CN102889789B - 熔炼铜合金用中频感应炉的筑炉方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种熔炼铜合金用中频感应炉的筑炉方法，先制得炉体外衬衬料和炉口封泥，在石棉板底座上铺垫一层环氧板并放置感应圈，在感应圈内壁及环氧板上铺垫玻璃纤维布使其成为口袋状，将炉体外衬衬料分层加入玻璃纤维布袋内，分层捣固打结制成炉底，再将石墨坩埚放在炉底的正中位置压实，将炉体外衬衬料分层加在玻璃纤维布袋与石墨坩埚之间进行捣固打结制得炉体外衬，使炉体外衬顶面低于石墨坩埚顶面和感应圈顶面，炉口通过炉口封泥粘在石墨坩埚的顶面，在炉口与玻璃纤维布袋之间填满炉口封泥捣实刷平制得炉口外衬，经烘炉和烧结使二氧化硅发生晶体转变，整体硬化后停止加热完成筑炉。本发明具有强度高、炉体结合性能好，使用寿命长的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种熔炼铜合金用中频感应炉的筑炉方法，属于冶炼装备技术领域。
背景技术
目前，中小批量的铜合金多采用中频感应炉熔炼。熔炼铜合金用中频感应炉的炉衬可分为两种，一种为使用石英砂和粘结剂或镁砂和粘结剂混合打结，也是常称为的酸性和碱性炉衬，通常烘炉后需熔化几个炉次的钢或铁来使炉衬烧结结实，再通过某种方式洗炉来避免后期熔化铜合金时杂质元素造成的污染，该方法筑炉工艺复杂，且较难控制，熔炼过程中杂质较多。另外一种为使用石墨坩埚作为炉体内衬，采用石英砂和粘结剂混合打结炉体外衬，因其利用石墨坩埚呈中性对合金元素烧损少而备受欢迎，而炉体外衬主要起支撑作用。
但不同厂家熔炼铜合金用中频感应炉筑炉方法有着不同的工艺，使用寿命也各不相同，一旦炉衬质量没达到熔炼要求而出现铜合金液外流，尤其当铜合金液流入到感应圈和炉架上将导致短路现象。
目前铜合金熔炼中频感应炉的炉体外衬衬料采用粒度较大不同粒度的石英砂与硼酸混合，硼酸在石英砂中起到粘结作用。上述炉体外衬衬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，使得炉体外衬缓冲层厚度减少，导致炉体外衬强度下降，从而引起使用寿命下降。其次由于石英砂粒度配比较为单一，石英砂粒度及其配比使炉体外衬致密度不高，而影响使用寿命。再则筑炉时，炉口材料不含有炉体外衬衬料，虽然炉口材料也由石英砂、耐火泥和水玻璃混制而成，但炉口材料中其粒径在270目的石英砂占到石英砂总量的40％左右，而炉口材料中的耐火泥又不超过石英砂总量的50％，至使炉体外衬衬料与炉口材料差异较大，在烘炉过程中，又采用连续烘烤工艺，因炉口部分内外温差加大，在烧结过程中不易达到规定的温度，加之石墨坩埚顶面与炉体外衬顶面基本持平，易造成炉体外衬与石墨坩埚在炉口处结合不良，甚至会产生裂纹，故而常引起石墨坩埚与炉体外衬之间形成空隙而架空，降低炉体内外衬的导热和散热性，而致使能耗大、熔炼效率下降，严重时还会使石墨坩埚开裂的现象，影响其使用寿命，同时也增加了操作的不安全因素。而连续送电烘炉，时间在10小时左右，对原料和电费的浪费很大，也增加了筑炉成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种强度高、炉体结合性能好，且使用寿命长的熔炼铜合金用中频感应炉的筑炉方法。
本发明为达到目的的技术方案是：一种熔炼铜合金用中频感应炉的筑炉方法，其特征在于：
(1)、制作炉体外衬衬料：按质量百分比，将粒度在5-8目的25-30％石英砂、粒度大于8-30目的30-35％石英砂以及粒度大于30-50目的40-45％石英砂与硼酸混合均匀制得炉体外衬衬料，其中所述的石英砂与硼酸的配比按质量比100∶(1.5-2)；
(2)、制作炉口封泥：按质量百分比，取10-20％的炉体外衬衬料再加入80-90％的耐火泥混料用碱性水玻璃搅拌成炉口封泥，其中，按质量百分比，耐火泥混料为30-50目的10-20％石英砂和80-90％的粘土质耐火泥，碱性水玻璃的加入量按质量比为耐火泥混料的40-50％；
