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中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 黑龙江省哈尔滨市150080
摘要：延长炉衬使用寿命对车间的安全、成本控制至关重要，本文根据我车间实践结合理论分析得出影响炉衬寿命的因素并提出了在打结、烧结、使用、修补等方面延长炉衬使用寿命的措施。
关键词：5吨中频炉、炉衬、烧结、修补
一、绪论
近年来,由于国民经济的高速发展,推动了冶金等材料行业的不断发展,对铸件的需求也不断增加。而中频感应电炉因其操作维护简单、元素熔炼损耗少、成分易控制等优点,常被一些中小型企业选择为熔炼设备。但在实际生产中,往往因为炉体需要大量修补以及穿铁事件不断发生,反而制约了生产率的提高,严重影响生产,同时也使成本增加。
可控硅中频电源在我国诞生于19世纪70年代，可控硅静止变频与旋转式机组变频相比，具有很多优点，因此近三十年来可控硅中频电源在感应加热领域得到大量应用。
二、影响炉衬使用寿命的原因
我车间炉衬侵蚀的部位位于炉体下部（斜面部分和炉底），基本上位于炉底以上300mm左右的位置。炉衬侵蚀发生在感应线圈之内，因此如果炉衬材料为金属所渗入后过热将加快耐火材料的被侵蚀速度。
炉体侵蚀是炉体下部、斜面部分和炉底部分的耐火材料被侵蚀掉，当这一现象发生时，其余部分的炉衬材料并未受到很多的侵蚀。如果将炉衬全部去除，在成本上将导致大大浪费，对生产效率影响较大。
2.1炉体打结对炉衬寿命的影响
2.1.1炉底的打结
在进行炉底打结时，需要注意加料的量和振捣时间，每加入一层料要进行除气处理，振捣完成后注意使用水平尺将炉底刮平，这样可以使坩埚防止平整，防止坩埚不平导致炉衬厚度不均匀，侵蚀最薄处后使炉体寿命降低。
2.1.2炉衬的打结
在打结炉衬时，最重要的部位是炉衬材料与炉底接触处和炉衬的斜面部位，打结时，在坩埚放置后，将炉底露在外面四周的材料要求使用钢叉进行刮毛处理，这样有利于炉衬与炉底的衔接。
2.2烧结的影响
炉衬烧结的目的是使干振料的表面形成一层陶瓷热面，对于石英砂材料来讲就是方石英相，这一层方石英相将直接接触熔融金属。形成陶瓷热面的目的也是为了防止金属的渗入。烧结工艺由耐火材料厂家推荐，烧结炉衬时需要使用放置在模具内的K型热电偶精确控制温度，仔细的选择首批炉料，认真控制感应能量。如果任何一个方面被忽略，首先受到影响的将是斜面部分和炉底。
石英砂在加热过程中发生晶型转变，石英晶型转变分两类。第一类型是横向转化,即石英、磷石英、方石英及石英玻璃之间的相互转化。其特点是结晶构造发生变化,晶变从晶粒的外层开始逐渐向中心发展,这类晶变速度很慢,在一定温度下,要经过长时间才能完成。第二类是纵向转型,是石英的α、β、γ结晶形态的变化,这类转化体积变化小速度慢。由石英晶型转变可知,在中频烘炉过程中温度应控制高于1470℃而低于1723℃。在烘炉时,禁止加入金属削、密封管状料及潮湿料,在加料时,要每次少加料,多次方式。直至化好铁水,再保持高温2ｈ,利于炉口、炉衬的烧结,对延长炉寿命起较大作用。
2.3首批加入的炉料对炉衬的影响
感应炉加入的炉料一般由回炉料、生铁、碳钢组成。材料的加入顺序对于防止斜面部位炉衬材料的早期化学侵蚀有明显的影响。
当首批加入的炉料为碳钢时，最初熔化的金属的碳含量和硅含量是非常低，这将导致氧化铁和氧化锰数量的增加，所有的这些氧化物将与炉底和斜面部位的石英砂炉衬反应：
2FeO+SiO2 2FeOSiO2，熔点：1217C
2MnO+SiO22MnOSiO2，熔点：1345C
生铁一般扮演中性角色。对于灰铁成份的生铁由于其碳硅含量相对较高，对石英砂炉衬的侵蚀较小。
