浅谈水平连铸紫铜管熔化炉筑炉和启炉工艺

浅谈水平连铸紫铜管熔化炉筑炉和启炉工艺摘要:水平连铸使用的有芯工频感应熔化炉具有加热速度快、热效率高、金属烧损少、熔化质量容易控制、操作方便、劳动条件好投资少、操作方便，特别是在熔炼和连续浇铸成型时金属液面与空气接触少，氧化几率小，便于控制铸坯的氧含量等优点，是众多有色金属企业熔铜设备的首选炉型之一。广泛用于水平连铸熔化紫铜。水平连铸炉体采用有芯工频感应加热炉和保温炉构成，熔化炉连续长期作业，每次筑炉费用大，烘炉周期长，因此如何保证捣打炉衬的强度，确保耐火材料的烧结组织，并实现一次性启炉成功，有效提高炉龄，是增加企业经济效益有重要作用。本文对水平连铸熔化炉与保温炉的砌筑进行一定介绍，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的基本结构如图1可以看出，该炉为双熔沟连体式炉型，左侧为保温炉，右侧为熔化炉，均由独立的感应器和炉膛组成。熔化炉有2支熔沟，保温炉与熔化炉之间有一支熔沟。工频有芯感应电炉的工作原理相当于工作在短路状态下的变压器，通电线圈相当于变压器的一次线圈，熔沟相当于变压器的二次线圈。当一次线圈通电后，熔沟内的金属产生很大的感应电流而被加热熔化。由于熔沟中的热金属与炉膛内的冷金属比重不同，以及电动现象的影响，熔化的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水平连铸电炉基本结构2.筑炉工艺水平连铸过程，有芯工频感应炉筑炉方法的正确与否是成功启炉及转人正常生产的先决条件。砌筑过程中包括捣打炉底料和砌筑耐火砖。2.1捣打石英砂由于筑炉材料主要是由不同粒度的干石英砂构成，所以打结炉衬的实质就是让砂子流动减小砂粒间的空隙度。根据理论分析，一般情况下，非密实配制的石英砂(含1.8%硼酸)的密度1.9g/cm3时，而密实的石英砂的密度可达2.65g/cm3。打筑炉衬的目的就是通过震动方式减少石英砂空隙率进而来提高石英砂炉衬的密度首先，将内壁铁锈处理干净，在炉底壳内侧和底面铺上一层厚10mm的石棉板，把配好的捣炉料，保证松散捣打料高度80mm，然后用改装好的平头风镐捣打30min(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，当听不到钢钎与石英砂摩擦发出的，丝丝声音时确认这层捣打料已经达到要求，为保证捣打材料相互之间的更好的结合，须将捣打完成的捣打料上层10mm用铁扒扒松散，随后加入第二层80mm厚度捣打料捣打，捣打路线见图3.重复多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的炉料刮成与炉底壳侧壁上的圆孔相同的弧度（见图4b），以备安放熔沟和水冷套。然后根据熔沟深度使用熔沟样板，当确认熔沟样板与炉底壳侧壁上的圆孔同心并处于前后面板的中心后，用卡具将熔沟样板固定，以防止在继续震打过程中发生偏移错位现象，熔沟样板的死角部分用钢钎捣实。底部圆环形相应的弧面使用熔沟样板在挖出熔沟内部的石英砂捣打料后，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。此时应保证水冷套、熔沟样板圆环和炉底壳侧壁上的圆孔三者已经保持同心。捣打炉底石英砂要分多次加入捣打料，继续捣打将熔沟下部全部捣实，确认熔沟下部捣打料已经达到工艺要求后，放入外层缠有石棉板的不锈钢水冷套，加入捣打料继续捣打，水冷套与熔沟样板之间的死角用钢钎捣实。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，特别是熔化炉熔沟上口，在加料捣打时力量过大容易易击中不锈钢水套的面板，产生应力集中降低炉体使用寿命，力量过小由于热胀冷缩等易造成这个部位破裂裂，因此打筑时也应仔细。从图5可以看到两只水冷套外圆相接的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容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，捣打就要更加小心了。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容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50一60mm，再用木板将高出的石英砂炉料刮到与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式示意图图5熔化炉熔沟外形图以上是熔化炉捣打过程，保温炉也按照此法捣打。在这里要特别指出的是水平连铸炉与其它熔铜炉不同之处在于保温炉自身没有熔沟，其热量由保温炉与熔化炉之间的熔沟提供，其目的在于对通过保温炉熔沟保证保温炉铜水达到规定温度，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保证有一个同心圆。2.2炉体耐火砖的砌筑炉底面捣打完毕即可用耐火砖砌筑炉膛。