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浅谈水平连铸紫铜管熔化炉筑炉和启炉工艺

摘  要:水平连铸使用有芯工频感应熔化炉含有加热速度快、热效率高、金属烧损少、熔化质量轻易控制、操作方便、劳动条件好投资少、操作方便，尤其是在熔炼和连续浇铸成型时金属液面和空气接触少，氧化几率小，便于控制铸坯氧含量等优点，是众多有色金属企业熔铜设备首选炉型之一。广泛用于水平连铸熔化紫铜。水平连铸炉体采取有芯工频感应加热炉和保温炉组成，熔化炉连续长久作业，每次筑炉费用大，烘炉周期长，所以怎样确保捣打炉衬强度，确保耐火材料烧结组织，并实现一次性启炉成功，有效提升炉龄，是增加企业经济效益相关键作用。本文对水平连铸熔化炉和保温炉砌筑进行一定介绍，并对烘炉工艺进行探讨。
关键词；水平连铸     熔沟    捣打料    烘炉   电压
      1.  熔化炉结构；
      水平连铸有芯工频感应炉基础结构图 1能够看出，该炉为双熔沟连体式炉型，左侧为保温炉，右侧为熔化炉，均由独立感应器和炉  膛组成。熔化炉有 2 支熔沟，保温炉和熔化炉之间有一支熔沟。工频有芯感应电炉工作原理相当于工作在短路状态下变压器，通电线圈相当于变压器一次线圈，熔沟相当于变压器二次线圈。当一次线圈通电后，熔沟内金属产生很大感应电流而被加热熔化。因为熔沟中热金属和炉膛内冷金属比重不一样，和电动现象影响，熔化金属流入炉膛并带来热量使冷料熔化。感应器由线圈导磁体、不锈钢水冷套、U 型等截面熔沟等组成。

图 1 水平连铸电炉基础结构
2.筑炉工艺
      水平连铸过程，有芯工频感应炉筑炉方法正确是否是成功启炉及转人正常生产先决条件。砌筑过程中包含捣打炉底料和砌筑耐火砖。
      2.1 捣打石英砂
      因为筑炉材料关键是由不一样粒度干石英砂组成，所以打结炉衬实质就是让砂子流动减小砂粒间空隙度。依据理论分析，通常情况下，非密实配制石英砂(含 1.8%硼酸)密度 <1.9 g/cm3 时，而密实石英砂密度可达 2. 65 g/cm3。打筑炉衬目标就是经过震动方法降低石英砂空隙率进而来提升石英砂炉衬密度首先，将内壁铁锈处理洁净，在炉底壳内侧和底面铺上一层厚 10mm 石棉板，把配好捣炉料，确保松散捣打料高度 80mm，然后用改装好平头风镐捣打 30 min(捣打时要挨片依次进行，捣打路线见图 2、3、，每块要震打 6 次以上。捣打完成用Φ18 尖头圆钢钎插入捣打料中检测松散程度，当听不到钢钎和石英砂摩擦发出，丝丝声音时确定这层捣打料已经达成要求，为确保捣打材料相互之间愈加好结合，须将捣打完成捣打料上层 10mm 用铁扒扒松散，随即加入第二层 80mm 厚度捣打料捣打，捣打路线见图 3.反复数次密实捣打后将捣打高度到水套中心高度齐平（见图 4a）。用木板将震打层上表面炉料刮成和炉底壳侧壁上圆孔相同弧度（见图 4b），以备安放熔沟和水冷套。然后依据熔沟深度使用熔沟样板，当确定熔沟样板和炉底壳侧壁上圆孔同心并处于前后面板中心后，用卡具将熔沟样板固定，以预防在继续震打过程中发生偏移错位现象，熔沟样板死角部分用钢钎捣实。底部圆环形对应弧面使用熔沟样板在挖出熔沟内部石英砂捣打料后，吊入金属熔沟验证金属熔沟挖掘深度是否符合筑炉工艺要求。此时应确保水冷套、熔沟样板圆环和炉底壳侧壁上圆孔三者已经保持同心。捣打炉底石英砂要分数次加入捣打料，继续捣打将熔沟下部全部捣实，确定熔沟下部捣打料已经达成工艺要求后，放入外层缠有石棉板不锈钢水冷套，加入捣打料继续捣打，水冷套和熔沟样板之间死角用钢钎捣实。捣打水冷套死角时一定要小心，因为该部位侵蚀严重，沉积物集中，机械冲刷厉害，尤其是熔化炉熔沟上口，在加料捣打时力量过大轻易易击中不锈钢水套面板，产生应力集中降低炉体使用寿命，力量过小因为热胀冷缩等易造成这个部位破裂裂，所以打筑时也应仔细。从图 5 能够看到两只水冷套外圆相接位置石英砂厚度最小，当密实度不够时，石英砂烧结达不到要求轻易造成炉体不锈钢水冷套破损事故，降低炉体使用寿命。加入水冷套以后，捣打就要愈加小心了。因为水冷套外层温度高，内侧水冷，在筑炉过程外侧某点受到撞击后在冷热变形产生应力集中轻易造成不锈钢水冷套破裂。所以捣打水冷套层一定要小心。然后继续填料震打。炉底炉衬应一直捣打到高出熔沟样板 50 一60 mm，再用木板将高出石英砂炉料刮到和熔沟样板上平面在同一水平面为止。

