工艺技术_中频感应炉工艺篇

2020 2 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 2020 2 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 2020 2 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较广泛 而酸性冶炼方法适用范围较窄 2020 2 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 2020 2 27 5 二 钢液的熔炼操作工艺 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 2020 2 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 2020 2 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 2020 2 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 2020 2 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 供参考 2020 2 27 10 表1几种铁合金烘烤温度 2020 2 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 为生产做好提前准备 2020 2 27 12 2020 2 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 2020 2 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 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10 30mm 萤石块度小于石灰的块度 2020 2 27 15 1 2装料 感应电炉坩埚的温度分布如图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 2020 2 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 2020 2 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 2020 2 27 18 1 3钢液的熔炼操作 A熔化期装料完毕后 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 2020 2 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 2020 2 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 2 O SiO2 Mn 2 O MnO l 炉渣中氧化铁的间接氧化 C FeO CO g Fe Si 2 FeO SiO2 2Fe Mn FeO MnO Fe 2020 2 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 2020 2 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1 2h 硅铁或硅钙粉烘烤温度为200 扩散脱氧时间一般为15 20min 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 2020 2 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 2020 2 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作用 空气的氧化等 因此加入过量的脱氧剂 不但增加脱氧剂的消耗 也达不到预期的效果 反而增加钢中的杂质含量 甚至影响合金成分 所以应当根据所炼钢种和生产实践经验 确定合宜的脱氧剂用量 2020 2 27 25 B精炼期 还原期 感应炉冶炼中 一般扩散脱氧剂用量占装入量w为 Al CaO0 4 0 6 Si Ca粉0 2 0 4 Fe Si粉0 3 0 5 Al粉0 1 0 3 一般沉淀脱氧剂用量占装入量w为 Al块0 05 0 1 Al Ba块0 1 0 2 Si Ca块0 04 0 2 2020 2 27 26 B精炼期 还原期 钢液的合金化 为了使钢液中各元素的含量达到所炼钢种要求的成分范围 向钢中加入所需元素的铁合金或金属的操作称为合金化 合金元素大多在精炼期加入 也有些在装料时加入 在精炼期调整 个别元素加在盛钢桶中 钢液合金化时 加入合金的时间应遵循下列原则 1 合金元素的化学稳定性 即合金元素与氧的亲和力 是合金化时起决定作用的因素 要首先予以考虑 即元素与氧亲和力比铁大的元素要晚加 与氧亲和力小的元素可早加 2 合金的熔点和密度 熔点高 密度大的合金要早加 熔点低 密度小的合金可晚加 3 合金的加入量 同一合金加入量多时要适当早加 合金加入量少时可晚加 教材P267 P272 2020 2 27 27 B精炼期 还原期 根据上述原则一些合金元素的加入时间如下 1 Ni Co Cu等元素在炼钢过程中不会被氧化 故可在装料中配入 2 w Mo和氧亲和力比较小 且熔点高 密度大 应早加 熔化法在装料时配入 氧化法在精炼初加入 有利于合金的熔化及均匀成分 3 Mn Cr和氧的亲和力大于铁 在精炼期加入 4 V与氧的亲和力较强 在钢液和炉渣脱氧良好的情况下加入 5 Al Ti是极易氧化的元素 加入前钢液必须脱氧良好 炉渣碱度适当 在出钢前2 3min加入炉内 6 微量活泼元素B在加Al后加入炉内 也可加在盛钢桶中 7 稀土元素在加Al终脱氧后加入炉内 也可加在盛钢桶中 2020 2 27 28 B精炼期 还原期 影响合金回收率的因素如下 1 钢液的含氧量 钢液的含氧量直接影响合金元素的烧损 钢液含氧量高 合金回收率低 因此合金加入前钢液要进行脱氧 炉渣中FeO含量是衡量钢液中含氧量的标志 渣中FeO含量高合金回收率低 2 炉渣的粘度和渣量 有些铁合金的密度比铁小 加入炉内后浮在渣一钢界面上 如炉渣过于粘稠或渣量过大 不利于合金元素进入钢液 而降低合金元素的回收率 3 炉渣的碱度 Al Ti B 稀土元素等与氧亲和力特别大的元素合金化时 炉渣的碱度影响它们的回收率 这些元素可以还原渣中的SiO2等氧化物 这些元素被消耗一部分 而导致合金回收率降低 碱度高渣中SiO2被还原的少 碱度低渣中SiO2易被还原 故碱度高Al Ti B 稀土元素的回收率高 碱度低它们的回收率低 4 合金元素的加入量 合金加入量大回收率高 合金加入量小回收率低 5 坩埚的材质 酸性坩埚冶炼含Al Ti钢时 Al Ti的烧损大 回收率比碱性坩埚低 酸性蚶埚中锰的回收率也比碱性坩埚低 6 钢液的温度 钢液的温度高合金烧损大 回收率低 2020 2 27 29 B精炼期 还原期 一方面加入不能随炉装入的活泼元素 像Al Ti Zr V B RE等 另一方面调整随炉装入的合金成分 在合金化开始时 要求钢液中 O N S 的含量尽量低 温度达到出钢温度 如果加入较多的铝 钛 可比要求的出钢温度低20 40 合金元素的加入顺序一般是易氧化的后加入 有特殊要求的可灵活加入 合金元素可在炉内加入 也可在盛钢桶或钢锭模中加入 应根据实际情况而定 以完全熔化 分布均匀为目的 出钢前 要保证钢液的成分合格 对大容量感应炉通过盛钢桶浇注时 在出钢过程中钢液成分会发生变化 要制订出钢前的成分控制范围 当化学成分合格 钢液脱氧良好 温度合适即可出钢浇注 2020 2 27 30 B精炼期 还原期 终脱氧感应炉炼钢 钢液经过一定的脱氧 且合金化完毕后 于出钢前进行的最后脱氧操作称为终脱氧 终脱氧一般用铝做脱氧剂 也可用钛 硅 