В.П. Егорычев,
Ведущий специалист ООО «Экспертный центр», эксперт в области промышленной безопасности
С.Н. Шутов,
Начальник отдела ООО «Экспертный центр», эксперт в области промышленной безопасности
В.Е. Тяжелов,
Главный инженер ООО «Экспертный центр»
E-mail: TyazhelovVE@gaz.ru
(г. Нижний Новгород)
Increasing resistance of crucible lining for melting aggregates such as 2,5-iat and lfd-25
V. P. Egorychev Leading specialist
S. N. Shutov Head of department
Experts in industrial safety, LLC “Expertise Center”, Nizhny Novgorod
V. E. Tyazhelov Chief engineer
This article contains information about changing the composition of the packing materials during the crucible type IAT-2.5 furnace lining and changing the geometry of the template used for stuffing crucible LFD-25 furnaces, which extends the service life of the lining.
При проведении экспертизы промышленной безопасности индукционных тигельных печей всегда уделяется большое внимание стойкости футеровки тигеля печи, причинам и местам преждевременного её износа.
Тигель печи – это ёмкость из огнеупорного материала, в котором посредством нагрева до определенной температуры производится плавка металлов.
Футеровка - это защита от термических, механических, химических, либо физических повреждений, возникающих в процессе работы.
Стойкость футеровки - это длительность периода эксплуатации до недопустимого износа футеровки и полной её замены.
Изучив технологию футерования тигеля индукционной тигельной печи типа «ИАТ-2,5» и производственные журналы учёта ведения плавок и ремонта футеровки в одном из заводов г. Ярославль в 2013г. наша группа специалистов обратила внимание на то, что эти плавильные агрегаты работают более года без ремонта (замены футеровки). Точно на таких же печах на других заводах футеровка стояла около 3х месяцев при одинаковых условиях и режиме эксплуатации. Это нас заинтересовало.
Индукционная тигельная электропечь повышенной частоты ёмкостью 2500кг предназначена для расплавления и перегрева алюминия и его сплавов. Электропечь используется в производстве цветного литья в различных отраслях промышленности.
Наиболее рациональный режим работы печи - трёхсменный, однако электропечь может быть использована и при других режимах работы.
Тигель электропечи выполнен способом набивки из специальных футеровочных масс. Состав набивной массы, требования к ней, способ набивки и технология сушки тигеля приведены в технологической инструкции по футеровке. Набивная масса должна быть не электропроводна и выдерживать температуру перегретого металла. Для набивки тигеля используется шаблон, устанавливаемый на дно тигеля. Шаблон устанавливается строго по оси тигеля и обеспечивает при набивке необходимую геометрию тигеля. После окончания процессов сушки тигеля шаблон должен быть вынут из печи для использования при повторной набивке тигеля.
Индуктор электропечи служит для создания переменного элетромагнитного поля, с помощью которого в металлической шихте, которая загружается в печь сверху в тигель электропечи, индуцируются токи, за счёт которых происходит нагрев и расплавление шихты, загруженной в тигель. Индуктор выполнен однофазным, однослойным из медной прямоугольной трубки. Изоляция индуктора осуществляется по специальной технологии, изложенной в инструкции по изоляции индуктора. Для снятия тепловых потерь через боковые стенки тигеля в зоне индуктора и электрических потерь самого индуктора, последний выполняется водоохлаждаемым. Индуктор имеет четыре секции водоохлаждения и состоит из двух рабочих катушек, электрически включенных параллельно. Питание осуществляется от двух преобразователей повышенной частоты,
Управление электрическим режимом осуществляется путём изменения номинального напряжения на выходе преобразователя и автоматического регулирования частоты в ходе плавки. В процессе плавки производится несколько раз дозагрузка шихты по мере расплавления её и освобождения полезного объёма тигеля. По достижении необходимой температуры расплавленного металла (алюминия и его сплавов до 750°С) после проведения ряда технологических операций по доведению металла до готовности производят его разливку при отключённом питании печи. Разливка металла производится путём наклона печи в одну сторону на угол до 100° с помощью двух плунжеров и аппаратуры гидропривода, включающей в себя установку маслонапорную и гидравлическую панель. После слива металла электропечь возвращается в исходное положение и цикл может быть повторен снова.
Загрузка шихты должна исключать удары шихты по днищу и стенкам тигеля.
Качество набивочных материалов, качество набивки, соблюдение инструкции по технологии футерования тигеля печи и технологии плавки оказывает большое влияние на стойкость футеровки, то есть длительность периода эксплуатации до её износа и полной замены.
При отработанной старой технологии состав набивочных материалов был таким:
кирпич ША-1 № 5, жидкое стекло, плотностью 1,37г/см³, периклаз ПППВИ-94, кремнефтористый натрий, картон асбестовый, бумага асбестовая, ткань асбестовая, кварцевый песок (маршалит), мертель.
При производительности печи, равной 6ти плавкам в сутки футеровка стояла до её замены
3 месяца.
