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1、感应炉炉外精炼技术的应用 京顺辊研中心感应电炉炉外钢水精炼技术的应用感应电炉以其纯净的钢水质量和方便的炉前控制手段被广泛应用于铸造生产中，特别是在铸钢件生产过程中，由于传统的电炉冶炼方法噪音污染严重，应用感应炉熔炼是必然趋势，但是，感应炉熔炼没有传统炼钢的三期，因而从理论上讲，感应炉熔化的钢水纯净度低于电弧炉熔炼的钢水。资料介绍，电弧炉熔炼钢的钢水氧含量一般在5060PPM，氢含量20PPM以上，氮含量为7080PPM。非金属夹杂物(A,B,C,D四类夹杂)综合评级为34级（GB10561-89），而经过精炼后，氧量一般小于20PPM，H小于5PPM，氮在5060PPM之间，夹杂物综合评级可在
2、1-2级水平（GB10561-89）。 而我厂五吨工频炉熔炼的半钢水仅氧含量一项最高就可达100PPM左右，如能将炉外精炼技术应用于感应电炉，特别是小吨位的感应电炉，将有可能弥补感应电炉的这一缺陷。目前炉外精炼技术已经在轧辊生产过程中开始应用，邢台轧辊有限公司已经于2001年开始使用炉外精炼，迅速掌握这项技术，对于改善我公司轧辊性能，提高市场占有率极为必要。一， 感应电炉的特点用炉外精炼的应用必要性：感应电炉的工作原理基于电磁感应和电流热效应原理。当交流电通过感应线圈时感应线圈周围产生交流磁场，炉内金属材料受到交变磁场的作用，产生感应电动势，由于全部炉料的电阻较小，于是产生涡电流，炉料是靠涡电
3、流熔化的。从感应电炉的熔化原理可知，应用感应电炉对金属进行加热，实际上是一个化钢的过程，全部熔化期内只发生了物理变化，没有类似电弧炉的那几种主要化学反应。熔化后期，由于涡电流的作用，液态金属中会产生较大的电磁搅拌作用，由于电磁力的作用，金属表面会出现凸起，这就是我们常讲的“驼峰”，由于“驼峰”的存在，金属液表面氧化作用会很强，高温金属在空气中必定会吸取空气中的氮，氧等气体，使得钢液中的气体含量比较高，这样会影响到钢液的质量。感应电炉熔化完成后，浇注时，由于钢包及炉前处理小料中必然含有水份，在高温热作用下，会产生分解，使用钢液中氢的含量会增加。在合金料中，镍板是通过电解的方法得到的，其中氢，氮的
4、含量也比较高。这些因素都会导致钢液中氢量较高。在钢中，有害气体最主要的是氧和氢，其次是氮，它们不仅降低钢的机械性能，而且是形成裂纹，皮下气孔等废品的主要成因，另外，氢气还是产生钢中白点的主要元素，由于钢中氢含量高，钢的韧性，塑性和疲劳强度都有明显下降。氧在钢中的最直接损害是在金属晶粒间产生连续网状的Fe,Mn,Cr,Al的氧化物，由于这些氧化物的存在，使得金属的强度降低十分明显，同时严重影响到冲击韧性等机械性能。氮在钢中主要是形成一些Ti,V,Cr,B的夹杂物，对于熔炼含有上述合金的钢种时会由于夹杂物的存在而降低钢种的延伸性，可塑性等热加工性能。我厂为马钢，莱钢制作的大型H型钢辊套，由于其工作
5、条件恶劣，强度，冲击韧性等机械性能要求很高，并且对辊套的重复使用性能要求较高，同时这种辊套外层钢水量比较少，最少的只的730公斤，我公司决定以此辊套生产为突破口，通过对感应炉熔炼的高碳半钢钢水进行炉外精炼试验，摸索经验，找出一条适合于我厂实际生产现状的精炼工艺，生产出品质比较高的钢水。要想熔炼出品质比较高的钢水，使用炉外精炼技术是行之有效的工艺手段之一。而对于我厂而言，使用炉外精炼技术显得更加重要也更加困难一点，因为，由于产品结构和技术成本决定了我厂感应炉的炉衬必须是酸性的，熔炼过程中的炉渣反应只能在钢包中完成，炉内不可能实现。同时我厂熔炼的钢水重量都比较小，温度下降比较快，所以，要想较好地应