钙或含铝的合金 用铝进行终脱氧时 一般用铝量低碳钢为0 8 1 0kg t 高碳钢为0 3 0 4kg t 如果盛钢桶容量小分两次出钢时 铝应加在盛钢桶中 终脱氧的目的有 1 使钢液进一步脱氧 2 使钢液中保留一部分脱氧元素 以减少出钢和浇注过程中钢液的二次氧化 3 在钢液中残有微量的脱氧元素 可以控制钢的晶粒度 使晶粒细化 提高钢的冲击韧性 减少钢的时效硬化倾向 2020 2 27 31 B精炼期 还原期 化学成分的控制 造成钢液化学成分不合格通常有以下原因 铁合金混杂 搞错 加入合金时出现重大差错 配算铁合金时有差错 化学成分误差过大 取样无代表性 钢液量出入过大 要求在操作时要做到 铁合金要严格管理 在操作平台上设置专门的合金放置区 分类堆放 所有加入炉内的铁合金和炉料均要严格过磅 在可能的范围内建立复磅制度 配算合金加入量要准确复检后 方可加入炉内 取样时必须有足够的代表性 化验分析人员要减少差错 减少误差范围 同时 炉前工人应根据自己的经验看试片断口 磨火花等来验证化验的准确性 对入炉炉料重量和炉内实际钢液量及上炉炉内残留钢液量要有数据控制 2020 2 27 32 B精炼期 还原期 温度控制 冶炼过程是高温物理化学过程 有足够的温度才能正常进行脱氧等冶金反应 保证非金属夹杂物的排除和化学成分的均匀性 但是冶炼过程温度过高 金属液大量吸气 氧化加剧 并与坩埚作用 使合金性能降低 因此一定要控制适当的精密温度 此外 任何合金都要求一定范围的出钢温度 出钢温度过低 会造成疏松 结疤 夹渣等缺陷 而如出钢温度过高 坩埚浇注系统耐火材料被金属液严重冲刷 金属二次氧化厉害 使合金中气体 夹杂量增加 金属中合金元素偏析严重 甚至产生内裂 影响合金质量 2020 2 27 33 B精炼期 还原期 合宜的精炼温度要求保证冶金反应正常进行 而合金不致过热 精炼温度应当根据钢种和冶炼条件决定 可以根据所炼钢种的凝固点 开始浇注温度以及钢液在出钢和镇静过程中温度下降数来确定合适的出钢温度 感应炉冶炼比较合理的供电制度是以最大功率送电快速熔化 待炉料全熔后 即将功率降下来 但不是降到很低 而是能够在精炼期缓慢升温 有足够的电磁搅拌作用 这样 到脱氧完好 合金化完成 精炼期结束时 钢液正好调到理想的出钢温度 即可翻炉出钢 2020 2 27 34 B精炼期 还原期 出钢温度用下式控制 t t0 t1 t2 100式中t0 钢与合金的熔点 t1 钢液从炉内转移到盛钢桶后产生的温降 t2 浇注前镇静时间产生的温降 式中1538 纯铁的凝固点 w i 钢中某元素的质量百分数 1 的i元素使纯铁凝固温度的降低值 见表5 对特殊钢种 也可用经验公式 教材 P136 137 2020 2 27 35 表5溶解于铁中的元素为1 时 纯铁凝固点的降低值 2020 2 27 36 例 45钢的成分为0 45 C 0 25 Si 0 65 Mn 0 03 P 0 03 S 出钢温度控制在什么范围 t0 1538 65 0 45 8 0 25 5 0 65 30 0 03 25 0 03 1500 出钢温度应在1550 1650 之间 2020 2 27 37 B精炼期 还原期 适宜的浇注温度是由合适的出钢温度来保证的 出钢温度不当 将给浇注操作带来困难 并影响铸件质量 出钢温度取决于钢的熔点和从出钢到钢液注入铸型过程中的钢液热损失 一般取高于熔点80 150 对于小炉子 因其出钢 浇注过程中热损失大 可选上限120 150 对于大炉子 可选下限80 100 2020 2 27 38 B精炼期 还原期 常用测量出钢温度的方法有 1 采用光学高温计测量 由于其测量误差较大 一般只作为参考使用 2 采用浸入式热电偶高温计测量 由于测温元件直接和金属液接触 因此采用这种高温计测量的温度准确 可靠 能反映金属液的真实温度 除了采用以上两种方法进行温度测量外 还可采用钢液结膜测温法 钢棒测温法及钢液颜色测温法等经验方法来判断钢液的温度 2020 2 27 39 C出钢与浇注 出钢前 最后一次终脱氧 铝的加入量为0 05 0 1 小容量感应炉可直接全部除渣后浇注 