CN102305544A - 生产氮化钒用感应电炉炉衬的在线热补方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生产氮化钒用感应电炉炉衬的在线热补方法，属于氮化钒合金技术领域。技术方案是：当生产氮化钒用感应电炉的隔热层炉衬材料出现局部烧损后，不经过停炉,直接对烧损部位用耐火材料在线热补；热补操作前首先确定烧损位置，先去除隔热层炉衬材料的熔融状态物料，消除其导电性后，直接将耐火材料与水调和成的补炉料填入烧损位置，捣实后用耐火水泥封好即可完成补炉。本发明在炉体外部进行修补，安全方便，对烧损部位可反复修补，可大大提高炉龄及生产作业率；本方法在不须整体更换炉衬材料、不破坏石墨加热体的“热作业状态下”，解决电炉生产运行中炉体炉衬的局部烧损问题，使感应电炉生产能够继续，并大幅度降低生产成本。

Description

生产氮化钒用感应电炉炉衬的在线热补方法

技术领域

本发明涉及一种生产氮化钒用感应电炉炉衬的在线热补方法，属于氮化钒合金生产技术领域。

背景技术

随着微合金化技术在钢铁工业中的应用，钒在低合金高强度钢中得到了广泛的应用。而氮是含钒微合金钢中一种十分有益的合金元素，可以强化钒的析出，改变钒的相间分布，提高钢的持久强度，改善钢的韧性和塑性，同时还提高抗热强度和抗短时蠕变能力。氮化钒在钢中的收率高，在钢中添加氮化钒比添加钒铁节约20％-40％的钒。因此氮化钒生产得到了广泛的重视。目前，采用感应加热的竖式氮化钒反应炉，在解决了物料烧结问题后，可以成功批量生产出合格氮化钒产品。但是，在生产过程中，由于存在感应线圈漏磁、局部热量集中等问题，有时会出现炉体局部温度过高问题，出现局部炉衬保温材料熔融现象。熔融状态下的保温材料产生导电效果，在线圈的电磁作用下，使炉衬的局部区域内产生了拉弧打火现象，造成炉衬的烧损。此情况下将会产生以下不利影响：（1）造成了感应电炉频率变化，使炉子功率产生巨大波动，操作失稳,不但使生产无法继续，还会因“谐波”作用干扰、冲击整个供电系统，对其他用电器产生不利影响；（2）感应电流形成的拉弧打火会产生很高的温度，造成了耐高温的炉衬保温材料进一步熔融，部分熔融的保温材料将从线圈缝隙流出，造成严重的安全隐患；（3）有时新筑炉体在投产较短时期就会出现上述烧熔情况，无法保证正常生产。这种状况下，因中频电源已无法保证实现有效功率运行(满足高温氮化条件),背景技术的解决办法为：停炉并重新拆炉、砌(筑)炉，需彻底更换所有炉衬材料。但是，此时只是石墨炉衬外部的隔热炉衬捣打料的局部材料出现烧损，而炉体其他绝大部分的炉衬材料仍完好，特别是此炉体设备中造价最高的石磨加热体(一般为中空圆柱体)仍可继续使用较长时间，如重新筑炉,将造成该石磨元件被迫同期报废；重新砌炉会出现以下不利影响：（1）造成石墨加热体提前报废，不但降低设备的使用寿命，还将增大生产成本；（2）重新筑炉的过程中，需要大量的人工，频繁的筑炉会造成人力的严重浪费；（3）从炉体降温、拆炉、砌炉、烘炉一直到升温到生产温度所需时间较长（一般在一周左右），会严重影响生产，由此带来的损失将更多。

发明内容

本发明目的是提供一种生产氮化钒用感应电炉炉衬的在线热补方法，不更换炉衬材料，不破坏石墨加热体，经短时间的局部修复，解决炉体炉衬的局部烧损，使生产能够继续，大幅度降低生产成本，解决上述背景技术存在的问题。

本发明的技术方案是：

生产氮化钒用感应电炉炉衬的在线热补方法，包含如下工艺步骤：当生产氮化钒用感应电炉的隔热层炉衬材料出现局部烧损后，不经过停炉,直接对烧损部位用耐火材料在线热补；热补操作前首先确定烧损位置，先去除隔热层炉衬材料的熔融状态物料，消除其导电性后,直接将耐火材料与水调和而成的补炉料填入烧损位置，捣实后用耐火水泥封好即可完成补炉。不需重新拆、砌炉即可解决因炉体隔热层炉衬局部烧损产生的线圈拉弧打火现象，使生产可以继续，由人工操作即可完成,不需动用其他设备；本方法主要适用于加热炉内为非熔化态反应物料的反应炉。

