CN102617164B - 中频感应电炉的酸性炉衬材料及其筑炉方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种中频感应电炉的酸性炉衬材料及其筑炉方法，炉体衬料组份按质量份数比为石英砂与硼酸的配比100∶0.8-1.3；石英砂按质量百分比为粒度3-5目的5-11％石英砂、粒度大于5-10目的18-22％石英砂、粒度大于10-20目的20-30％石英砂、粒度大于20-40目的10-20％石英砂以及粒度大于40-70目的5-11％石英砂和粒度在270目的25-30％石英砂；炉领与炉嘴材料组份包括粒度6-10目的5-20％的石英砂、粒度大于10-20目30-50％的石英砂以及30-50％的耐火泥和4-7％的水玻璃。本发明通过改进炉衬材料和筑炉工艺，能提高使酸性炉衬有效使用寿命，缩短烘炉时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种中频感应电炉的酸性炉衬材料及其筑炉方法，属于中频感应电炉技术领域。
背景技术
感应电炉分为工频感应电炉和中频感应电炉两类，从经济和效率等方面的综合考虑，中频感应电炉得到迅速地发展，尤其在铸铁、铸钢及有色合金熔炼的应用中较为广泛。熔化工艺对感应电炉炉衬的要求是耐火度、物理化学的稳定性、热膨胀系数小，较高的高温强度，良好的绝缘性能，较低的热传导性能和原材料成本及环保等指标。但在实际生产中，由于高温、激冷激热、强烈炉渣侵蚀及激烈的电磁搅拌直接刷洗坩埚炉衬，造成感应电炉炉衬极易损伤和损坏，造成炉衬的有效使用寿命短，目前的中频感应电炉的炉龄普遍较低。当炉衬一旦损坏必须重新筑炉，无论大小炉，筑一次炉成本少则上万，多则几万元。
中频感应电炉炉衬的高温性能主要取决于所用耐火衬料的物理、化学性能及矿物组成，在原辅材料选定的前提下，炉衬的烧结工艺是使炉衬获得良好的显微组织结构以充分发挥其耐高温性能的关键工序。
酸性炉衬是目前熔炼铸铁的常用炉衬之一，其主要成分为二氧化硅耐火材料，该酸性炉衬材料配方通常采用四种粒度不同的粒度为8-10目、10-20目、20-40目以及270目的石英砂进行混合，各粒度的石英砂按质量百分比分别对应为10％、30％以及30％和30％，硼酸在石英砂中起到粘结作用。上述炉衬材料中硼酸占石英砂的比例超过2％，而硼酸量较大会造成石英砂熔化温度加厚烧结层的产生，使得炉衬缓冲层厚度减少，因炉衬强度下降，从而引起使用寿命下降。其次，现有的酸性炉衬材料中石英砂粒度配比例中粗砂较为单一，其石英砂粒度及其配比，使炉衬不易形成致密，而影响使用寿命，故目前酸性炉衬的有效使用寿命平均在200炉左右。再则目前烘炉时间在12小时左右，对原料和电费的浪费很大，也增加的筑炉成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种能提高使酸性炉衬有效使用寿命，缩短烘炉时间，降低筑炉成本的中频感应电炉的酸性炉衬材料及其筑炉方法。
本发明为达到目的的技术方案是：一种中频感应电炉的酸性炉衬材料，其特征在于：包括炉体衬料以及炉领与炉嘴材料，所述炉体衬料组份包括石英砂和硼酸，石英砂与硼酸的配比按质量份数比100∶0.8-1.3；所述的石英砂按质量百分比，包括粒度为3-5目的5-11％石英砂、粒度为大于5-10目的18-22％石英砂、粒度为大于10-20目的20-30％石英砂、粒度为大于20-40目的10-20％石英砂以及粒度大于40-70目的5-11％石英砂和粒度在270目的25-30％石英砂；所述的炉领与炉嘴材料组份按质量百分比，包括粒度为6-10目的5-20％的石英砂、粒度大于10-20目30-50％的石英砂以及30-50％的耐火泥和4-7％的水玻璃。
本发明中频感应电炉的酸性炉衬材料的筑炉方法，其特征在于：
