鋁鎂質(zhì)干式凝聚工藝在中頻感應(yīng)爐中的應(yīng)用

鋁鎂質(zhì)干式凝聚工藝在中頻感應(yīng)爐中的應(yīng)用

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，中日傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開采越來越普遍。它是制造行業(yè)、不銹鋼開采行業(yè)和特殊材料行業(yè)最重要的精煉設(shè)備之一。中頻感應(yīng)爐爐襯質(zhì)量的好壞直接決定其使用壽命以及生產(chǎn)效率的高低。中頻爐冶煉相比其他冶煉工藝具有流程短,生產(chǎn)調(diào)節(jié)方便的特性,但是中頻爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜,感應(yīng)線圈通水冷卻,對中頻爐搗打料質(zhì)量要求較高。如果干式搗打料質(zhì)量不好,極易出現(xiàn)漏鋼、爆炸等安全事故。隨著短流程煉鋼以及不銹鋼冶煉的快速發(fā)展,對高質(zhì)量的中頻爐干式搗打料需求量越來越大。剛玉熔點高,熱膨脹系數(shù)小,熱態(tài)體積穩(wěn)定性好,且具有優(yōu)良的抗侵蝕性。由于剛玉在高溫下與鎂砂反應(yīng)生成尖晶石,產(chǎn)生體積膨脹,從而可有效抑制剛玉基爐襯的龜裂。使用剛玉-氧化鎂質(zhì)搗打料作爐襯材料,爐襯熱面龜裂明顯得到控制,微裂紋明顯減少。鋁鎂質(zhì)搗打料逐漸成為中頻爐煉鋼的首選爐襯材料。在本研究中,通過顆粒級配和復(fù)合高溫促燒劑的調(diào)整,研制了中頻爐工作襯用鋁鎂質(zhì)干式搗打料,并在某廠8和20t中頻爐上試用。1.1復(fù)合促燒劑砂以電熔棕剛玉、白剛玉、板狀剛玉、鎂砂為顆粒料,鎂砂細(xì)粉、剛玉細(xì)粉為粉體,添加高溫復(fù)合促燒劑,以硼酸為外加劑。主要原料的化學(xué)組成如表1所示。1.2加工工藝參數(shù)對干法搗打料性能的影響合理的顆粒級配可以提高搗打料的抗熱震性能及抗化學(xué)侵蝕性能,也能改善施工后中頻爐工作襯的燒結(jié)質(zhì)量。以文獻(xiàn)為依據(jù),對顆粒級配進(jìn)行微調(diào)整,研究顆粒級配對干式料性能的影響,具體配比見表2;然后,以優(yōu)選出4#配方的粒度級配為基礎(chǔ),改變復(fù)合高溫促燒劑的加入量(等量取代細(xì)粉質(zhì)量),研究促燒劑對干式搗打料性能的影響,其具體配比見表3。將硬紙卷成?60mm×80mm的紙筒,放入內(nèi)徑為?84mm×87mm的剛玉坩堝內(nèi),紙筒與坩堝之間填滿1～0.5mm的白剛玉細(xì)顆粒,再將根據(jù)表2和表3配比稱取的原料混合均勻后倒入紙筒內(nèi),搗打密實,制成?60mm×60mm干式搗打料試樣。1.3搗打密度和熱處理密度的測定測量1#—8#試樣的堆積密度,其方法為:制作1個?80mm×80mm標(biāo)準(zhǔn)鋼桶以及1個?80mm×30mm的鋼圈,可以在上方套住?80mm×80mm標(biāo)準(zhǔn)鋼桶,如圖1所示。將混合均勻的干式料放入鋼桶內(nèi),在振動臺上震動1min后,移去鋼圈,刮平表面,測定搗打料堆積質(zhì)量,根據(jù)公式計算干式搗打料的堆積密度:ρ=m/V。其中:ρ為干式搗打料的堆積密度,g·cm-3;m為鋼桶內(nèi)搗打料質(zhì)量,g;V為鋼桶體積,cm3。