中頻爐筑爐工藝的優化

宋明棟，任聯生陳曉敏，王文輝費 征陳富東

（1.漢江集團技術部，湖北丹江口 442700；2.漢江丹江口鋁業有限責任公司，湖北丹江口 442700）

中頻爐筑爐工藝的優化

宋明棟1，任聯生2，陳曉敏1，王文輝2，費 征2，陳富東2

（1.漢江集團技術部，湖北丹江口 442700；2.漢江丹江口鋁業有限責任公司，湖北丹江口 442700）

對中頻爐筑爐材料、筑爐工藝和生產與維護方面存在的問題進行了分析，制訂的優化措施大幅提高了中頻爐的使用壽命。

中頻感應電爐；筑爐工藝；優化

在鋁電解生產過程中陽極導桿與陽極碳塊的連接部分以磷生鐵為介質連接組裝。陽極組裝工序生產鏈上熔煉磷生鐵的核心設備是中頻爐，中頻爐擔負著電解鋁陽極導桿的熔煉任務，本公司年生產陽極導桿量達74000根。目前公司有中頻爐8臺，長期以來由于受操作環境、施工方式及原材料穩定性等條件的制約，中頻爐壽命始終在100爐左右徘徊。如何提高中頻爐壽命，是公司亟待解決的問題。中頻爐使用壽命的延長受綜合因素的影響較大，下面就筑爐材料、筑爐工藝和中頻爐生產與維護方面進行分析和討論。

1 筑爐材料

中頻爐筑爐的主要原材料是硅砂，但是受施工環境和硅砂質量等影響，其純度一直很難保證。

為方便施工，硅砂的配比攪拌過程一般在廠房內完成，容易受到廠房灰塵、冶金粉末等其它雜質的污染，這對以電磁感應為加熱原理的中頻爐極為不利。再者，筑爐用硅砂由于缺乏相關標準，包裝簡陋，各目數的砂內均摻雜有不同程度的雜物，給后期的手選和磁選帶來了困難。此外，公司組裝工序沿用人工配比的方式對硅砂各目數進行配比，操作誤差較大；加之使用人工搗固，由于力度不均難以確保筑爐質量。

解決方案是，摒棄以往人工配料的方式選用已配置好的硅砂進行筑爐。這樣就避免了配料過程中的污染，保證了硅砂的純度、質量和配比。

2 筑爐工藝

2.1 優化中頻爐搗固工藝

使用配比好的硅砂直接用于中頻爐的搗固使用，以避免人工配料時對硅砂的污染。使用震動筑爐機對中頻爐進行機械搗固，防止人工搗固過程中的硅砂受力不均產生的偏析，以致影響搗固的致密度。

2.2 采用干式搗固

我公司之前采用濕式打結對中頻爐進行搗固，在硅砂攪拌過程中加入約15kg左右的水分。雖然方便了施工，但在焙燒時，大量水分難以排出會在內襯內部生成蒸汽水泡，降低內襯密度，延長焙燒時間，影響筑爐壽命，因此在后期的筑爐過程中改進為不加入水分進行干式搗固。

2.3 模具的改進

即使使用干式搗固，硅砂及硼酸中仍含有少量水分，為便于焙燒階段內襯中水分易于排出，在筑爐前期采取將鋼模進行鉆孔，孔洞直徑3~6mm，間距150~200mm，并將鋼模進行打磨除銹后使用。

3 中頻爐生產與維護

3.1 改進物料添加

中頻爐在熔煉磷生鐵的過程中需要持續添加物料，由于中頻爐燒結后坩堝截面從外向里分為未燒結層、半燒結層、燒結層。燒結層的厚度僅為4~6cm。在添加回爐鐵、硅鐵等尖銳物料的過程中，爐壁受持續撞擊及高溫磷生鐵的攪拌，產生凹痕減薄爐壁，進而影響到爐齡。另外對于高溫鐵液，加料過程中飛濺出來也會對安全生產造成嚴重威脅。鑒于以上原因，在后續的物料添加過程中采用了流槽工具進行添加作業，既安全又延長了爐襯使用壽命，有效地解決了上述問題。

