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長壽中頻爐工作襯用鋁鎂質搗打料的研制與應用
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廠家：長壽中頻爐工作襯用鋁鎂質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8和20t中頻爐試用，用后沒有明顯的裂紋產生，使用壽命長，完全滿足了生產需要。
隨著經濟的發展，中頻電爐冶煉已經越來越普遍，其已成為鑄造行業、不銹鋼冶煉行業以及特種合金冶煉的主要冶煉設備之一。中頻電爐爐襯質量的好壞直接決定其使用壽命以及生產效率的高低。中頻爐冶煉相比其他冶煉工藝具有流程短，生產調節方便的特性，但是中頻爐結構復雜，感應線圈通水冷卻，對中頻爐搗打料質量要求較高。如果干式搗打料質量不好，極易出現漏鋼、爆炸等安全事故。隨著短流程煉鋼以及不銹鋼冶煉的快速發展，對高質量的中頻爐干式搗打料需求量越來越大。
剛玉熔點高，熱膨脹系數小，熱態體積穩定性好，且具有優良的抗侵蝕性。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干式搗打料，并在某廠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侵蝕性能，也能改善施工后中頻爐工作襯的燒結質量。以文獻[5]為依據，對顆粒級配進行微調整，研究顆粒級配對干式料性能的影響，具體配比見表2；然后，以優選出4配方的粒度級配為基礎，改變復合高溫促燒劑的加入量(等量取代細粉質量)，研究促燒劑對于式搗打料性能的影響，其具體配比見表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1～0．5mm的白剛玉細顆粒，再將根據表2和表3配比稱取的原料混合均勻后倒入紙筒內，搗打密實，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+80mm×80mm標準鋼桶以及1個+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，在振動臺上震動1min后，移去鋼圈，刮平表面，測定搗打料堆積質量，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，觀察其燒結情況，同時將經l350oC3h燒后的試樣4A一_4F再經1600oC3h熱處理。對1600℃3h燒后的各試樣進行直徑線變化率和高度線變化率(GB／T3997．1一l998)、體積密度(GB／T2997-2000)以及耐壓強度(GB／T5072-2008)檢測，同時并對現場使用后的干式搗打料殘襯進行顯微結構觀察。
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～，可見所試驗的幾種粒度配比的試樣堆積密度差別不大。觀察1m8燒后試樣發現：1000oC3h燒后的各試樣都沒有脫模強度，說明在1000時試樣不會燒結。除8試樣外，各試樣經過l200℃3h燒后有一點脫模強度，說明在l200℃時試樣產生了少量的燒結，但燒結程度不大；各試樣經過1350oC3h燒后，具有一定的燒結強度，但8試樣的強度最低。經1600oC3h燒后1一8試樣的性能如表4所示。由表4可看出：經1600oC3h燒后，沒有添加鎂砂的8試樣體積密度最大，材料的線變化最小，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高會降低試樣的燒結性能和燒后強度。細顆粒可保證試樣經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高會使試樣燒后產生較大裂紋，試樣收縮率過大會降低抗熱震性。綜合各配比情況，認為4配方綜合性能較好。
經l350oC3h預燒后的試樣4A-_4F再經1600℃3h燒后的性能檢測結果見表5。由表5可見，隨復合促燒劑加入量的減小，試樣的直徑線變化、高度線變化、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，線變化比較合理，該試樣在1000以下燒后幾乎無強度，呈粉狀，1200oC燒后稍微有點強度，1350oC燒后有一定的強度，1600oC燒后有較高的燒結強度，可以滿足中頻爐搗打料各方面要求。因此，選擇4c配比作為工業現場試驗用干式搗打料的配比。
按照試樣4C的配比生產出一批干式搗打料在某廠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，圓筒周圍填入普通搗打料。爐底分多次填砂，一般填砂厚度不大于]00mm·次～，打結時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裂。(3)打結爐壁。爐壁承受著高溫鋼液靜壓力、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刮平，放人鋼制型模，對準中心后固定型心開始打結爐壁。調整周邊間隙相等后用3個木楔卡緊，中間吊重物壓上，避免爐壁打結模具產生位移。要求爐壁搗打時每次填料厚度不超過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產生明顯的分層，這樣燒結后才可能得到優良的工作面。(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，化鋼時同廢鋼一同熔化。第一次使用時，要控制加熱升溫速度，防止爐襯在燒結時產生裂紋，并通過低功率送電產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1730oC，出鋼后觀察發現，爐襯表面光滑，燒結良好。
根據工廠的生產安排，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，晚上停爐，每天生產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歷史最好記錄。隨后的使用證明，搗打料完全可以滿足使用要求。針對20t以上的大型中頻爐，優化改進了搗打料配方，并在該廠20t中頻爐上進行現場使用試驗。20t中頻爐使用安排為晚上生產，白天停爐，最高使用溫度為1770oC。在使用期間，長時間停爐兩次，總計有10d左右，整個爐役沒有進行任何修補。在使用到73爐的高爐齡后，為保證安全，拆爐觀察，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。經過使用證明，研制的搗打料完全滿足了20t中頻爐的生產要求。
對使用結果分析后認為：(1)據拆爐后觀察，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，拆爐時沒有發現爐襯有明顯的裂紋。在使用中形成尖晶石產生的膨脹與燒結產生的收縮相匹配。(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生了積極的作用。(3)分析殘襯的顯微結構發現，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8t、20t中頻爐上試用，使用壽命長，用后均沒有明顯的裂紋產生，完全滿足生產需要。
