酸性感應(yīng)電爐煉鋼技術(shù)

鄒榮劍（重慶大江信達(dá)車(chē)輛股份有限公司 鑄造公司，重慶 401321）

酸性感應(yīng)電爐煉鋼技術(shù)

鄒榮劍（重慶大江信達(dá)車(chē)輛股份有限公司 鑄造公司，重慶 401321）

利用感應(yīng)電爐熔煉周期短、熱效率高、操作簡(jiǎn)單且合金燒損較少的特點(diǎn)，通過(guò)控制廢鋼種類(lèi)，在6t酸性感應(yīng)電爐上冶煉ZG 270-500、ZG 310-570等多種牌號(hào)的鑄鋼產(chǎn)品，其力學(xué)性能均超過(guò)了其相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求，取得了較好的效果。

感應(yīng)電爐；酸性爐襯；煉鋼；氧化沸騰

由于感應(yīng)電爐煉鋼具有熔煉周期短、熱效率高、操作簡(jiǎn)單且合金燒損較少以及環(huán)保的特點(diǎn)，在鑄造行業(yè)使用越來(lái)越普遍。但實(shí)際生產(chǎn)中感應(yīng)電爐煉鋼主要集中在冶煉噸位1.5t以下，噸位超過(guò)5t的感應(yīng)電爐煉鋼還較少，特別是大噸位的酸性感應(yīng)電爐就更少了。我公司結(jié)合多年的酸性感應(yīng)電爐經(jīng)驗(yàn)，在6t酸性感應(yīng)電爐上冶煉ZG270-500、ZG310-570等多種牌號(hào)的鑄鋼件，取得了較好的效果。

1 感應(yīng)電爐煉鋼的原理及特點(diǎn)

熔煉金屬用的感應(yīng)電爐一般有有芯感應(yīng)電爐和無(wú)芯感應(yīng)電爐兩種：有芯感應(yīng)電爐一般用于鑄鐵和非鐵合金的熔煉，而無(wú)芯感應(yīng)電爐主要用于鑄鐵、鑄鋼和高溫合金的熔煉。依照坩堝材料的不同，可分為酸性感應(yīng)電爐和堿性感應(yīng)電爐：酸性感應(yīng)電爐的坩堝是用硅砂筑成的，堿性感應(yīng)電爐的坩堝是用鎂砂筑成的。

感應(yīng)電爐煉鋼由于整個(gè)熔煉過(guò)程中金屬液自始至終處于強(qiáng)烈的電磁攪拌中，因而終點(diǎn)成分均勻度高，宏觀(guān)偏析小，而且易于各類(lèi)夾雜物的上浮，可以得到基體比較純凈、成分比較均勻的鋼液。另外，與電弧爐煉鋼相比：感應(yīng)電爐利用電磁感應(yīng)原理使?fàn)t料本體發(fā)熱，具有發(fā)熱快、熔煉周期短、熱效率高等特點(diǎn)；由于加熱能源清潔，加熱過(guò)程中沒(méi)有大量的火焰和氣體放出，污染??；由于沒(méi)有電弧的超高溫作用，使得鋼中元素的燒損率較低。

2 感應(yīng)電爐煉鋼的工藝思路

2.1 具有穩(wěn)定化學(xué)成分的爐料

由于酸性爐襯限制了渣的堿度，一般的酸性渣不能很好地完成脫硫和脫磷，因此感應(yīng)電爐煉鋼所用廢鋼和回爐料，其成分應(yīng)接近鋼液的終點(diǎn)成分，所用爐料必須是低碳低硫的，一般應(yīng)低于合金的規(guī)定上限0.005%～0.01%。除了化學(xué)成分要符合要求外，還應(yīng)具有適當(dāng)?shù)某叽?，使?fàn)t料能夠有效加熱。在實(shí)際操作中可用一些碎料充填空隙，以提高坩堝內(nèi)爐料的致密度。酸性感應(yīng)電爐煉鋼雖然也可以通過(guò)用氧化法來(lái)消化價(jià)格更低的廢鋼，但實(shí)踐證明并不經(jīng)濟(jì)，因?yàn)檫@樣不僅大大縮短了爐齡，降低了工藝穩(wěn)定性，還延長(zhǎng)了熔煉周期，增加了生產(chǎn)成本和能源消耗。

