CN109764694B - 一种冶炼铝基合金的中频炉坩埚沉渣除渣方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冶炼铝基合金的中频炉坩埚沉渣除渣方法，在高温条件下利用发热剂和吸收剂清除坩埚中的沉渣，具体步骤包括：1)当中频炉坩埚容量减少30％以上时，按中频炉容量的30％～50％将发热剂加入坩埚中，通电熔化，满负荷供电，使熔化后的发热剂温度超过发热剂熔点100℃以上；2)保持炉内温度，在炉内按感应炉容量的25％～40％加入吸收剂，吸收剂在炉内形成低熔点清洗渣，吸收坩埚内的高熔点氧化物，将高温发热剂清洗下来的高熔点炉渣全部吸收后形成不粘壁的低熔点炉渣，吸收剂分3～4批加入，清洗过程中根据出渣量进行扒渣处理，清洗时间为1～2小时；3)将炉渣和剩余的液态发热剂从炉内倒出。本方法方便、效率高，清洗效果好。

Description

一种冶炼铝基合金的中频炉坩埚沉渣除渣方法

技术领域

本发明一种冶炼铝基合金的中频炉坩埚沉渣除渣方法。

背景技术

中频感应炉因其操作维护简单，元素熔炼损耗少、成分易控制、使用灵活等特点，在合金熔炼和铸造方面得到了广泛应用。目前普遍采用的是坩埚式中频感应电炉。高温熔化工艺的特点决定了对制作感应电炉坩埚材料的性能有较高的要求。然而在实际生产中，对于冶炼铝基合金的感应电炉而言，坩埚除了与冶炼其它产品一样受到高温、激冷激热、高温液体侵蚀及电磁搅拌冲刷等作用，使炉衬损坏，而影响使用寿命外，还受到炉衬持续增厚的困扰，同样威胁着炉衬使用寿命。

熔炼铝基合金的常用炉衬材料主要有中性耐火材料(以氧化铝和高铝质为主)和酸性耐火材料(石英砂SiO₂≥98％)。由于酸性坩埚材料资源丰富，价格低廉，可满足基本要求，因此是目前常用的坩埚打结材料，其主要成分为二氧化硅。由于合金生产的特点，一般生产铝基合金多采用中小型炉(小于3吨)。考虑电磁效率等因素，炉衬一般不能做得太厚。炉衬制作方法采用整体打结方法，也就是将整个坩埚打结为一个整体，一次完成。虽然铝基合金的熔点相对较低，生产时炉温也低，然而，在生产过程中却具有产生高熔点炉渣的特性，冶炼铝基合金时产生的炉渣主要由原料中存在的氧化物以及在冶炼过程中与空气接触产生的氧化物和少量金属组成，总渣量约占入炉炉料量的3％～5％，主要成分由铝、铁、硅、锰氧化物及其他少量氧化物和铝、铁等少量金属组成。

由于合金冶炼温度一般在1300～1400℃，而以Al₂O₃为主的熔渣熔点远高于这一数值，这些炉渣在合金的冶炼温度下，无法充分熔化，却在电磁搅拌的作用下不断的涌向坩埚壁，而粘附在坩埚壁之上或沉积于坩埚底部，从而使之坩埚壁和底部逐渐变厚，这种现象自坩埚上缘至底部逐渐加重(与炼钢和炼铸铁不同，冶炼钢铁是使炉衬烧熔变薄损坏)，

沉积于坩埚底部和粘附在坩埚壁上的炉渣是由Al₂O₃、FeO、Fe₂O₃及少量金属Fe、Al和少量其它杂质组成，根据产品种类的不同，Al₂O₃含量在40-70％左右，FeO,Fe₂O₃含量在30-50％左右，这些混合物组成的炉渣熔点较高，在合金冶炼温度下，无法充分熔化，一般以熔融状态的炉渣和固体Al₂O₃的混合物状态存在，这样的混合物粘度大，流动性差，

