PDF《中频感应炉烘炉工艺 对坩埚寿命影响因素分析》

文章编号:

100221639 (2001)

0620053202 中频感应炉烘炉工艺 对坩埚寿命影响因素分析 徐文峰 (汉江工具厂

14 分厂, 陕西 汉中 723002) 摘要: 针对中频感应炉烘炉工艺对坩埚寿命的主要影响因素, 进行了示例分析和讨论, 总结了在工艺和执行中的

4 个要点, 为 中频感应炉的烘炉、 保障坩埚寿命, 提供了理论实践指导.

关键词: 中频感应炉;

烘炉;

工艺;

坩埚;

寿命 中图分类号: TM 924.

5 文献标识码: B Effects of the Baking Technology of M edium Frequency Induction Furnace on Crucible L ife XU W en2feng

1 前言 众所周知, 中频感应炉的坩埚寿命与打炉、 烘炉、 工作条件三方面密切相关.在这三方面中, 打炉 是内因, 烘炉和工作条件是外因. 当内因一定的情况 下, 烘炉这个外因就成了关键因素. 这是因为各厂制 定的诸如 《中频感应炉熔炼操作工艺守则》 等规章, 对加料、 熔化等操作方法和程序, 都有了明确的规 定, 针对某种金属或合金的熔炼或冶炼, 其工作条件 基本上是无多大变化的;

而烘炉所给定的烘炉工艺 却不然, 它要面对不同的坩埚情况以及其它情况, 如 坩埚的干湿程度, 大气湿度等. 下面就中频感应炉烘 炉工艺对坩埚寿命影响, 作主要因素的分析, 以便达 到保障和延长坩埚寿命的目的.

2 中频感应炉的坩埚和烘炉工艺 中频感应炉的坩埚按耐火材料的性质分类, 可 分为碱性、 中性和酸性, 其中大量使用的是镁砂 (M gO ) 碱性坩埚和二氧化硅(Si O 2) 酸性坩埚.坩埚 捣制时, 除耐火材料外, 还要加适量的添加剂, 如硼 酸(H 3BO 3)、 卤水等, 目的是为了改善烧结质量.添 加剂在中频感应炉上以硼酸使用最广, 它可以降低 砂料的烧结温度和促进尖晶石的形成和改变坩埚体 积的变化率. 烘炉的目的在于提高坩埚的致密性、 强度和体 积稳定性, 以适应冶炼条件下的需要. 在中频感应炉 日常生产中, 以低温烧结法烘炉最为广泛, 即炉内打 制好坩埚, 用铁坩埚模或炉料从低温到高温烘烤, 最 终用洗炉来烧结坩埚. 不管是碱性还是酸性坩埚, 它 们的烘炉工艺都是大致相同的.一般各厂家所给出 的中频感应炉烘炉工艺见表

1 和图 1. 表10.

5 t 碱性坩埚烘炉工艺参数 输入 功率 kW

40 60

80 120

180 220 以上 烘烧时间 h

1 ~

2 1 ~

2 1 ~ 1.

5 1.

0 1.

0 图10.

15 t 酸性坩埚烘炉工艺

3 烘炉工艺对坩埚寿命影响的分析 3.

1 烘炉工艺中的主要影响因素 (1) 烘干阶段和烧结阶段无划分 捣制成的坩埚, 必须经过烘干和烧结后, 才能使 用. 烘干的目的是排出坩埚材料当中的水分;

烧结的 目的是使捣制坩埚的砂料变性, 使其转变后的结构 和密度能适合高温冶炼工作.烘干和烧结所要求的 温度也各不相同, 烘干一般使用的是低、 中温, 而烧 结必须是大于

800 ℃的高温, 二者也是以温度来划 分的.

