提高中頻感應電爐爐襯壽命的解決方案

沈陽恒豐實業有限公司 （遼寧 110141） 孟昌輝 李建國

中頻電磁感應爐具有熔煉速度快、效率高、溫度易于控制、環保等突出優點，成為鑄造企業生產鑄件的主要熔煉設備，但是，中頻感應電爐爐襯的使用壽命成為影響鑄件早期質量及企業效益的難題。

經過多年的生產實踐，我公司推出“成型爐襯+電動筑爐機施工”的解決方案，徹底擯棄了手工搗制爐襯的落后工藝，避免了人為因素的影響。目前，25～5000kg成型爐襯已在國內外數千個鑄造企業中應用，廣泛地適應于熔煉黑色、有色金屬及其各類合金，取得了很好的經濟效益。

1.成型爐襯

成型爐襯是指以機械方法制作并實現工業化批量生產的固定尺寸耐火材料的襯體。它具有體積密度大，強度高，材質好，粒度均勻，以及成品一致性好等一系列在爐體內搗制爐襯所無法比擬的優勢。成型爐襯采用高純剛玉Al2O3和電熔鎂MgO為主要基材制成。由于在熔煉過程中形成了鎂鋁尖晶石或鋁鎂尖晶石燒結層，所以成型爐襯既有優良的熱穩定性，不易受熱開裂，又具有優良的耐高溫性能，以及不易受渣化侵蝕的特點。

幾種典型的成型爐襯及相應的中頻電爐感應線圈尺寸情況見表1。

表1 成型爐襯型號及對應的感應線圈尺寸

成型爐襯的優點如下：

（1）安裝簡便，省時省力（僅為爐內搗制爐襯時間的20%左右）。

（2）不需烘爐，節能省電（節約燃料費用支出，省電15%以上）。

（3）熔化快速，提高效率（有功功率增大，熔化時間縮短10%左右）。

（4）鋼液純凈，減少夾雜（防止耐材進入熔液造成夾雜，減少氣孔）。

（5）無需補爐，維護簡單（僅以塑性料勾抹涂縫，即抹即熔無需等候）。

（6）爐齡更長，出液量大（煉鋼100爐次以上，煉銅200爐次以上）。

（7）安全性高，避免穿爐（采用雙層爐襯復合結構，有效防止穿鋼）。

（8）壽命穩定，便于排產（壽命一致性好，方便了生產的計劃安排）。

（9）減少排放，有利環保（襯料可重復使用，減少了固體廢料的排放）。

2.效益分析

應用企業都十分關心使用成型爐襯能產生多大效益，現以250kg、500kg中頻電爐使用成型爐襯為例作比較，電費按0.8元/kW·h計算，僅供參考。

案例1：250kg中頻感應電爐（感應圈內徑為450mm）每個成型爐襯按使用100爐計算（實際一般可使用120～150爐次）。

（1）筑爐省時 在爐體內手工搗制爐襯一般2～3個工人工作需4h左右才能完成。而采用成型爐襯，2個工人工作30min即可，可節省一個工人和3.5h工時。

（2）免烘爐省電 在爐體內手工搗制的爐襯烘爐時送電一般由40kW開始，逐步升到80kW，需烘爐10～16h。而采用成型爐襯可免去烘爐操作，若按平均送電60 kW烘爐10h計算可省電600kW·h，以0.8/kW·h元計算，合人民幣480元。

（3）熔鋼量大 手工搗制的爐襯熔鋼一般在230kg左右（使用后期，容量稍大）。而采用成型爐襯后第一爐熔鋼就在280kg以上，每爐多化鋼50kg。一般熔煉1t鋼需耗電800kW·h。若100爐多熔煉5t鋼，折算節省的電為4000kW·h，節省人民幣3200元。

（4）能耗降低 手工搗制爐襯一般送電功率為160kW，平均熔化時間約為1.5h。而采用成型爐襯后可把功率降到120 ～130kW，而熔煉速度更快，鋼液升溫速度也更快。假設兩種爐襯熔鋼時，最高功率的送電時間都為1h，則100爐節省的電費為2400元。