(1)、制作炉体衬料以及炉领与炉嘴材料：按质量百分比，将粒度为3-5目的5-11％石英砂、粒度为大于5-10目的18-22％石英砂、粒度为大于10-20目的20-30％石英砂以及粒度为大于20-40目的10-20％石英砂和粒度在40-70目的5-11％石英砂混合搅拌8-15分钟后，加入硼酸后混合搅拌6-10分钟，再加入粒度在270目的25-30％石英砂混合搅拌8-15分钟后出料制得炉体衬料待用，其中所述石英砂与硼酸的配比按重量比100∶0.8-1.2；将粒度为6-10目的5-20％石英砂以及粒度大于10-20目的30-50％石英砂以及30-50％的耐火泥和4-7％的水玻璃搅拌混合后制作炉领与炉嘴材料待用；
(2)、炉底与炉身打结：先在感应圈一侧铺设一层厚度在3-10mm且内加双层玻璃丝纤维布的绝缘板，按炉底尺寸辅设厚度大于2mm的耐火板，将炉体衬料均匀加在耐火板上后进行捣固打结制成炉底，炉底高度控制在13-15cm，将坩埚模放置在感应圈中固定，并与感应圈同心，将炉体衬料均匀加入坩埚模内进行分层捣固打结，在下层捣固打结后在其表面划毛后才可加入上层的炉体衬料；
(3)、炉领与炉嘴的打结：用炉领与炉嘴材料放入坩埚模内捣固进行炉领与炉嘴打结，炉嘴表面光滑平整；
(4)、烘炉和烧结：将打结好的炉体放置165-210h后进行烘炉，将感应圈功率控制在30-40kW，待感应圈有水珠渗出时将炉体前倾25-30°持续1.8-2.2h；再对炉体进行烧结，先将感应圈功率升至48-52kW保持1-1.5h，再将感应圈功率升到60-65kW持续0.8-1.5h使炉衬材料内二氧化硅发生晶体转变，最后将感应圈功率提高至68-72kW保持3.5-4.5h，完成炉衬修筑。
本发明通过对炉体衬料进行改进和调整，在炉体衬料中增加了3-5目的细石英砂，同时也增加了40-70目的粗石英砂，通过调节不同粒径石英砂的比配以及适量增加细石英砂以抵消硼酸减少对炉衬的不良影响，通过适量的不同粒径的粗石英砂，使炉衬的骨架更加合理，故能通过多种不同粒径的石英砂，提高炉衬的密度，使炉衬具有较好的强度，同时由于炉衬组织密集，也提高炉衬的抗侵蚀性。本发明通过调节石英砂粒度以及比例，并同时将硼酸量控制在合适的比例，可降低石英砂熔化温度而加厚烧结层的产生，保持炉衬缓冲层厚度，而提高炉衬强度，大幅度提高酸性炉衬有效使用寿命，使中频感应电炉的炉龄提高。本发明在筑炉中先将打结好的炉衬静置，采用多段烘炉和烧结工艺，使炉衬的有效使用寿命得到大幅度的提高，同时大幅缩短烘炉时间，降低筑炉成本，为熔炼连续多炉次的优质铁水提高前提保障。
具体实施方式
本发明的中频感应电炉的酸性炉衬材料，包括炉体衬料以及炉领与炉嘴材料，所述的炉体衬料包括石英砂和硼酸，其石英砂的SiO2≥98.5％，硼酸为工业硼酸，石英砂与硼酸的配比按质量份数比100∶0.8-1.3。本发明的石英砂按质量百分比，包括粒度为3-5目的5-11％石英砂、粒度为大于5-10目的18-22％石英砂、粒度为大于10-20目的20-30％石英砂、粒度为大于20-40目的10-20％石英砂以及粒度大于40-70目的5-11％石英砂和粒度在270目的25-30％石英砂以及硼酸，通过改变石英砂的粒径及配比以及硼酸的用量，使炉衬具有较好的密度，该炉体衬料还可采用粒度为4目的7-9％石英砂、粒度为7-9目的19-21％石英砂、粒度为12-18目的23-27％石英砂以及粒度在25-35目的12-16％石英砂和粒度在50-60目的7-9％石英砂以及粒度在270目的26-28％石英砂，通过调整石英砂砂粒配比，使炉衬烧结后具有较好的致密化程度，提高炉衬的抗侵蚀性。
本发明炉体衬料石英砂具体粒度目数及质量百分比见表1。
表1
本发明炉体衬料石英砂与硼酸及水的质量份数比见表2
表2