(3)、炉底与炉体外衬打结：在石棉板底座上铺垫一层环氧板，并将感应圈放置在环氧板上，在感应圈内壁及环氧板上铺垫玻璃纤维布使其成为口袋状，将炉体外衬衬料分层加入上述的玻璃纤维布袋内，分层捣固打结制成炉底，再将石墨坩埚放在炉底的正中位置并压实，将炉体外衬衬料分层加在贴合在感应圈内壁的玻璃纤维布袋与石墨坩埚之间，捣固打结制得炉体外衬，且炉体外衬顶面低于石墨坩埚顶面和感应圈的顶面；
(4)、炉口打结：将炉口封泥均匀地粘在石墨坩埚的顶面，将炉口安放在炉口封泥上部并向下压实，再在炉口与玻璃纤维布袋之间填满炉口封泥，捣实刷平并去除多余的炉口封泥；
(5)、烘炉和烧结：先烘炉，将感应圈功率控制在20kw，至炉温在180-220℃并保持20-40min，再将感应圈功率升至40kw，至炉温在600-650℃后保持20-40min，随后对炉体烧结，先将感应圈功率控制在60kw，至炉温在950-1000℃并保持20-40min，再将感应圈功率控制在20kw并保温10-30min后，将感应圈功率控制在40-60kw使炉温继续升温至1200-1300℃并保持20-40min，再将感应圈功率控制在20-30kw保温10-30min，使炉体外衬和炉口外衬内的二氧化硅发生晶体转变，整体硬化后停止加热，完成筑炉。
本发明通过对炉体外衬衬料进行改进和调整，在炉体外衬衬料中采用三种粒度不同的石英砂，通过调节不同粒径石英砂的配比以及适量增加细石英砂以减少硼酸对炉体外衬的不良影响，故能通过多种不同粒径的石英砂，提高炉体外衬的密度，使炉体外衬具有较好的强度，同时也由于炉体外衬组织致密，也提高炉体外衬的抗侵蚀性。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，保持炉体外衬缓冲层厚度，而提高炉体外衬强度，延长炉体外衬和石墨坩埚的有效使用寿命，而提高中频感应电炉的炉龄。
本发明炉口材料采用炉体外衬衬料和耐火泥混料并用碱性水玻璃搅拌，可减少炉体外衬衬料与炉口材料差异，炉口材料中增加了粘土质耐火泥总量，同时也减少了石英砂的总量，炉口材料中的石英砂粒径与炉体外衬衬料中石英砂中的最大粒径相同，故能减少炉口处石英砂过热膨胀而生产裂纹，通过炉口材料能使炉体外衬与石墨坩埚在烧结后能可靠结合。本发明在炉口打结时，炉体外衬顶面低于石墨坩埚顶面和感应圈的顶面，在炉口通过炉口封泥安放在石墨坩埚上，再将炉口材料设置在炉体外衬上部，使炉口打结时接合部位均低于石墨坩埚和感应圈的顶部，使炉体外衬与石墨坩埚顶面和炉口能可靠结合，有效防止石墨坩埚出现开裂的现象，提高操作安全性，也使炉体外衬与石墨坩埚内衬具有较好的导热和散热性，熔炼一炉铜合金的时间和功率减少了，节省了大量能耗，由于杂质少，材料成分符合要求，保证了铜合金熔炼质量，具有较好的推广应用前景。
本发明采用特定的炉体外衬衬料和炉口材料，通过炉底与炉体外衬及炉口打结工艺，采用不同温度两次烘炉，在220℃以及600-650℃温度下对炉体外衬和炉口外衬中进行烘炉并将炉内的水分排出，再进行多段温度的烧结，在950-1000℃温度下烧结并进行保温，将石英砂由β石英转变为α石英，再通过1200-1300℃的烧结和保温，使炉体外衬材料内二氧化硅发生晶体转变与石墨坩埚可靠接合，使炉体外衬基体组织密度较大，不仅炉体外衬强度高，而且炉体外衬及炉口外衬与石墨坩埚和炉口能有较好结合，降少石墨坩埚架空现象。本发明采多段不同温度烘炉和烧结，缩短烘炉和烧结时间，降低筑炉成本，使中频感应炉平均使用寿命在300炉次以上。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。
图1是本发明熔炼铜合金用中频感应炉的示意简图；
图2是本发明熔炼铜合金用中频感应炉筑炉时的烘炉工艺曲线图。
其中：1-炉口外衬，2-炉口，3-防护板，4-石墨坩埚，5-炉体外衬，6-感应圈，7-玻璃纤维布，8-环氧板，9-石棉板底座。
具体实施方式
本发明的熔炼铜合金用中频感应炉的筑炉方法，
