。
根據工廠(chǎng)的生產(chǎn)安排，從20]1年12月29日至20]：2年2月6日在8t中頻爐中使用試驗，白班生產(chǎn)，晚上停爐，每天生產(chǎn)3爐左右，春節放假10d，隨后使用70爐后因設備故障檢修，搗打料的使用壽命已達到該廠(chǎng)歷史最好記錄。隨后的使用證明，搗打料完全可以滿(mǎn)足使用要求。針對20t以上的大型中頻爐，優(yōu)化改進(jìn)了搗打料配方，并在該廠(chǎng)20t中頻爐上進(jìn)行現場(chǎng)使用試驗。20t中頻爐使用安排為晚上生產(chǎn)，白天停爐，最高使用溫度為1770oC。在使用期間，長(cháng)時(shí)間停爐兩次，總計有10d左右，整個(gè)爐役沒(méi)有進(jìn)行任何修補。在使用到73爐的高爐齡后，為保證安全，拆爐觀(guān)察，中頻電爐爐襯殘厚為]30mm(施工厚度為170mm)。按照殘厚以及未燒結層厚度測算，該搗打料可再繼續使用3O爐。經(jīng)過(guò)使用證明，研制的搗打料完全滿(mǎn)足了20t中頻爐的生產(chǎn)要求。
對使用結果分析后認為：(1)據拆爐后觀(guān)察，未燒結層、半燒結層、燒結層界限分明，未燒結層有3～5em厚，爐襯總體強度很好，爐襯表面比較光滑，損毀也比較均勻，拆爐時(shí)沒(méi)有發(fā)現爐襯有明顯的裂紋。在使用中形成尖晶石產(chǎn)生的膨脹與燒結產(chǎn)生的收縮相匹配。(2)使用后拆下的爐壁與鋼水接觸部位已經(jīng)完全燒結(體積密度為3．03g·cm～，顯氣孔率為17．7％o)，而高溫燒結以及爐壁受到的鋼水靜壓力對材料的致密化都產(chǎn)生了積極的作用。(3)分析殘襯的顯微結構發(fā)現，搗打料與渣的接觸面生成了大量尖晶石，降低了材料的顯氣孔率，從而提高了材料的抗渣侵蝕性能，同時(shí)尖晶石的生成還提高了材料的抗熱震性能。
以棕剛玉、白剛玉、板狀剛玉、鎂砂為原料，研制的中頻爐用鋁鎂質(zhì)干式搗打料，其最佳配比(W)為：6—0．1mm的顆粒料76％0，≤0．1mm的細粉料22％，≤0．005mm的復合高溫促燒劑2％，≤0．1的硼酸0．3％(外加)。
研制的干式搗打料分別在某廠(chǎng)8t、20t中頻爐上試用，使用壽命長(cháng)，用后均沒(méi)有明顯的裂紋產(chǎn)生，完全滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。
隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，中頻電爐冶煉已經(jīng)越來(lái)越普遍，其已成為鑄造行業(yè)、不銹鋼冶煉行業(yè)以及特種合金冶煉的主要冶煉設備之一。中頻電爐爐襯質(zhì)量的好壞直接決定其使用壽命以及生產(chǎn)效率的高低。中頻爐冶煉相比其他冶煉工藝具有流程短，生產(chǎn)調節方便的特性，但是中頻爐結構復雜，感應線(xiàn)圈通水冷卻，對中頻爐搗打料質(zhì)量要求較高。如果干式搗打料質(zhì)量不好，極易出現漏鋼、爆炸等安全事故。隨著(zhù)短流程煉鋼以及不銹鋼冶煉的快速發(fā)展，對高質(zhì)量的中頻爐干式搗打料需求量越來(lái)越大。
剛玉熔點(diǎn)高，熱膨脹系數小，熱態(tài)體積穩定性好，且具有優(yōu)良的抗侵蝕性。由于剛玉在高溫下與鎂砂反應生成尖晶石，產(chǎn)生體積膨脹，從而可有效抑制剛玉基爐襯的龜裂。使用剛玉一氧化鎂質(zhì)搗打料作爐襯材料，爐襯熱面龜裂明顯得到控制，微裂紋明顯減少。鋁鎂質(zhì)搗打料逐漸成為中頻爐煉鋼的首選爐襯材料。在本研究中，通過(guò)顆粒級配和復合高溫促燒劑的調整，研制了中頻爐工作襯用鋁鎂質(zhì)干式搗打料，并在某廠(chǎng)8和20t中頻電爐上試用。
以電熔棕剛玉、白剛玉、板狀剛玉、鎂砂為顆粒料，鎂砂細粉、剛玉細粉為粉體，添加高溫復合促燒劑，以硼酸為外加劑。主要原料的化學(xué)組成如表1所示。