6、用炉外精炼技术，就必须找到一条适合于我公司生产实际情况的方法。二， 炉外精炼技术发展现状炉外精炼的主要目的是将炼钢炉中要完成的部份精炼任务转移到钢包内完成，其主要目的是脱氧，脱硫，去气体，去除钢内有害非金属夹杂物。它主要分为常压精炼方法和真空精炼方法两大类。两大类精炼方法中，真空精炼方法脱气效果明显，成品钢水气体含量低，常见的有钢包真空脱气法，真空吹氩法（Finkl），真空循环脱气法（法），提升脱气法（法），出钢过程脱气法（法）等，这类方法一般都要求有真空钢水包或真空精炼设备，投资大，适合于专业炼钢厂，而对于我们这种以生产钢水为附的非专业炼钢厂显然不太适用。常压精炼方法一般不要求真空精炼炉或真
7、空包等设备，它一般分为渣洗法（Perrin法），弹丸发射法（法），喂丝法（法），喷粉法（法），钢包吹氩法（azal法），氩氧精炼法（法）等方法，这些方法中，喂丝法要求专业的喂丝机，喷粉法以脱碳为主要目的，法对设备要求比较高，均适合于正规的炼钢厂，而渣洗法要求炼钢炉为碱性炉衬，直接采用这种方法显然不适合于我公司，因为我公司所用的炼钢炉全部为感应电炉，采用酸性炉衬，因产品结构及技术经济的原因，不能专门准备一台炉打碱性炉衬，故合理地选用精炼方法是我们所面对的第一个问题。我公司的熔炼设备为感应电炉，原材料中硫，磷的含量很低，这就给我们精炼减少了一定压力，同时，我们所熔化的主要钢种中，含Ti,V,Cr,
8、B等合金元素量不大，形成氮化物的倾向不大，同时由于我们所生产的产品不经过煅造工序，所以，钢中含有一定的硬质点非金属夹杂物对产品质量影响不会明显。基于我公司上述炼钢及产品的特点，我们将重点放在钢包吹氩方法上。钢包吹氩法是向钢水中吹氩气，通过吹氩，将钢水内的有害非金属夹杂带出，另据资料介绍，钢包吹氩可支队非从属夹杂物3050%，同时，利用氩气泡在钢中运动能带出大量气体的原理对钢水进行脱气。经过分析，我们认为，利用这种方法比较适合于我公司的生产现状。为了进一步保证钢水质量，我们在酸性炉衬的情况下，采用炉外加钢包调渣精炼剂的方法建立一部份钢渣反应，进一步对钢水脱硫脱氧。三， 吹氩精炼原理吹氩是利用在钢
9、液中的氩气泡上浮过程中吸收钢中气体，氩气泡内的氧，氢，氮的分气压为零，即对于氧，氢等气体来讲，氩气泡是一个个的真空点，气体有自动取分气压平衡的物理特性，钢液中的氢，氧，氮等气体会自动向氩气泡内扩散，这样自由态的气体就被带走了。同时，氩气泡是单向上浮的，与电炉内钢液搅拌有不同，它能更好地将钢液中的非金属夹杂物去除，使之随气泡充分上浮，达到纯净钢水的目的。氩气是一种惰性气体，不溶于钢液，也不与钢中的合金元素进行化学反应，也不会形成非金属夹杂物，故不用担心钢液的二次气体污染问题，吹氩原理图如下图一所示。压力表渣氩瓶液流透气砖吹氩管 图1 吹氩示意图由图1我们看到，透气砖的作用是将氩气泡变成均匀细小的
10、小气泡，气泡上浮速度很小，这样精炼效果会很好。透气砖是用耐火度很高的刚玉制成，经过高温压制，具有很高的高温强度，它允许气体通过同时又能阻止钢水由孔处漏出。吹氩压力由钢液表面高度决定。计算公式为常规物理中的帕斯卡定律。P=HV。 P：指透气砖出口处气体压力。 H：钢液液面高度。 V：钢水比重。P表=kP k:修正系数，k1,与管子长度，弯曲程度等阻力因素有关。 P表指压力表显示氩气输出压力。由上述公式我们可计算出来钢包吹氩的最低压力。在生产实际中，我们一般选用0。10。15MPA。按资料介绍，钢水氩气消耗量应在68升/吨，透气砖额定透气量为6升/分钟，故在精炼量我们可视钢水吨位，计算吹氩时间。我
