淺談水平連鑄紫銅管熔化爐筑爐和啟爐工藝

1、淺談水平連鑄紫銅管熔化爐筑爐和啟爐工藝       摘  要:水平連鑄使用的有芯工頻感應(yīng)熔化爐具有加熱速度快、熱效率高、金屬燒損少、熔化質(zhì)量容易控制、操作方便、勞動條件好投資少、操作方便，特別是在熔煉和連續(xù)澆鑄成型時金屬液面與空氣接觸少，氧化幾率小，便于控制鑄坯的氧含量等優(yōu)點，是眾多有色金屬企業(yè)熔銅設(shè)備的首選爐型之一。廣泛用于水平連鑄熔化紫銅。水平連鑄爐體采用有芯工頻感應(yīng)加熱爐和保溫爐構(gòu)成，熔化爐連續(xù)長期作業(yè)，每次筑爐費用大，烘爐周期長，因此如何保證搗打爐襯的強度，確保耐火材料的燒結(jié)組織，并實現(xiàn)一次性啟爐成功，有效提高爐齡，是增加企業(yè)

2、經(jīng)濟效益有重要作用。本文對水平連鑄熔化爐與保溫爐的砌筑進行一定介紹，并對烘爐工藝進行探討。 關(guān)鍵詞；水平連鑄     熔溝    搗打料    烘爐   電壓       1.  熔化爐結(jié)構(gòu)；      水平連鑄有芯工頻感應(yīng)爐的基本結(jié)構(gòu)如圖 1可以看出，該爐為雙熔溝連體式爐型，左側(cè)為保溫爐，右側(cè)為熔化爐，均由獨立的感應(yīng)器和爐  膛組成。熔化爐有 2

3、 支熔溝，保溫爐與熔化爐之間有一支熔溝。工頻有芯感應(yīng)電爐的工作原理相當(dāng)于工作在短路狀態(tài)下的變壓器，通電線圈相當(dāng)于變壓器的一次線圈，熔溝相當(dāng)于變壓器的二次線圈。當(dāng)一次線圈通電后，熔溝內(nèi)的金屬產(chǎn)生很大的感應(yīng)電流而被加熱熔化。由于熔溝中的熱金屬與爐膛內(nèi)的冷金屬比重不同，以及電動現(xiàn)象的影響，熔化的金屬流入爐膛并帶來熱量使冷料熔化。感應(yīng)器由線圈導(dǎo)磁體、不銹鋼水冷套、U 型等截面熔溝等組成。圖 1 水平連鑄電爐基本結(jié)構(gòu) 2.筑爐工藝       水平連鑄過程，有芯工頻感應(yīng)爐筑爐方法的正確與否是成功啟爐及轉(zhuǎn)人正常生產(chǎn)的先決條件。砌筑過程中包括搗打爐底料和砌筑

4、耐火磚。       2.1 搗打石英砂      由于筑爐材料主要是由不同粒度的干石英砂構(gòu)成，所以打結(jié)爐襯的實質(zhì)就是讓砂子流動減小砂粒間的空隙度。根據(jù)理論分析，一般情況下，非密實配制的石英砂(含 1.8%硼酸)的密度 <1.9 g/cm3 時，而密實的石英砂的密度可達 2. 65 g/cm3。打筑爐襯的目的就是通過震動方式減少石英砂空隙率進而來提高石英砂爐襯的密度首先，將內(nèi)壁鐵銹處理干凈，在爐底殼內(nèi)側(cè)和底面鋪上一層厚 10mm 的石棉板，把配好的搗爐料，保證松散搗打料高度 80mm，然后

5、用改裝好的平頭風(fēng)鎬搗打 30 min(搗打時要挨片依次進行，搗打路線見圖 2、3、，每塊要震打 6 次以上。搗打完成用18 尖頭圓鋼釬插入搗打料中檢測松散程度，當(dāng)聽不到鋼釬與石英砂摩擦發(fā)出的，絲絲聲音時確認(rèn)這層搗打料已經(jīng)達到要求，為保證搗打材料相互之間的更好的結(jié)合，須將搗打完成的搗打料上層 10mm 用鐵扒扒松散，隨后加入第二層 80mm 厚度搗打料搗打，搗打路線見圖 3.重復(fù)多次密實搗打后將搗打高度到水套中心高度齊平（見圖 4a）。用木板將震打?qū)由媳砻娴臓t料刮成與爐底殼側(cè)壁上的圓孔相同的弧度（見圖 4b），以備安放熔溝和水冷套。然后根據(jù)熔溝深度使用熔溝樣板，當(dāng)確認(rèn)熔溝樣板與爐底殼側(cè)壁上的圓孔