图 2 筑炉时长度方向捣打路线 图 3 筑炉时宽度方向捣打路线

图 4、炉体下部石英砂捣打方法示意图

图 5 熔化炉熔沟外形图
以上是熔化炉捣打过程，保温炉也根据此法捣打。在这里要尤其指出是水平连铸炉和其它熔铜炉不一样之处于于保温炉本身没有熔沟，其热量由保温炉和熔化炉之间熔沟提供，其目标在于对经过保温炉熔沟确保保温炉铜水达成要求温度，所以这个熔沟属于潜液移流。其捣打过程应该注意将不锈钢水套放置在保温炉熔沟中心，即不锈钢水套和熔沟确保有一个同心圆。
      2.2 炉体耐火砖砌筑
      炉底面捣打完成即可用耐火砖砌筑炉膛。筑砖砖缝应尽可能小，并将砖缝及砖缝和捣打料之间缝隙用 2~3 毫米耐火泥均匀涂抹，填满扎实，耐火砖之间间隙不能大于 2 毫米。在将耐火砖放到位后，用木槌敲击到耐火砖紧密结合为止，并在两块耐火砖端头直径为 20 孔中加满扎实耐火泥，最终清理砖缝。每块耐火砖左右应错开排位，并确保熔化炉内两角直径 35 孔对齐。再往上加第二层砖。上一层砖和下一层砖砖缝务必错开，以增加砖层机械强度。转角处环拱处，用刀口砖过渡，并砌筑成紧密连接小间隙状，对所留缝隙均用混合料填充并用钢钎捣实。砖砌三层后抵达炉体上表面位置，筑炉基础完成。耐火砖和炉体外部铁壳之间空隙用石英砂炉料填充，并进行合适捣打，依次连续捣打，
      直至打到炉口顶面，值得注意是进行捣打时需用木料支撑着炉膛砌砖，以预防在捣打过程中出现炉膛砖移位。炉膛砌筑完后将炉盖固定，此时整个筑炉过程即告结束。经过 40 小时自然风干定型，进入烘烤阶段。
      3.烘炉
      烘炉是炉子投产前第一工艺过程，其关键目标是使炉衬材料脱水、烘干、烧结成型。本试验采取烘炉工艺分三阶段进行，其工艺曲线图 6 所表示。烘烤前应对电气设备和机械设备进行全方面检验，检验后用工作电压方法通电一次 380V,时间 1 分钟，确定没有问题就进行烘炉操作。