11、们在试验一吨左右的半钢钢水时，吹氩时间一般选用12分钟，四吨左右的半钢钢水时一般选用57分钟。从理论上讲，吹氩时间应当越长越好，但是对钢水温度损失很大。据我们查阅资料及调查其它炼钢厂家的结果为：出钢后吹氩气时间10分钟内，18吨钢水平均降温6。5度/分钟，10吨钢水平均降温8度/分钟，5吨钢水平均降温10度/分钟，邢台轧辊厂介绍35吨钢水包内吹氩10分钟内平均降温35分钟。故我们的原则是在钢水温度许可的条件下，尽可能长地进行吹氩。运用我公司所选用的透气砖，我们按以下公式计算：T=（68）G/Q.其中T为吹氩时间，单位为分钟。 G为待处理钢水重量，单位为吨。 Q为透气砖额定透气量，单位为升/分钟
12、。四，生产过程中的措施制订：在实际生产过程中，我们采用高性能狭缝式透气砖，这类透气砖具有透气量稳定，耐火度高，气泡分散等特点，同时，这种砖的重复使用性能明显优于弥散式透气砖，很适合于我厂钢包，铁包混用的生产现状，不用经常换砖。我们采用瓶装氩气，为了更好地控制吹入氩气的压力，在氩瓶上接一块压力表。由于我厂采用的是感应电炉熔炼，基本没有什么钢渣反应，为了进一步提高钢水质量，通过调研，我们决定采用通过加入预熔复合型钢水精炼剂的方法为钢液建立起钢渣反应。这种方法可较好地解决我们酸性炉衬没有钢渣反应的问题。资料介绍，在钢包中加入钢包调渣剂（主要成份为CaO,AL2O3,Al等元素），可明显降低钢包渣的氧
13、化性，将酸性炉中的氧化性很强的钢渣变成有利于上浮，脱硫，脱氧的精炼渣系，从而在钢渣中建立起一个良好的钢渣反应界面，有效地降低钢中的夹杂物（降低10%左右），硫含量和氧含量，达到净化钢液，提高钢水的内在质量的目的。根据精炼剂生产厂家介绍，精炼剂的加入方式和加入量为35吨以内的小吨位钢水量条件下，精炼剂加入量可取下限。同时考虑到吸收的充分，实际加入方式和加入量为精炼剂总量的三分之二随钢流加入，三分之一放入包内采用冲入法加入。为了防止在吹氩过程中钢水大量吸收空气中的气体，我们在钢液表面放入部份覆盖剂，在钢水与空气之间形成一个保护膜，防止空气中的大量氧，氮气体进入钢液中，形成二次气体污染。钢中的硫，磷
14、是十分有害的，我们在实际生产过程中，没有有效的脱硫手段，同时由于生铁由高炉熔化下来后，铁水中的氢，氧含量也会比较高，为了堵住气体进入钢水的源头，对于炉料我们采用利用废钢加增碳剂的方法进行熔炼，这样的话，后期精炼的压力也小，有利于我们制造出硫，氧等有害元素比较低的钢水。五：半钢钢水精炼的生产过程基于上述考虑，我们决定在高碳半钢辊套上进行高碳半钢钢水的精炼试验，我们所采用的具体措施如下。用酸性感应炉进行钢水精炼的过程分为三个步骤，一是在钢水熔炼期间，采用铝锭，稀土镁进行预脱氧，预脱硫。二是采用攀钢精炼剂在出钢时随流加入。三是包内吹氩气进一步脱硫，脱气，去夹杂。下面是用酸性炉进行半钢精炼试验的具体实
15、施措施。1， 配料单。本次试验采用废钢加增碳剂的方法配料。总钢水量500公斤。成份要求为：碳硅锰磷硫镍铬钼1.900.300.700.0350.03180150055为保证碳含量，在炉底先加入增碳剂12公斤，增碳剂收得率按80%计算。增碳剂上加入纯镍9公斤,钼铁4.6公斤,上压废钢，最好为重废钢，防止熔炼过程中的一次氧化。在重废钢不足的情况下，注意及时捅料，保证炉料料面顺利下降，不发生棚料。2，熔炼过程。钢水熔清后，应将感应炉功率下调，保证钢水表面平稳不出驼峰。熔炼过程中，向钢液表面加入1。5公斤的硅铁粉进行扩散脱氧，熔炼过程中，钢液表面不断加玻璃渣进行钢液表面的保护。随时捣渣，保证炉渣不结壳。熔清加铬铁12.5公斤，最后加锰铁1.7公斤。加入合金时，用钢钎将合金块压入炉内以减少合金的烧损。合金熔清成份稳定后，取样分析，保温，调整成份。成份合格后平稳升温至1630度时准备出炉。出炉前用钢钎加压入铝块0。75公斤脱氧，12分钟后出炉。熔炼过程中应取4公斤精炼剂在炉台上充分烘干。同时准备1公斤的重稀土镁硅铁合金放于炉台烘烤。准备出炉时应将炉内酸性渣打净，防止精炼剂的无效损失。3， 准备出
