20 t中频炉中性炉衬缺陷的产生及预防.pdf

总第2 1 1 期2023年第8 期经验交流摘要：对大型感应炉中性炉衬最常见缺陷：中部整体变大（俗称“大肚状”）中部局部变大、剥落、裂纹四类进行了阐述，并对缺陷产生的原因进行了分析。通过了解炉衬的缺陷产生原因并在生产过程中及时规避，可有效地防止炉衬出现急剧恶化，也为大型感应炉中性炉衬使用提供一定参考。关键词：中频炉；中性炉衬；缺陷；裂纹；剥落中图分类号：TF549+.90引言埚炉衬是中频炉关键组成部分，埚炉衬按照组成成分可分为酸性炉衬、碱性炉衬与中性炉衬三类，使用哪种炉衬要充分考虑生产工艺与钢种成分。河冶科技股份有限公司（以下简称河冶科技)采用富铝镁尖晶石埚的中性炉衬，主要用来冶炼高速工具钢、模具钢、不锈钢等成分要求极其严格的高端特殊钢种，富铝镁尖晶石的物理特性如线胀系数、耐热震性等均优于其他炉衬，能满足河冶科技钢水成分以及渣系指标的严格要求。如何提高大型中频炉中性炉衬的使用寿命一直是行业急需解决的实际问题，通过了解炉衬的缺陷产生原因并在生产过程中及时规避,可有效的防止炉衬出现急剧恶化，这也是目前各企业提高炉衬寿命的主要研究方向之一。河冶科技炉衬打结初始厚度为130mm，下线厚度为50 mm,通过3 a的探索，从炉衬料配比、钢模、打结工艺、烧结、冶炼全面进行系统改进和优化，最高炉龄从2 2 炉提高到了3 3 炉，炉龄提高了50%，目前对中性炉衬的研究较少，炉衬最常见的缺陷有中部整体变大（俗称“大肚状”）、中部局部变大、剥落、裂纹四类。1中部整体变大1.1原因中性炉衬通过高温烧结形成富铝镁尖晶石网络的埚,理论上铝镁尖晶石与氧化铝炉衬熔点相似在2050,但考虑其耐火度在1 7 50、测温点与炉中部存在温差等因素，一般钢厂钢水冶炼温度控制在1650以下，因工艺要求严格导致冶炼时间长的部分钢厂则需要要求过程钢水温度1 6 0 0。总之冶炼时间越长、温度越高，炉衬使用寿命越低。中部易出现缺陷的原因如图1 所示,钢水在电磁力的作用下于炉衬中部形成一整圈钢水碰撞区，急剧的加速了该区域炉衬侵蚀速度。收稿日期：2 0 2 3-0 3-0 9作者简介：黄晓哲(1 9 9 2 一），男，河北石家庄人，本科，毕业于河北联合大学冶金工程专业，冶炼工程师，从事钢水工序管理工作，主要包括中频炉、LF炉、VD炉，钢包冷热修。山西冶金ShanxiMetallurgy20t中频炉中性炉衬缺陷的产生及预防黄晓哲（河冶科技股份有限公司，河北石家庄0 50 0 0 0）文献标识码：A种情况。1)炉渣流动性差。产生的原因主要就是人炉料自带杂质、降硅降锰等工艺要求加入氧化铁皮以及石英砂、石等其他调渣剂加入量、加入时机不适宜；2)炉料形状或加料顺序不当导致炉料相互挤压形成“架桥”。1.2措施入炉料杂质以及工艺要求的造渣剂是否可以调整，因各公司情况不同，在此不做讨论，萤石作为一把“双刃剑”就如同炉衬冶炼的“大麻”，用少了渣流动性差,用多了侵蚀炉衬，因此这个度很难把控，但不同钢种之间可以通过实际生产摸索出一个加人量范围，然后以最少值为初始萤石加入量，在钢水到达感应圈上沿以下4 0 0 mm位置加入（不同吨位炉衬高度不同，目的是避开日常侵蚀最严重部位）,同时加人调渣剂，钢水到达感应圈上沿位置后根据渣流动性补加萤石即可。炉料本身架桥的情况较少，因为只要炉料不是处于感应圈上沿以外位置，都可以被熔化，因此只要做到大块料吊装人炉，就可以有效避免。2中部局部变大2.1化学侵蚀2.1.1 原因炉渣的碱度应与炉衬材质相适应，中性炉衬对酸性氧化物或者碱性氧化物都有一定的耐蚀性,因此对Total 211No.8,2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.08.096文章编号：1 6 7 2-1 1 52(2 0 2 3)0 8-0 2 4 4-0 3图1 感应炉冶炼过程钢水流动图高温侵蚀主要原因就是“架桥”,架桥一般分为两2023年第8 期黄晓哲：2 0 t中频炉中性炉衬缺陷的产生及预防245于化学侵蚀要格外注意CaF2侵蚀，尤其是冶炼高碳钢时，钢水流动性好，更加加剧了化学侵蚀的进行。