3 5 技术交流 《工业加热》

2001 年第

6 期?1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 由于中频感应炉原理决定了坩埚内部存在着高 低不同的温度区域, 并且烧结过程中坩埚的体积变 化率最大 (图2) , 此时断电冷却容易使坩埚产生裂 纹.所以, 为保证整个坩埚的烧结均匀, 特别强调烧 结阶段的连续快速升温和不可间断性.但对烘干阶 段却无此严格要求, 而且烘干时间有很大的调节范 围. 图2石英砂酸性坩埚(Si O 2+ H 2BO

3 1. 5% ) 烧结时的体积变化率 由表

1 和图

1 可见, 一般中频感应炉烘炉工艺 没有烘干阶段和烧结阶段的明确划分, 这易导致烘 炉工艺具体执行过程中的教条主义和盲目性, 无法 完全保障坩埚的烧结质量, 更不可能延长坩埚的使 用寿命. (2) 烘炉温度与供电制度不统一 中频感应炉烘炉工艺最常见的是表

1 形式.由表

1、 图1可看出, 一般的烘炉工艺没有给出烘炉温 度参数, 或给了也只是理论计算出的各功率下的感 应电流转化成热能所达到的温度.没有反映出中频 感应炉实际工作中的, 在不同功率参数下, 温度参数 与时间参数成不同正比例关系的真实情况.这样的 烘炉工艺, 从供电制度上只能由功率参数估判烘炉 温度的高低, 但烘炉温度实际参数值却不知道, 烘炉 温度与供电制度不能正确对应统一. 烘炉温度与供电制度不统一, 对遇到刚打好的 湿坩埚或大气湿度大等情况下制定烘炉工艺时, 则 会造成以下危害: ①湿坩埚未能烘干透就进行了烧结, 造成烧结 层与未烧结层的分层, 缩短坩埚寿命. ②在高温烧结温度下进行长时间烘烤, 造成坩 埚由于上下各部温度不同而产生裂纹, 诱发洗炉或 熔炼中的漏钢穿炉事故. ③在编制烘炉工艺时, 造成无法划分烘干阶段 和烧结阶段. 因此, 使烘炉温度与供电制度统一, 关系到烘炉 工艺的正确性和坩埚烧结质量的保证, 直接影响到 坩埚寿命的长短. 3.

2 烘炉工艺执行中的主要影响因素 (1) 烘炉工对工艺不理解 烘炉工对工艺理解的程度, 决定了在烘炉过程 中是僵化刻板地执行工艺, 还是针对坩埚炉况, 在工 艺范围内调整各功率段时间. 刻板教条容易导致(2) ①危害的发生;

对工艺不完全明白, 又想对具体的烘 炉状况进行工艺调整, 则易导致 (2) ②危害的发生. 用表

1 的烘炉工艺举例, 见表 2. 表20.

5 t 碱性镁砂坩埚(M gO + H 3BO

3 1. 5% ) 烘炉情况 输入功率 kW

40 60

80 120

180 220 以上 时间h1~21~21~1.

5 1.

0 1.

0 坩埚现象 大量水蒸气 水蒸气渐少 大量水蒸气 水蒸气渐无 炉内洗炉 钢料熔化 烘炉阶段 烘干烧结从表

2 烘炉坩锅情况看, 坩埚在功率

40 kW 和80 kW 各有一次出现大量水蒸气的相同现象, 但原 因却不同.40 kW 处主要是因打炉拌砂料时加的水 分和少量硼酸分解的水分所产生的蒸气, 而80 kW 是因坩埚温度开始急骤升高后 (已超过磁性材料的 居里点) , 完全由硼酸大量分解出的水分产生的蒸 气. H 3BO

3 850 ~

900 ℃ - H 2O B2O

3 (熔融) 如果烘炉工不明白烘干和烧结的区别, 在80 kW 处认为坩埚没烘干, 盲目延长此功率段或以上 功率段的烘炉时间, 不连续快速升温, 则会造成坩埚 因局部温度过高而产生裂纹, 严重影响坩埚的使用 寿命. 因此, 烘炉工对中频感应炉烘炉工艺的理解与 否, 也影响到坩埚寿命的保证. (2) 针对烘炉具体情况、 不能灵活运用工艺 一般烘炉的坩埚大多是捣制好风干几天后的, 正常烘炉不会出现坩埚烧结质量问题.但对于一些 特殊情况, 则要求灵活运用工艺.例如: ①当大气湿度低时, 烘炉的烘干阶段就应缓烘, 并适当提高冷却水温.否则大量水蒸气急骤凝结在 感应圈上, 冷凝水会使线圈匝间发生闪络, 引发电气 故障. ②风干半个月以上的中频感应炉坩埚, 烘干阶 段的时间可相应缩短, 这样即经济, 又能保障坩埚的 烧结质量. (下转第

