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提高中頻感應電爐爐襯壽命的解決方案

   2020-09-01 中國機械工程學會鑄造分會第十一屆消失模與V法鑄造學術(shù)年會論文李棋33410
核心提示:  提高中頻感應電爐爐襯壽命的解決方案  孟昌輝 李建國  (沈陽恒豐實業(yè)有限公司,遼寧 沈陽 110141) 

  提高中頻感應電爐爐襯壽命的解決方案

  孟昌輝 李建國

  (沈陽恒豐實業(yè)有限公司,遼寧 沈陽 110141)

  摘 要:本文介紹了中頻電磁感應熔煉電爐爐襯的予制成型產(chǎn)品—成型爐襯(坩堝)在熔煉生產(chǎn)中的應用技術(shù)。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,廣泛地適用于熔煉黑色、有色金屬及其各類合金。文章推薦以電動筑爐機采用干法施工安裝實現(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,具有廣泛的應用前景。

  關(guān)鍵詞:成型爐襯;電動筑爐機;線圈涂料

  前 言

  中頻電磁感應爐具有熔煉速度快、效率高、溫度易于控制、環(huán)保等突出優(yōu)點,成為鑄造企業(yè)生產(chǎn)鑄件的主要熔煉設(shè)備,但是,中頻熔煉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)過多年的生產(chǎn)實踐,本公司推出“成型爐襯+電動筑爐機施工”的解決方案,徹底的擯棄了手工搗制爐襯的落后工藝,避免了人為因素的影響。目前從25KG到5000KG成型爐襯已在國內(nèi)外數(shù)千個鑄造企業(yè)生產(chǎn)中應用,廣泛地適應于熔煉黑色及有色金屬及其各類合金,取得了很好的經(jīng)濟效益。

  1. 成型爐襯

  成型爐襯是指以機械方法制作并實現(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、強度高、材質(zhì)好、粒度均勻、成品一致性好等一系列在爐體內(nèi)搗制爐襯所無法比擬的優(yōu)勢。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)定性能、不易受熱震開裂又具有優(yōu)良的耐高溫性能、不易受渣化侵蝕的特點。

  下面是幾種典型的成型爐襯及相應的中頻電爐感應線圈尺寸情況。

  表1 企鵝牌成型爐襯型號及對應的感應線圈尺寸:

型號(kg)

100kg

150kg

250kg

500kg

750kg

1000kg

1500kg

2000kg

3000kg

5000kg

感應圈

尺寸(mm)

320

360

450

560

620

720

770

810

870

1100

  (來源:沈陽恒豐實業(yè)有限公司產(chǎn)品目錄)

  成型爐襯的優(yōu)點:

  1) 安裝簡便,省時省力。(僅為爐內(nèi)搗制爐襯時間的20%左右)

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

  3) 熔化快速,提高效率。(有功功率增大,熔化時間縮短10%左右)

  4) 鋼液純凈,減少夾雜。(防止耐材進入熔液造成夾雜,減少氣孔)

  5) 無須補爐,維護簡單。(僅以塑性料勾抹涂縫,即抹即熔無需等候)

  6) 爐齡更長,出水量大。(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)的計劃安排)

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

  用戶都十分關(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,電費按0.8元/度計算,僅供參考。

  一、250kg中頻感應電爐(感應圈內(nèi)徑為450mm)每個成型爐襯按使用100爐計算(實際一般可使用120-150爐次):

  1) 筑爐省時。手工在爐體內(nèi)搗制爐襯一般2-3個工人工作需4小時左右才能完成。而采用成型的成型爐襯,2個工人工作30分鐘即可。可節(jié)省一個工人和3個半小時工時。

  2) 免烘爐省電。手工在爐體內(nèi)搗制爐襯烘爐時送電一般由40 kw開始,逐步升到80kw,需烘爐10-16小時。而采用成型爐襯可免去烘爐操作。若按平均送電60 kw烘爐10小時計算可省電:60 kw×10h=600度,以每度電0.8元計算,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。100爐可多化鋼50×100=5000kg。一般化1噸鋼需800度電。多化5噸鋼,折算節(jié)省的電費為:800度/噸×5噸=4000度。合人民幣:0.8元/度×4000度=3200元

  4) 能耗降低。手工搗制爐襯一般送電功率為160kw,平均熔化時間約為1.5小時。而采用成型爐襯后可把功率降到120 kw -130 kw,而化鋼速度更快、鋼水升溫速度更快。假設(shè)兩種爐襯熔鋼時,送電最高功率的時間都為1小時,則100爐節(jié)省的電費為:0.8元/度×(160 kw ×h-130 kw ×h) ×100=2400元