2.2 氧化沸騰是必要的工藝手段

各種爐型的煉鋼工藝都有各自不同形式的氧化期操作，或是吹氧或是加礦石，都是原始的氧化氣氛不夠而刻意營(yíng)造以達(dá)到工藝的目的。而中頻感應(yīng)電爐本來(lái)就有氧化性氣氛，為此很多工藝在熔煉各期都分別有造渣操作，其工藝意圖也有隔絕大氣氣氛的因素。也有的工藝規(guī)定各類(lèi)爐料必須經(jīng)過(guò)表面處理，以去除氧化皮和油污，也有隔絕氧化氣氛的目的。于是在感應(yīng)電爐熔煉工藝制訂中出現(xiàn)了這樣一個(gè)現(xiàn)象，先是通過(guò)具體的工藝措施努力隔絕各類(lèi)氧化介質(zhì)，然后為了改善材質(zhì)為了沸騰，再通過(guò)具體的工藝措施比如加礦石來(lái)營(yíng)造氧化性氣氛，而且加入的礦石的化學(xué)成分遠(yuǎn)比本來(lái)爐料的氧化皮有害，豈不多此一舉。

2.3 感應(yīng)電爐煉鋼造渣工藝

我們知道煉鋼就要煉渣，只要渣煉好了鋼也就差不多了，這種說(shuō)法對(duì)原始爐料與終點(diǎn)要求有很大距離的情況非常適宜。酸性感應(yīng)電爐煉鋼由于使用的爐料成分與鋼液終點(diǎn)成分接近，在這種情況下，沒(méi)有必要教條地強(qiáng)調(diào)煉渣。按酸性感應(yīng)電爐煉鋼的要求，熔化期不必造渣，以充分利用此時(shí)的氧化氣氛，充分氧化，得到沸騰[2]。還原期的造渣操作應(yīng)按還原期要完成的任務(wù)而操作。還原期的主要任務(wù)有四個(gè)方面：一是升溫，二是脫氧，三是脫硫，四是調(diào)整成分。在爐前化驗(yàn)確認(rèn)各項(xiàng)成分已經(jīng)達(dá)到要求的情況下，造渣的唯一任務(wù)是擴(kuò)散脫氧。

3 我公司6t酸性感應(yīng)電爐煉鋼實(shí)例

3.1 冶煉條件

我公司采用6t酸性感應(yīng)電爐冶煉ZG270-500、ZG310-570等鋼種，其材料性能超過(guò)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，完全能夠滿(mǎn)足鑄件要求。

冶煉設(shè)備為6t變頻感應(yīng)電爐，爐襯為酸性爐襯材料，其最高耐火度為1650～1700℃。所用爐料必須是低碳低硫的廢鋼，其合金含量一般應(yīng)低于鋼液終成分合金含量上限0.005%～0.01%，而且塊度的最大尺寸不得大于爐膛直徑的三分之二。廢鋼種類(lèi)主要為優(yōu)質(zhì)碳素鋼，比如碳素鋼鍛邊料、碳素鋼料頭、汽車(chē)覆蓋件邊料打成的壓塊、本鋼種回爐料等，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 廢鋼化學(xué)成分

3.2 冶煉過(guò)程

酸性感應(yīng)電爐煉鋼冶煉過(guò)程包括打結(jié)（或修補(bǔ)）坩堝、裝料、熔化、脫氧和出鋼等?，F(xiàn)就本公司6t酸性變頻感應(yīng)電爐煉鋼的實(shí)際操作介紹如下。

（1）爐襯材料的選擇 酸性感應(yīng)電爐的坩堝用材料為精制硅砂，其主要成分為SiO2，耐火度高達(dá)1720℃。為確保感應(yīng)電爐爐襯材料的耐火度，我公司選用的爐襯材料為牌號(hào)為YSS-170F7的酸性筑爐材料，并按其工藝進(jìn)行打結(jié)和烘烤。新筑爐的前三爐不煉鋼。

（2）裝料 裝料時(shí)先在坩堝底裝入占爐料重1%的熔劑。把大塊爐料裝在坩堝壁附近，小塊料裝在中間部分和爐底，在大塊料的間隙中間必須用小塊料充填。上部爐料不能超過(guò)感應(yīng)器高度，長(zhǎng)棒形爐料應(yīng)豎直裝入坩堝，力求做到下緊上松，避免爐料“架橋”而不能順利下降。

表2 爐料配比工藝要求

表3 各類(lèi)廢鋼的比例

（3）熔化 爐料裝好后即可送電熔化。開(kāi)始送電幾分鐘用較低功率（40%～60%），當(dāng)電流波動(dòng)較小后，采用大功率，直至爐料全部熔清。在熔化過(guò)程中應(yīng)經(jīng)常用爐釬捅料，防止發(fā)生“架橋”。

