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        中頻感應(yīng)電爐熔煉關(guān)鍵控制點(diǎn)淺析

        2014-12-31 08:22:58夏文國(guó)楊紹同李國(guó)鈞
        中國(guó)科技信息 2014年21期
        關(guān)鍵詞:白口爐襯鐵液

        夏文國(guó) 楊 濤 楊紹同 李國(guó)鈞

        昆明云內(nèi)動(dòng)力股份有限公司

        目前國(guó)內(nèi)鑄鐵熔煉設(shè)備逐步由沖天爐轉(zhuǎn)變?yōu)橹蓄l感應(yīng)電爐,本文針對(duì)中頻電爐熔煉的過(guò)程控制,如爐襯檢驗(yàn)、維修、爐料控制、加、配料控制、熔煉控制、鐵液質(zhì)量控制等方面,提出一些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和看法,與同行分享、討論。

        中頻感應(yīng)電爐熔煉鑄鐵與沖天爐相比,具有鐵液含硫低、化學(xué)成分控制精度高、環(huán)境污染少、工作環(huán)境好、勞動(dòng)強(qiáng)度低等優(yōu)勢(shì),因此目前國(guó)內(nèi)鑄造鐵液熔煉逐步由沖天爐熔煉轉(zhuǎn)變?yōu)橹蓄l電爐熔煉。本文是筆者對(duì)中頻感應(yīng)電爐熔煉過(guò)程控制的一些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和看法。

        中頻感應(yīng)電爐爐襯檢查、日常修理

        中頻感應(yīng)電爐每次熔煉結(jié)束爐襯冷卻后,必須對(duì)爐襯材料進(jìn)行仔細(xì)的檢查,并把測(cè)量出的爐襯材料厚度記錄好,重點(diǎn)修理出鐵口和爐襯材料的結(jié)合部位。

        爐料準(zhǔn)備

        爐料主要有以下三方面的要求:塊度、清潔度、爐料安全性。爐料的塊度會(huì)影響熔化的效率。爐料應(yīng)在爐膛直徑的1/4~1/5 之間比較理想,若爐料過(guò)大,爐膛內(nèi)的間隙就大,熔化效率降低,還會(huì)增加搭棚的危險(xiǎn),導(dǎo)致?tīng)t襯材料過(guò)燒。

        加、配料

        配料時(shí)要考慮爐料的種類(lèi)、形狀、尺寸、成分、加入量及對(duì)鐵液材質(zhì)的要求,進(jìn)行綜合考慮。

        (1)首先,根據(jù)爐料特性確定配料。(2)加料順序:先加入低熔點(diǎn)材料,同熔點(diǎn)的材料應(yīng)先加入塊度小的。電爐加料時(shí)要在爐底墊鐵屑,再加入增碳劑,再加入生鐵壓住增碳劑,生鐵上面加廢鋼或回爐料。(3)中頻感應(yīng)電爐的加料操作:電爐一旦開(kāi)始加功率熔化,就不要隨意停止,加料時(shí)要遵循“盡量多次加料,每次加料盡量少”的原則。

        熔煉控制

        電爐冷爐啟動(dòng)

        中頻感應(yīng)電爐的耐火爐襯需要熱量來(lái)產(chǎn)生膨脹,以便封閉冷卻過(guò)程中產(chǎn)生的裂紋,因?yàn)榻饘偃刍八袪t襯材料上的裂紋必須封閉以避免液態(tài)金屬滲漏。很好地封閉爐襯裂紋需要的時(shí)間因爐子大小的不同而不同。中頻感應(yīng)電爐每次非連續(xù)使用的冷爐啟動(dòng)必須符合以下規(guī)定:

        (1)用冷料填滿爐子,爐料應(yīng)干凈并密實(shí)地填充;(2)用低功率慢慢升溫,升溫速度應(yīng)控制在165℃/h;(3)升溫到1050-1100℃時(shí)開(kāi)始保溫2h;(4)在上述過(guò)程中不允許產(chǎn)生液態(tài)金屬;(5)保溫結(jié)束后,可以進(jìn)入正常熔化狀態(tài)。