本发明是一种从炉体外部进行的在线热补方法，不需要触及或扰动炉体内层的石墨加热体。更具体的步骤是：

当炉衬发生烧损后，烧损位置会局部升温或产生拉弧打火现象，首先降低电源功率确定烧损位置，然后关闭中频电源，从炉体外部直接对石墨加热体外部炉衬烧损位置进行局部热补，不触动炉体内部结构；补炉过程中，若烧损位置较小，10分钟内可修复，则选择关闭中频电源进行补炉；若烧损位置较大，为保持补炉过程中炉内温度，则需调低中频功率进行在线补炉；烧损区域较大，在不关闭中频电源的条件下带电作业,必须采用绝缘材料制成的工具进行补炉，操作人员也需要采取绝缘防护措施。

本发明的技术要点是：（1）确定炉衬烧损位置：在生产过程中炉衬发生烧损时，往往会在烧损位置产生拉弧打火或烟气冒出现象，甚至会出现熔融态保温材料流出的情况，若无上面明显现象时，则需借助红外测温仪对炉体外壁进行检查，测量外壁线圈间耐火材料的表面温度，若温度低于60℃属正常区域，当温度高于100℃而低于200℃时，表明该区域炉衬材料已有小面积熔空现象发生，当温度高于200℃时，此区域炉衬材料已发生大面积熔空；因此，若无明显打火现象时检查外壁线圈间耐火材料的表面温度，温度大于100℃位置即需关闭中频电源，清理线圈间耐火材料进行查看。（2）关闭中频电源，清理烧损部位，确定烧损程度，调和补炉料：确定烧损位置后，用绝缘的陶瓷棒触探烧损位置,若烧位置较小，位易于清理,则可直接带电清理,若烧损部位外层仍有一层坚硬的外壳,由于此时清理时需用到铁钎等导电工具，需暂时关闭中频电源；（3）根据烧损状况，确定是关闭中频电源进行补炉，还是调低中频功率进行在线补炉：炉衬拉弧打火后，由于炉衬保温材料的熔融，会造成烧损部位保温材料体积的收缩，在烧损区域产生空洞，将烧损部位两线圈之间清空后会露出烧损空洞，此时通过目测结合补炉工具触探，确定烧损程度：烧损空洞高度≤20mm，触探到的宽度≤50mm，深度≤50mm，则应定性为烧损位置较小；若烧损空洞高度＞20mm，触探到的宽度＞50mm，深度＞50mm，则应定性为烧损位置较大；若烧损区域较小，易于修补，在短时间（10分钟内）可修复，则选择关闭中频电源进行补炉，此时对补炉时所用工具材料无特殊要求；若烧损区域较大，修补比较费时，为保持补炉过程中炉内温度，则需调低中频功率进行在线补炉；（4）炉衬热补：烧损区域较小时，关闭电源，不经降温过程，直接将现场调和好的补炉料用工具从两线圈间填入烧损位置，捣实后以耐火水泥封好。烧损区域较大时，需调低中频功率进行在线补炉，此时补炉所用工具的材料须为绝缘材料(或带有绝缘保护层)。

补炉工具主要包括捣料工具和托料工具，捣料工具主要用来将补炉料捣入烧损空洞并捣实；托料工具主要用来堆放补炉料，使其对齐线圈间开口位置下方后，可方便的将补炉料捣入烧损空洞。补炉过程中：（1）关闭中频电源补炉时，捣料工具可采用铁条、焊条或其它耐温较高的金属线材制成，由于其形状可加工性好，在补炉过程中操作较为简便；托料工具宜采用金属薄板，因金属板可根据补炉要求，做成不同形状，使用方便；（2）不关闭中频电源只调低功率进行在线补炉时，所用捣料工具须由绝缘材料(或带有绝缘保护层)制成，可采用陶瓷棒或竹、木棒等，托料工具可采用电木板、耐温塑料板或木板等。而工具的尺寸主要根据补炉时线圈间隙大小、烧损空洞尺寸等要求确定。

所说的补炉料为耐火材料与水调和而成，耐火材料为“混合物”与耐火水泥混合而成，所说的“混合物”为高铝质捣打料、铝镁尖晶石颗粒、镁砂之一，或其中两种及两种以上的材料混合，混合物与耐火水泥的混合比例（重量比）为1:1-6:1；将混合物与耐火水泥混合后，用水调和成补炉料，其中高铝质捣打料、铝镁尖晶石颗粒、镁砂的粒度在0.1-20mm，以适应线圈间缝隙大小。

耐火材料与水混匀而成的补炉料中，固体材料和水的比例（重量比）为1:1-10:1，补炉料状态为松散状态至稀泥状态。需根据补炉过程中炉衬烧损状况、位置等确定，若烧损严重或烧损位置在线圈间开孔位置下方，则需补炉泥较为松散；若烧损较轻、烧损空洞形状不规则或烧损位置在线圈间开孔位置上方，则需补炉泥较稀。

