中頻感應電爐（頻率在 150~2500Hz）因其投資少，使用壽命長，電效率高且電能單耗低，操作方便，冶煉合金元素燒損量小，以及脆性夾雜物少且純凈度高等優點, 在冶金及鑄造行業中得到廣泛運用。

    隨著對金屬冶煉質量的要求越來越高。對中頻感應電爐的使用要求也越來越高，主要體現在長壽技術的要求；高效化生產要求；降低冶煉能耗等方面。我公司使用中頻感應電爐做為軋輥生產設備，通過摸索總結使用方面技術要點，實現長壽、節能、高效及必要的事故預防，對同行業有很好的借鑒意義。

　　一、酸性中頻感應電爐的長壽技術

　　１.原材料要求

　　石英質爐襯材料要求 wSiO2＞99％，wCaO＜0.5％，wMgO＜0.5％，wFeO＜0.5％，wAl2O3＜0.5％，wH2O＜0.5％；耐火度＞1700℃,軟化溫度＞1650℃。爐襯材料在高溫狀態下不得導電。在硅砂材料中一般使用硼酸(H3BO3)或硼酐(B2O3)作為添加劑, 主要作用是降低燒結溫度。

　　2.筑爐工藝

　　爐襯采用氣動打結，先用筑爐底機將爐底打結, 再放入胎具 ,在胎具與絕緣層之間加入筑爐材料,用振搗器振動胎具使材料緊實。筑爐材料為硅砂，粒度級配見表1。

　　 3.烤爐工藝

　　烤爐時要嚴格按烘爐燒結工藝進行。 

　　（1）烘烤和初期燒結階段的加料特點  一般可將爐內加滿爐料，在金屬開始熔化后小批量地每次加入50～200 kg爐料(視規格定)，直到最后金屬液面距爐沿50～100 mm。

　　（2）烘烤、燒結階段的升溫特點  總的原則是“低溫階段慢升溫，持續時間長”，燒結階段溫度要比平時最高出鐵溫度高50～80℃。

　　烘烤階段：以50℃／h緩慢升溫4h，目的是徹底排除爐襯中水分，再以100℃／h的速度將坩堝模加熱至600℃、保溫4h，在573℃時完成硅砂的第一次相變，即β-石英向α-石英的轉變，發生相變體膨脹約為0.82％，577℃時硼酐熔化與粉狀的水晶硅砂形成玻璃相，使爐襯表面釉化。

　　半燒結階段：以50℃／h升溫至900℃、保溫3h，以100℃／h升溫至1200℃、保溫3h，870℃以上進行硅砂的第二次相變：α-石英向α-鱗石英的轉變速度很慢，因體積膨脹率為16%，必須控制升溫速度，防止產生裂紋。

　　完全燒結階段：以50℃／h升溫至1470℃、保溫1h，1470℃時α-鱗石英轉變為α-方石英，發生第三次相變，體積增大4.7％。燒結溫度低，燒結層厚度不足，使用壽命明顯降低。升溫不宜過快 ,以防止燒結層因巨大相變應力而產生裂紋和疏松。

     （3）燒結層的形成  高溫燒結有利于在爐襯的徑向上從內到外形成各占1／3厚度的燒結層、過渡層、松散層，如下圖所示。燒結溫度應高于1500℃，以保證燒結層中石英完成方石英化，以減少表面裂紋。

　　 爐襯材料燒結后斷面結構圖

　　4.維護使用要求

　　（1）加料  爐料應小批量、小塊度多批加入，不能蓬料，以減少爐料對爐壁、爐底的沖擊。

　　（2）保護爐領措施  在爐沿上加一個圓形鑄鐵防護壓圈，位置在筑爐時最后一層上平面低于爐沿20～30 mm，可對爐領部位起到良好的防護作用。 

　　（3）隨時掌握爐況  加強日常點檢,注意爐襯的侵蝕、裂紋狀況，用專用量具測量其總高度和不同高度部位的直徑，做好定期維護是提高爐襯材料使用壽命的重要因素。

　　（4）補爐  在爐底腐蝕小于50 mm情況下將筑爐材料適當調濕，將爐底雜質清除后用搗固錘搗實進行“熱補”，一般補爐底不超過兩次。

　　（5）掌握好停爐、拆爐時機  在爐壁圓周方向出現肉眼明顯可見的水平環狀裂紋、爐襯侵蝕和剝落嚴重，功率和電流達到甚至超過額定的5％～10％，以及爐內鐵液翻轉比平時明顯劇烈時必須考慮停爐、拆爐。

　　5.熔煉操作

　　（1）熔煉溫度制度  熔煉過程中盡量避免高溫熔煉。在高溫狀態下，SiO2 + 2C → Si + 2CO，溫度越高、C 越高、Si 越低時，爐襯的蝕損將加劇，尤其在新爐時更為明顯，因此嚴禁高溫熔煉，是提高爐齡、降低電耗的好方法。

    　（2）避免爐襯過熱  爐料出現“架橋”現象會使爐襯出現局部高溫甚至超過爐襯的耐火度，造成爐襯熔融而蝕損，降低爐襯的使用壽命。

　　（3）鐵液對爐襯壽命的影響  主要表現在:鐵液在電磁作用下產生的攪拌力, 沖刷爐襯；高溫時爐襯中的 SiO2 被鐵液中的 C 還原。

　　（4）爐渣對爐襯的影響  爐料中鐵銹、回爐料含有 FeO 等爐渣,與爐襯中的 SiO2反應形成低熔點的熔渣, 大量熔渣嚴重侵蝕爐襯，且爐渣會掩蓋爐襯真實裂紋, 因此及時清渣是延長爐襯壽命的一個因素。