        正常熔煉操作

        剛開(kāi)始熔化時(shí)用較低功率。當(dāng)電流波動(dòng)較小后,用最大功率熔清爐料。隨著爐料熔化,應(yīng)及時(shí)加入未加裝完的爐料,扒渣溫度應(yīng)控制在1520℃~1530℃之間。扒渣完成后關(guān)閉功率靜置10min 后,取樣分析并調(diào)整化學(xué)成分。

        增碳劑控制

        使用增碳劑增碳是中頻電爐熔煉的特點(diǎn)。增碳劑的使用方法和用量直接影響鐵液的質(zhì)量。增碳劑的使用一定要控制好,這樣才能確保感應(yīng)電爐熔煉的鐵液質(zhì)量。

        (1)增碳劑的選擇及其性能指標(biāo):增碳劑質(zhì)量對(duì)鐵液質(zhì)量的好壞有很大影響,決定了能否獲得好的石墨化效果。感應(yīng)電爐熔煉對(duì)增碳劑的要求是,固定碳含量越高越好,灰分、揮發(fā)分及硫等有害雜質(zhì)含量越低越好。

        (2)增碳劑的使用方法:增碳劑的使用方法很多。對(duì)于5T 以上的電爐,一般使用爐內(nèi)投入法和分散加入法。爐內(nèi)投入法是在把增碳劑按配比或碳當(dāng)量要求隨爐料加入電爐中下部位。分散加入法是根據(jù)含碳量的要求,按配料比將增碳劑與金屬爐料隨各批料一同加入電爐中下部位,一層金屬爐料一層增碳劑。

        中頻感應(yīng)電爐熔化的溫度控制

        相對(duì)沖天爐來(lái)講,感應(yīng)電爐熔煉的溫度控制有方便、快速的優(yōu)點(diǎn),可以隨時(shí)測(cè)量,隨時(shí)調(diào)整。但要使感應(yīng)電爐高效、安全、節(jié)能的熔煉出優(yōu)質(zhì)鐵液,必須精確、合理的控制感應(yīng)電爐中鐵液的溫度,特別在以下幾個(gè)環(huán)節(jié):

        (1)爐襯燒結(jié)過(guò)程中的溫度控制:爐襯燒結(jié)時(shí),溫度要嚴(yán)格按耐火材料廠家提供的燒結(jié)曲線進(jìn)行控制,特別是在1000℃的保溫階段,既要保持鐵料處于發(fā)紅狀態(tài),又不能使鐵料熔化。爐襯高溫階段(1570℃)的保溫也很關(guān)鍵。(2)電爐熔煉時(shí)盡量采用滿功率熔化,既節(jié)能又高效,爐料熔清以后一定要嚴(yán)密、準(zhǔn)確的監(jiān)控溫度。因?yàn)闋t料熔清后表面有一層渣,渣的溫度一般很低,測(cè)量鐵液溫度時(shí)測(cè)溫槍插入深度一定要穿過(guò)渣的厚度。扒渣溫度控制在1520℃~1550℃之間。(3)保溫過(guò)程中的溫度控制:應(yīng)盡量避免鐵液的保溫,比較理想的方法是快速熔煉、快速澆注。(4)電爐出鐵液時(shí)的溫度控制:由于電爐出鐵口和澆包之間總是有一定的距離,電爐內(nèi)的鐵液倒入澆包的過(guò)程總會(huì)有溫度下降,特別是帶后傾扒渣的電爐,這個(gè)問(wèn)題更突出。電爐出鐵液時(shí)速度要盡量快,以盡量鐵液的溫度降,滿足工藝要求的澆注溫度,減少能源浪費(fèi)。

        中頻感應(yīng)電爐熔煉的鐵液質(zhì)量控制

        鐵液成分的變化

        (1)碳、硅:中頻感應(yīng)電爐熔煉鑄鐵一般采用酸性爐襯。當(dāng)鐵液溫度超過(guò)C-Si-O 系的平衡臨界溫度時(shí),爐襯中的SiO2將被鐵液中的碳還原使鐵液脫碳增硅,從而使碳當(dāng)量減少,爐襯侵蝕加劇。(2)錳:在酸性爐襯中,錳有一定的燒損。我公司10 t電爐的錳燒損約4%~5%左右。C、P、S 含量變化比較小,對(duì)灰鑄鐵影響不大。

