工频有芯感应电炉熔化铝合金的实践

　　工频感应电炉比其他熔炼设备有诸多优点。加热速度快，热效率高；适用范围广，能熔炼多种牌号的金属与合金，金属熔损小；在电磁力作用下，能实现熔体的自动搅拌，使熔沟和炉膛内金属液能充分传热，且使合金化学成分均匀，从而保证产品质量；设备简单，造价低廉，操作简便。因而，在有色金属加工行业得到了广泛应用。

　　我厂1993年开始用工频有芯感应电炉代替燃油坩埚炉熔化铝锡20铜合金。开始是直接搬用原有的300kg熔铜感应电炉来熔化铝合金。试用结果是炉龄短，且筑炉费用高，每次拆筑炉需捣筑料1250kg，人工工时120h，既不经济又影响生产正常进行。为了降低筑炉费用，提篼炉>龄，我们对300kg感应电炉作了一些改进。> 1炉体结构和熔沟装配方式的改进熔铜炉熔沟配置为垂直式如*这种配置存在一些缺陷。首先，*严重的缺陷是存S志祥武汉铜材厂，430035武汉在捣筑死角：筑炉时熔沟和耐火套筒的下部捣筑工具无法直接捣筑，炉衬材料不易捣筑密实，容易发生漏炉事故。其次，在相同装炉量下，熔沟下部金属液体静压力较大，新筑炉炉衬材料未完全烧结或有捣筑缺陷的情况下，就易于漏炉。还有，次更换熔沟样板时，都必须将整个炉体全部拆毁重筑，造成了耐火材料的浪费并增大了拆筑炉工作量。

　　我们对炉体作了改进，将整个炉子改装成炉膛和感应器二件式结构如。其炉壳互相绝缘，以免形成电流回路，更换熔沟样板时，就可以只拆筑感应器和炉膛与发热体相连部分。而保留大部分炉膛完整不动了。这样就避免了浪费，降低了筑炉成本。

　　感应器中熔沟近似水平方向装配。筑炉时先将炉壳连接，绝缘固定。在炉壳上定位耐火套筒，加入捣筑料捣筑到相应部位后，扒去表面未捣实的捣筑料，并形成一个炉膛方向稍高的斜面。在此斜面上安放熔沟样板，使其与水平面成10*左右夹角，开口斜向上方，并捣筑到感应器的上盖板，将炉膛和感应器的炉衬材料连成一体，盖上上盖板并固定，装上铁芯和一次线圈就可烘炉了。

　　从筑炉程序可以看出，熔沟水平装配简化了筑炉工艺。熔沟样板、耐火套筒易于安装并达到相互同心，并且消除了捣筑死角，捣筑质量得到了保证。不仅如此，改装还降低了炉体的高度，减小了熔沟对炉衬材料的压力。这一点对铝及铝合金炉极为重要。从石英状态图可知石英的晶型转变温度为87（TC，而纯铝的熔点为660X：。即铝合金炉工作温度比石英砂的晶型转变温度低。故石英砂烧结程度差，因而炉衬抗压力低，减小熔沟对炉衬的静压力对防止漏炉意义重大。另外，熔沟水平安置，耐火套筒垂直安置，有利于套筒内空气流通，对冷却一次线圈也有好处。

　　2筑炉工艺的改进2.1捣筑工具的改进感应电炉炉衬材料的捣筑一般是以人工捣筑为主，其主要工具为铁钎，它的直径1215mm，长2000mm，尖端是顶角为〖5°左右的六棱锥体。也有用经改装的风枪或电锤捣筑的。风枪和电锤捣筑工效大，但象我们所用的小功率炉子，捣筑面积小，用风枪或电锤就不易捣筑密实。用单头铁钎捣筑时，捣筑工效低，筑炉工作强度大、时间长。因此，我们发了一种新的捣筑工具：多头铁钎。即将35支单头铁钎的尖端焊在一块厚8mm面积为8X 8mm2的钢板上，再接上一根长2000mm直径15mm的钢筋，就成了一支多头铁钎。用多头铁钎捣筑一下，就相当于单头铁钎捣筑了35下，大大地提高了捣筑工效。用单头铁钎捣筑一台炉子需六名工人捣筑两个班，而改用多头铁钎后，只需4名工人捣筑一个班就可以完成了。

