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中頻爐在鑄鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用
您的位置： 中頻爐|感應(yīng)加熱|熔鋼爐|熔鋁爐|熔銅爐|熔鉛爐|洛陽萬峰工業(yè)爐有限公司-技術(shù)支持中頻爐在鑄鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用
廠家：中頻爐在鑄鋼生產(chǎn)中的應(yīng)用 日期：：2019-12-28 瀏覽次數(shù)： 132
評述了中頻爐在鑄鋼熔煉中的基本經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，中頻爐作為獨(dú)立煉鋼工序的優(yōu)缺點(diǎn)和冶煉特殊合金方面的優(yōu)越性。作為前道工序，中頻爐與精煉設(shè)備如LF爐、AOD爐、VOD爐聯(lián)合使用，廣泛應(yīng)用于鑄鋼生產(chǎn)。生產(chǎn)實(shí)踐證明，中頻爐在鑄鋼領(lǐng)域有著重要作用。
1890年瑞典人發(fā)明了世界上最早的中頻爐。中頻爐是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理對金屬進(jìn)行感應(yīng)加熱或熔化的設(shè)備[1-2]。中頻爐主要由中頻電源、爐體及補(bǔ)償電容器組三大部分組成[3]。中頻爐的出現(xiàn)促進(jìn)了特殊鋼和特種合金的發(fā)展，也廣泛應(yīng)用在鑄鐵、有色金屬冶煉領(lǐng)域。中頻爐已成為冶煉金屬的重要分支，在鑄鋼熔煉中廣泛應(yīng)用。中頻爐熔煉效率高，元素?zé)龘p少，收得率穩(wěn)定，溫度易控制，操作方便，污染小，能夠熔煉不同金屬液。同時(shí)中頻感應(yīng)爐在環(huán)境保護(hù)、材料成分調(diào)整、組織生產(chǎn)等方面優(yōu)勢較大。在電力、爐料滿足要求的情況下，中頻感應(yīng)爐在中小型和高附加值鑄件生產(chǎn)時(shí)是首選設(shè)備.
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鑄鍛類企業(yè)常以廢鋼為原材料，用電弧爐和中頻爐生產(chǎn)不同種類鑄件和鍛件坯料。近年來，我國鋼鐵產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，導(dǎo)致鑄鍛類企業(yè)競爭更為激烈。各企業(yè)都在努力降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量，爭取在激烈的市場競爭中處于有利地位。中頻爐和電弧爐哪種冶煉方式更經(jīng)濟(jì)，引起冶煉人員的思考。多年生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，中頻爐冶煉鋼液成本低于電弧爐。以5噸中頻爐和電弧爐各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行比較，結(jié)果見表1
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中頻爐設(shè)備投資低于電弧爐，煉鋼成本比電弧爐噸鋼少120～220元。如果選擇20噸以下冶煉設(shè)備，單純從熔化角度看，中頻爐冶煉更經(jīng)濟(jì)。