本发明的积极效果：

氮化钒生产用的感应电炉再加热过程中产生的拉弧打火现象主要是由于(内层石墨感应加热体外部的)隔热捣打材料的熔融导电引起的，用补炉料将烧损部位进行修补后，产生了以下效果：（1）去除了隔热炉衬保温材料的熔融状态，消除了其导电性，可在炉龄范围内从根本解决加热过程中的拉弧打火现象，使生产得以顺利进行；（2）在炉体外部进行修补，不用影响炉体内层中核心部分的石墨加热体即可完成，安全方便；（3）对烧损部位可反复修补，因此对炉体出现经常性烧损的局部地方可进行反复的修补，可大大提高炉龄；（4）节约材料，降低成本，采用此法可避免重新筑炉，节约炉体中造价最高的石墨加热体，还可节约修炉过程中所需的人力；（5）节约时间，提高炉子的有效利用率，此方法只需短暂停炉即可完成，所需时间一般不超过半小时，相对于重新筑炉所需的一周左右的时间大大的缩短；（6）成本低廉，一次补炉过程成本仅需几十元。使用本方法进行炉衬热补，可以将炉体使用寿命提高数倍至数十倍以上，具有明显的技术经济效果。

附图说明

图1 本发明氮化钒生产用感应加热电炉炉体纵剖面图；

图中：1、石墨加热体，2、线圈，3、缝隙上方空洞，4、线圈间缝隙，5、缝隙下方空洞，6、形状不规则空洞，7、氮化钒反应物料，8、炉衬，9、外层保温砖。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例进一步说明本发明。

 参照附图1，氮化钒生产用感应电炉炉体主要由石墨加热体1、线圈2、炉衬8及外层保温砖9组成，两线圈之间的空隙由绝缘耐火水泥封堵，可以打开。炉体内加热的氮化钒反应物料7为非熔化态物料。在生产过程中炉衬8易发生烧损，形成烧损的缝隙上方空洞3、缝隙下方空洞5、形状不规则空洞6，其中缝隙上方空洞3在线圈间缝隙4的上方，缝隙下方空洞5在线圈间缝隙4的下方。当炉衬发生拉弧打火现象时，需进行以下操作：（1）确定发生烧损的位置，此时烧损位置的线圈间缝隙4会出现局部升温或打火现象、或冒出烟气；（2）在烧损位置的线圈间缝隙4开口，炉衬8烧损时，外层保温砖9可能同时损坏，此时需先除掉两线圈间缝隙4处的耐火泥即可开口，若保温砖未烧损，则应将线圈间缝隙4处的耐火泥和外层保温砖9一起破坏；（3）观察炉衬8烧损情况，根据烧损形成空洞的状况，确定调和补炉料时固体料与水的比例，若形成的空洞为缝隙上方空洞3或形状不规则空洞6，则和补炉料时应多加水，使补炉料较稀；若形成的空洞为缝隙下方空洞5则和补炉料时应少加水，使补炉料较松散；（4）将和好的合适的补炉料从线圈间缝隙4开口处填入烧损空洞内，捣实后用耐火水泥封好线圈间缝隙4处开口完成补炉。补炉过程中不会破坏石墨加热体1及线圈2，对于炉衬8易出现烧损的部位可进行反复修补。

实施例1： 

确定拉弧打火位置后，清理两线圈2间缝隙 (去除隔热炉衬保温材料的熔融状态物料，消除了其导电性)后,进一步确定其炉衬8烧损的缝隙下方空洞5位置在线圈间缝隙4位置下方。将镁铝尖晶石颗粒和耐火水泥按1:1比例混匀后，以水为调和剂，按固体材料与调和剂体积比6-8:1和成补炉料，此时补炉料比较松散。将补炉泥填入炉衬8烧损形成的缝隙下方空洞5内，捣实后以耐火水泥封好线圈间缝隙4后开炉。

实施例2： 

确定拉弧打火位置后，清理两线圈2间缝隙后确定炉衬8烧损的缝隙上方空洞3在线圈间缝隙4位置上方。将镁铝尖晶石颗粒和耐火水泥按2:1比例混匀后，以水为调和剂，按固体材料与调和剂体积比2-4:1和成补炉料，此时补炉泥比较稀。将补炉泥填入炉衬8烧损的缝隙上方空洞3内，捣实后以耐火水泥封好线圈间缝隙4后开炉。