（4）造渣 造渣應(yīng)在爐料全部熔化前進(jìn)行，以免鋼液嚴(yán)重氧化。當(dāng)大部分爐料熔化后，加入造渣材料。造渣材料的配比為：造型用新砂65%，碎石灰25%，螢石粉10%。渣料應(yīng)預(yù)先烘干，以免鋼液增氫?；蛘咴跔t料全部熔化完后，使用碎玻璃進(jìn)行造渣。爐料熔清后，爐渣覆蓋住鋼液表面。當(dāng)溫度升到1500℃左右時(shí)，扒掉爐渣，取樣進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)；然后重新覆蓋復(fù)合保濕覆蓋劑。待化學(xué)成分分析結(jié)果出來(lái)后，對(duì)其合金含量進(jìn)行調(diào)整，主要以補(bǔ)加合金為主。根據(jù)爐前鋼樣分析結(jié)果，加入合金對(duì)化學(xué)成分進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)用煉鋼生鐵或者石墨增碳劑對(duì)C成分進(jìn)行調(diào)整。用石墨增碳劑調(diào)整時(shí)，增碳應(yīng)不大于0.03%。成分均勻后，再次取樣分析化學(xué)成分。

（5）脫氧 測(cè)量鋼液溫度，做收縮試樣，檢查鋼液的脫氧情況。當(dāng)鋼液溫度達(dá)到澆注溫度+100℃時(shí)，加入硅鐵、錳鐵各0.10%，鎮(zhèn)靜1min，插鋁0.8kg/t鋼進(jìn)行終脫氧，然后出鋼進(jìn)行澆注。

3.3 效果分析

我廠(chǎng)應(yīng)用非氧化法煉鋼工藝進(jìn)行ZG270－500鑄鋼件的生產(chǎn)，通過(guò)試制和批量生產(chǎn)，其力學(xué)性能均能夠滿(mǎn)足要求，其相應(yīng)爐次的分析結(jié)果見(jiàn)表4。通過(guò)實(shí)際的力學(xué)性能結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)相比（表5）表明，用非氧化法煉鋼工藝熔煉的材料的力學(xué)性能較高，其平均值達(dá)到了ZG310-570的性能，其中有50%的爐次其力學(xué)性能都達(dá)到了ZG310-570的性能要求。采用酸性感應(yīng)電爐非氧化法煉鋼，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單穩(wěn)定，能有效提高材料性能，很適應(yīng)中小規(guī)模鑄造廠(chǎng)生產(chǎn)鑄鋼產(chǎn)品。我廠(chǎng)已將這種工藝方法應(yīng)用于ZG230-450，ZG270-500，ZG310-570等多種材料的熔煉，得到了很好的效果。

4 結(jié)論

通過(guò)我公司6t酸性感應(yīng)電爐冶煉ZG270-500鑄鋼產(chǎn)品的實(shí)例，說(shuō)明了酸性感應(yīng)電爐煉鋼在大噸位感應(yīng)電爐上是可行的，而且其力學(xué)性能較高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。酸性感應(yīng)電爐煉鋼操作中應(yīng)做好以下幾個(gè)方面的工作：

表4 ZG270-500鑄鋼實(shí)際冶煉結(jié)果

表5 實(shí)際結(jié)果與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

（1）選擇合適的爐料，所用廢鋼的化學(xué)成分應(yīng)接近所煉鋼液的終點(diǎn)成分，其塊度的最大尺寸不得超過(guò)感應(yīng)電爐爐膛直徑的三分之二。

（2）靠爐料自身特點(diǎn)形成氧化性氣氛，不需要通過(guò)吹氧、加礦石的方法營(yíng)造氧化性氣氛。

（3）酸性感應(yīng)電爐煉鋼也需要有造渣過(guò)程，但這一過(guò)程有別于電弧爐煉鋼，酸性感應(yīng)電爐煉鋼所造渣為酸性渣。

[1] 唐玉林.圣泉鑄工手冊(cè)[M].沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社，1999，10：489～492.

[2] 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)鑄造分會(huì).鑄造手冊(cè)第二卷：鑄鋼[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002，2.

Steel-Making Technology with Acid Induction Furnace

ZOU RongJian
（Casting Branch Dajiang Xinda Vehicle Co.Ltd.，Chongqing 401321，Chongqing China）

With short melting cycle，high thermal efficiency，simple operation and fewer alloy loss by burning，induction furnace has been used to produce cast steel as ZG270-500，ZG310-570 in acid with non-oxo-process steel-making，and with control of scrap steel type，products mechanics properties have surpassed corresponding standard requirements with good effect.

Induction furnace；Electric stove of acid reaction；Steel-making；Oxidize and seethe with excitement

TG 243；

B

1006-9658（2011）01-3

2010－08－31

2010－129

鄒榮劍（1974-），男，工程師，主要從事鑄鐵熔煉技術(shù)工作和質(zhì)量管理工作