　　2.2用橡胶石棉板保护耐火套筒防止漏炉。

　　以前筑炉时，为了保证捣筑料的密实，捣筑料直接填充在耐火套筒外圆，烧结后与耐火套筒成为一体。炉子使用时，耐火套筒中部对应于熔沟的部位因高温而发红，一段时间后将会产生裂纹并扩展到石英砂层，*后裂缝发展到直通熔沟，导致漏炉。

　　分析认为，炉子工作中，耐火套筒中部（与熔沟距离*近，只有60mm）温度高，而两端温度低（不到1，因受热不均而产生热应力是导致耐火套筒中部产生裂纹并扩展到石英砂层，*终形成通缝（漏炉）的主要原因。

　　解决这个问题的方法一般是增大耐火套筒和熔沟样板之间炉衬的厚度，这增加了一、二次线圈之间的间隙，势必增加磁损，降低炉子的有效功率；再就是用水冷套筒代替耐火套筒，这会带来其他一些问题。

　　我们尝试用橡胶石棉板来保护耐火套筒：在安装耐火套筒前，先用厚1.5mm的橡胶石棉板包裹耐火套筒，即在耐火套筒和捣筑料之间加装一层橡胶石棉板，使问题得到了解决，再也没有发生套筒破裂而漏炉的现象，炉龄也从3个月左右提高到10个月左右。

　　分析其原因，是由于橡胶石棉板的导热率比石英砂低，绝热效果好，隔绝了从熔沟经石英砂传导过来的热量，故橡胶石棉板的温度比石英砂层均匀，从而传导给耐火套筒的热也均匀一些。避免了耐火套筒各部位温差太大而应力断裂。同时，由于橡胶石棉板在炉子使用过程中，既不会与耐火套筒烧结在一起，也不会与炉衬材料粘连，故不论耐火套筒还是炉衬材料的裂纹都不会穿透橡胶石棉板而成为贯通裂缝，所以能有效地防止漏炉。

　　3采用偏心截面熔沟熔沟样板的形状对熔沟的热量传导及熔沟结渣熔蚀过程起着决定作用。分析正常工作时熔沟受电磁力作用的情形：首先熔沟作为闭合电流受一次线圈产生的磁场力的作用，这是交变力，作用方向在指向熔沟中心和背离熔沟中心上变化。其次，任一段熔沟电流受其他段熔沟电流产生的磁场力的作用，作用方向背离熔沟中心指向外侧。这两个力迭加的结果是熔沟受到背离中心的“斥力”作用。在对称型熔沟中，这个“斥力”被炉衬材料的压力所抵消，熔沟处于受力平衡状态，熔沟内液体不会产生单向流动。因为熔沟内液体不流动，在整个熔沟长度方向上出现同心结渣，一般不超过4个月。熔沟就会接近堵塞而报废。

　　为了解决熔沟结渣问题，设计了偏心结构熔沟，熔沟外圆不再是圆形而是近似渐开线形，如。这样，熔沟内液体就会在“斥力”

　　作用下沿渐开线单向流动。不仅加快了热交换，而且由于熔体流动的冲刷作用，减缓了熔沟结渣速度，延长了熔沟的使用寿命。改为偏心结构熔沟后。使用8个月后拆下的熔沟，*小截面仍有30mmX60mm大小。

　　4高温烘烤熔炉如前所述，铝合金炉工作温度比石英砂的晶型转变温度低。为了达到炉衬完全烧结的目的，在熔沟化通后，继续用220V电压烘炉8小时，熔沟中的铝熔体温度达到900C左右，使大部分炉衬材料发生晶型转变而烧结，避免了炉子开通使用过程中的早期漏炉。具体烘炉程序如表1.。