中頻爐能夠冶煉不同鋼種，如碳素鋼、合金鋼和特殊鋼等。中頻爐煉鋼工藝主要包括配料、裝料、熔化、還原、合金化、出鋼等過程。以低碳不銹鋼為例簡要說明冶煉工藝要點(diǎn)。
冶煉工藝要點(diǎn)(1)配料。碳含量要比規(guī)格碳含量低0．004％～0．006％，主要因?yàn)橐睙掃^程會增碳。爐襯、鋼包、造渣石灰、測溫用的探頭都會引起增碳。(2)裝料。裝料要密實(shí)，先裝大塊料然后用小塊料充填，熔點(diǎn)高不易氧化合金先加入，易氧化合金脫氧后加入。(3)熔化。開始送電時(shí)，電流不穩(wěn)，只能低功率，待電流穩(wěn)定后調(diào)大功率。熔化過程中應(yīng)不斷調(diào)整電流量，以保證設(shè)備有較高的功率。熔化過程中及時(shí)搗料和加料，嚴(yán)格避免爐料搭橋和過氧化。熔化過程中發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)有鋼液出現(xiàn)，應(yīng)及時(shí)加渣料以防止鋼液氧化。(4)還原與合金化。爐料全部熔化后，采用硅鈣粉、鋁粉等還原劑擴(kuò)散脫氧，根據(jù)爐渣情況適當(dāng)加入螢石調(diào)整爐渣流動性。還原結(jié)束后，取樣分析，根據(jù)分析結(jié)果，補(bǔ)加合金，調(diào)整化學(xué)成分，完成合金化。(5)出鋼。出鋼時(shí)保證成分符合要求，根據(jù)鑄件大小形狀確定出鋼溫度，采用鋁屑1kg／t進(jìn)行終脫氧。
中頻爐冶煉缺點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)(1)中頻爐精煉能力較差，部分雜質(zhì)元素如P、As、Sn、sb、c、N、O、s、夾雜物等去除能力有限。生產(chǎn)對碳氮含量要求極低的超純鐵素體鋼十分困難。(2)中頻爐對原材的要求比電弧爐嚴(yán)格，原材料成本高。噸鋼用電較電弧爐高。(3)中頻爐冶煉鋼液中的夾雜物比電弧爐高，要采用精料才能生產(chǎn)高質(zhì)量鋼。(4)中頻爐比電弧爐設(shè)備投入少，污染小，勞動環(huán)境好。比電弧爐生產(chǎn)靈活，適用小重量鑄件的生產(chǎn)。(5)中頻爐適合采用返回料生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高。與電弧爐冶煉相比，中頻爐熔化返回料時(shí)，合金元素氧化損失比電弧爐小，可以充分回收返回料中的合金元素，對節(jié)約資源、降低成本具有重要意義。(6)中頻爐冶煉時(shí)更容易控制合金成分和金屬液溫度。由于中頻爐電磁攪拌效果明顯，使合金元素分布均勻，分析結(jié)果準(zhǔn)確，為準(zhǔn)確調(diào)整成分創(chuàng)造有利條件。某些高溫合金含有容易氧化元素鋁、鈦，采用電弧爐冶煉，易氧化元素波動大很難準(zhǔn)確控制，采用中頻爐能夠精確控制易氧化元素，快速完成材料的復(fù)雜合金化，因此中頻爐廣泛用于生產(chǎn)特種合金。
中頻爐由于冶金手段單一，生產(chǎn)高品質(zhì)鋼時(shí)對原材料的質(zhì)量要求非常嚴(yán)格，對操作環(huán)境和工藝要求也很嚴(yán)格，如加密封蓋和通氬氣保護(hù)等措施熔煉特殊鋼和合金等。中頻爐如果作為冶煉前道工序，為精煉設(shè)備提供粗煉鋼液，那么就可以放寬對原材料質(zhì)量的要求。中頻爐通常與LF爐、AOD爐、VOD爐配合使用，可以雙聯(lián)也可以三聯(lián)精煉不同鋼種。