　　（5）鋼鐵料要求  應嚴格防止含 Zn 、Pb 過高的材料加入, 因以上兩種元素的熔點相對于鐵較低, 在鐵還未熔化時,就以蒸氣的形式穿透整個爐襯，導致硅砂爐襯燒蝕洞及裂紋產生。

　　二、高效化生產與節能技術

　　要根據中頻感應電爐的冶金特性編制合理的熔煉工藝,從裝料、溫度控制，在各不同溫度下加入合金、增碳劑、造渣劑，以及出鐵溫度各個環節嚴格控制 ,力求用最短的熔煉時間、最小的合金燒損與氧化,達到控制和穩定金相組織, 提高軋輥質量的目的。

　　1.合理配料

    　科學管理與使用好爐料，做到主要化學成分符合要求, 有害雜質元素含量盡可能少，避免因調整成分而拖延熔煉時間, 杜絕因成分不合格而報廢。

　　在加料過程中應盡量使金屬保持密實狀態充滿整個爐腔，以保證熱效率的最大利用，提高熔化效率。

　　2.合理冶煉操作

　　 供電：先供給 60%左右的功率,待電流沖擊停止后,迅速將功率增到最大值, 以加快爐料的熔化。

　　3.合理控制出鋼溫度

   　熔煉采用澆注前短時間升溫符合工藝要求溫度，而其余時間鐵液保持較低溫度，可減少高溫鐵液對爐襯的侵蝕, 延長爐襯使用壽命, 降低電耗。

　　三、高合金回收率技術

　　感應電爐中Si、Mn、Cr等易氧化元素的燒損，多在3%～5%。一般發生在熔清時間過長，又未注意造渣保護的階段。若廢鋼用量大，輕薄料多，以及爐料帶水帶銹，問題更加加重。避免元素燒損過大的辦法是：爐料盡量干凈，形狀不要枝叉，尺寸不能過大、過薄；杜絕架料；熔煉前期要及時造渣，后期高溫下有熔渣覆蓋；熔煉后期調頻不要過度；過熱溫度不要過高，切忌高溫下長時間保溫。

   　鐵液溫度超過平衡溫度，會使反應SiO2+2C=Si+2CO向右進行，造成鐵液降C、增Si，因此配料時要補C。后期調整成分，要采取先Mn、再C、后Si的順序。

　　四、感應爐熔煉過程噴濺與爆炸原因分析

    　（1）感應爐爐料潮濕和銹蝕  碳、氧反應及鐵的氧化物的高溫分解反應在鋼液內持續進行，使鋼液內部產生了不斷外涌的動力，進而發生噴濺。 

　　（2）熔渣結殼  熔渣作用是覆蓋在鋼液表面，保護合金元素不被氧化，并具有一定的脫硫、吸附夾雜物和保溫作用。熔渣主要成份含有熔煉過程中被沖刷、侵蝕進入熔渣的爐襯材料及爐料帶入雜質。當熔渣的散熱速度高于鋼液的傳熱速度時，熔渣表面結殼。渣殼下部空間形成密閉環境，熔煉產生的氣體不能及時釋放，達到一定壓力氣體會頂開渣殼造成金屬液、熔渣噴出。

　　（3）爐料架橋  架橋原因：一次加料過多，上部爐料堆放過緊，爐料卡死、架空；爐料結構不合理，上部料塊小、熔點高，下部料塊大、熔點低；爐壁不平滑，不利爐料順行。爐料架橋后，下部熔池溫度則不斷升高，在爐內形成高溫、高壓氣氛，金屬液對爐襯耐火材料侵蝕嚴重，甚至導致爐體局部金屬液泄漏，使其冷卻水進入金屬熔池引起大爆炸。

　　（4）感應圈漏水  中頻爐金屬液的電磁攪拌沖刷爐襯材料、導致熔蝕加劇，爐襯的某些部位被嚴重侵蝕而失效，鋼液會在該處穿爐，穿出的鋼液黏在感應圈上，造成兩層感應圈之間短路、燒穿，線圈內的冷卻水進入爐中導致爆炸。

　　結語

　　（1）通過以上技術管理措施綜合實施，實現了中頻感應電爐經濟運行，具體指標見表2（以20t爐2016年1~6月平均產量為例）。

　　（2）中頻感應電爐煉鋼時金屬料和合金收得率顯著提高，鋼鐵料的收得率可達到97%～98%，合金收得率顯著提高1%左右。因此，節約鋼鐵料和合金成本優勢較為顯著。

　　（3）冶煉調整成分比較方便，滿足工藝對鐵液較窄成分范圍的要求，使軋輥性能更加穩定、冶煉成本更低。中頻爐電源功率大，提溫能力很強，可以對不同材質及規格軋輥給出不同的溫度范圍來滿足鑄造工藝要求。

　　（4）應進一步研究中頻感應爐長壽技術、高效熔煉技術、事故預防等問題，更好地滿足技術要求，也更好地實現經濟運行。

　　作者簡介：肖連華，唐山鋼鐵集團重機裝備有限公司，高級工程師，從事軋輥生產工藝研究。曹瑞榮，唐山鋼鐵集團重機裝備有限公司。

來源：《金屬加工（熱加工）》轉載請注明出處