6、同心并處于前后面板的中心后，用卡具將熔溝樣板固定，以防止在繼續(xù)震打過程中發(fā)生偏移錯位現(xiàn)象，熔溝樣板的死角部分用鋼釬搗實。底部圓環(huán)形相應(yīng)的弧面使用熔溝樣板在挖出熔溝內(nèi)部的石英砂搗打料后，吊入金屬熔溝驗證金屬熔溝挖掘深度是否符合筑爐工藝要求。此時應(yīng)保證水冷套、熔溝樣板圓環(huán)和爐底殼側(cè)壁上的圓孔三者已經(jīng)保持同心。搗打爐底石英砂要分多次加入搗打料，繼續(xù)搗打?qū)⑷蹨舷虏咳繐v實，確認(rèn)熔溝下部搗打料已經(jīng)達到工藝要求后，放入外層纏有石棉板的不銹鋼水冷套，加入搗打料繼續(xù)搗打，水冷套與熔溝樣板之間的死角用鋼釬搗實。搗打水冷套死角時一定要小心，因為該部位侵蝕嚴(yán)重，沉積物集中，機械沖刷厲害，特別是熔化爐熔溝上口，在加料

7、搗打時力量過大容易易擊中不銹鋼水套的面板，產(chǎn)生應(yīng)力集中降低爐體使用壽命，力量過小由于熱脹冷縮等易造成這個部位破裂裂，因此打筑時也應(yīng)仔細。從圖 5 可以看到兩只水冷套外圓相接的位置石英砂厚度最小，當(dāng)密實度不夠時，石英砂燒結(jié)達不到要求容易造成爐體不銹鋼水冷套破損事故，降低爐體使用壽命。加入水冷套以后，搗打就要更加小心了。因為水冷套外層溫度高，內(nèi)側(cè)水冷，在筑爐過程外側(cè)某點受到撞擊后在冷熱變形產(chǎn)生應(yīng)力集中容易造成不銹鋼水冷套破裂。所以搗打水冷套層一定要小心。然后繼續(xù)填料震打。爐底爐襯應(yīng)一直搗打到高出熔溝樣板 50 一60 mm，再用木板將高出的石英砂爐料刮到與熔溝樣板上平面在同一水平面為止。圖 2 筑

8、爐時長度方向搗打路線 圖 3 筑爐時寬度方向搗打路線 圖 4、爐體下部石英砂搗打方式示意圖圖 5 熔化爐熔溝外形圖以上是熔化爐搗打過程，保溫爐也按照此法搗打。在這里要特別指出的是水平連鑄爐與其它熔銅爐不同之處在于保溫爐自身沒有熔溝，其熱量由保溫爐與熔化爐之間的熔溝提供，其目的在于對通過保溫爐熔溝保證保溫爐銅水達到規(guī)定溫度，所以這個熔溝屬于潛液移流。其搗打過程應(yīng)該注意將不銹鋼水套放置在保溫爐熔溝中心，即不銹鋼水套和熔溝保證有一個同心圓。      2.2 爐體耐火磚的砌筑      爐底面搗打完畢

9、即可用耐火磚砌筑爐膛。筑磚磚縫應(yīng)盡量小，并將磚縫及磚縫與搗打料之間的縫隙用 23 毫米耐火泥均勻涂抹，填滿夯實，耐火磚之間的間隙不能大于 2 毫米。在將耐火磚放到位后，用木槌敲擊到耐火磚緊密結(jié)合為止，并在兩塊耐火磚端頭直徑為 20 的孔中加滿夯實的耐火泥，最后清理磚縫。每塊耐火磚左右應(yīng)錯開排位，并保證熔化爐內(nèi)兩角直徑 35 的孔對齊。再往上加第二層磚。上一層磚與下一層磚的磚縫務(wù)必錯開，以增加磚層機械強度。轉(zhuǎn)角處的環(huán)拱處，用刀口磚過渡，并砌筑成緊密連接的小間隙狀，對所留縫隙均用混合料填充并用鋼釬搗實。磚砌三層后到達爐體上表面位置，筑爐基本完成。耐火磚與爐體外部鐵殼之間的空隙用石英砂爐料填充，并進

10、行適當(dāng)?shù)膿v打，依次連續(xù)搗打，      直至打到爐口頂面，值得注意的是進行搗打時需用木料支撐著爐膛砌磚，以防止在搗打過程中出現(xiàn)爐膛磚移位。爐膛砌筑完后將爐蓋固定，此時整個筑爐過程即告結(jié)束。經(jīng)過 40 小時的自然風(fēng)干定型，進入烘烤階段。       3.烘爐      烘爐是爐子投產(chǎn)前的第一工藝過程，其主要目的是使?fàn)t襯材料脫水、烘干、燒結(jié)成型。本實驗采用的烘爐工藝分三階段進行，其工藝曲線如圖 6 所示。烘烤前應(yīng)對電氣設(shè)備和機械設(shè)備進行全面檢查，檢查