由于部分渣层不够致密，生产过程中依然会有合金液体不断渗入到坩埚耐火材料内，而加快坩埚的损坏。随着附着渣层厚度的不断增加，造成坩埚容积迅速变小，并很快无法继续正常生产。为减少损失和延长坩埚的使用寿命，传统方法采取的措施是在附着的炉渣厚度达到一定程度时，停炉冷却，待达到人体能够忍受的温度后，采用人力和简单机械清除这部分附着物。由于渣层坚硬且附着力强，在清除时原有的炉衬会受到巨大的冲击力，一般情况下炉衬结构会受到一定程度的损坏，特别是烧结层极易开裂，会影响到坩埚使用寿命。清除这部分附渣后，原有炉衬的工作表面也会受到较大程度的损坏，还需修补和烘炉，否则无法直接使用，清除附着渣层这项工作会消耗大量的人力、物力和时间，且这已成为影响坩埚使用寿命的重要因素之一，尽管冶金工作者不断努力，但目前生产铝基合金的中频感应电炉的炉龄仍普遍较低。目前酸性炉衬的有效使用寿命少则几十炉，多则在 200～300炉左右。较低的炉龄增加了筑炉次数，提高了生产成本，降低了生产率。重新筑炉其费用根据炉子吨位的不同一次少则上万，多则数万元，并且严重影响生产率和经济效益。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种冶炼铝基合金的中频炉坩埚沉渣除渣方法，可有效延长炉衬使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种冶炼铝基合金的中频炉坩埚沉渣除渣方法，在高温条件下利用发热剂和吸收剂清除坩埚中的沉渣，具体步骤包括：

1)当中频炉坩埚容量减少30％以上时，按中频炉容量的30％～50％将发热剂加入坩埚中，通电熔化，满负荷供电，使熔化后的发热剂温度超过发热剂熔点100℃以上；

2)保持炉内温度，在炉内按感应炉容量的25％～40％加入吸收剂，吸收剂在炉内形成低熔点清洗渣，吸收坩埚内的高熔点氧化物，将高温发热剂清洗下来的高熔点炉渣全部吸收后形成不粘壁的低熔点炉渣，吸收剂分3～4批加入，清洗过程中根据出渣量进行扒渣处理，清洗时间为1～2小时；

3)将炉渣和剩余的液态发热剂从炉内倒出，完成清洗。

所述的发热剂为废钢。

所述吸收剂原料按质量百分比为：铁鳞60％～80％，钢渣15％～20，萤石5％～10％，中频炉坩埚废料10％～20％。

所述的吸收剂化学成分质量百分比要求为：铁鳞中的FeO≥55％；钢渣中SiO₂ 10～20％，CaO 20～50％，Al₂O₃≤10％，Fe₂O₃ 15～35％；坩埚废料中SiO₂≥95％；萤石中CaF₂ ≥ 85％。

所述吸收剂的粒径≤30mm。

所述的钢渣为电炉钢渣、平炉钢渣或转炉钢渣中的任意一种或多种组合。

清除沉渣的主要原理是：采用了发热剂和吸收剂。在电磁感应的条件下，坩埚内的发热剂被加热，并通过其加热了吸收剂，随着加热过程的持续进行，发热剂和吸收剂全部熔化并转变为高温液体。在此条件下，通过三方面作用达到了清洗坩埚目的，首先是两种高温液体在电磁力作用下产生巨大的搅拌力，对坩埚进行冲刷，利于沉渣脱离坩埚，提高清洗效率。次之由于两种高温液体的温度远高于正常生产时的炉温，因此对沉渣有熔化作用。再次之液态吸收剂通过氧化物之间的化学反应对沉渣有溶解效应。在此三个因素影响下，使得坩埚内的沉渣脱离坩埚而溶入吸收剂内形成低熔点，流动性好的熔渣，被排除，而不会重新附着在坩埚上或沉积于坩埚底部，实现了清除沉渣的目的。

