鑄造在國民經濟發展中占有十分重要的地位,為機械產品提供鑄件。但鑄造又是個高投入、高消耗、高成本、低效益的行業。在鑄造生產中,能源和材料的投入約占產值的55%~70%,因此,合理利用能源,節約能源,降低消耗是鑄造行業一項重要任務。
熔煉是鑄造生產過程中的重要工序。用于熔煉的能耗約占整個鑄造生產能耗的50%。中頻感應電爐熔煉具有優質、高效、靈活、穩定、環保和可控等優勢,現已被廣泛用于鑄造生產。因此,鑄造工作者應在中頻感應電爐熔煉過程中的節能降耗方面多做工作。
中頻感應電爐坩堝是中頻感應電爐設備系統中的重要組成部分。坩堝在熔煉過程中承受著高溫作用和爐渣的化學侵蝕;承受著加料時爐料的沖擊;尤其間斷生產時,反復加熱和停爐冷卻時的急冷急熱的變化等,嚴重時造成金屬液穿爐而報廢。目前反復經歷急冷急熱的坩堝壽命一般在70~80爐之間,主要報廢的情況是爐壁開裂和爐底塊狀脫落,造成鐵水鉆出。提高中頻感應電爐坩堝壽命不僅可以增加鑄件產量,而且可以減輕工人的勞動強度,降低鑄件生產的綜合成本。想要獲得較高爐齡,需要做好以下幾點:
1)根據焙煉材質、生產綱領、爐子的容量來選定爐襯材料;
2)要選用性能好、有效成分純度高、雜質少,合理粒度配比的耐火材料;
3)正確選用合理的筑爐工藝,強化筑爐過程控制,注重爐襯各部位的結合度、緊實度和均勻性;
4)嚴格烘爐燒結工作制度,燒結階段溫度要比平時出鐵溫度高50℃~80℃,保溫2h~3h;控制加熱速度,低溫階段900℃以前升溫速度為1.2℃/min,這有利于爐襯材料中水和結晶水的析出,在900℃保溫2h~3h后石英砂穩定產生相變,否則升溫過快將導致石英砂急劇相變,從而降低爐齡;確保烘爐時間,使爐襯的水分緩慢排盡。確保新爐首爐要燒結好,以期獲得合理的三層結構,即:燒結層、半燒結層和緩沖層的初始厚度大致各占三分之一;5)做好各項用爐工藝,盡量避免缺陷的產生,做好中頻感應電爐設備系統以及坩堝的維護和保養,延長爐襯的使用壽命。
眾所周知,中頻感應電爐是利用中頻電源建立中頻磁場,使坩堝內鐵磁材料產生感應渦流發熱,達到加熱爐料熔化爐料之目的,中頻感應電爐熔煉時,如果操作不當,會增加能耗,應在爐料準備、加料、熔煉、出爐等方面規范操作,科學管理,達到節能降耗,提高能源利用率。
爐料的準備對節能降耗有很大作用。如果爐料中有4%的雜質,將會有4%的能量用來熔化這些雜質。為此,要盡可能對爐料進行噴砂處理;應根據坩堝的內徑、高度來選擇爐料的塊度。太大或太小的爐料都會影響熔煉的效率和質量。一般爐料直徑與坩堝直徑之比為0.28~0.3,熔化鋼時,如果采用啟熔塊,其直徑應小于坩堝直徑20mm~30mm,高度為坩堝高度的三分之一,質量為總容量的40%~50%;如果采用廢鋼(鐵)屑作爐料,廢鋼(鐵)屑應進行打包,大、長型爐料應切割。爐料入爐前應進行預熱,去除水分、油污、揮發物及其他雜質,這樣既保證熔煉操作人員的安全,又能節電,提高金屬液質量。要掌握各種爐料的化學成分,進行批量計算,合理搭配爐料,確保熔煉的金屬液符合要求。