中頻爐和LF爐雙聯(lián)主要用于精煉碳鋼和低合金鋼等鑄件，中頻爐主要熔化爐料，提供粗煉鋼液。在LF爐內(nèi)完成合金化處理，調(diào)整成分，使其滿足鋼種成分要求，通過底吹氬氣，降低鋼液中氣體和夾雜物含量，通過電極加熱控制鋼液溫度。采用中頻爐和LF爐雙聯(lián)工藝生產(chǎn)的鋼液比單獨(dú)用中頻爐生產(chǎn)的要潔凈，夾雜物和氣體含量少。兩種方式生產(chǎn)的鋼液夾雜物和氣體含量如表2所示。
中頻爐和AOD爐雙聯(lián)可以用于精煉碳鋼、低合金鋼、不銹鋼和特種合金鑄件[o3。采用中頻爐和AOD爐雙聯(lián)工藝生產(chǎn)的不銹鋼比單獨(dú)用中頻爐生產(chǎn)的要潔凈，夾雜物和氣體含量少。兩種方式生產(chǎn)的zG06Cr13Ni4Mo不銹鋼夾雜物和氣體含量見表3。
中頻電爐+VOD爐雙聯(lián)可以生產(chǎn)不同種類碳鋼、低合金鋼和特殊鋼。冶煉過程主要有兩步，第一步，中頻爐熔化爐料提供粗煉鋼液。第二步，鋼液在VOD爐內(nèi)吹氧脫碳，真空除氣。VOD爐采用真空冶煉，鋼液中氣體含量低，鋼液質(zhì)量好，能夠生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼。采用中頻爐和VOD爐雙聯(lián)工藝生產(chǎn)的鋼液比單獨(dú)用中頻爐生產(chǎn)的要潔凈，夾雜物和氣體含量少。兩種方式生產(chǎn)的鋼液夾雜物和氣體含量如表4所示。
中頻電爐+LF爐+VOD爐精煉中頻爐+LF爐+VOD爐組成三聯(lián)冶煉方式，基本能夠生產(chǎn)所有鋼種，鋼液質(zhì)量好，能夠滿足高端裝備對材質(zhì)的嚴(yán)格要求。中頻電爐主要熔化爐料，LF爐主要承擔(dān)合金化，升溫，去硫等操作，VOD爐通過真空吹氧，主要承擔(dān)脫碳、除氣等任務(wù)。
相同大小的中頻電爐和電弧爐比較，在設(shè)備投資和冶煉成本方面，中頻電爐低于電弧爐。單純從熔化角度看，中頻電爐比電弧爐更經(jīng)濟(jì)。中頻電爐精煉能力不足，生產(chǎn)要求雜質(zhì)含量低的鋼十分困難，對原材料要求較高。但中頻爐生產(chǎn)靈活，適合中小型鑄件生產(chǎn)，采用精料也能生產(chǎn)高質(zhì)量鋼，生產(chǎn)效率高。中頻爐冶煉特種合金時(shí)，比其他設(shè)備更容易完成復(fù)雜合金化，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。作為冶煉鋼種前道工序與精煉設(shè)備組合，能夠生產(chǎn)出多種優(yōu)質(zhì)鋼材，滿足高端產(chǎn)品的性能要求。
1890年瑞典人發(fā)明了世界上最早的中頻爐。中頻爐是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理對金屬進(jìn)行感應(yīng)加熱或熔化的設(shè)備[1-2]。中頻爐主要由中頻電源、爐體及補(bǔ)償電容器組三大部分組成[3]。中頻爐的出現(xiàn)促進(jìn)了特殊鋼和特種合金的發(fā)展，也廣泛應(yīng)用在鑄鐵、有色金屬冶煉領(lǐng)域。中頻爐已成為冶煉金屬的重要分支，在鑄鋼熔煉中廣泛應(yīng)用。中頻爐熔煉效率高，元素?zé)龘p少，收得率穩(wěn)定，溫度易控制，操作方便，污染小，能夠熔煉不同金屬液。同時(shí)中頻感應(yīng)爐在環(huán)境保護(hù)、材料成分調(diào)整、組織生產(chǎn)等方面優(yōu)勢較大。在電力、爐料滿足要求的情況下，中頻感應(yīng)爐在中小型和高附加值鑄件生產(chǎn)時(shí)是首選設(shè)備.