大容量感应炉钢渣混出注入盛钢桶内 镇静后浇注 碱性感应炉炼钢法用还原渣精炼时 在炉内硫的分配系数为20 50 大型感应炉出钢时 采用钢渣混出 在出钢过程中使渣钢界面大大增加 钢液与炉渣充分接触 而且出钢过程中钢流的冲击搅拌作用大大加强 改善了脱硫的动力学条件 使脱硫反应继续进行 在盛钢桶中硫的分配系数为50 80 而且脱硫速度很快 在短短的出钢过程中脱硫率可达30 50 而对小型感应炉采用先除渣后出钢浇注的方法 在出钢过程中则不能脱硫 2020 2 27 40 C出钢与浇注 小钢锭浇注前 要烘烤保温帽 浇注采用慢 快 慢的速度方式 浇注完毕后 钢锭上可加发热剂 保证冒口补缩 钢锭浇注完毕后 对中小钢锭 可在20min左右时间脱模 小锭时间短一些 大锭时间长一些 2020 2 27 41 1 4合理的炉前操作技术 控制后续炉料的每次加入量 采用少量 多次的加料方式 尽可能不使钢液温度降得太多 造成结壳 一般每次加料重量为炉内钢液量的30 左右 勤观察 勤捣料 不允许炉内出现 搭棚 及时在钢液表面覆加保温材料 减少热量损失 要求保温材料覆盖钢液面的80 以上 未加入炉内的炉料 放在炉边或炉台上 进行预热烘烤 采用热炉 连续生产 每次出炉后 炉内预留起熔块 为下次开炉做好准备 2020 2 27 42 1 5原始操作记录 操作记录是生产活动的反映 是操作水平 企业管理水平的重要标志 为提高产品质量 工艺改革及进行质量分析提供有效的数据 操作记录应包括以下内容 1 开炉前后检查柑竭尺寸变化 是否存在裂纹或局部损坏 各电器设备的可靠性 冷却水路是否畅通 2 装料操作大 中 小炉料的配比及炉内安放位置 生铁用量 3 供电记录整个熔炼过程中的供电制度 4 冶炼操作每次炉料加人重量 取样时间 炉前化验成分 铁合金加入量 出钢时间 出钢温度及操作过程出现的故障 2020 2 27 43 1 6合金加入量计算 A合金元素收得率用于合金化的合金元素 加入钢中后 其中有一部分与钢液中的氧发生脱氧反应 一部分与炉渣中氧化铁发生反应 生成氧化物而消耗掉 其余部分为钢液所吸收 成为钢的合金成分 被钢液吸收的合金元素的重量与该元素加入总量之比称为合金收得率 教材 P167 P268 272 2020 2 27 44 A合金元素收得率 影响合金收得率的因素 1 钢液的含氧量 钢液的含氧量直接影响合金元素的烧损 钢液含氧量高 合金回收率低 因此合金加入前钢液要进行脱氧 炉渣中FeO含量是衡量钢液中含氧量的标志 渣中FeO含量高合金回收率低 2 炉渣的粘度和渣量 有些铁合金的密度比铁小 加入炉内后浮在渣一钢界面上 如炉渣过于粘稠或渣量过大 不利于合金元素进入钢液 而降低合金元素的回收率 3 炉渣的碱度 Al Ti B 稀土元素等与氧亲和力特别大的元素合金化时 炉渣的碱度影响它们的回收率 这些元素可以还原渣中的SiO2等氧化物 这些元素被消耗一部分 而导致合金回收率降低 碱度高渣中SiO2被还原的少 碱度低渣中SiO2易被还原 故碱度高Al Ti B 稀土元素的回收率高 碱度低它们的回收率低 4 合金元素的加入量 合金加入量大回收率高 合金加入量小回收率低 5 坩埚的材质 酸性坩埚冶炼含Al Ti钢时 Al Ti的烧损大 回收率比碱性坩埚低 酸性蚶埚中锰的回收率也比碱性坩埚低 6 钢液的温度 钢液的温度高合金烧损大 回收率低 2020 2 27 45 A合金元素收得率 由于使用坩埚的不同 铁合金的加入时间及合金元素收得率也不相同 表6分别列出了碱性和中性电炉采用不氧化法工艺时的铁合金加入时间及合金元素收得率 2020 2 27 46 表6碱 中性电炉不氧化法的铁合金加入时间及收得率 2020 2 27 47 B合金加入量计算方法 1 单元素低合金 4 加入量的计算 当合金加入量少时 可不计铁合金料加入后使钢液增重产生的影响 式中 钢液量 装入量 收得率 2020 2 27 48 B合金加入量计算方法 例 冶炼45钢 出钢量为25800kg 钢中残锰量为0 15 控制含锰量为0 65 锰铁含锰量68 锰铁中锰收得率为98 