裝料的密實程度直接關系到爐料的熔化速度,要求坩堝底部、中部、爐料的堆積密度越大越好。裝料時應下緊上松,大小料搭配。小塊或輕薄、屑爐料等不宜冷爐時加入,而應在有金屬液時直接加入,以降低電耗。采用廢鋼增碳熔煉工藝時,先加入增碳劑(爐底、增碳劑分批加入),然后加回爐料再加廢鋼。如有剩余鐵水時,要等到爐底增碳劑、回爐料等坩堝內爐料紅熱時方可加入。
大電爐應采用加料機和爐料預熱裝置,以減少裝料時間,縮短熔化周期,提高生產效率。
要有合理的供電制度。通常開始通電時,功率達60%左右,待電流沖擊停止后,應迅速將功率調節到最大值,加快熔化速度。合理的爐前操作技術,控制好后續的加入量。采用每次少加多次加入的加料方式,避免一次性冷爐加料過多,如果爐內金屬液條件許可時,爐料可放在爐口進行預熱。要做到勤觀察、勤搗料、勤加料,防止爐料搭棚,爐料搭棚會使爐內金屬液過多時間加熱,溫度過高,同時在處理搭棚時,強行搗料,撞擊爐襯,會縮短坩堝壽命。
熔煉操作中,熔煉鋼水或采用廢鋼增碳工藝熔化鐵水,需進行爐前化學成分分析,此時熔煉操作中,需降低功率,采取保溫或降低溫度,以減少高溫金屬液對爐襯的侵蝕,待結果出來,調整成分合格后,快速升溫達到出爐溫度要求。電爐熔煉操作規程如下:
1)檢查爐襯、爐口燒損無誤后,先加入坩堝容量的1/3干凈爐料方可啟動中頻電源;加料原則是小塊、厚實料放入坩堝底部,有了熔池后再加入輕薄料和大塊料,要求裝料時坩堝中的金屬爐料密度盡量最大。
2)通電4min~8min內供給40%~60%左右的功率(即800kW~1200kW),后逐漸將功率增至最大值。
3)當鐵水熔化出1/3以上后,陸續加入增碳劑,不允許一次性加入所有增碳劑,注意增碳劑需與爐料一起加入。
4)熔煉過程中要經常檢查爐襯的燒損情況、中頻電源柜上各種儀表、冷卻水循環狀況;爐膛里不準有爐料架空棚料現象,如有此現象,隨時注意搗料,防止“搭橋”。5)95%的爐料熔畢時,取樣進行成分分析,并將其余5%的爐料加入爐內繼續熔化;為防止鐵水溢出,鐵水液面與爐沿保持100mm的距離。
6)全部爐料熔畢后,降低功率至40%~60%,傾爐扒渣,測溫,待鐵水符合工藝要求后方可出鐵水。
7)為保證下爐鐵水熔化率,爐內應留300kg左右的鐵水,并及時添加新爐料,繼續通電熔煉。
8)如果不是連續生產,最后一爐鐵水需出干凈,不得剩余鐵水;停爐后冷卻水不能停,仍須循環6h方可停循環水泵。
在保證澆注質量的前提下,盡可能地降低鋼(鐵)液的過熱溫度,達到縮短熔化時間節電的目的。要在盛鋼(鐵)水包的表面及時放上覆蓋劑,防止鋼(鐵)液表面與空氣接觸氧化吸氣和降溫過快。
電能單耗與熔煉方式有關,合理安排生產,要盡可能安排集中連續熔煉,增加一次熔煉的爐次,延長每次連續熔煉時間,減少冷爐熔煉次數,進而達到節電的目的。
本文從提高中頻感應電爐坩堝的壽命、中頻感應電爐熔煉方面敘述了節能工作。但中頻感應電爐熔煉的節能工作是一項系統工程,要從原材料、設備、工藝、管理等方面入手,綜合運用相關技術方法,采取相應技術措施,達到技術節能和管理節能。