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鑄鍛類企業(yè)常以廢鋼為原材料，用電弧爐和中頻爐生產(chǎn)不同種類鑄件和鍛件坯料。近年來，我國鋼鐵產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，導(dǎo)致鑄鍛類企業(yè)競爭更為激烈。各企業(yè)都在努力降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量，爭取在激烈的市場競爭中處于有利地位。中頻爐和電弧爐哪種冶煉方式更經(jīng)濟(jì)，引起冶煉人員的思考。多年生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，中頻爐冶煉鋼液成本低于電弧爐。以5噸中頻爐和電弧爐各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行比較，結(jié)果見表1
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中頻爐設(shè)備投資低于電弧爐，煉鋼成本比電弧爐噸鋼少120～220元。如果選擇20噸以下冶煉設(shè)備，單純從熔化角度看，中頻爐冶煉更經(jīng)濟(jì)。
中頻爐能夠冶煉不同鋼種，如碳素鋼、合金鋼和特殊鋼等。中頻爐煉鋼工藝主要包括配料、裝料、熔化、還原、合金化、出鋼等過程。以低碳不銹鋼為例簡要說明冶煉工藝要點(diǎn)。
冶煉工藝要點(diǎn)(1)配料。碳含量要比規(guī)格碳含量低0．004％～0．006％，主要因?yàn)橐睙掃^程會增碳。爐襯、鋼包、造渣石灰、測溫用的探頭都會引起增碳。(2)裝料。裝料要密實(shí)，先裝大塊料然后用小塊料充填，熔點(diǎn)高不易氧化合金先加入，易氧化合金脫氧后加入。(3)熔化。開始送電時(shí)，電流不穩(wěn)，只能低功率，待電流穩(wěn)定后調(diào)大功率。熔化過程中應(yīng)不斷調(diào)整電流量，以保證設(shè)備有較高的功率。熔化過程中及時(shí)搗料和加料，嚴(yán)格避免爐料搭橋和過氧化。熔化過程中發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)有鋼液出現(xiàn)，應(yīng)及時(shí)加渣料以防止鋼液氧化。(4)還原與合金化。爐料全部熔化后，采用硅鈣粉、鋁粉等還原劑擴(kuò)散脫氧，根據(jù)爐渣情況適當(dāng)加入螢石調(diào)整爐渣流動性。還原結(jié)束后，取樣分析，根據(jù)分析結(jié)果，補(bǔ)加合金，調(diào)整化學(xué)成分，完成合金化。(5)出鋼。出鋼時(shí)保證成分符合要求，根據(jù)鑄件大小形狀確定出鋼溫度，采用鋁屑1kg／t進(jìn)行終脫氧。
中頻爐冶煉缺點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)(1)中頻爐精煉能力較差，部分雜質(zhì)元素如P、As、Sn、sb、c、N、O、s、夾雜物等去除能力有限。生產(chǎn)對碳氮含量要求極低的超純鐵素體鋼十分困難。(2)中頻爐對原材的要求比電弧爐嚴(yán)格，原材料成本高。噸鋼用電較電弧爐高。(3)中頻爐冶煉鋼液中的夾雜物比電弧爐高，要采用精料才能生產(chǎn)高質(zhì)量鋼。(4)中頻爐比電弧爐設(shè)備投入少，污染小，勞動環(huán)境好。比電弧爐生產(chǎn)靈活，適用小重量鑄件的生產(chǎn)。(5)中頻爐適合采用返回料生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高。與電弧爐冶煉相比，中頻爐熔化返回料時(shí)，合金元素氧化損失比電弧爐小，可以充分回收返回料中的合金元素，對節(jié)約資源、降低成本具有重要意義。(6)中頻爐冶煉時(shí)更容易控制合金成分和金屬液溫度。由于中頻爐電磁攪拌效果明顯，使合金元素分布均勻，分析結(jié)果準(zhǔn)確，為準(zhǔn)確調(diào)整成分創(chuàng)造有利條件。某些高溫合金含有容易氧化元素鋁、鈦，采用電弧爐冶煉，易氧化元素波動大很難準(zhǔn)確控制，采用中頻爐能夠精確控制易氧化元素，快速完成材料的復(fù)雜合金化，因此中頻爐廣泛用于生產(chǎn)特種合金。