求锰铁加入量 解 kg验算 2020 2 27 49 B合金加入量计算方法 2 单元素高合金 4 加入量的计算 由于铁合金加入量大 加入后钢液明显增重 故应考虑钢液增重产生的影响 此计算式 减本身法 为 在实际生产中合金加入量在2 以上时应按高合金加入量计算 本式也适用于低合金加入量的计算 2020 2 27 50 B合金加入量计算方法 例 冶炼1Cr13不锈钢 钢液量为10000kg 炉中含铬量为10 控制含铬量为13 铬铁含铬量为65 铬收得率为96 求铬铁加入量 解 kg验算 2020 2 27 51 B合金加入量计算方法 3 多元素高合金加入量的计算 加入的合金元素在二种或二种以上 合金成分的总量已达到中 高合金的范围 加入一种合金元素对其它元索在钢中的含量都有影响 采用简单地分别计算是达不到要求的 现场常用补加系数法进行计算 调整某一钢种化学成分时 铁合金补加系数是 单位质量的不含合金元素的钢水 在用该成分的铁合金化成该钢种要求成分时 所应加入的铁合金量 2020 2 27 52 B合金加入量计算方法 补加系数法计算共分六步 1 求炉内钢液量 钢液量 装料量 收得率 其中收得率为95 97 2 求加入合金料初步用量和初步总用量 3 求合金料比分 把化学成分规格含量 换成相应合金料占有百分数 4 求纯钢液比分 补加系数 纯钢液占有量 100 各项合金占有量之和 5 求补加量 用单元素低合金公式分别求出各种铁合金的补加量 6 求合金料用量及总用量 2020 2 27 53 B合金加入量计算方法 例 冶炼W18Cr4V高速工具钢 装料量为10t 其他数据 求各种合金料用量 2020 2 27 54 B合金加入量计算方法 解 1 求炉内钢液量 钢液量 10000 97 9700kg2 求合金料初步用量 合金料初步总用量 73 125 139 337kg 2020 2 27 55 B合金加入量计算方法 3 求合金料比分 纯钢液占有量 100 22 8 6 2 9 68 3 2020 2 27 56 B合金加入量计算方法 4 求补加系数 补加系数 即纯钢液的合金成分占有量 2020 2 27 57 B合金加入量计算方法 5 求补加合金料量 Fe W337 0 334 112 5kgFe Cr337 0 088 29 5kgFe V337 0 043 14 5kg合计112 5 29 5 14 5 156 5kg最终钢液量 9700 337 156 5 10193 5kg6 求各合金料加入总量 Fe W73 112 5 185 5kgFe Cr125 29 5 154 5kgFe V139 14 5 153 5kg 2020 2 27 58 B合金加入量计算方法 验算 验算证明上述补加合金料的计算是正确的 同样可验算校核钢中铬 钒的含量 采用补加系数法计算多元高合金料加入量 生产中只要知道合金成分含量 补加系数可以事先计算好 其它几步计算会很快得出结果 2020 2 27 59 B合金加入量计算方法 4 联合计算法 配制一种含碳的铁合金料 要求这种合金料的碳含量与合金元素含量同时满足该钢种规格要求的计算 称为联合计算法 联合计算既能满足钢种配碳量的要求 又能使用廉价的高碳合金料以降低钢的生产成本 在特钢生产中是一种合金料加入量的重要计算方法 2020 2 27 60 B合金加入量计算方法 例 钢液量为15t 钢液中含铬量为10 含碳量为0 20 现有高碳铬铁含铬量为65 含碳量为7 低碳铬铁含铬量为62 含碳量为0 42 要求控制钢液中含铬量为13 含碳量为0 4 求高碳铬铁和低碳铬铁用量 解 设加入高碳铬铁为kg 低碳铬铁为kg 65 62 15000 13 10 13 7 0 4 15000 0 4 0 2 0 4 2020 2 27 61 B合金加入量计算方法 在计算铁合金加入量的同时 还要考虑铁合金加入后 钢液含碳量的变化 如果钢液含碳量低 允许采用烘烤过的优质生铁增碳 铁合金 生铁调整钢液含碳量的计算公式如下 2020 2 27 62 C精炼期合金元素高出规格时处理方法 