本发明的炉领与炉嘴材料组份按质量百分比，包括粒度为6-10目的5-20％的石英砂、粒度大于10-20目30-50％的石英砂以及30-50％的耐火泥和4-7％的水玻璃，本发明的炉领与炉嘴材料相同，具有较好的耐高温性。本发明炉领与炉嘴材料组份可采用包括粒度为7-9目的10-15％的石英砂、14-18目35-45％的石英砂以及35-45％的耐火泥和5-6％的水玻璃。本发明炉领与炉嘴材料具体组分及质量百分比见表3。
表3
本发明用中频感应电炉的用中频感应电炉的酸性炉衬材料的筑炉方法，
(1)、制作炉体衬料以及炉领与炉嘴材料，按表1和表2的炉体衬料，将粒度为3-5目的石英砂、粒度为大于5-10目的石英砂、粒度为大于10-20目的石英砂以及粒度为大于20-40目的石英砂和粒度在40-70目的石英砂混合搅拌8-15分钟后，加入硼酸后混合搅拌6-10分钟，最后加入粒度在270目的25-30％石英砂混合搅拌8-15分钟后出料制得炉体衬料待用，本发明在加入270目的石英砂之前，还可加入水混合搅拌6～8分钟，该水石英砂与水的质量份数比为100∶4-7，以保持较好的工作环境，将制得的炉体衬料用干净塑料布盖好用。
按表3所示，制作本发明炉领与炉嘴材料，将粒度为6-10目的石英砂以及粒度大于10-20目的石英砂以及耐火泥和水玻璃搅拌混合后制作炉领与炉嘴材料待用，该炉领与炉嘴材料可在炉衬打结后制得。
(2)、炉底与炉身打结：先在感应圈一侧铺设一层厚度在3-10mm且内加双层玻璃丝纤维布的绝缘板，按炉底尺寸辅设厚度大于2mm的耐火板，将炉体衬料均匀加在耐火板上后进行捣固打结制成炉底，该炉底高度控制在13-15cm，可分二层或三层打结，每次加料量应均匀，避免砂料在炉内产生颗粒偏析。将坩埚模放置在感应圈中固定，并与感应圈同心，使坩埚模与周边距离基本均匀，必要时可使用出铁口略宽于其余位置，以抵消该部位由于经常出铁引起侵蚀较快，将炉体衬料均匀加入坩埚模内进行分层捣固打结，在下层捣固打结后在其表面划毛后才可加入上层的炉体衬料，使上下两层能够很好的结合。
(3)、炉领与炉嘴的打结：用炉领材料放入坩埚模捣固进行炉领与炉嘴打结，且炉嘴平整光滑；炉嘴出铁口应平整、光滑，强度紧实，避免出铁水时铁液的分散引起意外事故，也可减少铁水氧化，温度下降引起的铸造缺陷。
(4)、烘炉和烧结：将打结好的炉体放置165-210h后进行烘炉，使炉衬材料中的水分自动流失一部分，在此期间禁止晃动炉体。将感应圈功率控制在30-40kW，待感应圈有水珠渗出时将炉体前倾25-30°持续1.8-2.2h；再对炉体进行烧结，先将感应圈功率升至48-52kW保持1-1.5h，再将感应圈功率升到60-65kW持续0.8-1.5h使炉衬材料内二氧化硅发生晶体转变，最后将感应圈功率提高至68-72kW保持3.5-4.5h，加快石英砂晶体转变的速度，此时二氧化硅内α石英晶体转变为α鳞石英，完成炉衬修筑，可加料熔化，加料时应少量多批次，并逐步提高熔化功率。烘炉和烧结的具体参数据见图4，
表4
其中实施例1和实施例2中制得容积50公斤的中频感应电炉，实施例3-5制得容积50公斤的中频感应电炉，实施例7-8制得容积1000公斤的中频感应电炉，用本发明酸性炉衬材料制得三种容积不同的中频感应电炉，表5是三种中频感应电炉开炉的炉数，可以看出能酸性炉衬的有效使用寿命大于500炉，故能大幅度提高酸性炉衬的炉龄。
表5
| 炉子容积 | 50公斤 | 500公斤 | 1000公斤 |
| 炉龄(炉) | ＞1000 | ＞500 | ＞500 |
Claims (4)