(1)、将粒度在5-8目的25-30％石英砂、粒度大于8-30目的30-35％石英砂以及粒度大于30-50目的40-45％石英砂与硼酸混合均匀制得炉体外衬衬料，其中所述的石英砂与硼酸的配比按质量比100∶(1.5-2)，该硼酸为工业硼酸，通过改变石英砂的粒径及配比以及硼酸的用量，使炉体外衬具有较好的密度，本发明所述炉体外衬衬料的石英砂包括6-7目的26-27％石英砂、粒度在10-25目的31-33％石英砂以及粒度的35-45目的41-43％石英砂，且石英砂与硼酸的配比按质量比100∶(1.6-1.8)。
本发明炉体外衬衬料石英砂具体粒度目数及质量百分比见表1。
表1
(2)、制作炉口封泥：按质量百分比，取10-20％的炉体外衬衬料再加入80-90％的耐火泥混料用碱性水玻璃搅拌成炉口封泥，其中，按质量百分比，耐火泥混料为30-50目的10-20％石英砂和80-90％的粘土质耐火泥，碱性水玻璃的加入量按质量百分比为耐火泥混料的40-50％。本发明为精确配置炉口封泥材料，该炉口封泥采用12-18％的炉体外衬衬料和82-88％的耐火泥混料，且碱性水玻璃的加入量为耐火泥混料的42-48％。
本发明炉口封泥的具体组份及质量百分比见表2。
表2
(3)、炉底与炉体外衬打结：见图1所示，在石棉板底座9上铺垫一层环氧板8，该石棉板底座9为水泥石棉板底座，该环氧板8可采用5-15mm，并将感应圈6放置在环氧板8上，在感应圈6内壁及环氧板8上铺垫玻璃纤维布7使其成为口袋状，袋口伸至炉架上，将炉体外衬衬料分层加入上述的玻璃纤维布袋内，分层捣固打结制成炉底，炉底高度控制在80-90mm，如每层炉体外衬衬料厚度控制在30mm左右，且每层打结15-20min至夯实后用钢针划松表面，然后加入第二层炉体外衬衬料，重复上述步骤，直到底衬高度达80-90mm而制得炉底。再将石墨坩埚4放在炉底上的正中位置并压实，可将重物或定位块将石墨坩埚4压实而不会移动，炉体外衬衬料分层加在贴合在感应圈6内壁的玻璃纤维布袋与石墨坩埚4之间，捣固打结制得炉体外衬5，炉体外衬5的厚度在40-70mm，且炉体外衬5的顶面低于石墨坩埚4顶面和感应圈6的顶面，打结时其下层捣固打结后在其表面划毛后才可加入上层的炉体外衬衬料，使上下两层能够很好的结合，本发明炉体外衬5在分层打结时，每层厚度在25-30mm之间，如每层打结10min后用钢针划松表面，然后加入第二批炉体外衬衬料，重复上述步骤，使炉体外衬5顶面与石墨坩埚4顶面之间的距离控制在15-25mm，如炉体外衬5顶面与石墨坩埚4顶面之间的距离在18mm、20mm或22mm等。
(4)、炉口打结：见图1所示，将炉口封泥均匀地粘在石墨坩埚4的顶面，将炉口2安放在炉口封泥上部并向下压实，该炉口2采用现有的耐火砖炉口，再在炉口2与玻璃纤维布袋之间填满炉口封泥，捣实刷平并去除多余的炉口封泥制得炉口外衬1，炉口应平整、光滑，强度紧实，由于炉体外衬5顶面与石墨坩埚4顶面相错设置，使炉口外衬1能很好的与石墨坩埚4及炉口2接合，在炉体外衬5和炉口外衬1的外围设有防护板3作为炉架，该防护板3采用水泥石棉板。
(5)、烘炉和烧结：见图2所示，先烘炉，将感应圈功率控制在20kw，至炉温在180-220℃并保持20-40min，此时炉外有水蒸气逸飘，再将感应圈功率升至40kw，至炉温在600-650℃并保持20-40min，此时石墨坩埚呈暗红色，且炉外有水珠下滴，以排出炉内水份。随后对炉体烧结，先将感应圈功率控制在60kw至炉温在950-1000℃并保持20-40min，此时石墨坩埚呈亮红色，再将感应圈功率控制在20kw并保温10-30min后，将感应圈功率控制在40-60kw使炉温继续升温至1200-1300℃并保持20-40min，此时石墨坩埚呈亮黄白色，再将感应圈功率控制在20-30kw保温10-30min，使炉体外衬和炉口外衬内的二氧化硅发生晶体转变，当整体硬化后停止加热，完成筑炉，筑炉完成后可加料熔化。本发明采用不同温度进行烘炉和烧结，使炉体外衬及炉口外衬与石墨坩埚和炉口可靠接合，且炉体外衬及炉口外衬的组织密度较大而达到高强度。
本发明烘炉时，先将感应圈功率控制在20kw，至炉温在180-220℃并保持25-35min，再将感应圈功率升至40kw，至炉温在600-650℃并保持25-35min，在烧结时先将感应圈功率控制在60kw至炉温在960-990℃保持25-35min，将感应圈功率控制在20kw保温15-25min，再将感应圈功率控制在40-60kw使炉温继续升温至1220-1280℃之间并保持25-35min，将感应圈功率控制在20-30kw保温15-25min，停止加热。