实施例3：

确定拉弧打火位置后，清理两线圈2间缝隙后确定炉衬8烧损的缝隙下方空洞5位置在线圈间缝隙4位置下方。将镁铝尖晶石颗粒、镁砂和耐火水泥按1:1: 1比例混匀后，以水为调和剂，按固体材料与调和剂体积比5:1和匀。将补炉泥填入炉衬8烧损的缝隙下方空洞5内，捣实后以耐火水泥封好线圈间缝隙4后开炉。

实施例4：

确定拉弧打火位置后，清理两线圈2间缝隙后发现炉衬烧8损的空洞为形状不规则空洞6。镁砂和耐火水泥按1:1比例混匀后，以水为调和剂，按固体材料与调和剂体积比2-4:1和成补炉泥。将补炉泥填入炉衬8烧损的形状不规则空洞6内，捣实后以耐火水泥封好线圈间缝隙4后开炉。

Claims (8)

1.一种生产氮化钒用感应电炉炉衬的在线热补方法，其特征在于包含如下工艺步骤：当生产氮化钒用感应电炉的隔热层炉衬材料出现局部烧损后，不经过停炉,直接对烧损部位用耐火材料在线热补；热补操作前首先确定烧损位置，先去除隔热层炉衬材料的熔融状态物料，消除其导电性后,直接将耐火材料与水调和而成的补炉料填入烧损位置，捣实后用耐火水泥封好即可完成补炉。

2.根据权利要求1所述之生产氮化钒用感应电炉炉衬的在线热补方法，其特征在于：当炉衬发生烧损后，首先降低功率确定烧损位置，然后关闭中频电源，从炉体外部直接对石墨加热体外部炉衬烧损位置进行局部热补，不触动炉体内部结构；补炉过程中，若烧损位置较小，10分钟内可修复，则选择关闭中频电源进行补炉；若烧损位置较大，为保持补炉过程中炉内温度，则需调低中频功率进行在线补炉。

3.根据权利要求2所述之生产氮化钒用感应电炉炉衬的在线热补方法，其特征在于烧损区域较大，在不关闭中频电源的条件下带电作业时，必须采用绝缘材料制成的工具进行补炉，操作人员也需要采取绝缘防护措施。

4.根据权利要求1或2所述之生产氮化钒用感应电炉炉衬的在线热补方法，其特征在于：确定炉衬烧损位置；在生产过程中炉衬发生烧损时，往往会在烧损部位产生拉弧打火或烟气冒出现象，甚至会出现熔融态保温材料流出的情况，若无上述明显现象时，需借助红外测温仪对炉体外壁进行检查，测量外壁线圈间耐火材料的表面温度，若温度低于60℃属正常区域，当温度高于100℃而低于200℃时，表明该区域炉衬材料有小面积熔空现象发生，当温度高于200℃时，此区域炉衬材料已发生大面积熔空，在外观无明显打火现象时，若线圈间耐火材料的表面温度大于100℃，则需关闭中频电源，在清理温高位置的线圈间耐火材料进行进一步查验。

5.根据权利要求2所述之生产氮化钒用感应电炉炉衬的在线热补方法，其特征在于：关闭中频电源，清理烧损部位，确定烧损程度，调和补炉料；确定烧损位置后，用绝缘的陶瓷棒触探烧损位置,若烧损区域较小，易于清理,则可直接带电作业,若烧损部位外层仍有一层坚硬的外壳,由于此时清理时需用到铁钎等导电工具，需暂时关闭中频电源；炉衬拉弧打火后，由于炉衬保温材料的熔融，会在烧损位置产生空洞，将烧损部位两线圈之间清空后会露出烧损空洞，可在清理后通过目测、结合补炉工具触探，确定烧损程度：烧损空洞高度≤20mm，触探到的宽度≤50mm，深度≤50mm，则应定性为烧损区域较小；若烧损空洞高度＞20mm，触探到的宽度＞50mm，深度＞50mm，则应定性为烧损区域较大。

6.根据权利要求1或2所述之生产氮化钒用感应电炉炉衬的在线热补方法，其特征在于所说的补炉料为耐火材料与水调和而成，耐火材料为“混合物”与耐火水泥混合而成，所说的“混合物”为高铝质捣打料、铝镁尖晶石颗粒、镁砂之一，或其中两种及两种以上的材料混合，混合物与耐火水泥的混合比例为1:1-6:1，重量比。

7.根据权利要求6所述之生产氮化钒用感应电炉炉衬的在线热补方法，其特征在于将混合物与耐火水泥混合后，用水调和成补炉料，其中高铝质捣打料、铝镁尖晶石颗粒、镁砂的粒度在0.1-20mm，以适应线圈间缝隙大小。

8.根据权利要求6或7所述之生产氮化钒用感应电炉炉衬的在线热补方法，其特征在于耐火材料与水混匀而成的补炉料中，固体材料和水的比例重量比为1:1-10:1，补炉料状态为松散状态至稀泥状态。

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