2.1.2措施萤石加入的量以及时机已经介绍过,其次萤石加人过程一定要均匀撒在炉内，加入范围要距离炉壁300mm以上（根据炉衬大小自行调整），冶炼高碳钢时，要避免随炉补碳，应通过利用炉料本身碳含量或者出钢冲碳的方式进行增碳操作。2.2机械损伤2.2.1 原因大块料尖锐端入炉时，撞击炉衬造成局部损伤，损伤位置形成薄弱点，在同等高温以及其他侵蚀的情况下，更容易出现损伤。同时形成炉衬局部变大，这种情况最明显的特征就是，缺陷位置处于倒料位置正对面。2.2.2措施1)合理配料。最佳方式为屑与块料交替加人的方式，可有效规避机械损伤；2对于2 0 t中频炉,单重大于3 0 0 kg的料要求吊装人炉，不使用加料车加入。3剥落3.1炉衬水分过高3.1.1 原因100，一个标准大气压下,水由液体变成水蒸汽后体积膨胀1 6 1 8 倍。如果炉衬材料含水率过高或者受潮，背衬砖、线圈浆料中新换且未进行完全烘烤排干水分，当这种炉衬打结后在烧结时，过快的升温将会导致炉衬内部急剧产生的大量水蒸汽无法快速从埚模具排气孔排出而增压，最后冲破炉衬烧结层表面导致炉衬烧结层表层被顶出而剥落，这种情况一般出现在炉衬使用前3 炉,且第一炉就能显现（见图2）。图2 烘炉第一炉出现剥落3.1.2措施对于水分，打结炉衬前新修线圈胶泥、以及更换的背衬砖，可在炉内架设埚模具后用电炉电加热经过高温烘烤，彻底排尽其中的结晶水和水蒸汽，以漏电电流保持正常生产时数值4 h以上为标准；购买之后的炉衬材料要及早使用并做好防潮措施，防止炉衬回潮；筑炉前应对线圈进行试水试压，防止内循环水微渗漏情况，导致水分进入炉衬内部，在烧结操作时升温要缓慢，并且埚模要有排气孔，保证水分的正常溢出。3.2月膨胀系数不同3.2.1 原因这种现象经常发生在炉衬热面被铁水浸润和非侵润的结合部位。被侵润的热炉衬与未被侵润的冷炉衬界面在冷热循环的变化中,因膨胀系数的不同而产生界面分离。其次就是炉衬后期因炉衬侵蚀后厚度不同，炉衬偏厚的位置也会因为膨胀系数的不同产生剥落。3.2.2措施钢水通过中部或者易侵蚀部位时，尽快让钢水上升通过，避免这个阶段熔化大块料，炉衬偏厚的位置剥落出现频次较低且对炉衬整体使用没有影响，可不做特殊处理。3.3打结密度不均匀3.3.1 原因炉衬打结质量的好坏直接影响使用寿命。炉衬的打结质量关系到烧结质量，烧结质量影响到使用性能。1)打结炉衬时炉衬料粒度不均匀，粗细颗粒产生偏析，炉衬打结时振捣不实，会导致炉衬不致密或局部疏松，当金属液压力大时，就可能产生剥落或者渗漏；2)炉衬钢模的圆度不满足要求，会导致气体振壁器在振动过程中部分位置无法敲打到，从而导致未敲打到的部位炉衬密度不足；3)气体振壁器气源不稳定会导致在整个过程不同位置密度偏差大，从而导致密度不均匀。3.3.2措施1)打结炉衬时使用单包质量2 5kg的小包炉衬料,除了利于防潮，在炉衬运输过程中也可有效避免震动产生的偏析；2)炉衬钢模的圆度必须保证，一般要求钢模内径不同位置偏差不大于1 mm；3)气体振壁器的气源一般使用压缩空气,压缩空气的供给必须温度，最好使用单独气站或者空压机供气；4)通过提高气源压力也可有效提高炉衬的致密性，从而提高炉龄，但是提高气源压力必须考虑气锤的最高承受压力、钢模厚度的承受压力以及振动传导力等影响因素。4裂纹4.1结渣4.1.1 原因由于渣料以及炉料带人大量SiO2、A 1 2 O，等氧化物，这些氧化物随着电磁搅拌作用上下翻动，碰到炉壁就会黏附沉积在表面，形成炉壁结渣，除了会导致输入功率下降，因炉衬与挂在炉壁的渣冷热收缩比不山西冶金246E-mail:第4 6 卷同，还会造成拉拔裂纹，这种裂纹一般出现在炉衬中试样编号w(Al20.)/%157.9260.94.1.2措施通过控制随炉炉料的铝含量，避免钢水中的铝元素氧化形成Al2O氧化物；避免上炉有余渣；通过多种方式脱氧取代单一的铝脱氧。4.21间歇生产4.2.1原因中频炉因每炉都将钢水倒净，连续生产实际就是短期的低温高温低温周期性急冷急热，但中性炉衬的热震性是所有炉衬种类里面最好的，因此这样的生产模式对其影响较小。实际生产过程中因内部或者外部原因，大部分中频炉都会根据生产进行间歇式生产模式，由此会造成低温高温温差极大，因此极易产生裂纹。裂纹分为横向裂纹和竖向裂纹两类，竖向裂纹在炉衬使用过程中会通过自身膨胀逐渐愈合，而横向裂纹因炉口没有足够的压力，很难自己愈合。