        鐵液質(zhì)量特點(diǎn)和采取的措施

        感應(yīng)電爐熔煉鑄鐵雖然有調(diào)整成分和溫度方便、快速的優(yōu)點(diǎn),但也有一些感應(yīng)電爐特有的鑄造性能缺陷,我公司10t 感應(yīng)電爐在調(diào)試階段也遇到了相同的情況。

        (1)D 型和E 型石墨組織的出現(xiàn):鐵液過(guò)熱時(shí),并且在較高溫度保持較長(zhǎng)的時(shí)間,在的得到的鑄鐵組織中,D 型或者E 型石墨與鐵素體的比例增加是如圖1 所示。

        (2)白口的傾向增大:德國(guó)人Gopat V.Panchathan V 在1978年曾經(jīng)做過(guò)沖天爐、回轉(zhuǎn)爐、電爐熔煉的鐵液性能對(duì)比試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)沖天爐熔煉的鐵液鑄件相對(duì)強(qiáng)度高。而電爐熔煉鐵液的相對(duì)強(qiáng)度低?;剞D(zhuǎn)爐居中。沖天爐熔煉的過(guò)程中,結(jié)晶過(guò)冷度比較小,白口不易產(chǎn)生,結(jié)晶的晶粒較細(xì)化,但是電熔爐煉鐵過(guò)程中,結(jié)晶過(guò)冷度的增大,會(huì)使鑄件的表面白口傾向增加,易于產(chǎn)生過(guò)冷石墨,所得鑄鐵的強(qiáng)度和硬度較高。在10 噸酸性中頻感應(yīng)電爐上進(jìn)行試驗(yàn),其結(jié)論是:熔煉過(guò)程中,鐵液的溫度升高和鐵液的保溫時(shí)間延長(zhǎng)時(shí),體液中共晶團(tuán)數(shù)會(huì)下降,且白口的深度也隨之增加直至飽和。白口深度的飽和水平隨著C、Si等促進(jìn)石墨元素的增加而降低,隨著Cr 和Mo 等碳化物元素的增加而會(huì)同時(shí)上升。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理所得的圖2反映出了上述關(guān)系。

        (3)硬度、抗拉強(qiáng)度的變化:綜上所述,當(dāng)基體組織析出鐵素體的時(shí)候,D 型、E 型石墨將會(huì)出現(xiàn),鐵液保溫時(shí)間增加時(shí),其強(qiáng)度和硬度都會(huì)有所降低。

        (4)克服上述鑄造缺陷的主要方法是進(jìn)行合理的作業(yè)和嚴(yán)格執(zhí)行熔化工藝和爐前控制,在10t 中頻感應(yīng)電爐的工藝調(diào)試中總結(jié)出了以下幾種措施:①確保澆注溫度的情況下降低感應(yīng)電爐內(nèi)的鐵液溫度。②盡量避免高溫儲(chǔ)存鐵液或保溫鐵液。③采取殘留液熔化法。④熔化后期加入生鐵。⑤爐前控制對(duì)鐵液進(jìn)行嚴(yán)格的孕育處理。⑥爐前控制嚴(yán)格控制每包鐵液的澆注時(shí)間。⑦嚴(yán)格監(jiān)控澆注機(jī)的隨流孕育,孕育量控制在0.05%~0.1%之間。

        圖1 石墨和基體組織隨時(shí)間的變化

        圖2 白口深度和共晶團(tuán)數(shù)的變化

        結(jié)語(yǔ)

        中頻感應(yīng)電爐的熔煉控制是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,它受到原材料、冶金反應(yīng)、設(shè)備運(yùn)行狀況、操作細(xì)節(jié)、車(chē)間管理等多方面的影響。以上是筆者在調(diào)試應(yīng)達(dá)公司一拖二10t/h 中頻感應(yīng)電爐過(guò)程中的一些體會(huì)和看法。不一定對(duì)每臺(tái)電爐都適用,在實(shí)際生產(chǎn)中要具體問(wèn)題具體對(duì)待。

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