隨著經濟的發展，中頻電爐冶煉已經越來越普遍，其已成為鑄造行業、不銹鋼冶煉行業以及特種合金冶煉的主要冶煉設備之一。中頻電爐爐襯質量的好壞直接決定其使用壽命以及生產效率的高低。中頻爐冶煉相比其他冶煉工藝具有流程短，生產調節方便的特性，但是中頻爐結構復雜，感應線圈通水冷卻，對中頻爐搗打料質量要求較高。如果干式搗打料質量不好，極易出現漏鋼、爆炸等安全事故。隨著短流程煉鋼以及不銹鋼冶煉的快速發展，對高質量的中頻爐干式搗打料需求量越來越大。
剛玉熔點高，熱膨脹系數小，熱態體積穩定性好，且具有優良的抗侵蝕性。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干式搗打料，并在某廠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侵蝕性能，也能改善施工后中頻爐工作襯的燒結質量。以文獻[5]為依據，對顆粒級配進行微調整，研究顆粒級配對干式料性能的影響，具體配比見表2；然后，以優選出4配方的粒度級配為基礎，改變復合高溫促燒劑的加入量(等量取代細粉質量)，研究促燒劑對于式搗打料性能的影響，其具體配比見表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1～0．5mm的白剛玉細顆粒，再將根據表2和表3配比稱取的原料混合均勻后倒入紙筒內，搗打密實，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+80mm×80mm標準鋼桶以及1個+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，在振動臺上震動1min后，移去鋼圈，刮平表面，測定搗打料堆積質量，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，觀察其燒結情況，同時將經l350oC3h燒后的試樣4A一_4F再經1600oC3h熱處理。對1600℃3h燒后的各試樣進行直徑線變化率和高度線變化率(GB／T3997．1一l998)、體積密度(GB／T2997-2000)以及耐壓強度(GB／T5072-2008)檢測，同時并對現場使用后的干式搗打料殘襯進行顯微結構觀察。
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～，可見所試驗的幾種粒度配比的試樣堆積密度差別不大。觀察1m8燒后試樣發現：1000oC3h燒后的各試樣都沒有脫模強度，說明在1000時試樣不會燒結。除8試樣外，各試樣經過l200℃3h燒后有一點脫模強度，說明在l200℃時試樣產生了少量的燒結，但燒結程度不大；各試樣經過1350oC3h燒后，具有一定的燒結強度，但8試樣的強度最低。經1600oC3h燒后1一8試樣的性能如表4所示。由表4可看出：經1600oC3h燒后，沒有添加鎂砂的8試樣體積密度最大，材料的線變化最小，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高會降低試樣的燒結性能和燒后強度。細顆粒可保證試樣經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高會使試樣燒后產生較大裂紋，試樣收縮率過大會降低抗熱震性。綜合各配比情況，認為4配方綜合性能較好。
經l350oC3h預燒后的試樣4A-_4F再經1600℃3h燒后的性能檢測結果見表5。由表5可見，隨復合促燒劑加入量的減小，試樣的直徑線變化、高度線變化、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，線變化比較合理，該試樣在1000以下燒后幾乎無強度，呈粉狀，1200oC燒后稍微有點強度，1350oC燒后有一定的強度，1600oC燒后有較高的燒結強度，可以滿足中頻爐搗打料各方面要求。因此，選擇4c配比作為工業現場試驗用干式搗打料的配比。
按照試樣4C的配比生產出一批干式搗打料在某廠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，圓筒周圍填入普通搗打料。爐底分多次填砂，一般填砂厚度不大于]00mm·次～，打結時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裂。(3)打結爐壁。爐壁承受著高溫鋼液靜壓力、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刮平，放人鋼制型模，對準中心后固定型心開始打結爐壁。調整周邊間隙相等后用3個木楔卡緊，中間吊重物壓上，避免爐壁打結模具產生位移。要求爐壁搗打時每次填料厚度不超過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產生明顯的分層，這樣燒結后才可能得到優良的工作面。(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，化鋼時同廢鋼一同熔化。第一次使用時，要控制加熱升溫速度，防止爐襯在燒結時產生裂紋，并通過低功率送電產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1730oC，出鋼后觀察發現，爐襯表面光滑，燒結良好。
根據工廠的生產安排，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，晚上停爐，每天生產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歷史最好記錄。隨后的使用證明，搗打料完全可以滿足使用要求。針對20t以上的大型中頻爐，優化改進了搗打料配方，并在該廠20t中頻爐上進行現場使用試驗。20t中頻爐使用安排為晚上生產，白天停爐，最高使用溫度為1770oC。在使用期間，長時間停爐兩次，總計有10d左右，整個爐役沒有進行任何修補。在使用到73爐的高爐齡后，為保證安全，拆爐觀察，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。經過使用證明，研制的搗打料完全滿足了20t中頻爐的生產要求。
對使用結果分析后認為：(1)據拆爐后觀察，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，拆爐時沒有發現爐襯有明顯的裂紋。在使用中形成尖晶石產生的膨脹與燒結產生的收縮相匹配。(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生了積極的作用。(3)分析殘襯的顯微結構發現，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8t、20t中頻爐上試用，使用壽命長，用后均沒有明顯的裂紋產生，完全滿足生產需要。
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