而回炉料中的碳硅含量与炉衬的成分存在较小的差异，理论上回炉料的加入将是减小斜面部位侵蚀的有效途径，但是综合我车间实际情况，现在我车间采取的加料顺序为首先加入1500公斤生铁后随后加入回炉料。
2.4使用过程中的影响
在中频或高频感应炉中，对炉衬的烧结作用并不因为增加投入功率而上升，这些电炉能够很快的将加入的铁料熔化，半炉也允许熔化。但是如果后续加入的炉料有所延误，炉底的铁水温度将上升的非常高，实际上是过热了耐火材料，这一情况通常发生在炉底和斜面部位。因此认真控制熔化过程，连续测温是非常重要的；
一般的来说，当电炉转入保温状态而并未降低功率时，将发生过热。当铁水温度非常高、搅拌作用非常强时，侵蚀速度将被加速。
2.5冷炉启动的影响
炉衬钻铁一般是由于炉衬材料的裂纹造成的。而裂纹的形成一般是由于冷热冲击引起的。在中频高功率感应电炉中，严重的金属渗入将导致炉衬的熔化，造成严重侵蚀，这种启动时钻铁是可通过适当的冷却和冷启动工艺来减少的。
三、延长炉衬寿命的措施
3.1炉衬的打结及烧结
要求严格执行厂家提供的打结及烧结工艺并且经过完善，在炉衬第一层料的打结时增加了将料平整后除气的工序。
3.2首批炉料加入的规定
在加入首批炉料时规定：加料顺序为首先加入1500公斤生铁后随后加入回炉料。
3.3制定控制措施，减少使用过程中对炉衬寿命影响的现象
（1）正常生产时铁水高度不允许超过感应圈以免产生钻铁；
（2）必须坚持热态清炉，不允许冷炉后清理渣子以免造成炉衬受损；
（3）温度监控：每天进行两次温度的工艺纪律检查并做记录，出炉温度不允许超过1570℃；
（4）尽量减少冷炉启动次数，当冷炉启动时按照工艺要求执行，并作为工艺纪律检查项目；
3.4对受侵蚀严重的底部进行修补
结合我车间实际情况，制定修补工艺：
3.4.1将冷炉后的炉口、炉壁彻底清理，防止在操作过程中炉口及炉壁的残余渣子混入炉料中；
将需要修理的部位使用小风镐打成麻面，便于与新料连接，并在炉底找到地线后重新焊接将地线延长；
准备好打炉工具：坩埚、叉子、振捣器
3.4.2筑炉底：
加料前在炉底均匀的撒一层硼酸，并向炉壁上均匀涂抹。
分两次加料，每次加3袋，下料在四周方向要均匀，四人用钢叉插（2～4）遍，插完一层后操作者使用振捣器对炉底进行均匀振捣、振捣6-8分钟后加下一层料，在加料前前用钢叉把表层刮毛，深度（10～20）mm，加第二层料时，应使筑炉料高出报警线（10～15）mm，第二层插实、除气完毕后操作者依然使用振捣器振捣，时间为10分钟；用水平尺把炉底上表面的炉料松散层刮去，露出报警线为止，并用水平尺把炉底找平，用叉子把安放坩埚底面以外的圆环面刮松，深度为（15～22）mm(注意不要刮到坩埚底面接触处的炉料)。把坩埚放入炉内，找正，使与感应线圈形成的炉衬壁厚均匀。
3.4.3筑炉侧壁：
分三次加料，每次加75公斤，加完第一层料后首先使用钢叉将料抹平，要求确保第一层料的厚度一致，刮平后四人同时用钢叉插（2～4）遍，然后使用振捣器均匀振捣5-7分钟，振完后刮毛（深度15mm～22mm）；如此3次下料可筑好侧壁。
3.4.3烧结：
接好热电偶，把热电偶伸到炉子中下部升温最快处，贴坩埚侧壁放好。以(110～120)℃/h的速度 ，在10小时内升温到(1100～1150)℃之间，然后把功率调到(18～20)%，直到化满炉，把功率调到(12～14)%，打渣（加料过程中要勤加料、勤捣料，防止“搭桥”）。以(14～16)%的功率送电使铁水升温到(1560～1580)℃之间，保温2小时，降至出炉温度出炉。
结论
通过分析认为炉体在打结、烧结及使用过程中存在的各种不良现象及现有工艺存在的不足之处是导致炉衬使用不理想的主要原因；明确原因后，通过观察与实践制定了相应的措施之后及确定炉体的修补工艺，可以将使用炉次由原来的140左右提高至190左右。
参考文献
[1]王亮。中频炉工作原理及谐波治理[J]。大众用电，2005（12）：25-26。