要实现清洗目的的关键因素：一是形成低熔点熔渣，众所周知，氧化铁和萤石是冶金过程中最常用的，也是最有效的化渣剂，因此在吸收剂中采用了这两种材料。由熔渣性质可知，多元复合渣更具有更低的熔点和良好的流动性，因此足量的，一定比例的，含有SiO₂,CaO,FeO,Fe₂O₃,CaF₂的物料组成的吸收剂，可实现这一目的。吸收剂在加入初期是形成以SiO₂-CaO-Fe₂O₃为主组成的渣系,该渣系的炉渣熔点为1300～1400℃，粘度为0.2～0.25Pa.s,此渣系熔点低，粘度不高，可满足要求，为使其尽快熔化成渣，还加入了一定量的萤石。随着渣洗的进行，铝氧化物不断溶入，则又会形成另一由SiO₂-CaO-Al₂O₃组成的渣系,该渣系的熔渣熔点为1310～1400℃，粘度约为0.3Pa.s,与初始渣系性质基本相同，因此在高温状态下，通过物理化学作用Al₂O₃等高熔点氧化物被吸收，形成低熔点熔渣，为沉渣的顺利排出奠定了基础。二是形成高炉温，由于组成吸收剂的各类物料不具有通过电磁感应产生热量而熔化的性能，因此利用废钢作为发热剂，通过电磁感应，使其熔化，并持续加热，提高温度，使发热剂和吸收剂都具有较高的温度(远高于铝基合金冶炼温度)，使沉渣在高温液体的作用下，部分被熔化吸收，部分氧化物与吸收剂中的氧化物发生化学反应被吸收，最终形成低熔点和流动性良好的复合炉渣。三是在电磁搅拌力的作用下，高温液体不断对坩埚壁进行强力冲刷，机械力加快了沉渣脱离坩埚的速度，同时也加快了被吸收剂吸收的速度。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用高温渣洗的方式清除坩埚壁的沉渣，该方法方便快捷，效率高，清洗效果好，节省耐火材料，清洗后坩埚表面光滑，无明显缺陷，在保证坩埚容积的同时，不需修补可直接投入使用。采用该方法后坩埚避免了传统的机械清理方式给坩埚带来损害的不利后果，减轻了操作者的劳动强度，缩短了约75％的处理时间。由于原打结部分没有受到强大外力冲击，基本结构没有遭到破坏，因此利于延长坩埚的使用寿命，此外作为清洗剂废钢可重复利用，损失较小，其它渣料皆为冶金废料价值较低。该方法可大幅度降低坩埚维护的成本。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明：

以下实施例对本发明进行详细描述。这些实施例仅是对本发明的最佳实施方案进行描述，并不对本发明的范围进行限制。

一种冶炼铝基合金的中频炉坩埚沉渣除渣方法，在高温条件下利用发热剂和吸收剂清除坩埚中的沉渣，所述的发热剂为废钢。具体步骤包括：

1)当中频炉坩埚容量减少30％以上时，按中频炉容量的30％～50％将废钢加入坩埚中，通电熔化，满负荷供电，使熔化后的钢液温度超过废钢熔点100℃以上；

2)保持炉内温度，在炉内按感应炉容量的25％～40％加入吸收剂，吸收剂在炉内形成低熔点清洗渣，吸收坩埚内的高熔点氧化物，将高温钢液清洗下来的高熔点炉渣全部吸收后形成不粘壁的低熔点炉渣，吸收剂分3～4批加入，清洗过程中根据出渣量进行扒渣处理，清洗时间为1～2小时；

3)将炉渣和剩余的液态发热剂从炉内倒出，完成清洗。

所述的吸收剂原料按质量百分比为：铁鳞60％～80％，钢渣15％～20，萤石5％～10％，中频炉坩埚废料10％～20％。

所述的钢渣为电炉钢渣、平炉钢渣或转炉钢渣中的任意一种或多种组合。

实施例1

中频炉的吨位为3吨，中频炉坩埚容量减少30％。

冶炼铝基合金的中频炉坩埚沉渣的清洗方法，包括以下步骤：

1)发热剂废钢量为中频炉容量的30％，即900Kg，吸收剂渣料总量为1200Kg，其中：铁鳞960Kg,中频炉坩埚废料120Kg，转炉钢渣60Kg，萤石60Kg。

2)将废钢加入待处理坩埚中，如果不能全部装入，应最大限度装入，然后通电，并逐渐加大负荷，随着废钢熔化，陆续将剩余废钢全部加入坩埚内。使熔化后的钢液温度超过废钢熔点100℃以上。