感应炉炼钢精炼期钢液中合金元素高出规格时采取冲淡法调整 在仔细计算后 补加工业纯铁 增加钢液量 并相应地补加其他合金元素 拉低该合金元素到规格以内 例 感应炉坩埚容量110kg 冶炼1Cr18Ni9Ti钢 炉内钢水100kg 精炼期炉内钢水分析成分见下表 表中Cr高于控制成分 Ni低于控制成分 为了使其达到控制成分 应补加工业纯铁及合金各需多少 2020 2 27 63 例 2020 2 27 64 解 1 计算必须增加的钢液量 坩埚容量110kg 现有钢液100kg 可以再加入8 33kg炉料 2 计算平衡100kg钢液需要补加的合金 镍 2020 2 27 65 3 计算平衡8 33kg钢液相应的合金加入量 镍硅铁金属锰钛铁 2020 2 27 66 总共需加镍0 81 0 83 1 64kg硅铁0 08kg金属锰0 13kg钛铁0 23kg需加工业纯铁8 33 1 64 0 08 0 13 0 23 6 25kg出钢量100 1 64 0 81 0 13 0 23 6 25 108 33kg 2020 2 27 67 验算 钢中铬钢中镍钢中硅钢中锰钢中钛如果合金成分高出规格较多 补加炉料量较大 出钢量增加较大 坩埚容纳不下 则应先倒出部分钢液 再按上述计算方法计算各种炉料的补加量 将该元素拉低到控制成分 2020 2 27 68 1 7中性感应电炉不氧化法炼钢工艺简介 以碳钢中性感应电炉不氧化法炼钢工艺为例进行叙述 见表7 表7 2020 2 27 69 2碱性坩埚氧化法熔炼工艺 氧化法主要熔炼碳素钢和低合金钢及锰钢 碱性坩埚氧化法熔炼主要用矿石和吹氧联合氧化 整个过程包括 装料 熔化 氧化 精炼 合金化 出钢浇注等 与熔化法相比 只有装料和氧化两个差别 其余过程相同 下面仅叙述装料和氧化两个过程 氧化法熔炼工艺对炉料的要求比熔化法低 可以利用较便宜的钢料 对碳含量要求不严 配料中可增加0 20 0 30 的碳含量 增加0 15 的硅含量 磷含量可以超过上限 配料中铬 钡等合金元素尽可能低 以免氧化浪费掉 在装料前 坩埚底部装入3 左右的石灰萤石渣料及占渣料重量20 30 的铁矿石 装料的其他方面与熔化法相同 2020 2 27 70 2碱性坩埚氧化法熔炼工艺 氧化期的主要任务是脱碳 脱磷和降低气体含量 氧化法操作时 要求有0 20 0 30 的脱碳量 其目的是利用脱碳反应产物CO气泡溢出时形成的钢液沸腾 达到去除气体的目的 氧化期吹氧时 渣的流动性要好 炉温在1550 左右 吹氧时要停电 氧气压力控制在0 25MPa左右 插入深度在坩埚的中上部 并不断调整位置 当氧化期结束后 要另换新渣精炼 2020 2 27 71 2 1脱碳 碳的氧化反应 C O CO g 发生在钢液内部 C 1 2O2 CO g 发生在氧气流与钢液界面处 C FeO Fe CO g 发生在钢渣界面处 促进反应进行的条件 渣中FeO含量高 吹氧强度大 钢液温度高 钢液中对氧亲和力大的元素要少 2020 2 27 72 2 2脱磷 脱磷是氧化法熔炼的最大优点 感应炉内脱磷反应如下 2 5 P O 1 5 P2O5 发生在钢液内部 4 5 P O2 2 5 P2O5 发生在氧气流与钢液界面处 2 P 5 FeO 5Fe P2O5 发生在钢渣界面处 反应产物P2O5进入熔渣后 与渣中CaO形成稳定的复合氧化物 将P2O5固定在熔渣中 P2O5 3 CaO 3CaO P2O5脱磷的有利条件如下 1 渣中有一定量的氧化铁 当含量在14 16 范围内 脱磷效果最好 2 渣碱度要高 CaO含量要高 w CaO w SiO2 4 3 渣碱度要大 可占钢液4 左右 4 脱磷反应是放热反应 脱磷温度应适当降低 2020 2 27 73 3酸性坩埚熔炼工艺 酸性坩埚熔炼时 使用含SiO260 70 的酸性渣 酸性坩埚的熔炼优点 炉衬的使用寿命长 钢中气体含量低 钢液具有较高的流动性 容易充填铸型 电效率高 酸性坩埚的熔炼缺点 精炼能力差 不能脱硫 脱磷等 不能熔炼含有对氧亲和力比硅大的合金元素的钢和合金 钢中硅含量不易控制 以上特点使酸性感应炉只是在铸造中得到较多应用 