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1、2019/6/27,1,中频感应电炉 (工艺篇),中频感应炉熔炼操作技术 常见问题的处理及预防 炼钢工的安全操作法 中频感应炉生产的节电途径,2019/6/27,2,一、中频感应炉熔炼方法,中频感应炉主要用于熔炼钢及合金。按坩埚耐火材料的性质可分为碱性冶炼法和酸性冶炼法。 碱性冶炼法。碱性冶炼法用碱性耐火材料打结的坩埚进行冶炼，坩埚材料主要用镁砂。在冶炼过程中造碱性炉渣。碱性冶炼法按冶炼过程有无氧化过程可分为： 熔化法。用质量好的碳钢、合金返回钢、工业纯铁及铁合金做炉料，冶炼过程中没有氧化过程，不进行脱碳和脱磷，熔化后即进行精炼。冶炼过程基本上是一个再熔化过程，由于炉料质量好，冶炼出的钢与合金
2、质量高。 熔化法适用于冶炼高合金钢、高温合金和精密合金。 氧化法。氧化法所用的炉料含磷较高，含碳量波动较大，因而在冶炼过程中要进行氧化脱碳和脱磷，然后再进行精炼。氧化法冶炼使用的炉料便宜，因而生产成本低。但由于冶炼过程中进行氧化过程影响坩埚寿命。 氧化法冶炼适用于碳素钢和低合金钢的冶炼。,2019/6/27,3,一、中频感应炉熔炼方法,酸性冶炼法。酸性冶炼方法用酸性耐火材料打结的坩埚进行冶炼，坩埚材料主要用石英砂。在冶炼过程中造酸性渣。酸性冶炼方法只有熔化法冶炼。酸性坩埚成本低。 酸性冶炼法主要适用于碳素钢和低合金钢的冶炼。 碱性冶炼方法和酸性冶炼方法各有优缺点，总的来说，碱性冶炼法适用范围比
3、较广泛。而酸性冶炼方法适用范围较窄。,2019/6/27,4,一、中频感应炉熔炼方法,中频感应炉熔炼和普通电弧炉熔炼对比，具有下列特点： （1）精炼能力感应炉比电弧炉差。主要表现在脱氧、去夹杂、脱硫、脱磷等方面，但在去除氮方面，电弧炉比感应炉差。 （2）中频感应炉熔炼过程中，钢液或合金不增碳，而电弧炉增碳。 （3）用中频感应炉熔炼合金时，合金元素回收率较高。 （4）中频感应炉的电磁搅拌作用改善了反应的动力学条件。 （5）中频感应炉熔炼过程便于控制。 与工频感应炉相比具有熔化速度快、生产效率高、适应性强、使用灵活、电磁搅拌效果好、启动操作方便等优点。,2019/6/27,5,二、钢液的熔炼操作工
4、艺,1 碱性坩埚熔化法熔炼工艺 中频感应电炉钢液的熔炼操作工艺见图1。碱性坩埚熔化法熔炼工艺主要包括：备料及装料、熔化、精炼、出钢浇注、脱模与冷却。,图1 中频感应电炉熔炼操作工艺,2019/6/27,6,1.1 配料原则,A 炉料准备 炉料准备包括炉料的选择与处理。钢料有低碳钢，工业纯铁和返回料；合金料有纯金属和铁合金；渣料有石灰，萤石，镁砂；脱氧剂有铝块。尽可能多的使用廉价原料。各种入炉的金属料块度要合适，表面应清洁、少锈和干燥。,2019/6/27,7,B 配料,由于目前中频感应电炉大多采用不氧化法(重熔法)操作工艺，不进行脱碳操作，且因炉渣温度较低，化学性质不活泼，所以脱P、脱S的能力
5、较差。因此，配料水平将直接影响到冶炼速度和钢液的质量以及坩埚的寿命和金属收得率等。同时，合理的配料对炉前控制化学成分较为方便。所以中频感应电炉生产中要做到“精料”入炉。 所谓“精料”入炉，一是指保证入炉的炉料化清后，钢液的主要化学成分应符合或基本符合工艺要求，同时有害的杂质元素应尽可能少。二是指生产中所使用的各类金属炉料应具有合适的块度，为后续的合理装料、布料及防止棚料和提高钢液的冶炼速度做好准备。,2019/6/27,8,C 金属炉料的科学管理,金属炉料的科学管理对提高感应电炉生产效率，获得合格钢液具有重要作用。 废钢的严格管理 废钢来源不同，化学成分也各不相同，特别是合金钢返回料。不同的废
