提高中频感应电炉炉衬寿命的解决方案

孟昌辉，李建国
(沈阳恒丰实业有限公司,辽宁 沈阳 110141)

摘 要：本文介绍了中频电磁感应熔炼电炉炉衬的予制成型产品—成型炉衬（坩埚）在熔炼生产中的应用技术。成型炉衬以高纯刚玉Al2O3和电熔镁MgO为基材制成，具有一系列的优点，广泛地适用于熔炼黑色、有色金属及其各类合金。文章推荐以电动筑炉机采用干法施工安装实现了成型炉衬的快速、可靠安装，并大幅度提高了炉衬的使用寿命，具有广泛的应用前景。
关键词：成型炉衬；电动筑炉机；线圈涂料
前 言：中频电磁感应炉具有熔炼速度快、效率高、温度易于控制、环保等突出优点，成为铸造企业生产铸件的主要熔炼设备，但是，中频熔炼电炉炉衬的使用寿命成为影响铸件早期质量及企业效益的难题。
经过多年的生产实践,本公司推出“成型炉衬+电动筑炉机施工”的解决方案，彻底的摈弃了手工捣制炉衬的落后工艺,避免了人为因素的影响。目前从25KG到5000KG成型炉衬已在国内外数千个铸造企业生产中应用，广泛地适应于熔炼黑色及有色金属及其各类合金，取得了很好的经济效益。

一、成型炉衬
成型炉衬是指以机械方法制作并实现工业化批量生产的固定尺寸耐火材料的衬体。它具有体积密度大、强度高、材质好、粒度均匀、成品一致性好等一系列在炉体内捣制炉衬所无法比拟的优势。成型炉衬采用高纯刚玉Al2O3和电熔镁MgO为主要基材制成。由于在熔炼过程中形成了镁铝尖晶石或铝镁尖晶石烧结层所以成型炉衬既有优良的热稳定性能、不易受热震开裂又具有优良的耐高温性能、不易受渣化侵蚀的特点。
下面是几种典型的成型炉衬及相应的中频电炉感应线圈尺寸情况。
表一、 企鹅牌成型炉衬型号及对应的感应线圈尺寸：

(来源：沈阳恒丰实业有限公司产品目录)
成型炉衬的优点：
1、安装简便，省时省力。（仅为炉内捣制炉衬时间的20%左右）
2、不需烘炉，节能省电。（节约燃料费用支出，省电15%以上）
3、熔化快速，提高效率。（有功功率增大，熔化时间缩短10%左右）
4、钢液纯净，减少夹杂。（防止耐材进入熔液造成夹杂，减少气孔）
5、无须补炉，维护简单。（仅以塑性料勾抹涂缝，即抹即熔无需等候）
6、炉龄更长，出水量大。（炼钢100炉次以上，炼铜200炉次以上）
7、安全性高，避免穿炉。（采用双层炉衬复合结构，有效防止穿钢）
8、寿命稳定，便于排产。（寿命一致性好，方便了生产的计划安排）
9、减少排放，有利环保。（衬料可重复使用，减少了固体废料的排放）
用户都十分关心使用成型炉衬能产生多大效益，现以250kg、500kg中频电炉使用成型炉衬为例作比较，电费按0.8元/度计算，仅供参考。
一、250kg中频感应电炉（感应圈内径为450mm）每个成型炉衬按使用100炉计算（实际一般可使用120-150炉次）：
1、筑炉省时。手工在炉体内捣制炉衬一般2-3个工人工作需4小时左右才能完成。而采用成型的成型炉衬，2个工人工作30分钟即可。可节省一个工人和3个半小时工时。
2、免烘炉省电。手工在炉体内捣制炉衬烘炉时送电一般由40 kw开始，逐步升到80kw，需烘炉10-16小时。而采用成型炉衬可免去烘炉操作。若按平均送电60 kw烘炉10小时计算可省电：60 kw×10h=600度，以每度电0.8元计算，合人民币480元。
3、熔钢量大。手工捣制的炉衬熔钢一般在230kg左右（使用后期，容量稍大）。而采用成型炉衬后第一炉熔钢就在280kg以上，每炉多化钢50kg。100炉可多化钢50×100=5000kg。一般化1吨钢需800度电。多化5吨钢，折算节省的电费为：800度/吨×5吨=4000度。合人民币：0.8元/度×4000度=3200元
4、能耗降低。手工捣制炉衬一般送电功率为160kw，平均熔化时间约为1.5小时。而采用成型炉衬后可把功率降到120 kw -130 kw，而化钢速度更快、钢水升温速度更快。假设两种炉衬熔钢时，送电最高功率的时间都为1小时，则100炉节省的电费为：0.8元/度×(160 kw ×h-130 kw ×h) ×100=2400元
5、无需修炉补炉。手工在炉体内捣制的炉衬在使用过程中都要进行多次修补，以延长炉衬的使用寿命。这样既浪费耐火材料，又耽误熔炼时间，同时炉衬使用效果也不理想。采用成型炉衬后无需补炉，提高了熔炼效率。
6、提高钢水质量，避免穿炉事故。由于成型炉衬采用优质耐火材料和特殊工艺生产，体积密度大，表面强度高，它的耐侵蚀性能大大超过手工捣制的炉衬。因此用成型炉衬熔出的钢水杂质就少得多，钢水质量就有可靠的保证。同时由于成型炉衬有安全衬捣打层作保护层，穿炉事故就能避免。
仅2、3、4三项节电效益折合人民币为480元+3200元+2400元=6080元

