宋明棟,任聯(lián)生陳曉敏,王文輝費(fèi) 征陳富東
(1.漢江集團(tuán)技術(shù)部,湖北丹江口 442700;2.漢江丹江口鋁業(yè)有限責(zé)任公司,湖北丹江口 442700)
中頻爐筑爐工藝的優(yōu)化
宋明棟1,任聯(lián)生2,陳曉敏1,王文輝2,費(fèi) 征2,陳富東2
(1.漢江集團(tuán)技術(shù)部,湖北丹江口 442700;2.漢江丹江口鋁業(yè)有限責(zé)任公司,湖北丹江口 442700)
對(duì)中頻爐筑爐材料、筑爐工藝和生產(chǎn)與維護(hù)方面存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析,制訂的優(yōu)化措施大幅提高了中頻爐的使用壽命。
中頻感應(yīng)電爐;筑爐工藝;優(yōu)化
在鋁電解生產(chǎn)過(guò)程中陽(yáng)極導(dǎo)桿與陽(yáng)極碳?jí)K的連接部分以磷生鐵為介質(zhì)連接組裝。陽(yáng)極組裝工序生產(chǎn)鏈上熔煉磷生鐵的核心設(shè)備是中頻爐,中頻爐擔(dān)負(fù)著電解鋁陽(yáng)極導(dǎo)桿的熔煉任務(wù),本公司年生產(chǎn)陽(yáng)極導(dǎo)桿量達(dá)74000根。目前公司有中頻爐8臺(tái),長(zhǎng)期以來(lái)由于受操作環(huán)境、施工方式及原材料穩(wěn)定性等條件的制約,中頻爐壽命始終在100爐左右徘徊。如何提高中頻爐壽命,是公司亟待解決的問(wèn)題。中頻爐使用壽命的延長(zhǎng)受綜合因素的影響較大,下面就筑爐材料、筑爐工藝和中頻爐生產(chǎn)與維護(hù)方面進(jìn)行分析和討論。
中頻爐筑爐的主要原材料是硅砂,但是受施工環(huán)境和硅砂質(zhì)量等影響,其純度一直很難保證。
為方便施工,硅砂的配比攪拌過(guò)程一般在廠房?jī)?nèi)完成,容易受到廠房灰塵、冶金粉末等其它雜質(zhì)的污染,這對(duì)以電磁感應(yīng)為加熱原理的中頻爐極為不利。再者,筑爐用硅砂由于缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),包裝簡(jiǎn)陋,各目數(shù)的砂內(nèi)均摻雜有不同程度的雜物,給后期的手選和磁選帶來(lái)了困難。此外,公司組裝工序沿用人工配比的方式對(duì)硅砂各目數(shù)進(jìn)行配比,操作誤差較大;加之使用人工搗固,由于力度不均難以確保筑爐質(zhì)量。
解決方案是,摒棄以往人工配料的方式選用已配置好的硅砂進(jìn)行筑爐。這樣就避免了配料過(guò)程中的污染,保證了硅砂的純度、質(zhì)量和配比。
2.1 優(yōu)化中頻爐搗固工藝
使用配比好的硅砂直接用于中頻爐的搗固使用,以避免人工配料時(shí)對(duì)硅砂的污染。使用震動(dòng)筑爐機(jī)對(duì)中頻爐進(jìn)行機(jī)械搗固,防止人工搗固過(guò)程中的硅砂受力不均產(chǎn)生的偏析,以致影響搗固的致密度。
2.2 采用干式搗固
我公司之前采用濕式打結(jié)對(duì)中頻爐進(jìn)行搗固,在硅砂攪拌過(guò)程中加入約15kg左右的水分。雖然方便了施工,但在焙燒時(shí),大量水分難以排出會(huì)在內(nèi)襯內(nèi)部生成蒸汽水泡,降低內(nèi)襯密度,延長(zhǎng)焙燒時(shí)間,影響筑爐壽命,因此在后期的筑爐過(guò)程中改進(jìn)為不加入水分進(jìn)行干式搗固。
2.3 模具的改進(jìn)
即使使用干式搗固,硅砂及硼酸中仍含有少量水分,為便于焙燒階段內(nèi)襯中水分易于排出,在筑爐前期采取將鋼模進(jìn)行鉆孔,孔洞直徑3~6mm,間距150~200mm,并將鋼模進(jìn)行打磨除銹后使用。
3.1 改進(jìn)物料添加
中頻爐在熔煉磷生鐵的過(guò)程中需要持續(xù)添加物料,由于中頻爐燒結(jié)后坩堝截面從外向里分為未燒結(jié)層、半燒結(jié)層、燒結(jié)層。燒結(jié)層的厚度僅為4~6cm。在添加回爐鐵、硅鐵等尖銳物料的過(guò)程中,爐壁受持續(xù)撞擊及高溫磷生鐵的攪拌,產(chǎn)生凹痕減薄爐壁,進(jìn)而影響到爐齡。另外對(duì)于高溫鐵液,加料過(guò)程中飛濺出來(lái)也會(huì)對(duì)安全生產(chǎn)造成嚴(yán)重威脅。鑒于以上原因,在后續(xù)的物料添加過(guò)程中采用了流槽工具進(jìn)行添加作業(yè),既安全又延長(zhǎng)了爐襯使用壽命,有效地解決了上述問(wèn)題。
3.2 優(yōu)化燒結(jié)曲線
中頻爐的升溫?zé)Y(jié)曲線主要分為三個(gè)階段,即烘爐階段、半燒結(jié)階段、完全燒結(jié)階段。