6、钢含有不同的合金元素，如果混杂堆放，在冶炼某一钢种时，混入不应有的合金元素，会使整炉钢液报废，或造成钢液中某一合金元素过高、过低，而增加冶炼的困难。因此，对外来废钢、生铁等要严格挑选，除去其中的有色金属（如铜、锌、锡等）、混杂钢种、密闭容器、爆炸物及泥砂杂质等。尤其对合金钢返回料应分类、分开堆放，不能相邻放置。,2019/6/27,9,C 金属炉料的科学管理,铁合金的管理 铁合金的烘烤。铁合金入炉前应进行烘烤，其目的是：去除水分，以减少钢液中的气体，保证钢液质量；使合金易于熔化，减少吸收钢液的热量，使冶炼时间缩短，但要根据各种铁合金的特性制定烘烤温度及烘烤时间。表1推荐了几种铁合金烘烤温度，供
7、参考。,2019/6/27,10,表1 几种铁合金烘烤温度,2019/6/27,11,C 金属炉料的科学管理,铁合金的分类。铁合金应分类堆放，防止合金混杂，以免给冶炼操作带来不便。比如:高碳锰铁和硅锰铁、高碳铬铁和低碳铬铁、高硅铁和低硅铁不能相邻堆放因为它们从表面看十分相似，物理性质也相仿因此，为避免混淆，以上三组铁合金中每二种都不能相邻堆放。 万一铁合金弄混，也可以根据其断面形状、物理性质等进行鉴别和区分，表2、表3、表4列出了几种铁合金的区分法。 金属炉料的预先处理。对金属炉料进行预先处理，如对大、长形废钢进行切割，对轻、薄金属料打包处理和对铁合金的预先破碎等，使之具有合适的块度，为生产做
8、好提前准备。,2019/6/27,12,2019/6/27,13,1.2 装料,炼钢理论和实践证明，炉料的堆密度和熔炼时间、电耗有着直接关系。而合适的堆密度则是靠合适的炉料配比和正确的装料方式来保证。如果炉料的块度配比或装料方式不当，不仅不能使炉料及时熔塌，而且还容易形成炉料的“搭棚”，严重时会造成穿炉事故。因此，对装料应很好地重视。 一般情况下，大、中、小金属炉料配比按35%45%45%50%15%25%进行控制，炉料的块度大小（尺寸和重量）由炉子的具体容量而定。,2019/6/27,14,1.2 装料,装料过程中，首先要检查设备及供水系统是否完好，发现问题及时处理；仔细检查并认真清理坩埚；
9、检查炉料是否符合配料单上的要求，确认无误后即可装料。先在坩埚底部装入炉料占2%5%的底渣，其成分为：石灰75%，萤石25%。底渣的作用是熔化后覆盖在钢液面上，保护合金元素不被氧化，并起脱硫作用。底部和下部炉料堆积密度越大越好，上部应松动一些，以防“架桥”。底部应装入易于熔化的炉料，如高、中碳钢，高碳铬铁，锰铁，硅铁等；中部装入熔点较高的难熔炉料如钼铁，钨铁，工业纯铁等；上部为钢料。采用返回料熔炼时，大块料放在中下部，小块料放在底部和大块料中间，车屑等碎料待熔化后加入。1t以下的炉子渣料块度为：石灰1030mm，萤石块度小于石灰的块度。,2019/6/27,15,1.2 装料,感应电炉坩埚的温度
10、分布如图2所示。合理的布料原则是：在坩埚底部加小块料；小块料上加难熔的铁合金(如钼铁、镍板等)，上面加中块料；坩埚边缘部位加大块料，并在大块料的缝隙内填塞小块料。料应装得密实，以利于透磁、导电，尽快形成熔池。有时为尽快形成熔池，可在炉底铺放一定数量的生铁。,2019/6/27,16,1.2 装料,在装料前，首先因迅速清理净坩埚内残钢残渣，并检查炉衬，局部侵蚀严重处可用细颗粒耐火材料以少许液体粘结剂调和修补。坩埚内有小纵裂纹一般可继续使用，但由于横裂纹在冶炼中受到炉料重力作用会继续扩大，极易引起漏钢事故，所以应根据情况决定是否继续冶炼。 要根据金属料的熔点及坩埚内温度分布合理装料。不易氧化的难溶
11、炉料应装在坩埚壁四周的高温区和坩埚中、下部的较高温区；易氧化炉料应在冶炼过程中陆续加入；易挥发炉料一般可待炉料基本熔化后加入熔池。应在炉底部位装一些熔点较低的小块炉料，使尽快形成熔池，以利于整个炉料的熔化。,2019/6/27,17,1.2 装料,装料情况对于熔化速度影响极大，为保证快速熔化，坩埚中炉料应装得尽量密实，这就要求大小料块搭配装入。装料应“下紧上松”，以免发生“架桥”和便于捅料。为了早期成渣覆盖钢液，在装料前可在坩埚底部加入少许造渣材料。也可以先在坩埚底部加入一些小块金属料，然后再加造渣材料，这样就可以防止坩埚底部越炼越高。,2019/6/27,18,1.3 钢液的熔炼操作,A 熔