  5) 無需修爐補爐。手工在爐體內(nèi)搗制的爐襯在使用過程中都要進行多次修補,以延長爐襯的使用壽命。這樣既浪費耐火材料,又耽誤熔煉時間,同時爐襯使用效果也不理想。采用成型爐襯后無需補爐,提高了熔煉效率。

  6) 提高鋼水質(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,表面強度高,它的耐侵蝕性能大大超過手工搗制的爐襯。因此用成型爐襯熔出的鋼水雜質(zhì)就少得多,鋼水質(zhì)量就有可靠的保證。同時由于成型爐襯有安全襯搗打?qū)幼鞅Wo層,穿爐事故就能避免。

  僅2、3、4三項節(jié)電效益折合人民幣為480元+3200元+2400元=6080元

  表二、500kg中頻爐(感應圈內(nèi)徑550mm)采用成型爐襯后的效益對比如下表:

  (假定手工搗爐平均壽命為40次,成型爐襯平均壽命為80次)

類別

手工搗制爐襯

成型爐襯

效益

電費折合人民幣(元)

筑爐時間

3個工人,4小時

2個工人,1小時

節(jié)省10小時

 

烘爐時間

15小時

0

節(jié)省15小時

 

烘爐用電

60k×15h=900度

0

省電900度

0.8元/度×900度=720元

使用爐次

40次

80次

壽命增長40爐

 

熔鋼量

470kg/爐×40爐=18800kg

560kg/爐×80爐=44800kg

多熔鋼26000kg

0.8元/度×800度/噸×26噸=16640元

用電功率

250 kw /爐

230 kw /爐

高功率1小時/爐40爐(250-230)×40=800度

0.8元/度×800度=640元

化鋼速度小時/爐

2小時/爐

1.5小時/爐

每爐省0.5小時40爐省20小時

 

  以上表可以看出:500kg中頻感應爐僅烘爐、多化鋼水和降低用電功率三項就節(jié)省電費:720元+16640元+640元=18000元。

  綜上所述,使用成型爐襯節(jié)省的電費就大于購買成型爐襯的費用。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。

  成型爐襯的安裝

  成型爐襯呈嵌入式安裝在搗打?qū)又幸妶D1

圖1成型爐襯的安裝示意圖

  由圖1看出:成型爐襯與背襯搗打?qū)有纬闪艘粋€完整爐襯。由于該背襯搗打?qū)邮冀K為非燒結(jié)狀態(tài)可以緩沖熔煉過程中產(chǎn)生的波浪式熱震沖擊而使爐襯不致膨脹開裂,從而保護爐襯的完整,故稱作安全襯。這種雙層結(jié)構(gòu)的復合爐襯具有體積形變的自適應調(diào)節(jié)能力,即應力緩沖能力。

  2. 電動筑爐機

  在成型爐襯的應用實踐中,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)橫向裂紋而使爐襯提前失效的現(xiàn)象,爐體容量愈大這種現(xiàn)象愈為突出。出現(xiàn)這種現(xiàn)象主要是因為在成型爐襯的安裝過程中搗打?qū)游创蚪Y(jié)緊實所致。安裝施工現(xiàn)場環(huán)境惡劣,工人勞動強度大等不利因素難以克服。為了解決這種問題,本公司參考國外先進技術(shù)開發(fā)了電動筑爐機。采用電動筑爐機可以降低工人的勞動強度,提高勞動效率,保證搗打?qū)拥木o實度。

  表三、 手提式電動筑爐機的主要性能參數(shù)

型    號

ZD-1

ZD-2

電    壓

220V

380V

振動頻率

2840r.p.m

2840r.p.m

激 振 力

100kg/f

200kg/f

電機功率

120W

250W

  電機帶動偏心輪產(chǎn)生的振動力通過前端的振動叉將振動力傳動給砂料,致使砂料之間緊實,并排除砂內(nèi)空氣以達到較高的填充密度。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)時因為冗長的烘爐除濕過程而造成的潮氣侵入而損害爐襯。

  3. 線圈涂料

  在成型爐襯的應用實踐中,發(fā)現(xiàn)很多用戶采用云母片絕緣層、石棉布隔熱層、不銹鋼絲網(wǎng)報警層、廢襯滑出石棉布層作為多層防護結(jié)構(gòu),這樣既費工費料又難以保證搗打?qū)拥木o實,故推薦使用線圈涂料。該線圈涂料防護層一次性涂抹完成后,可長期使用。防護層具有優(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,有利于延長爐齡并能保持線圈垂直同心度和線圈匝間距,有效地防止線圈產(chǎn)生形變,隔阻滲漏熔液燒損線圈。由于取消了石棉布也有利于環(huán)境保護。

  結(jié)束語:

  可以預期,隨著快裝式成型爐襯的廣泛應用,將給無芯感應電爐的爐襯帶來一場深刻的革命。

 
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