2020 2 27 74 表8酸性电炉不氧化法的铁合金加入时间及收得率 2020 2 27 75 三 中频感应炉熔炼用渣 尽管感应炉熔炼时 熔渣温度低 渣量少 但渣对感应熔炼是必不可少的 它保护钢液 减少大气污染 减少钢液热辐射损失 利用渣脱氧 脱硫 脱碳 去夹杂等 感应炉熔炼不同合金用的碱性渣 中性渣和酸性渣成分列于下表 实际成分比表中复杂 应根据不同熔炼特点进行调整 感应炉熔炼用的造渣材料包括石灰 萤石 石英砂等 2020 2 27 76 2020 2 27 77 1渣系 感应炉冶炼根据冶炼方法的不同和冶炼钢种的不同而采用不同渣系的炉渣 1 碱性冶炼法一般通用CaO CaF2系碱性渣 CaO60 70 CaF230 40 2 酸性冶炼法一般通用普通窗玻璃碎片造酸性渣 3 冶炼高铝钢用CaO Al2O3系中性渣 4 冶炼高硅钢用CaO SiO2系中性渣 5 冶炼高温合金用CaO CaF2系碱性渣 6 冶炼高铝合金可用食盐或冰晶石造渣 2020 2 27 78 2造渣方法 感应炉熔炼的造渣方法有单渣法和双渣法 单渣法是从熔化到出钢不换渣 它适用于熔化法 便于回收渣中的合金元素 节能和节约时间 缺点是脱硫能力差 双渣法是熔清后除渣 然后另造新渣 直到出钢 双渣法渣量大 吸收的杂质与非金属夹杂物数量多 有利脱硫 缺点是延长了熔炼时间 增加了电耗 不能充分回收渣中的合金元素 2020 2 27 79 3造渣技术 感应炉冶炼由于炉渣温度低 选择炉渣应特别注意选用低熔点 流动性良好的炉渣 酸性坩埚冶炼时多用普通窗玻璃造渣 在碱性坩埚中 造渣材料可用CaO55 65 CaF238 40 MgO5 7 或CaO70 CaF230 冶炼S P规格较宽而不含Al Ti的钢中 可造CaO45 CaF210 火砖粉40 MgO5 的中性渣 此渣熔点低 反应快 侵蚀性不强 坩埚寿命长 冶炼过程中 应随时调整炉渣 造成的渣子应非常活跃 有一定粘度 炉渣太粘 精炼反应进行不好 而炉渣过稀 金属液吸气量增加 又会加剧坩埚的侵蚀 这对冶炼工作都是不利的 2020 2 27 80 3造渣技术 感应炉精炼期渣量要适量 应能覆盖钢液 渣量过少 不能充分覆盖钢液 而使钢液吸气 和被空气氧化 渣量过多 则增大热能消耗和金属损失 感应炉坩埚中钢液的深度和直径的比值较大可以减少渣量 但由于电磁力作用产生驼峰现象 使中部钢液凸起 又需增加渣量 实际生产中感应炉精炼期渣量一般控制在钢液量的2 3 左右 当脱硫任务重时 可适当增加渣量 2020 2 27 81 四 常见问题的处理及预防 在生产过程中 可能会出现各种问题 从而影响正常生产的顺利进行 因此必须及时予以处理 1炉前化学成分超标 1 处理方法处理化学成分超标 首先要计算出所需要补加的铁合金重量 然后加入炉内 如果此时炉内钢液已满 则需要先倒出相应的钢液 然后再加入需补加的合金 但同时还要考虑因补加合金或炉料而对炉内钢液其他成分的影响 并采取相应的措施 确保炉内钢液成分满足要求 2 预防措施见PPT P26 化学成分控制 2020 2 27 82 2炉料搭棚 1 处理方法用工具挑开或捣断搭棚的金属炉料 用气割枪割断搭棚的金属炉料 倾斜电炉炉体使已熔金属料至搭棚处 逐步熔化 2 预防措施生产前 对大 长型废钢和轻薄料以及铁合金预先处理 方便下料 装料时 合理搭配大 中 小炉料配比 保证炉料顺利熔塌 加料时勤捣料 使炉料顺利入炉 2020 2 27 83 3钢液结壳 钢液结壳是由于操作不当而造成的 并且是十分危险的 如不迅速处理 会造成大的事故 钢液结壳一般分为轻度结壳和严重结壳两种 1 处理方法钢液轻度结壳时 可用工具将结壳层捣开 再将结壳推入炉内 处理严重结壳时 首先用工具将结壳层捣开或用气割枪割开 然后倾斜电炉炉体使已熔钢液至金属结壳处 利用已熔钢液逐步熔化 2 预防措施每次加料量不允许加得太多 以防止炉内钢液温度降得太大 而造成钢液结壳 避免在操作过程中出现较长时间的低功率操作 2020 2 27 84 4座炉 座炉是因冶炼过程意外停电造成的 根据冶炼时炉内钢液的高度 