中頻爐由于冶金手段單一，生產(chǎn)高品質(zhì)鋼時(shí)對原材料的質(zhì)量要求非常嚴(yán)格，對操作環(huán)境和工藝要求也很嚴(yán)格，如加密封蓋和通氬氣保護(hù)等措施熔煉特殊鋼和合金等。中頻爐如果作為冶煉前道工序，為精煉設(shè)備提供粗煉鋼液，那么就可以放寬對原材料質(zhì)量的要求。中頻爐通常與LF爐、AOD爐、VOD爐配合使用，可以雙聯(lián)也可以三聯(lián)精煉不同鋼種。
中頻爐和LF爐雙聯(lián)主要用于精煉碳鋼和低合金鋼等鑄件，中頻爐主要熔化爐料，提供粗煉鋼液。在LF爐內(nèi)完成合金化處理，調(diào)整成分，使其滿足鋼種成分要求，通過底吹氬氣，降低鋼液中氣體和夾雜物含量，通過電極加熱控制鋼液溫度。采用中頻爐和LF爐雙聯(lián)工藝生產(chǎn)的鋼液比單獨(dú)用中頻爐生產(chǎn)的要潔凈，夾雜物和氣體含量少。兩種方式生產(chǎn)的鋼液夾雜物和氣體含量如表2所示。
中頻爐和AOD爐雙聯(lián)可以用于精煉碳鋼、低合金鋼、不銹鋼和特種合金鑄件[o3。采用中頻爐和AOD爐雙聯(lián)工藝生產(chǎn)的不銹鋼比單獨(dú)用中頻爐生產(chǎn)的要潔凈，夾雜物和氣體含量少。兩種方式生產(chǎn)的zG06Cr13Ni4Mo不銹鋼夾雜物和氣體含量見表3。
中頻電爐+VOD爐雙聯(lián)可以生產(chǎn)不同種類碳鋼、低合金鋼和特殊鋼。冶煉過程主要有兩步，第一步，中頻爐熔化爐料提供粗煉鋼液。第二步，鋼液在VOD爐內(nèi)吹氧脫碳，真空除氣。VOD爐采用真空冶煉，鋼液中氣體含量低，鋼液質(zhì)量好，能夠生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼。采用中頻爐和VOD爐雙聯(lián)工藝生產(chǎn)的鋼液比單獨(dú)用中頻爐生產(chǎn)的要潔凈，夾雜物和氣體含量少。兩種方式生產(chǎn)的鋼液夾雜物和氣體含量如表4所示。
中頻電爐+LF爐+VOD爐精煉中頻爐+LF爐+VOD爐組成三聯(lián)冶煉方式，基本能夠生產(chǎn)所有鋼種，鋼液質(zhì)量好，能夠滿足高端裝備對材質(zhì)的嚴(yán)格要求。中頻電爐主要熔化爐料，LF爐主要承擔(dān)合金化，升溫，去硫等操作，VOD爐通過真空吹氧，主要承擔(dān)脫碳、除氣等任務(wù)。
相同大小的中頻電爐和電弧爐比較，在設(shè)備投資和冶煉成本方面，中頻電爐低于電弧爐。單純從熔化角度看，中頻電爐比電弧爐更經(jīng)濟(jì)。中頻電爐精煉能力不足，生產(chǎn)要求雜質(zhì)含量低的鋼十分困難，對原材料要求較高。但中頻爐生產(chǎn)靈活，適合中小型鑄件生產(chǎn)，采用精料也能生產(chǎn)高質(zhì)量鋼，生產(chǎn)效率高。中頻爐冶煉特種合金時(shí)，比其他設(shè)備更容易完成復(fù)雜合金化，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。作為冶煉鋼種前道工序與精煉設(shè)備組合，能夠生產(chǎn)出多種優(yōu)質(zhì)鋼材，滿足高端產(chǎn)品的性能要求。
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