（5）無需修爐補爐 在爐體內手工搗制的爐襯使用過程中都要進行多次修補，以延長爐襯的使用壽命。這樣既浪費耐火材料，又耽誤熔煉時間，同時爐襯使用效果也不理想。采用成型爐襯后無需補爐，提高了熔煉效率。

（6）提高鋼液質量，避免穿爐事故 由于成型爐襯采用優質耐火材料和特殊工藝生產，體積密度大，表面強度高，其耐侵蝕性大大超過手工搗制的爐襯。因此，用成型爐襯熔出的鋼液雜質就少得多，鋼液質量也有可靠保證。同時，由于成型爐襯有安全襯搗打層作保護，穿爐事故就能避免。

案例2：500kg中頻爐（感應圈內徑550mm）采用成型爐襯后的效益對比見表2。

表2 500kg中頻爐采用成型爐襯后的效益對比

以表2可看出，500kg中頻感應爐僅烘爐、多熔煉鋼量和降低用電功率三項就節省電費18 000元。

綜上所述，使用成型爐襯僅節省的電費就大于購買成型爐襯的費用。減少了筑爐次數也就減少了原料、人工的投入。使用次數越多，效果越明顯。因此，成型爐襯是一種高效節電產品。

3.成型爐襯的安裝

成型爐襯呈嵌入式安裝在搗打層之中，如附圖所示。

成型爐襯安裝示意圖

由附圖可看出，成型爐襯與背襯搗打層形成了一個完整爐襯。由于該背襯搗打層始終為非燒結狀態，可以緩沖熔煉過程中產生的波浪式熱震沖擊，使爐襯不致膨脹開裂，從而保護爐襯的完整，故稱作安全襯。這種雙層結構的復合爐襯具有體積形變的自適應調節能力，即應力緩沖能力。

4.電動筑爐機

在成型爐襯的應用實踐中，經常發生在成型爐襯的側壁與底部的結合處出現橫向裂紋而使爐襯提前失效的現象，爐體容量越大，這種現象越突出。出現這種現象的原因主要是因為在成型爐襯的安裝過程中，搗打層未打結緊實所致。安裝施工現場環境惡劣，以及工人勞動強度大等不利因素難以克服。為了解決這種問題，我公司參考國外先進技術開發了電動筑爐機（主要性能參數見表3）。采用電動筑爐機可以降低工人的勞動強度，提高勞動效率，保證搗打層的緊實度。

表3 手提式電動筑爐機的主要性能參數

電機帶動偏心輪產生的振動力通過前端的振動叉將振動力傳給砂料，使砂料之間緊實，并排除砂內空氣，以達到較高的填充密度。成型爐襯的安裝要求采用干法施工，這樣可以杜絕濕法打結時因為冗長的烘爐除濕過程所造成的潮氣侵入而損害爐襯。

5.線圈涂料

在成型爐襯的應用實踐中，發現很多企業采用云母片絕緣層、石棉布隔熱層、不銹鋼絲網報警層、廢襯滑出石棉布層作為多層防護結構，這樣既費工費料，又難以保證搗打層的緊實，故推薦使用線圈涂料。線圈涂料防護層一次性涂抹完成后，可長期使用。防護層具有優良的絕熱絕緣性能，可以保持爐膛內與線圈之間較大的溫度梯度差，有利于延長爐齡并能保持線圈垂直同心度和線圈匝間距，可有效防止線圈產生形變，隔阻滲漏熔液燒損線圈。另外，由于取消了石棉布，也有利于環境保護。

6.結語

成型爐襯以高純剛玉Al2O3和電熔鎂MgO為基材制成，具有一系列的優點，廣泛地適用于熔煉黑色、有色金屬及其各類合金。以電動筑爐機采用干法施工安裝實現了成型爐襯的快速、可靠安裝，并大幅度提高了爐襯的使用壽命，具有廣泛的應用前景。

可以預期，隨著快裝式成型爐襯的廣泛應用，將給無芯感應電爐的爐襯應用帶來一場深刻的革命。