12、化期 装料完毕后，送电熔化。熔化期的主要任务是使炉料迅速熔化，脱硫和减少合金元素的损失。熔化期的主要反应有碳、硅和锰的氧化及脱硫反应。,2019/6/27,19,A 熔化期,炉料熔化期在整个冶炼过程中占时间长(一般占2/3以上)，且伴随着金属熔池的氧化和吸气。为加快冶炼速度，保证冶炼工作的质量，在整个熔化过程中要不断调整电容，保证较高的功率因素，在熔化期应尽量送大功率快速熔化，以减少熔池的氧化、吸气和提高生产率。在熔化过程中应防止坩埚上部熔料焊接的“架桥”现象， “架桥”会使下部已溶化的钢液过热，而增加吸气和合金元素烧损，延长熔化时间，应当极力避免。加强捅料操作，对于缩短熔化期，防止“架桥”现
13、象是很有效的措施。为减少金属氧化和精炼工作创造条件，熔化期应及时往炉内加入造渣材料，时刻注意不要露出钢液，这样，在炉料熔清后，即已形成流动性良好的炉渣。,2019/6/27,20,（1）碳、硅、锰的氧化方式,在大气中氧的直接氧化 C + 1/2O2 (g) = CO(g) Si + O2 (g) = (SiO2) Mn + 1/2O2 (g) = (MnO) 钢液中的氧直接氧化 C + O = CO(g) Si + 2O = SiO2 Mn + 2O = MnO (l) 炉渣中氧化铁的间接氧化 C + (FeO) = CO(g) + Fe Si + 2(FeO) = (SiO2) + 2 Fe
14、 Mn + (FeO) = (MnO) + Fe,2019/6/27,21,（2）脱硫反应,钢液中的FeS进入炉渣 FeS = (FeS) 炉渣中的FeS与CaO相互作用 (FeS) + (CaO) = (FeO) + (CaS) 熔清后，将含有硫化钙的炉渣除去，即实现了脱硫的目的。炉料熔清预脱氧后，进行炉前分析，分析项目主要有C，Si，Mn，P，S。用样杯取样时，应在杯中加入少量铝粉，以免钢液氧化影响分析结果的准确性。下一步转入精炼期。,2019/6/27,22,B 精炼期(还原期),调整好熔渣成分，有效脱氧。 熔化期的渣组成主要是氧化钙和氟化钙，有坩埚材料熔入的氧化镁等。为了更好地完成精炼
15、任务，还原渣中必须加入萤石、石英砂、黏士砖碎块等，调整炉渣成分，改善其流动性。熔渣调好后，可进行扩散脱氧。脱氧剂的选择是以不影响钢液成分和成本低廉为原则。使用扩散脱氧剂时，应注意炉渣的流动性要好，熔炼温度要适当，不可过高或过低，脱氧剂均匀地、定期地加入渣层，脱氧剂在使用前应严格烘烤，使用铝-石灰粉时，在600烘烤12h，硅铁或硅钙粉烘烤温度为200。扩散脱氧时间一般为1520min。为加快脱氧速度，同时可采用沉淀脱氧。脱氧结束后，进行钢合金化。,2019/6/27,23,B 精炼期(还原期),冶炼过程脱氧技术：冶炼过程脱氧是感应炉冶炼中最重要的任务之一。感应炉冶炼合金采用扩散脱氧与沉淀脱氧相结
16、合的综合脱氧法。感应炉冶炼使用的扩散脱氧剂有C粉或电石粉、Fe-Si粉、Al粉、Si-Ca粉、Al-CaO等。实践表明，C粉、Fe-Si粉只有在金属不怕增碳或增硅时才能使用； Fe-Si粉和Al粉单独使用时，不及Si-Ca粉和Al-CaO效果好。为保证脱氧效果，应适当控制金属液温度，温度太低扩散脱氧反应不易进行。脱氧剂应分批均匀的撒在渣面上，加入后，轻轻“点渣”加速反应进行。反应未完，不要搅动金属液。,2019/6/27,24,B 精炼期(还原期),感应炉冶炼使用的沉淀脱氧剂有Al块、Ti块、Al-Mg、Ni-B、Al-Ba、Si-Ca、金属Ce、金属Ca等。往炉内插沉淀脱氧剂时，应沿坩埚壁插入，籍电磁搅拌力将脱氧剂带向熔池深处。应当指出，从脱氧反应来看，脱氧剂量越多，越有利于脱氧进行的完全。但在一定冶炼设备、冶炼工艺条件下，脱氧只能达到一定的水平，也就是说，只能最大限度的降低氧，而不能彻底的去除氧。这一方面是由于任何脱氧剂的脱氧能力都是有限度的，另一方面是钢渣之间也存在这氧的平衡问题，此外还有耐火材料的