將所有試樣分別在1000、1200、1350和1600℃熱處理3h后,觀察其燒結(jié)情況,同時將經(jīng)1350℃3h燒后的試樣4A—4F再經(jīng)1600℃3h熱處理。對1600℃3h燒后的各試樣進(jìn)行直徑線變化率和高度線變化率(GB/T3997.1—1998)、體積密度(GB/T2997—2000)以及耐壓強度(GB/T5072—2008)檢測,同時并對現(xiàn)場使用后的干式搗打料殘襯進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)觀察。2結(jié)果與討論2.1鎂砂添加量對燒結(jié)性能的影響1#—8#試樣的堆積密度分別為2.78、2.81、2.84、2.81、2.78、2.78、2.83和2.84g·cm-3,可見所試驗的幾種粒度配比的試樣堆積密度差別不大。觀察1#—8#燒后試樣發(fā)現(xiàn):1000℃3h燒后的各試樣都沒有脫模強度,說明在1000℃時試樣不會燒結(jié)。除8#試樣外,各試樣經(jīng)過1200℃3h燒后有一點脫模強度,說明在1200℃時試樣產(chǎn)生了少量的燒結(jié),但燒結(jié)程度不大;各試樣經(jīng)過1350℃3h燒后,具有一定的燒結(jié)強度,但8#試樣的強度最低。經(jīng)1600℃3h燒后1#—8#試樣的性能如表4所示。由表4可看出:經(jīng)1600℃3h燒后,沒有添加鎂砂的8#試樣體積密度最大,材料的線變化最小,燒結(jié)強度較低,可以看出鎂砂對搗打料的燒結(jié)強度貢獻(xiàn)較大。干式搗打料中,增加粗顆粒添加量可以提高試樣抗熱震性,但是粗顆粒添加比例過高會降低試樣的燒結(jié)性能和燒后強度。細(xì)顆粒可保證試樣經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后內(nèi)部氣孔較少且尺寸較小,使試樣具有良好的致密性,但是細(xì)顆粒添加比例過高會使試樣燒后產(chǎn)生較大裂紋,試樣收縮率過大會降低抗熱震性。綜合各配比情況,認(rèn)為4#配方綜合性能較好。2.2燒后強度試驗經(jīng)1350℃3h預(yù)燒后的試樣4A—4F再經(jīng)1600℃3h燒后的性能檢測結(jié)果見表5。由表5可見,隨復(fù)合促燒劑加入量的減小,試樣的直徑線變化、高度線變化、耐壓強度在逐漸減小,體積密度在逐漸增加。綜合比較而言,試樣4C的強度較高,線變化比較合理,該試樣在1000℃以下燒后幾乎無強度,呈粉狀,1200℃燒后稍微有點強度,1350℃燒后有一定的強度,1600℃燒后有較高的燒結(jié)強度,可以滿足中頻爐搗打料各方面要求。因此,選擇4C配比作為工業(yè)現(xiàn)場試驗用干式搗打料的配比。3使用該設(shè)備3.1爐襯的壓實與燒結(jié)按照試樣4C的配比生產(chǎn)出一批干式搗打料在某廠8t中頻爐上試用。干式搗打料筑爐施工是一項精細(xì)的工作,僅有好的爐料,如果筑爐施工不好也不能達(dá)到高的使用壽命,現(xiàn)場施工工藝如下:(1)打結(jié)爐襯前,首先將絕緣層破損部位修補平整,然后在爐子線圈絕緣層內(nèi)鋪設(shè)一層石棉布。(2)打結(jié)爐底。先固定好爐底透氣塞透氣裝置,再以透氣磚為中心放置適當(dāng)直徑的圓筒,圓筒內(nèi)放入透氣爐底搗打料,搗打致密,圓筒周圍填入普通搗打料。爐底分多次填砂,一般填砂厚度不大于100mm·次-1,打結(jié)時注意保證施工后各處密度均勻,預(yù)防燒結(jié)后爐襯密度差別較大引起開裂。