56 页)

4 5 技术交流 《工业加热》

2001 年第

6 期?1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 图1温度自动控制简图 2.

2 自动控制系统运行情况 中频电源感应加热烧结, 其实质是电磁感应, 在 炉料中形成巨大的涡流发热, 所以, 控制系统必须采 取严格的抗干扰措施.在本系统中强电部分同一点 接地, 整流触发脉冲, 逆变触发脉冲全部采用光电隔 离, 控制信号采用电流信号, 加之过程调节器本身具 有十分精良的抗干扰性能, 能消除中频干扰, 程序中 还可以增加滤波常数设值, 所以, 经过长时间的运 行, 表现出高的可靠性和精良的控制精度. 烧结实际 温度值和过程调节器的瞬时给定值呈十分良好的跟 随关系, 斜坡段时反应灵敏迅速, 动态特性好, 平台 段保温十分稳定, 上下波动在

3 ℃以内, 曲线的计数 十分精确.图2为中频烧结炉钼棒烧结成型的温度 自动控制工艺曲线图. 图2温度自动控制工艺曲线图

3 结语 中频烧结炉温度自动控制系统温度采样反馈测 量依赖钨铼热电偶, 是由烧结工艺和工业现场的费 用所决定的, 它属于接触式测量, 传统的工艺方法比 较稳定可靠. 但是, 在实际中钨铼热电偶工作二三炉 以后就要进行修整, 所以比较麻烦.高温比色测温 仪、 红外测温仪属于非接触式测量, 驱动接口电路比 较易配接. 但是, 目前非接触式测量仪器的稳定性和 重复性以及测量精度还要随着工业生产的不断发展 而不断地有所改进提高, 必将在工业现场得到广泛 应用. (上接第

54 页) ③因生产急需投入使用的刚捣制好的湿坩埚, 要能 够不被工艺的烘干时间所约束, 根据实际炉况, 确定 烘干阶段时间的多少. 从上述几条示例可说明, 灵活运用烘炉工艺, 是 保障和延长坩埚寿命的一个十分重要的因素.

4 实际运用 我分厂根据跟踪 0.

5 t 中频感应炉的烘炉试 验, 测得各功率段下的坩埚内部实际温度, 见表 3. 并依此重新编制了中频感应炉的烘炉工艺, 见表 4. 表30.

5 t 中频感应炉烘炉功率与坩埚炉内温度对应表 烘炉功率 kW

20 40

60 80

120 180

200 以上 坩埚内温度 ℃

100 ~

300 500 ~

600 750 ~

800 850 ~

900 约1000 以上 约1300 以上 >

1 500 时间 h

2 4 1.

5 1.

5 1.

0 1.

0 11 以后 表4新编 0.

5 t 中频感应炉烘炉工艺 功率 kW

20 40

60 80

120 180

200 以上 时间 h

1 ~

2 2 ~

4 1.

5 1.

0 1.

0 1.

0 8 ~

11 以后 烘炉温度 ℃

100 ~

300 500 ~

600 750 ~

800 800 ~

850 >

1 000 >

1 300 >

1 500 烘炉阶段 烘干烧结在烘炉工培训教育合格的基础上, 使该炉坩埚 的年平均炉龄由过去的

61 炉提高到

87 炉, 延长了 坩埚寿命.并且, 完全保障了每次坩埚寿命稳定在

80 炉以上. 敬祝海内外读者马到成功, 马年幸福, 祝愿祖国繁荣昌盛, 行业兴旺发达!

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