表二、500kg中频炉（感应圈内径550mm）采用成型炉衬后的效益对比如下表：
（假定手工捣炉平均寿命为40次，成型炉衬平均寿命为80次）
类别 手工捣制炉衬 成型炉衬 效益 电费折合人民币（元）
筑炉时间 3个工人，4小时 2个工人，1小时 节省10小时 
烘炉时间 15小时 0 节省15小时 
烘炉用电 60k×15h=900度 0 省电900度 0.8元/度×900度=720元
使用炉次 40次 80次 寿命增长40炉 
熔钢量 470kg/炉×40炉=18800kg 560kg/炉×80炉=44800kg 多熔钢26000kg 0.8元/度×800度/吨×26吨=16640元
用电功率 250 kw /炉 230 kw /炉 高功率1小时/炉40炉（250-230）×40=800度 0.8元/度×800度=640元
化钢速度小时/炉 2小时/炉 1.5小时/炉 每炉省0.5小时40炉省20小时 

以上表可以看出：500kg中频感应炉仅烘炉、多化钢水和降低用电功率三项就节省电费：720元+16640元+640元=18000元。
综上所述，使用成型炉衬节省的电费就大于购买成型炉衬的费用。减少了筑炉次数也就减少了原料、人工的投入。使用次数越多，效果越明显。因此，成型炉衬是一种高效节电产品。
成型炉衬的安装
成型炉衬呈嵌入式安装在捣打层之中见图1

由图1看出：成型炉衬与背衬捣打层形成了一个完整炉衬。由于该背衬捣打层始终为非烧结状态可以缓冲熔炼过程中产生的波浪式热震冲击而使炉衬不致膨胀开裂，从而保护炉衬的完整，故称作安全衬。这种双层结构的复合炉衬具有体积形变的自适应调节能力，即应力缓冲能力。
二、电动筑炉机
在成型炉衬的应用实践中，经常发生在成型炉衬的侧壁与底部的结合处出现横向裂纹而使炉衬提前失效的现象，炉体容量愈大这种现象愈为突出。出现这种现象主要是因为在成型炉衬的安装过程中捣打层未打结紧实所致。安装施工现场环境恶劣，工人劳动强度大等不利因素难以克服。为了解决这种问题，本公司参考国外先进技术开发了电动筑炉机。采用电动筑炉机可以降低工人的劳动强度，提高劳动效率，保证捣打层的紧实度。
表三、 手提式电动筑炉机的主要性能参数

三、线圈涂料
在成型炉衬的应用实践中，发现很多用户采用云母片绝缘层、石棉布隔热层、不锈钢丝网报警层、废衬滑出石棉布层作为多层防护结构，这样既费工费料又难以保证捣打层的紧实，故推荐使用线圈涂料。该线圈涂料防护层一次性涂抹完成后，可长期使用。防护层具有优良的绝热绝缘性能，可以保持炉膛内与线圈之间较大的温度梯度差，有利于延长炉龄并能保持线圈垂直同心度和线圈匝间距，有效地防止线圈产生形变，隔阻渗漏熔液烧损线圈。由于取消了石棉布也有利于环境保护。
结束语：
可以预期，随着快装式成型炉衬的广泛应用，将给无芯感应电炉的炉衬带来一场深刻的革命。

作者姓名：孟昌辉
职    务：副总经理
职    称：高工
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