(3)打結(jié)爐壁。爐壁承受著高溫鋼液靜壓力、沖刷力、內(nèi)外溫差應(yīng)力以及鋼液的滲透與侵蝕作用等,打結(jié)爐壁時特別要注意保證料的密度均勻,避免引起分層。爐底打結(jié)達(dá)到所需高度時刮平,放入鋼制型模,對準(zhǔn)中心后固定型心開始打結(jié)爐壁。調(diào)整周邊間隙相等后用3個木楔卡緊,中間吊重物壓上,避免爐壁打結(jié)模具產(chǎn)生位移。要求爐壁搗打時每次填料厚度不超過12cm,每一層打結(jié)要求均勻、致密,每層打結(jié)完后爐料表面要刮毛,使打結(jié)后的爐襯不會產(chǎn)生明顯的分層,這樣燒結(jié)后才可能得到優(yōu)良的工作面。(4)烘烤與燒結(jié)。爐襯打結(jié)完成后在鋼模具內(nèi)加入廢鋼以增強感應(yīng)圈加熱作用,鋼模具留在爐內(nèi),化鋼時同廢鋼一同熔化。第一次使用時,要控制加熱升溫速度,防止?fàn)t襯在燒結(jié)時產(chǎn)生裂紋,并通過低功率送電產(chǎn)生較為平穩(wěn)的電磁力,使?fàn)t襯上下受熱均勻。室溫～1630℃共烘烤了10h,烘烤良好,鋼水液面已經(jīng)達(dá)到正常工作液面;1630～1700℃升溫1h,并于1700℃左右保溫1h。冶煉期間鋼水最高溫度超過1730℃,出鋼后觀察發(fā)現(xiàn),爐襯表面光滑,燒結(jié)良好。3.2現(xiàn)場使用試驗根據(jù)工廠的生產(chǎn)安排,從2011年12月29日至2012年2月6日在8t中頻爐中使用試驗,白班生產(chǎn),晚上停爐,每天生產(chǎn)3爐左右,春節(jié)放假10d,隨后使用70爐后因設(shè)備故障檢修,搗打料的使用壽命已達(dá)到該廠歷史最好記錄。隨后的使用證明,搗打料完全可以滿足使用要求。針對20t以上的大型中頻爐,優(yōu)化改進(jìn)了搗打料配方,并在該廠20t中頻爐上進(jìn)行現(xiàn)場使用試驗。20t中頻爐使用安排為晚上生產(chǎn),白天停爐,最高使用溫度為1770℃。在使用期間,長時間停爐兩次,總計有10d左右,整個爐役沒有進(jìn)行任何修補。在使用到73爐的高爐齡后,為保證安全,拆爐觀察,爐襯殘厚為130mm(施工厚度為170mm)。按照殘厚以及未燒結(jié)層厚度測算,該搗打料可再繼續(xù)使用30爐。經(jīng)過使用證明,研制的搗打料完全滿足了20t中頻爐的生產(chǎn)要求。對使用結(jié)果分析后認(rèn)為:(1)據(jù)拆爐后觀察,未燒結(jié)層、半燒結(jié)層、燒結(jié)層界限分明,未燒結(jié)層有3～5cm厚,爐襯總體強度很好,爐襯表面比較光滑,損毀也比較均勻,拆爐時沒有發(fā)現(xiàn)爐襯有明顯的裂紋。在使用中形成尖晶石產(chǎn)生的膨脹與燒結(jié)產(chǎn)生的收縮相匹配。(2)使用后拆下的爐壁與鋼水接觸部位已經(jīng)完全燒結(jié)(體積密度為3.03g·cm-3,顯氣孔率為17.7%),而高溫?zé)Y(jié)以及爐壁受到的鋼水靜壓力對材料的致密化都產(chǎn)生了積極的作用。(3)分析殘襯的顯微結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn),搗打料與渣的接觸面生成了大量尖晶石,降低了材料的顯氣孔率,從而提高了材料的抗渣侵蝕性能,同時尖晶石的生成還提高了材料的抗熱震性能。4比w的