降低中频无芯感应炉炉衬烧结能耗的研究0电机马达

降低中频无芯感应炉炉衬烧结能耗的研究

降低中频无芯感应炉炉衬烧结能耗的研究 2011年12月09日 来源： THE STUDY ON REDUCING SINTERING ENERGYCONSUMPTION OF CORELESS MEDIUM FREQUENCYINDUCTION FURNACE LININGHong Taosheng(Shanghai Bao Steel Group Corporation)Fu Hanguang Chen Zhiling(Beijing Research Institute of Metallurgy Equipment)Abstract：In view of the problem that coreless medium frequency induction furnace lining has long sintering time and high power consumption in sintering,and electric furnace has low operation efficiency,we research a kind of new technology which has short lining-sintered time,low sintering power consumption,and long durability.Using the new technology,good energy-saving effect is obtained.Keywords：induction furnace lining low sintering energy consumption long service life1　前言　　中频无芯感应电炉具有操作和维护简单，可准确地控制和调整金属液温度与成分，熔炼时元素烧损少、噪音和污染小等特点，因此它比冲天炉和电弧炉应用更广泛。中频炉炉衬使用寿命的长短是直接影响电炉生产效率的关键。熔炼铸铁的炉衬一般都为酸性材料，目前较常用的炉衬材料是石英砂，为了提高烧结层的致密度与强度，需加入硼酸，加入量一般为1.0%～1.5%。待炉衬打实后，需长时间用电烘烤，对于小于0.5t的感应炉，烘烤时间不少于8h，对于大于1t的感应炉，烘烤时间超过12h。炉衬长时间用电烘烤，使炉衬烧结的能耗急剧增加，同时降低了电炉的生产作业率。因此开发一种低能耗炉衬烧结工艺是十分必要的。2　传统炉衬烧结工艺能耗高的原因分析　　传统炉衬是以石英砂、硼酸混合料经捣固、烘干、烧结至1500℃左右制成。硼酸主要起提高烧结层的致密度和强度作用。硼酸(H3BO3)受热时将发生脱水反应，生成硼酸酐(B2O3)。　　在炉衬烘干时，硼酸酐在580℃熔化，开始与周围细小的石英砂反应，生成玻璃状的硅酸硼，起着降低石英砂熔点的作用。硅酸硼玻璃体使小砂粒相互粘结形成局部烧结。当温度更高时，玻璃体相继熔解较远的大砂粒，加上炉衬其它一些反应，而使整个结构熔解在一起，形成烧结层组织。对这种炉衬，烧结升温速度不能过快，若升温速度过快，硅酸硼玻璃体仅使小砂粒相互粘结，无法使远离硅酸硼玻璃体的大砂粒相互紧密粘在一起，因此对于小型感应炉，升温速度必须控制在150℃/h，而对于大型感应炉，升温速度必须控制在100℃/h以内。因此，传统炉衬烧结工艺无法解决能耗高的问题。3　低能耗炉衬烧结工艺的研究　　为了从根本上解决传统炉衬烧结工艺能耗高的问题，通过上述分析，我们认为应该取消硼酸的加入，用水玻璃代替硼酸，起提高烧结层致密度和强度的作用。3.1　水玻璃的结构和性能　　水玻璃俗称泡化碱，其化学式用Na2O.mSiO2.nH2O表示。当SiO2与Na2O之比一定时，浓度增加，则固体含量增加，从而使水玻璃的粘结力增大。硅酸钠溶于水时，在硅酸钠周围溶合有许多水的极性分子，形成一层紧密的水化膜，水化膜将硅酸钠质点隔离，因而水玻璃呈稳定的胶体溶液。当用各种方法(如自然干燥脱水、加热脱水和真空脱水等)将水分子不断排出时，水化膜被破坏，胶团粒子聚沉而形成凝胶。随着水分的继续脱失，最后形成斑状的硅酸钠。这种玻璃状的硅酸钠薄膜将砂粒粘结在一起，使石英砂具有很高的强度。此外水玻璃还是一种非常有效的水化剂，也是一种极好的洗涤剂，其性能比Na2CO3、Na3PO3和NaOH还要好，它可以将砂粒表面的杂质洗去，而表面干净的砂粒之间的粘结比不干净的砂粒好得多〔2〕。根据水玻璃砂在铸造生产中的应用效果，我们认为中频酸性感应电炉炉衬粘结剂用水玻璃取代硼酸将是可行的。3.2　炉衬中水玻璃加入量的确定　　炉衬中水玻璃加入量对炉衬强度的影响见图1，随着水玻璃加入量增加，炉衬强度提高，加入量超过7%以后，继续增加水玻璃量，对炉衬强度影响不大。因此炉衬中水玻璃加入量以5%～7%较为合理。图1　水玻璃加入量对炉衬强度的影响　　水玻璃加入量对炉衬烘烤时间的影响见图2，随着水玻璃加入量增加，炉衬烘烤时间延长。这是因为水玻璃脱水硬化时，水玻璃石英砂的强度与残留水分有很大关系，见图3，只有当残留水分低于1%时才显著增加强度。水玻璃在失水过程中粘度随之增加，致使水份继续逸出逐渐困难，因此，随着水玻璃加入量增多，水玻璃硬化时间延长。图2　水玻璃加入

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