图 6 水平连铸电炉烘烤工艺图
      首先在炉膛加入燃烧木炭进行预烘烤，目标是排除石英砂和炉体砌筑料中水分，为后续烧结打好基础。时间为 10 小时，使炉体温度达成 200 度。然后进入三段式烘炉过程: 第一阶段为预热段。开通电源送电 60V，在木碳烘烤后电炉进行电压升温，升温速度可合适增大。随即加大电压到 90V，在这一阶段内捣打料中石英砂几乎无改变，炉衬处于松散状，随温度升高炉衬材料中残余水蒸气易于经过空隙排出。烘烤时间大约 15 小时，当炉温达成 500℃时，电压升至 120V，实现石英砂低温转化。在这一阶段((500 一 600℃)。β石英砂相变为α石英砂。这种转变所造成结晶内部结构改变比较小，但转变速度快，体积改变显著。这一过程需要一定时间(22 小时)，升温速度不宜太快不然会引发炉衬石英砂开裂。 
      第二阶段为低温烧结。送电压 150 V，使温度从 600℃升到 850℃。在此阶段 a 石英砂会逐步转化为半安定方石英砂，并最终向以α磷石英转化。整个过程晶体转化缓慢，所以需要缓慢升温，时间为 28 小时。为预防熔化炉熔沟断裂，需将炉体往返转到 3 次，在这一阶段后期，熔沟已经见红并逐步熔化，提升熔化电压到 180V,直到熔沟化通，此时可合适保温 5h，以根本化开熔沟。
      第三阶段为高温转化和烧结。熔沟化通以后，送电压 220 一 250 V,加入炉底铜缓慢加入，直到超出炉底平面 50～80mm 深度。炉体温度从850℃升到 1050℃。在此过程前期，半安定方石英砂继续向α磷石英转化，炉衬体积会继续膨胀，所以升温速度不宜太快。待熔炼炉化通后慢慢投料至中间过道即保温炉熔沟口以下一定位置（大约一口砖位置），然后把熔炼炉子升起（12º\u65289X，把保温炉出铜口封死，这时将保温炉档位升至 150V 化通保温炉熔沟，化通后稍微再多投点料至合适高度时停止投料，用 3 或 4 档保温最少 72 小时，（烘炉工艺见表 1，当温度抵达1050℃时，加人一定量废直铜管，以逐步提升液面高度;当炉内液面到底部以上 1/3 高度时，应停止加料并进行保温。当保温炉熔沟化开以后，熔沟内铜液开始在磁场作用下流动，铜液流动会对炉衬等处石英砂进行冲刷，假如温度太高，将直接影响电炉使用寿命，严重时会造成炉体砖坍毁。温度太低会将已经熔化熔沟凝固，所以在熔沟已经熔化开后立即将熔化炉电压降到 150V，保温炉电压降到120V 进行保温，使石英砂在高温状态下进行转变。这里必需强调，因为熔沟刚刚化通，使用保温电压会降低铜水流动性，紫铜熔沟是在高温、复杂多轴交变应力下工作，假如熔沟有冶金缺点如气孔、夹渣、夹杂、疏松、裂纹等，在高温作用下这些缺点就会相互扩散串通，促进晶粒边界移动速度加紧，造成边界和过渡区强度急剧降低 ， 在 紫 铜 熔 沟 烤 炉 到 高 温 烧 结 阶 段 末 期 即160～180 V 电压级时，最轻易在拉应力作用下产生热断裂。紫铜熔沟一旦断裂，感应器二次线圈处于断路状态，电流为零，炉子就失去了熔化能力。所以这个过程必需严密监视熔化炉内铜水流动情况，当发觉铜水颜色变暗，应立即在对应电压基础上升高一档电压，另外将炉体向上倾斜12°\u24038X右，避免熔沟断裂。
表1水平连铸熔化炉和保温炉烘炉工艺
熔化炉
熔化电压V
0
60
90
120
150
180
220
150
380
时间（小时）
10
2
15
22
28
5
加入铜底
48
正常生产
保温炉
保温电压 V
0
0
0
0
0
90
150
120
180
时间（小时）
0
0
0
0
0
15
化通
72
正常生产

4  结语；
      水平连铸电炉采取感应加热，含有很高熔化效率。不过因为实施砌筑电炉和开炉工艺不规范，往往降低电炉使用寿命。本文依据实践经验，对水平连铸电炉砌筑和开启工艺进行探讨。目标在于使大家对水平连铸电炉给更多关注，提升水平连铸电炉炉体使用寿命，提升炉体使用效率。