3.2 優化燒結曲線

中頻爐的升溫燒結曲線主要分為三個階段，即烘爐階段、半燒結階段、完全燒結階段。

烘爐階段主要為β-石英在573℃轉變成α-石英，此階段的目的主要是排出爐襯中的水分。現在筑爐材料和工藝優化后，由常溫快速升溫至600℃，并保溫1h以徹底排凈水分。半燒結階段主要為根據硅砂同質多晶轉變圖，α-石英在875℃變成α-磷石英，半燒結的關鍵階段是緩慢加熱升至900℃且保溫2h，所形成的液相緩沖由于體積效應所產生的應力，防止燒成時制品的松散和開裂。完全燒結階段完成石英晶型的轉變，溫度升至1200℃，保溫2h。燒結溫度不夠，燒結層厚度不足，會使中頻爐的使用壽命明顯的降低，圖1為新修中頻爐溫度燒結曲線圖。

圖1 新修中頻爐溫度燒結曲線圖

需要指出的是多晶轉變是十分緩慢的，即使烘爐燒結完成，那也是表層很薄一層，在后續生產中，應逐步使爐襯在高溫成型時增加燒結層厚度，使之成為具有足夠強度的硬殼。另外要及時在鋼模周圍進行均勻加鐵，使電流均勻分布，避免局部集中打火，保護鋼模正常熔化，防止局部高溫燒傷爐襯，影響爐壽命。

3.3 改進中頻爐維修依據

隨著爐齡的延長中頻爐的安全系數直線下降，為解決延長爐齡與安全生產的矛盾，通過方案優化，改用“X”型尺進行測量，計算方式為：爐襯厚度=（線圈內徑－絕緣絕熱層厚度×2）－坩堝膜外壁÷2。當爐襯厚度低于30～40mm時，則拆除維修。該方案使用后，改變了以往中頻爐停爐依靠人工巡視，肉眼發現坩堝線圈附近有發紅現象才停爐維修的方法，提高了生產的安全性與和科學性。

3.4 停爐后的保養措施

中頻爐在正常生產過程中受生產周期影響需要間歇性停爐，停爐過程中的保養也是對爐齡產生重要影響的因素之一。當磷生鐵倒空后爐壁會因迅速冷卻而產生龜裂，如果剩余磷生鐵未倒空，剩余在爐內的鐵液與爐內襯處于緊密的結合狀態，在冷卻過程中因熱脹冷縮的差異會導致內襯產生裂紋，在開爐加熱的過程中又將對內襯產生二次傷害。所以在停爐之后采取用石棉板覆蓋的方式將爐口保溫。當最后一爐磷生鐵倒出后，剩余在中頻爐內未使用完的鐵液應當外排存放，避免在爐內冷卻。同時減少中頻爐冷卻水供水量，延緩冷卻速度，避免裂紋的產生。

4 工藝優化過程實施

優化方案實施后，我公司中頻爐使用壽命翻番，500kg中頻爐由前期的平均110爐，提高至目前的241爐，800kg中頻爐由60爐提高至120爐，并刷新了公司的歷史記錄。

該項目細化了筑爐工藝的操作步驟，要求施工人員具備較高的專業素質，在筑爐過程中強調精細化操作，必要時需要求施工人員進行操作培訓和模擬。

同時為保證筑爐質量，我公司配套制定了《公司中頻爐筑爐施工工藝及驗收規程》，并以該規程為標準制定考核制度。

[1] 陸夢禹.提高中頻爐堿性爐襯壽命的一種方法.鑄造，1996（10）.

[2] 樊忠義.延長中頻爐爐襯使用壽命的實踐[J].有色設備，2008（5）.

[3] 景根生.延長中頻爐爐襯壽命探討[J].有色冶金節能，2008（3）.

[4] 李湛德.6t中頻爐筑爐工藝改進及維護[J].機械工人（熱加工），2004（2）.

[5] 任慶存，牟相山.中頻爐爐襯燒結工藝的改進[J].中國鑄造裝備與技術，2006（4）.

Optimization of the Construction Technology of the Medium Frequency Furnace

SONG MingDong1，REN LianSheng2，CHEN XiaoMin1，WANG WenHui2，FEI Zheng2，CHEN FuDong2
（1.Technical division of Hanjiang Group Corp，Danjiangkou 442700，Hubei China；2.Hanjiang Danjiangkou Aluminum Industrial Co.Ltd.，Danjiangkou 442700，Hubei China）

Analysis on furnace construction material， technique，production and maintenance of medium frequency furnace has been done hence optimization measures put forward have realized a dramatic long service life of medium frequency furnace.

Medium frequency furance；Furnace construction technology；optimization

TG 232.3；

B

1006-9658（2011）01-2

2010－09－01

2010－131

宋明棟（1975-），男，鑄造工程師