1.一种中频感应电炉的酸性炉衬材料，其特征在于：包括炉体衬料以及炉领与炉嘴材料，所述炉体衬料组份包括石英砂和硼酸，石英砂与硼酸的配比按质量份数比100：0.8-1.3；所述的石英砂按质量百分比，包括粒度为3-5目的5-11%石英砂、粒度为大于5目小于等于10目的18-22%石英砂、粒度为大于10目小于等于20目的20-30%石英砂、粒度为大于20目小于等于40目的10-20%石英砂以及粒度大于40目小于等于70目的5-11%石英砂和粒度在270目的25-30%石英砂；所述的炉领与炉嘴材料组份按质量百分比，包括粒度为6-10目的5-20%的石英砂、粒度大于10目小于等于20目30-50%的石英砂以及30-50%的耐火泥和4-7%的水玻璃，
其中，制作所述炉体衬料以及炉领与炉嘴材料的方法为：按质量百分比，将粒度为3-5目的5-11%石英砂、粒度为大于5目小于等于10目的18-22%石英砂、粒度为大于10目小于等于20目的20-30%石英砂以及粒度为大于20目小于等于40目的10-20%石英砂和粒度在大于40目小于等于70目的5-11%石英砂混合搅拌8-15分钟后，加入硼酸后混合搅拌6-10分钟，再加入粒度在270目的25-30%石英砂混合搅拌8-15分钟后出料制得炉体衬料待用，其中所述石英砂与硼酸的配比按重量比100：0.8-1.2；将粒度为6-10目的5-20%石英砂以及粒度大于10目小于等于20目的30-50%石英砂以及30-50%的耐火泥和4-7%的水玻璃搅拌混合后制成炉领与炉嘴材料。
2.根据权利要求1所述的中频感应电炉的酸性炉材料，其特征在于：所述炉体衬料的石英砂包括粒度为4目的7-9%石英砂、粒度为7-9目的19-21%石英砂、粒度为12-18目23-27%的石英砂以及粒度在25-35目的12-16%石英砂和粒度在50-60目的7-9%石英砂以及粒度在270目的26-28%石英砂。
3.根据权利要求1所述的中频感应电炉的酸性炉材料，其特征在于：所述的炉领与炉嘴材料组份包括粒度为7-9目的10-15%的石英砂、14-18目35-45%的石英砂以及35-45%的耐火泥和5-6%的水玻璃。
4.根据权利要求1所述的中频感应电炉的酸性炉衬材料的筑炉方法，其特征在于：
⑴、制作炉体衬料以及炉领与炉嘴材料：按质量百分比，将粒度为3-5目的5-11%石英砂、粒度为大于5目小于等于10目的18-22%石英砂、粒度为大于10目小于等于20目的20-30%石英砂以及粒度为大于20目小于等于40目的10-20%石英砂和粒度在大于40目小于等于70目的5-11%石英砂混合搅拌8-15分钟后，加入硼酸后混合搅拌6-10分钟，再加入粒度在270目的25-30%石英砂混合搅拌8-15分钟后出料制得炉体衬料待用，其中所述石英砂与硼酸的配比按重量比100：0.8-1.2；将粒度为6-10目的5-20%石英砂以及粒度大于10目小于等于20目的30-50%石英砂以及30-50%的耐火泥和4-7%的水玻璃搅拌混合后制作炉领与炉嘴材料待用；
⑵、炉底与炉身打结：先在感应圈一侧铺设一层厚度在3-10mm且内加双层玻璃丝纤维布的绝缘板，按炉底尺寸辅设厚度大于2mm的耐火板，将炉体衬料均匀加在耐火板上后进行捣固打结制成炉底，炉底高度控制在13-15cm，将坩埚模放置在感应圈中固定，并与感应圈同心，将炉体衬料均匀加入坩埚模内进行分层捣固打结，在下层捣固打结后在其表面划毛后才可加入上层的炉体衬料；
⑶、炉领与炉嘴的打结：用炉领与炉嘴材料放入坩埚模内捣固进行炉领与炉嘴打结，炉嘴表面光滑平整；
⑷、烘炉和烧结：将打结好的炉体放置165-210h后进行烘炉，将感应圈功率控制在30-40kW，待感应圈有水珠渗出时将炉体前倾25-30°持续1.8-2.2h；再对炉体进行烧结，先将感应圈功率升至48-52kW保持1-1.5h，再将感应圈功率升到60-65kW持续0.8-1.5h使炉衬材料内二氧化硅发生晶体转变，最后将感应圈功率提高至68—72kW保持3.5-4.5h，完成炉衬修筑。
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