　　表1烘炉程序时间00通电电压（V）备注炉膛内板炭烘烤化通熔化约40kg铝片篼温烤炉5特殊情况的处理实践过程中，我们遇到过两种有可能导致拆炉的紧急情况：一种情况是，筑炉时工人违反操作工艺，未执行轮换捣筑制度，导致炉衬各部位石英砂捣筑不均，炉子投入生产后，金属液从薄弱处窜漏；另一种情况是新开炉在烘烤过程中熔沟断裂。（下转第22页）2.3.2充退磁控制程序设计实现充退磁准确控制的关键是要选择合适的充、退磁时间及充退磁次数。如果充退磁时间和次数选择不当，那么执行退磁控制。操作后，工作台上仍将存在残余磁力，使磨削工件无法从工作台上顺利取下。采用所示的充、退磁控制方式，通过PLC程序控制充、退磁继电器KM1和KM2的交替动作，能够达到充磁饱满，退磁干净，工件装卸方便，磨削精度高的效果。

　　根据该磨床工作台（吸盘）的磁化特性，编制了如梯形所示的工作台充退磁控制程序。

　　3结论通过对高精度圆台平面磨床电控系统的PLC改造，达到了减少故障，方便维护，运行可靠的目的。采用PLC实现电磁永磁工作台充退磁精确控制的方法，在工作台电磁永磁类的机床设备改造中是首次使用。运行结果表明，采用PLC改造老式继电器系统，不但技术上切实可行，而且控制效果也十分显著，值得推广和借鉴。

　　（上接第10页）一般遇到这二种情况都是拆炉，更换熔沟样板重新筑炉。这不仅要停产数天，而且还浪费一只熔沟样板和近7kg捣筑材料。

　　我们对漏炉的处理是修补：停炉，待炉子冷却后，拆下一次线圈、铁芯，打开感应器上盖板，将窜漏处的捣筑料轻轻挖去，用錾子将己凝固的窜漏合金沿熔沟根部錾去，清理掉己污染的捣筑料，用新捣筑料填充并捣筑密实，装上上盖板等，按新炉开炉程序开炉。此种修补方法获得了成功，修补后的炉子达到了正常使用寿命。

　　对断裂的熔沟，采取原位续接的方法可恢复正常使用。断裂一般都发生在截面*小的地方，打开应器上盖板后，根据筑炉时的记录，在熔沟截面*小处挖开捣筑料，找到熔沟的裂缝，再将裂缝前后的捣筑料挖去一些，形成与熔沟同样深度的一熔池。将高温合金液浇入熔池中直至与熔沟平齐，合金液与熔沟凝固在一起，*后用捣筑料填充并捣密实，盖上盖板，装上铁芯等。按新筑炉重新开炉。

　　处理这两种情况，要注意在挖去原有捣筑料或錾下窜漏合金时，动作要轻，用力不能过猛，以免已烧结的炉衬材料受震动产生裂纹，在重新开炉后裂纹扩展再发生渗漏。

　　6结论经过这几年的不断实践、改进，我厂熔铝用有芯感应电炉的炉龄由3个月左右，哙高到现在的1个月左右，取得了很好的效果。由此，得出以下几点：熔沟近似水平装配对简化筑炉工艺，提高筑炉质量，减小熔体对炉衬的压力，加强一次线圈的冷却效果有很大作用。

　　炉膛和感应器二件式结构有利于节约拆、筑炉费用，降低成本，并为处理紧急情况创造了条件。

　　筑炉工具的改进，提高了工效和筑炉质量。

　　橡胶石棉板对保护耐火套筒，提篼炉龄有重大作用。

　　偏心结构熔沟对减缓熔沟结渣速度，提高炉龄有较大作用。

　　新开炉在熔沟化通后应继续升温烤炉约8小时，使炉衬材料尽可能烧结。