本发明烘炉的具体参数据见表3。
表3
本发明烧结的具体参数据见表4
表4
其中实施例1至实施例3中制得容积60公斤的熔炼铜合金用中频感应炉，实施例4至实施例7制得容积80公斤的熔炼铜合金用中频感应炉。
Claims (7)
1.一种熔炼铜合金用中频感应炉的筑炉方法，其特征在于：
(1)、制作炉体外衬衬料：按质量百分比，将粒度在5-8目的25-30％石英砂、粒度大于8-30目的30-35％石英砂以及粒度大于30-50目的40-45％石英砂与硼酸混合均匀制得炉体外衬衬料，其中所述的石英砂与硼酸的配比按质量比100∶(1.5-2)；
(2)、制作炉口封泥：按质量百分比，取10-20％的炉体外衬衬料再加入80-90％的耐火泥混料用碱性水玻璃搅拌成炉口封泥，其中，按质量百分比，耐火泥混料为30-50目的10-20％石英砂和80-90％的粘土质耐火泥，碱性水玻璃的加入量为耐火泥混料的40-50％；
(3)、炉底与炉体外衬打结：在石棉板底座上铺垫一层环氧板，并将感应圈放置在环氧板上，在感应圈内壁及环氧板上铺垫玻璃纤维布使其成为口袋状，将炉体外衬衬料分层加入上述的玻璃纤维布袋内，分层捣固打结制成炉底，再将石墨坩埚放在炉底的正中位置并压实，将炉体外衬衬料分层加在贴合在感应圈内壁的玻璃纤维布袋与石墨坩埚之间，捣固打结制得炉体外衬，且炉体外衬顶面低于石墨坩埚顶面和感应圈的顶面；
(4)、炉口打结：将炉口封泥均匀地粘在石墨坩埚的顶面上，将炉口安放在炉口封泥上部并向下压实，再在炉口与玻璃纤维布袋之间填满炉口封泥，捣实刷平并去除多余的炉口封泥制得炉口外衬；
(5)、烘炉和烧结：先烘炉，将感应圈功率控制在20kw，至炉温在180-220℃并保持20-40min，再将感应圈功率升至40kw，至炉温在600-650℃后保持20-40min，随后对炉体烧结，先将感应圈功率控制在60kw，至炉温在950-1000℃并保持20-40min，再将感应圈功率控制在20kw并保温10-30min后，将感应圈功率控制在40-60kw使炉温继续升温至1200-1300℃并保持20-40min，再将感应圈功率控制在20-30kw保温10-30min，使炉体外衬和炉口外衬内的二氧化硅发生晶体转变，整体硬化后停止加热，完成筑炉。
2.根据权利要求1所述的熔炼铜合金用中频感应炉的筑炉方法，其特征在于：所述炉体外衬衬料的石英砂包括6-7目的26-27％石英砂、粒度在10-25目的32-33％石英砂以及粒度的35-45目的41-43％石英砂，且石英砂与硼酸的配比按质量比100∶(1.6-1.8)。
3.根据权利要求1所述的熔炼铜合金用中频感应炉的筑炉方法，其特征在于：所述炉口封泥中采用12-18％的炉体外衬衬料和82-88％的耐火泥混料，且碱性水玻璃的加入量为耐火泥混料的42-48％。
4.根据权利要求1所述的熔炼铜合金用中频感应炉的筑炉方法，其特征在于：所述的炉底高度控制在80-90mm。
5.根据权利要求1所述的熔炼铜合金用中频感应炉的筑炉方法，其特征在于：所述炉体外衬在分层打结时，每层厚度在25-30mm之间，且炉体外衬顶面与石墨坩埚顶面之间的距离在15-25mm。
6.根据权利要求1所述的熔炼铜合金用中频感应炉的筑炉方法，其特征在于：所述烘炉时先将感应圈功率控制在20kw，至炉温在180-220℃并保持25-35min，再将感应圈功率升至40kw，至炉温在600-650℃并保持25-35min。
7.根据权利要求1所述的熔炼铜合金用中频感应炉的筑炉方法，其特征在于：所述烧结时先将感应圈功率控制在60kw至炉温在960-990℃保持25-35min，将感应圈功率控制在20kw保温15-25min，再将感应圈功率控制在40-60kw使炉温继续升温至1220-1280℃之间并保持25-35min，将感应圈功率控制在20-30kw保温15-25min，停止加热。
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