4.2.2措施1)要根据不同停炉时间设定不同的冷炉启动工艺；2)出钢后如需停炉,短时间停炉可以将料倒人炉内进行保温，如停炉时间 2 h，则要使用保温材料将炉口盖住，缝隙使用岩棉等封闭进行保温操作，可有效保障整个炉衬处于相对均匀降温的过程。4.3火炉衬打结加料层与层结合不密4.3.1原因在炉衬打结前加料时，炉衬料层与层之间结合不严密，就会造成打结后的炉衬致密度低，烧结后的烧结层强度就低。炉壁产生裂纹的倾向就比较大。主要原因就是炉衬单层厚度大于排气叉叉齿长度，造成使用排气叉叉砂过程中,不能将两层交接位置进行搅匀或者手工打结时打完一层后，没有将表面扒松就加料上部，渣线位置居多，黏渣成分分析见表1。表1 炉壁黏渣化学成分w(Sio,)/%w(Cao)/%13.38.4811.58.9w(MgO)/%6.816.48会导致分层。4.3.2措施1)排气叉叉齿的长度必须大于单层炉衬料厚度的1.5倍，保证叉砂过程中将两层交接位置进行搅匀且炉衬料在倒料过程中保证单层不同位置厚度均匀，一般在炉口整圈均匀固定倾倒位置；2)如果使用手动震动器进行打结，每打结一层必须将表面进行扒松，使层与层之间产生交合，我厂使用气动振壁器，通过敲打炉衬钢模时炉衬打结密实。5结论1)“架桥”对炉衬的损失最大，通过控制萤石的加人时机、加入量可有效的调节渣的流动性且最大限度的避免化学侵蚀，同时通过合理的调渣工艺提高渣透气性，最终可避免“架桥”现象的产生。2)通过优化人炉料的加入顺序以及加入方式可有效避免炉衬产生机械损伤3)对炉衬料水汽含量进行人场检测，做好防潮措施，不达标不得进行使用，严格按照工艺进行烘炉操作，保证水汽有效排出，在冶炼过程中要避免钢水在炉衬侵蚀最严重的部位长时间停留，以免造成剥落4)温度差对于炉衬是致命的，极易出现各类裂纹，尤其是横裂纹,无法自然愈合，因此在降温过程时要尽量保证整个炉壁温降相对均匀，以免出现裂纹损伤。中频感应炉的使用过程是一个复杂的系统问题，关键在于使用过程的维护，通过严格的操作工艺、科学的冶炼制度以及人员的精心维护，才能实现炉龄提高、降本增效的最终目的。参考文献1王振东，曹孔健，何纪龙.感应炉冶炼 M.北京：化学工业出版社，2007:122-123.（编辑：苗运平）w(Fe20:)/%5.294.3W(F)/%4.554.64w(Mno)/%1.040.99w(Cr20.)/%0.620.63The Occurrence and Prevention of Defects in the Neutral Lining of a 20 ton MediumFrequency FurnaceHuang Xiaozhe(Heye Special Steel Co.,Ltd.,Shijiazhuang Hebei 050000,China)Abstract:The most common defects in the neutral lining of large induction furnaces are described,including overall enlargement in themiddle(commonly known as big belly shape),local enlargement in the middle,peeling,and cracking.The reasons for the defects areanalyzed.By understanding the causes of defects in the furnace lining and avoiding them in a timely manner during the production process,itcan effectively prevent rapid deterioration of the furnace lining.It also provides a certain reference for the use of neutral lining in largeinduction furnaces.Key words:medium frequency furnace;neutral furnace liningi defects;cracks spalling