3)随着炉温的升高废钢不断熔化，当熔化的钢液量达到能够被有效搅拌的状态时，陆续加入上述搅拌均匀的渣料作为高熔点氧化物的吸收剂；

4)在加入渣料的过程中应始终保持大功率送电，保持高炉温，使钢液和渣料有很好的流动性和产生有效的搅拌效果；

5)渣料和废钢总量控制，在物料完全熔化后达到现有坩埚容量的70％左右为宜；

6)如果在清洗过程中炉渣粘度过大，可能影响清洗效果，可适当扒除一部分炉渣，继续加入渣料。

7)清洗完成后，将炉内钢水及熔渣倒出，铸型成锭，便于重复使用。

效果：采用该方案高温渣洗后，坩埚沉渣清除率超过了95％，坩埚壁表面光滑，无明显缺陷和残渣，处理后的坩埚可直接投入使用，坩埚容积基本恢复到原来状态。

实施例2

中频炉的吨位为3吨，中频炉坩埚容量减少32％。

冶炼铝基合金中频炉坩埚沉渣的清洗方法，

废钢准备量为容量的40％，即1200Kg，渣料总量为1000Kg，其中：铁鳞700Kg,坩埚废料150Kg，钢渣80Kg，萤石70Kg。

按实施例1清洗过程操作。

效果：采用该方案高温渣洗后，坩埚沉渣清除率在90％左右，坩埚壁绝大部分表面光滑，无明显缺陷，只在坩埚底部和边缘上留有少量残渣，影响不大，处理后的坩埚可直接投入使用，坩埚容积基本恢复到正常状态。

实施例3

中频炉的吨位为3吨，中频炉坩埚容量减少35％。

冶炼铝基合金中频炉坩埚沉渣的清洗方法，

废钢准备量为容量的50％，即1500Kg，渣料总量为800Kg，其中：铁鳞480Kg,坩埚废料140Kg，钢渣100Kg，萤石80Kg。

按实施例1清洗过程操作。

效果：采用该方案高温渣洗后，坩埚沉渣清除率超过了80％，坩埚壁表面较光滑，无明显缺陷，坩埚容积扩大，形状趋于正常，但留有一定量的残渣，可能会使下次清洗时间提前，处理后的坩埚可直接投入使用，满足正常使用要求。

Claims (2)

1.一种冶炼铝基合金的中频感应炉坩埚沉渣除渣方法，其特征在于，在高温条件下利用发热剂和吸收剂清除坩埚中的沉渣，电磁感应的条件下，坩埚内的发热剂被加热，并通过其加热了吸收剂，随着加热过程的持续进行，发热剂和吸收剂全部熔化并转变为高温液体，两种高温液体在电磁力作用下产生巨大的搅拌力，对坩埚进行冲刷，沉渣脱离坩埚，两种高温液体的温度高于生产时的炉温，对沉渣有熔化作用，液态吸收剂通过氧化物之间的化学反应对沉渣有溶解效应，坩埚内的沉渣脱离坩埚而溶入吸收剂内形成熔渣排除，不会重新附着在坩埚上或沉积于坩埚底部，实现了清除沉渣；具体步骤包括：

1)当中频感应炉坩埚容量减少30％以上时，按中频感应炉容量的30％～50％将发热剂加入坩埚中，发热剂为废钢，通电熔化，满负荷供电，使熔化后的发热剂温度超过发热剂熔点100℃以上；

2)保持炉内温度，在炉内按感应炉容量的25％～40％加入吸收剂，吸收剂的粒径≤30mm，吸收剂原料按质量百分比为：铁鳞60％～80％，钢渣15％～20，萤石5％～10％，中频感应炉坩埚废料10％～20％；吸收剂化学成分质量百分比要求为：铁鳞中的FeO≥55％；钢渣中SiO₂10～20％，CaO 20～50％，Al₂O₃≤10％，Fe₂O₃ 15～35％；坩埚废料中SiO₂≥95％；萤石中CaF₂ ≥85％；吸收剂在炉内形成低熔点清洗渣，吸收坩埚内的高熔点氧化物，将高温发热剂清洗下来的高熔点炉渣全部吸收后形成不粘壁的低熔点炉渣，吸收剂分3～4批加入，清洗过程中根据出渣量进行扒渣处理，清洗时间为1～2小时；

3)将炉渣和剩余的液态发热剂从炉内倒出，完成清洗。

2.根据权利要求1所述的一种冶炼铝基合金的中频感应炉坩埚沉渣除渣方法，其特征在于，所述的钢渣为电炉钢渣、平炉钢渣或转炉钢渣中的任意一种或多种组合。