烘爐階段主要為β-石英在573℃轉(zhuǎn)變成α-石英,此階段的目的主要是排出爐襯中的水分?,F(xiàn)在筑爐材料和工藝優(yōu)化后,由常溫快速升溫至600℃,并保溫1h以徹底排凈水分。半燒結(jié)階段主要為根據(jù)硅砂同質(zhì)多晶轉(zhuǎn)變圖,α-石英在875℃變成α-磷石英,半燒結(jié)的關(guān)鍵階段是緩慢加熱升至900℃且保溫2h,所形成的液相緩沖由于體積效應(yīng)所產(chǎn)生的應(yīng)力,防止燒成時(shí)制品的松散和開(kāi)裂。完全燒結(jié)階段完成石英晶型的轉(zhuǎn)變,溫度升至1200℃,保溫2h。燒結(jié)溫度不夠,燒結(jié)層厚度不足,會(huì)使中頻爐的使用壽命明顯的降低,圖1為新修中頻爐溫度燒結(jié)曲線圖。
圖1 新修中頻爐溫度燒結(jié)曲線圖
需要指出的是多晶轉(zhuǎn)變是十分緩慢的,即使烘爐燒結(jié)完成,那也是表層很薄一層,在后續(xù)生產(chǎn)中,應(yīng)逐步使?fàn)t襯在高溫成型時(shí)增加燒結(jié)層厚度,使之成為具有足夠強(qiáng)度的硬殼。另外要及時(shí)在鋼模周?chē)M(jìn)行均勻加鐵,使電流均勻分布,避免局部集中打火,保護(hù)鋼模正常熔化,防止局部高溫?zé)齻麪t襯,影響爐壽命。
3.3 改進(jìn)中頻爐維修依據(jù)
隨著爐齡的延長(zhǎng)中頻爐的安全系數(shù)直線下降,為解決延長(zhǎng)爐齡與安全生產(chǎn)的矛盾,通過(guò)方案優(yōu)化,改用“X”型尺進(jìn)行測(cè)量,計(jì)算方式為:爐襯厚度=(線圈內(nèi)徑-絕緣絕熱層厚度×2)-坩堝膜外壁÷2。當(dāng)爐襯厚度低于30~40mm時(shí),則拆除維修。該方案使用后,改變了以往中頻爐停爐依靠人工巡視,肉眼發(fā)現(xiàn)坩堝線圈附近有發(fā)紅現(xiàn)象才停爐維修的方法,提高了生產(chǎn)的安全性與和科學(xué)性。
3.4 停爐后的保養(yǎng)措施
中頻爐在正常生產(chǎn)過(guò)程中受生產(chǎn)周期影響需要間歇性停爐,停爐過(guò)程中的保養(yǎng)也是對(duì)爐齡產(chǎn)生重要影響的因素之一。當(dāng)磷生鐵倒空后爐壁會(huì)因迅速冷卻而產(chǎn)生龜裂,如果剩余磷生鐵未倒空,剩余在爐內(nèi)的鐵液與爐內(nèi)襯處于緊密的結(jié)合狀態(tài),在冷卻過(guò)程中因熱脹冷縮的差異會(huì)導(dǎo)致內(nèi)襯產(chǎn)生裂紋,在開(kāi)爐加熱的過(guò)程中又將對(duì)內(nèi)襯產(chǎn)生二次傷害。所以在停爐之后采取用石棉板覆蓋的方式將爐口保溫。當(dāng)最后一爐磷生鐵倒出后,剩余在中頻爐內(nèi)未使用完的鐵液應(yīng)當(dāng)外排存放,避免在爐內(nèi)冷卻。同時(shí)減少中頻爐冷卻水供水量,延緩冷卻速度,避免裂紋的產(chǎn)生。
優(yōu)化方案實(shí)施后,我公司中頻爐使用壽命翻番,500kg中頻爐由前期的平均110爐,提高至目前的241爐,800kg中頻爐由60爐提高至120爐,并刷新了公司的歷史記錄。
該項(xiàng)目細(xì)化了筑爐工藝的操作步驟,要求施工人員具備較高的專業(yè)素質(zhì),在筑爐過(guò)程中強(qiáng)調(diào)精細(xì)化操作,必要時(shí)需要求施工人員進(jìn)行操作培訓(xùn)和模擬。
同時(shí)為保證筑爐質(zhì)量,我公司配套制定了《公司中頻爐筑爐施工工藝及驗(yàn)收規(guī)程》,并以該規(guī)程為標(biāo)準(zhǔn)制定考核制度。
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Optimization of the Construction Technology of the Medium Frequency Furnace
SONG MingDong1,REN LianSheng2,CHEN XiaoMin1,WANG WenHui2,F(xiàn)EI Zheng2,CHEN FuDong2
(1.Technical division of Hanjiang Group Corp,Danjiangkou 442700,Hubei China;2.Hanjiang Danjiangkou Aluminum Industrial Co.Ltd.,Danjiangkou 442700,Hubei China)
Analysis on furnace construction material, technique,production and maintenance of medium frequency furnace has been done hence optimization measures put forward have realized a dramatic long service life of medium frequency furnace.
Medium frequency furance;Furnace construction technology;optimization
TG 232.3;
B
1006-9658(2011)01-2
2010-09-01
2010-131
宋明棟(1975-),男,鑄造工程師