合理的顆粒級配可以提高搗打料的抗熱震性能及抗化學(xué)侵蝕性能，也能改善施工后中頻爐工作襯的燒結質(zhì)量。以文獻[5]為依據，對顆粒級配進(jìn)行微調整，研究顆粒級配對干式料性能的影響，具體配比見(jiàn)表2；然后，以?xún)?yōu)選出4配方的粒度級配為基礎，改變復合高溫促燒劑的加入量(等量取代細粉質(zhì)量)，研究促燒劑對于式搗打料性能的影響，其具體配比見(jiàn)表3。
將硬紙卷成+60mm×80mm的紙筒，放人內徑為+84mlTlx87mlTl的剛玉坩堝內，紙筒與坩堝之間填滿(mǎn)1～0．5mm的白剛玉細顆粒，再將根據表2和表3配比稱(chēng)取的原料混合均勻后倒入紙筒內，搗打密實(shí)，制成+60mmx60123113干式搗打料試樣。
測量1一_8試樣的堆積密度，其方法為：制作1個(gè)+80mm×80mm標準鋼桶以及1個(gè)+801TimX30mm的鋼圈，可以在上方套住+80mlTlX80mm標準鋼桶，如圖l所示。將混合均勻的干式料放入鋼桶內，在振動(dòng)臺上震動(dòng)1min后，移去鋼圈，刮平表面，測定搗打料堆積質(zhì)量，根據公式計算干式搗打料的堆積密度：P=m／V。其中：P為干式搗打料的堆積密度，g·am～；m為鋼桶內搗打料質(zhì)量，g；V為鋼桶體積，am。
將所有試樣分別在1000、1200、1350和1600cI=熱處理3h后，觀(guān)察其燒結情況，同時(shí)將經(jīng)l350oC3h燒后的試樣4A一_4F再經(jīng)1600oC3h熱處理。對1600℃3h燒后的各試樣進(jìn)行直徑線(xiàn)變化率和高度線(xiàn)變化率(GB／T3997．1一l998)、體積密度(GB／T2997-2000)以及耐壓強度(GB／T5072-2008)檢測，同時(shí)并對現場(chǎng)使用后的干式搗打料殘襯進(jìn)行顯微結構觀(guān)察。
1m8試樣的堆積密度分別為2．78、2．81、2．84、2．81、2．78、2．78、2．83和2．84g·cm～，可見(jiàn)所試驗的幾種粒度配比的試樣堆積密度差別不大。觀(guān)察1m8燒后試樣發(fā)現：1000oC3h燒后的各試樣都沒(méi)有脫模強度，說(shuō)明在1000時(shí)試樣不會(huì )燒結。除8試樣外，各試樣經(jīng)過(guò)l200℃3h燒后有一點(diǎn)脫模強度，說(shuō)明在l200℃時(shí)試樣產(chǎn)生了少量的燒結，但燒結程度不大；各試樣經(jīng)過(guò)1350oC3h燒后，具有一定的燒結強度，但8試樣的強度最低。經(jīng)1600oC3h燒后1一8試樣的性能如表4所示。由表4可看出：經(jīng)1600oC3h燒后，沒(méi)有添加鎂砂的8試樣體積密度最大，材料的線(xiàn)變化最小，燒結強度較低，可以看出鎂砂對搗打料的燒結強度貢獻較大。干式搗打料中，增加粗顆粒添加量可以提高試樣抗熱震性，但是粗顆粒添加比例過(guò)高會(huì )降低試樣的燒結性能和燒后強度。細顆?？杀ＷC試樣經(jīng)高溫燒結后內部氣孔較少且尺寸較小，使試樣具有良好的致密性，但是細顆粒添加比例過(guò)高會(huì )使試樣燒后產(chǎn)生較大裂紋，試樣收縮率過(guò)大會(huì )降低抗熱震性。綜合各配比情況，認為4配方綜合性能較好。
經(jīng)l350oC3h預燒后的試樣4A-_4F再經(jīng)1600℃3h燒后的性能檢測結果見(jiàn)表5。由表5可見(jiàn)，隨復合促燒劑加入量的減小，試樣的直徑線(xiàn)變化、高度線(xiàn)變化、耐壓強度在逐漸減小，體積密度在逐漸增加。綜合比較而言，試樣4c的強度較高，線(xiàn)變化比較合理，該試樣在1000以下燒后幾乎無(wú)強度，呈粉狀，1200oC燒后稍微有點(diǎn)強度，1350oC燒后有一定的強度，1600oC燒后有較高的燒結強度，可以滿(mǎn)足中頻爐搗打料各方面要求。因此，選擇4c配比作為工業(yè)現場(chǎng)試驗用干式搗打料的配比。