На Ярославском заводе для набивки тигелей печей «ИАТ-2,5».использовали сухую формовочную массу «KELLUNDITE» которая состояла из следующих материалов:
огнеупорная пластичная масса «KELLUNDITE», мканит, огнеупорная мертель «COICOTE», огнеупорная пластичная смесь «BLU-RAM», кирпич шамотный.
При той же производительности печи (6 плавок в сутки) футеровка стояла без ремонта
12 месяцев и более.
Задачей стояло увеличить стойкость футеровки с 3х месяцев до эталонного срока, так как трудоёмкость набивки тигеля печи, затраты материалов и вероятность более частых случаев ухода металла и угрозы его последствий очень велики.
Уже на следующий год новая технология была успешно внедрена. Стойкость футеровки на печах типа «ИАТ-2,5» сейчас так же составляет 12 месяцев и более. Снизилась трудоёмкость огнеупорщиков, травматизм и себестоимость продукции.
Ещё пример, в одном из литейных цехов металлургического производства добились положительных результатов по продлению срока службы футеровки на индукционной тигельной электропечи типа «LFD-25», предназначеной для плавки и перегрева чёрных металлов и их сплавов.
Основной частью этого плавильного агрегата являются «установка индуктора», которая объединяет в единый комплекс водоохлаждаемый индуктор, тигель, магнитопроводы, каркас, футеровку подины, служащую основанием для индуктора и тигеля.
«Установка индуктора» – быстросъёмный узел, который в случае выхода его из строя, может быть заменён запасным узлом, заранее подготовленным к работе с набитым и просушенным тигелем.
В конструкцию плавильного агрегата входит так же станина печи, которая представляет собой сварную конструкцию, выполненную из листовой стали и проката и крепится к фундаменту при помощи болтов. В верхней передней части рамы имеются площадки для крепления подшипников осей поворота печи. Поворотная рама так же представляет собой сварную конструкцию. В её верхней части имеется гнездо для крепления «установки индуктора». Крышка печи, закрывающая тигель сверху, - сварного типа, выполнена из листового проката и зафутерована огнеупорным материалом. Электропечь снабжена гидравлическими механизмами наклона печи, подъёма и поворота крышки.
В печь, как правило, загружается металлический лом. Индукционный нагрев металлической шихты осуществляется с помощью индуктора, питаемого переменным током. При протекании тока по индуктору возникает магнитное поле. Металлическая шихта, внесённая в это поле, нагревается, так как переменный магнитный поток возбуждает в нём переменную Э.Д.С. и вихревые токи.
Не только соблюдение технологических инструкций по футеровке тигеля печи и плавке металла дают максимальные результаты стойкости футеровки. Так, например, постоянное изучение износа футеровки дало идею изменить геометрию шаблона (Рисунок 1), который используется для набивки тигеля, и это дало положительный результат.
Рисунок 1. Шаблон для набивки тигеля печи типа «LFD-25»
Более изнашиваемым участком футеровки было место выше верхней точки конической части шаблона (645мм.). Увеличение высоты конической части шаблона до 900мм. дало увеличение толщины бокового слоя футеровки, что увеличило стойкость футеровки. Занижение диаметра основания конической части шаблона дало увеличение производительности печи за счёт уменьшения толщины стенки футеровки в нижней части тигеля и сокращения времени нагрева расплавляемой шихты.
Теперь стойкость футеровки увеличилась от 120 плавок до 180 плавок, а время одной плавки снизилось с 4х часов до 3,5 часов.
Увеличение стойкости футеровки тигеля печи - очень важная характеристика, которая влияет на безопасность работы.
Мы уверены, что многие работают на таких плавильных агрегатах ещё по «старинке», а эта статья поможет улучшить условия труда и снизить себестоимость выпускаемой продукции.
Список литературы:
1.Методические рекомендации по экспертизе промышленной безопасности технических устройств опасных производственных объектов металлургических производств. НО “Ассоциация Металлургэксперт”, г. Москва, 2001 год.
2.Порядок продления срока безопасной эксплуатации технических устройств, оборудования и сооружений на опасных производственных объектах (Минприроды России от 30.06.2009 № 195, Минюст РФ 28.09.2009г. № 14894).
3.Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности. «Правила безопасности при получении, транспортировании, использовании расплавов черных и цветных металлов и сплавов на основе этих расплавов», ЗАО НТЦ ПБ, г. Москва, 2015г.
4.ТИ 319.250.10.00194. Изготовление огнеупорной футеровки индукционных печей
«ИАТ-2,5» с применением сухих набивочных смесей.
5.ТИ-37.102.252.0000.24. Технологическая инструкция по замене футеровки индукционной тигельной печи типа “ ИАТ-2,5”.
6.ТИ-37.102.252.10.00079. Технологическая инструкция по замене футеровки индукционной тигельной печи типа “LFD-25”.
7.Конструкторская документация на шаблоны для “LFD-25”.