筑砖砖缝应尽量小，并将砖缝及砖缝与捣打料之间的缝隙用2~3毫米耐火泥均匀涂抹，填满夯实，耐火砖之间的间隙不能大于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的孔中加满夯实的耐火泥，最后清理砖缝。每块耐火砖左右应错开排位，并保证熔化炉内两角直径35的孔对齐。再往上加第二层砖。上一层砖与下一层砖的砖缝务必错开，以增加砖层机械强度。转角处的环拱处，用刀口砖过渡，并砌筑成紧密连接的小间隙状，对所留缝隙均用混合料填充并用钢钎捣实。砖砌三层后到达炉体上表面位置，筑炉基本完成。耐火砖与炉体外部铁壳之间的空隙用石英砂炉料填充，并进行适当的捣打，依次连续捣打，直至打到炉口顶面，值得注意的是进行捣打时需用木料支撑着炉膛砌砖，以防止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小时的自然风干定型，进入烘烤阶段。3.烘炉烘炉是炉子投产前的第一工艺过程，其主要目的是使炉衬材料脱水、烘干、烧结成型。本实验采用的烘炉工艺分三阶段进行，其工艺曲线如图6所示。烘烤前应对电气设备和机械设备进行全面检查，检查后用工作电压方式通电一次380V,时间1分钟，确认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，目的是排除石英砂和炉体砌筑料中的水分，为后续的烧结打好基础。时间为10小时，使炉体温度达到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，在木碳烘烤后的电炉进行电压升温，升温速度可适当增大。随后加大电压到90V，在这一阶段内捣打料中的石英砂几乎无变化，炉衬处于松散状，随温度的升高炉衬材料中残余的水蒸气易于通过空隙排出。烘烤时间大约15小时，当炉温达到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。这种转变所导致的结晶内部结构变化比较小，但转变速度快，体积变化显著。这一过程需要一定的时间(22小时)，升温速度不宜太快否则会引起炉衬石英砂开裂。第二阶段为低温烧结。送电压150V，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，因此需要缓慢升温，时间为28小时。为防止熔化炉熔沟断裂，需将炉体来回转到3次，在这一阶段后期，熔沟已经见红并逐渐熔化，提高熔化电压到180V,直到熔沟化通，此时可适当保温5h，以彻底化开熔沟。第三阶段为高温转化和烧结。熔沟化通以后，送电压220一250V,加入炉底铜缓慢加入，直到超过炉底平面50～80mm深度。炉体温度从850℃升到1050℃。在此过程的前期，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，因而升温速度不宜太快。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（大概一口砖的位置），然后把熔炼炉子升起（12º\u65289X，把保温炉的出铜口封死，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适当高度时停止投料，用3或4档保温最少72小时，（烘炉工艺见表1，当温度到达1050℃时，加人一定量废直铜管，以逐渐提高液面高度;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，如果温度太高，将直接影响电炉的使用寿命，严重时会造成炉体砖崩塌。温度太低会将已经熔化的熔沟凝固，因此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。这里必须强调，由于熔沟刚刚化通，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的，如果熔沟有冶金缺陷如气孔、夹渣、夹杂、疏松、裂纹等，在高温作用下这些缺陷就会互相扩散串通，促使晶粒边界移动速度加快，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160～180V电压级时，最容易在拉应力的作用下产生热断裂。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。因此这个过程必须严密监视熔化炉内铜水流动情况，当发现铜水颜色变暗，应立即在相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V06090120150180220150380时间（小时）1021522285加入铜底48正常生产保温炉保温电压V0000090150120180时间（小时）0000015化通72正常生产4结语；水平连铸电炉采用感应加热，具有很高的熔化效率。但是由于执行砌筑电炉与开炉工艺不规范，往往降低电炉的使用寿命。本文根据实践经验，对水平连铸电炉的砌筑与开启工艺进行探讨。目的在于使大家对水平连铸电炉给予更多关注，提高水平连铸电炉炉体的使用寿命，提高炉体使用效率。