通常将座炉分为两类 一般座炉和严重座炉 前者指炉内座炉钢液高度低于坩埚高度70 其特征为 表面结壳现象较轻 结壳层较薄 可用工具捣开 后者是指炉内座炉钢液高度大于坩埚高度70 其特征为 表面结壳现象较重 结壳层较厚 2020 2 27 85 5座炉 1 处理方法 采用逐步升温工艺处理坩埚使用前期或中期出现的座炉 其工艺要点是 充分利用晶闸管感应电炉具有重载启动的特点 在初始功率的选择上及每一功率段保持时间的确定上 应充分考虑炉衬的膨胀状况 使炉衬的膨胀基本上接近座炉钢块的膨胀速率 在达到较高功率段时 应适当延长该功率段的保持时间 使坩埚上的缝隙减少 直至消失 然后才允许进一步提高送电功率 最后将炉料熔化 对坩埚使用到后期出现的座炉 由于此时炉衬较薄 从安全生产考虑 宜打掉炉衬 取出金属料块 2 预防措施防止冶炼过程中的意外停电 2020 2 27 86 6穿炉 1 处理方法断电并迅速倒出炉内钢液 2 预防措施生产中勤观察炉衬状况 尤其是炉子使用到后期时 一旦炉衬出现亮红 应立即停炉 每次停炉后 对炉衬被侵蚀严重的部位进行修补 安装报警系统 2020 2 27 87 7冷却水不通 1 处理方法 控制系统冷却水不通 立即停炉 用压缩空气将其清理畅通 同时向炉内撒加保温材料以覆盖钢液 减小钢液结壳的严重程度 待管路畅通后 继续开炉生产 感应圈内冷却水不通 立即停炉 倒掉炉内钢液 待炉体冷却后 用压缩空气或稀酸溶液将其清理畅通 2 预防措施平时注意观察各冷却管路中冷却水的流量变化 定期用压缩空气或稀酸溶液进行清理 保持其畅通 保持冷却水的清洁和干净 对硬水进行软化处理 2020 2 27 88 8水泵无法运转 1 处理方法迅速启动备用水泵 继续开炉生产 若无备用水泵 则应断电停炉 倾出炉内钢液 同时打开备用冷却水箱阀门 冷却炉体 2 预防措施对水泵应经常维护和保养 2020 2 27 89 9电动倾炉机构失灵 1 处理方法采用手动倾炉机构 待生产结束后 对其进行修理 2 预防措施平时应经常维护和保养 生产前检查各电器开关的灵敏性 2020 2 27 90 10浇包包壁出现亮红 1 处理方法迅速将包内钢液浇注完毕或倒掉 用修补料趁热对亮红处进行修补后 方可继续使用 待浇注完毕后 再做进一步的处理 2 预防措施生产前对浇包包衬减薄处予以修补 出钢过程中 避免钢液反复冲刷浇包包壁的某一区域 2020 2 27 91 11穿包 1 处理方法倒掉包内钢液 使用新包进行生产 2 预防措施生产前对浇包包衬减薄处予以修补 出钢过程中 避免钢液反复冲刷浇包包壁的某一区域 2020 2 27 92 五 炼钢工的安全操作法 1 开炉前应通知中频机组操作人员起动机组 同时应检查炉体 冷却水系统 中频电源开关 倾炉机械和吊包运行轨道等是否正常 地沟盖板是否缺损 盖好 2 在中频机组启动完毕之后 方可送电开炉 3 开炉时 需先将炉料放入炉膛 开放冷却水后 才能合上中频电源开关 停炉时 断开中频电源后 方可通知中频机组停机 冷却水应继续保持15分钟 4 炉料中不得混有密闭容器 管子或其它易爆炸物 炉料必须干燥 不带水或冰 雪块 装填炉料时 不准用锤子猛打 应轻放 轻敲以免损坏炉膛 炉膛烧损减薄超过规定时 应停炉修理 5 工具应放在指定地点 使用时应事先烘烤干燥 2020 2 27 93 五 炼钢工的安全操作法 6 炼合金钢加入合金材料时 应在预热后用钳子夹住 缓慢 分批加入 加入时操作者脸部应避开炉口 7 倾侧炉体将钢水注入浇包时应先停电 然后操纵机械缓慢倾注 浇包必须经过烘烤干燥 炉前坑内不准有积水 8 取试样要注意周围人员 以免钢花烫人 9 电气线路有故障时应及时检修 检查地沟 感应圈 冷却水管和其它电器时 要注意防止自身及其它人员触电 10 吊运浇包不应速度太快 钢水不应装得过满 应离浇包沿口一定距离 11 发现停水 漏炉 感应圈绝缘层破裂和漏水时 应立即停炉检修 12 中频炉拆炉时 要上下照应 互相配合 拆装时要有专人指挥 13 停炉后必须切断电源总开关 关闭水阀门后方可离去 2020 2 27 94 六 中频感应炉生产的节电途