按照試樣4C的配比生產(chǎn)出一批干式搗打料在某廠(chǎng)8t中頻爐上試用。干式搗打料筑爐施工是一項精細的工作，僅有好的爐料，如果筑爐施工不好也不能達到高的使用壽命，現場(chǎng)施工工藝如下：(1)打結爐襯前，首先將絕緣層破損部位修補平整，然后在爐子線(xiàn)圈絕緣層內鋪設一層石棉布。(2)打結爐底。先固定好爐底透氣塞透氣裝置，再以透氣磚為中心放置適當直徑的圓筒，圓筒內放人透氣爐底搗打料，搗打致密，圓筒周?chē)钊肫胀〒v打料。爐底分多次填砂，一般填砂厚度不大于]00mm·次～，打結時(shí)注意保證施工后各處密度均勻，預防燒結后爐襯密度差別較大引起開(kāi)裂。(3)打結爐壁。爐壁承受著(zhù)高溫鋼液靜壓力、沖刷力、內外溫差應力以及鋼液的滲透與侵蝕作用等，打結爐壁時(shí)特別要注意保證料的密度均勻，避免引起分層。爐底打結達到所需高度時(shí)刮平，放人鋼制型模，對準中心后固定型心開(kāi)始打結爐壁。調整周邊間隙相等后用3個(gè)木楔卡緊，中間吊重物壓上，避免爐壁打結模具產(chǎn)生位移。要求爐壁搗打時(shí)每次填料厚度不超過(guò)12om，每一層打結要求均勻、致密，每層打結完后爐料表面要刮毛，使打結后的爐襯不會(huì )產(chǎn)生明顯的分層，這樣燒結后才可能得到優(yōu)良的工作面。(4)烘烤與燒結。爐襯打結完成后在鋼模具內加入廢鋼以增強感應圈加熱作用，鋼模具留在爐內，化鋼時(shí)同廢鋼一同熔化。第一次使用時(shí)，要控制加熱升溫速度，防止爐襯在燒結時(shí)產(chǎn)生裂紋，并通過(guò)低功率送電產(chǎn)生較為平穩的電磁力，使爐襯上下受熱均勻。室溫～1630oC共烘烤了10h，烘烤良好，鋼水液面已經(jīng)達到正常工作液面；1630～1700升溫lh，并于1700oC左右保溫1h。冶煉期間鋼水最高溫度超過(guò)1730oC，出鋼后觀(guān)察發(fā)現，爐襯表面光滑，燒結良好。
根據工廠(chǎng)的生產(chǎn)安排，從20]1年12月29日至20]：2年2月6日在8t中頻爐中使用試驗，白班生產(chǎn)，晚上停爐，每天生產(chǎn)3爐左右，春節放假10d，隨后使用70爐后因設備故障檢修，搗打料的使用壽命已達到該廠(chǎng)歷史最好記錄。隨后的使用證明，搗打料完全可以滿(mǎn)足使用要求。針對20t以上的大型中頻爐，優(yōu)化改進(jìn)了搗打料配方，并在該廠(chǎng)20t中頻爐上進(jìn)行現場(chǎng)使用試驗。20t中頻爐使用安排為晚上生產(chǎn)，白天停爐，最高使用溫度為1770oC。在使用期間，長(cháng)時(shí)間停爐兩次，總計有10d左右，整個(gè)爐役沒(méi)有進(jìn)行任何修補。在使用到73爐的高爐齡后，為保證安全，拆爐觀(guān)察，中頻電爐爐襯殘厚為]30mm(施工厚度為170mm)。按照殘厚以及未燒結層厚度測算，該搗打料可再繼續使用3O爐。經(jīng)過(guò)使用證明，研制的搗打料完全滿(mǎn)足了20t中頻爐的生產(chǎn)要求。
對使用結果分析后認為：(1)據拆爐后觀(guān)察，未燒結層、半燒結層、燒結層界限分明，未燒結層有3～5em厚，爐襯總體強度很好，爐襯表面比較光滑，損毀也比較均勻，拆爐時(shí)沒(méi)有發(fā)現爐襯有明顯的裂紋。在使用中形成尖晶石產(chǎn)生的膨脹與燒結產(chǎn)生的收縮相匹配。(2)使用后拆下的爐壁與鋼水接觸部位已經(jīng)完全燒結(體積密度為3．03g·cm～，顯氣孔率為17．7％o)，而高溫燒結以及爐壁受到的鋼水靜壓力對材料的致密化都產(chǎn)生了積極的作用。(3)分析殘襯的顯微結構發(fā)現，搗打料與渣的接觸面生成了大量尖晶石，降低了材料的顯氣孔率，從而提高了材料的抗渣侵蝕性能，同時(shí)尖晶石的生成還提高了材料的抗熱震性能。
以棕剛玉、白剛玉、板狀剛玉、鎂砂為原料，研制的中頻爐用鋁鎂質(zhì)干式搗打料，其最佳配比(W)為：6—0．1mm的顆粒料76％0，≤0．1mm的細粉料22％，≤0．005mm的復合高溫促燒劑2％，≤0．1的硼酸0．3％(外加)。
研制的干式搗打料分別在某廠(chǎng)8t、20t中頻爐上試用，使用壽命長(cháng)，用后均沒(méi)有明顯的裂紋產(chǎn)生，完全滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。
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