11、后用工作電壓方式通電一次 380V,時間 1 分鐘，確認(rèn)沒有問題就進行烘爐操作。 圖 6 水平連鑄電爐烘烤工藝圖      首先在爐膛加入燃燒木炭進行預(yù)烘烤，目的是排除石英砂和爐體砌筑料中的水分，為后續(xù)的燒結(jié)打好基礎(chǔ)。時間為 10 小時，使?fàn)t體溫度達到 200 度。然后進入三段式烘爐過程: 第一階段為預(yù)熱段。開通電源送電 60V，在木碳烘烤后的電爐進行電壓升溫，升溫速度可適當(dāng)增大。隨后加大電壓到 90V，在這一階段內(nèi)搗打料中的石英砂幾乎無變化，爐襯處于松散狀，隨溫度的升高爐襯材料中殘余的水蒸氣易于通過空隙排出。烘烤時間大約 15 小時，當(dāng)爐溫達

12、到 500時，電壓升至 120V，實現(xiàn)石英砂低溫轉(zhuǎn)化。在這一階段(500 一 600)。石英砂相變?yōu)槭⑸?。這種轉(zhuǎn)變所導(dǎo)致的結(jié)晶內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化比較小，但轉(zhuǎn)變速度快，體積變化顯著。這一過程需要一定的時間(22 小時)，升溫速度不宜太快否則會引起爐襯石英砂開裂。        第二階段為低溫?zé)Y(jié)。送電壓 150 V，使溫度從 600升到 850。在此階段 a 石英砂會逐步轉(zhuǎn)化為半安定方石英砂，并最終向以磷石英轉(zhuǎn)化。整個過程晶體轉(zhuǎn)化緩慢，因此需要緩慢升溫，時間為 28 小時。為防止熔化爐熔溝斷裂，需將爐體來回轉(zhuǎn)到 3 次，在這一階段后期，熔溝

13、已經(jīng)見紅并逐漸熔化，提高熔化電壓到 180V,直到熔溝化通，此時可適當(dāng)保溫 5h，以徹底化開熔溝。      第三階段為高溫轉(zhuǎn)化和燒結(jié)。熔溝化通以后，送電壓 220 一 250 V,加入爐底銅緩慢加入，直到超過爐底平面 5080mm 深度。爐體溫度從850升到 1050。在此過程的前期，半安定方石英砂繼續(xù)向磷石英轉(zhuǎn)化，爐襯體積會繼續(xù)膨脹，因而升溫速度不宜太快。待熔煉爐化通后慢慢投料至中間過道即保溫爐熔溝口以下一定位置（大概一口磚的位置），然后把熔煉爐子升起（12ºu65289X，把保溫爐的出銅口封死，這時將保溫爐檔位升至 150V 化

14、通保溫爐熔溝，化通后稍微再多投點料至適當(dāng)高度時停止投料，用 3 或 4 檔保溫最少 72 小時，（烘爐工藝見表 1，當(dāng)溫度到達1050時，加人一定量廢直銅管，以逐漸提高液面高度;當(dāng)爐內(nèi)液面到底部以上 1/3 高度時，應(yīng)停止加料并進行保溫。當(dāng)保溫爐熔溝化開以后，熔溝內(nèi)銅液開始在磁場作用下流動，銅液流動會對爐襯等處石英砂進行沖刷，如果溫度太高，將直接影響電爐的使用壽命，嚴(yán)重時會造成爐體磚崩塌。溫度太低會將已經(jīng)熔化的熔溝凝固，因此在熔溝已經(jīng)熔化開后立即將熔化爐電壓降到 150V，保溫爐電壓降到120V 進行保溫，使石英砂在高溫狀態(tài)下進行轉(zhuǎn)變。這里必須強調(diào)，由于熔溝剛剛化通，使用保溫電壓會降低銅水流動

15、性，紫銅熔溝是在高溫、復(fù)雜多軸交變應(yīng)力下工作的，如果熔溝有冶金缺陷如氣孔、夾渣、夾雜、疏松、裂紋等，在高溫作用下這些缺陷就會互相擴散串通，促使晶粒邊界移動速度加快，造成邊界和過渡區(qū)強度急劇降低 ， 在 紫 銅 熔 溝 烤 爐 到 高 溫 燒 結(jié) 階 段 末 期 即160180 V 電壓級時，最容易在拉應(yīng)力的作用下產(chǎn)生熱斷裂。紫銅熔溝一旦斷裂，感應(yīng)器二次線圈處于斷路狀態(tài)，電流為零，爐子就失去了熔化能力。因此這個過程必須嚴(yán)密監(jiān)視熔化爐內(nèi)銅水流動情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)銅水顏色變暗，應(yīng)立即在相應(yīng)電壓基礎(chǔ)上升高一檔電壓，另外將爐體向上傾斜12°u24038X右，避免熔溝斷裂。表1水平連鑄熔化爐和保溫爐烘爐工藝熔化爐熔化電壓V06090120150180220150380時間（小時）