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            中頻爐在鑄鋼生產中的應用

            作者:本站      時間:2019-08-27

            評述了中頻爐在鑄鋼熔煉中的基本經濟指標,中頻爐作為獨立煉鋼工序的優缺點和冶煉特殊合金方面的優越性。作為前道工序,中頻爐與精煉設備如LF爐、AOD爐、VOD爐聯合使用,廣泛應用于鑄鋼生產。生產實踐證明,中頻爐在鑄鋼領域有著重要作用。

            中頻爐在鑄鋼生產中的應用(圖1)

             

            1890年瑞典人發明了世界上最早的中頻爐。中頻爐是應用電磁感應原理對金屬進行感應加熱或熔化的設備[1-2]。中頻爐主要由中頻電源、爐體及補償電容器組三大部分組成[3]。中頻爐的出現促進了特殊鋼和特種合金的發展,也廣泛應用在鑄鐵、有色金屬冶煉領域。中頻爐已成為冶煉金屬的重要分支,在鑄鋼熔煉中廣泛應用。中頻爐熔煉效率高,元素燒損少,收得率穩定,溫度易控制,操作方便,污染小,能夠熔煉不同金屬液。同時中頻感應爐在環境保護、材料成分調整、組織生產等方面優勢較大。在電力、爐料滿足要求的情況下,中頻感應爐在中小型和高附加值鑄件生產時是首選設備.

             中頻爐在鑄鋼生產中的應用(圖2)

            鑄鍛類企業常以廢鋼為原材料,用電弧爐和中頻爐生產不同種類鑄件和鍛件坯料。近年來,我國鋼鐵產能嚴重過剩,導致鑄鍛類企業競爭更為激烈。各企業都在努力降低生產成本和提高產品質量,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濟,引起冶煉人員的思考。多年生產數據表明,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經濟指標進行比較,結果見表1

             中頻爐在鑄鋼生產中的應用(圖3)

            中頻爐設備投資低于電弧爐,煉鋼成本比電弧爐噸鋼少120220元。如果選擇20噸以下冶煉設備,單純從熔化角度看,中頻爐冶煉更經濟。

             

            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。

             

            冶煉工藝要點(1)配料。碳含量要比規格碳含量低0004%~0006%,主要因為冶煉過程會增碳。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,先裝大塊料然后用小塊料充填,熔點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,電流不穩,只能低功率,待電流穩定后調大功率。熔化過程中應不斷調整電流量,以保證設備有較高的功率。熔化過程中及時搗料和加料,嚴格避免爐料搭橋和過氧化。熔化過程中發現爐內有鋼液出現,應及時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、鋁粉等還原劑擴散脫氧,根據爐渣情況適當加入螢石調整爐渣流動性。還原結束后,取樣分析,根據分析結果,補加合金,調整化學成分,完成合金化。(5)出鋼。出鋼時保證成分符合要求,根據鑄件大小形狀確定出鋼溫度,采用鋁屑1kgt進行終脫氧。

             

            中頻爐冶煉缺點與優點(1)中頻爐精煉能力較差,部分雜質元素如P、As、Sn、sb、c、N、O、s、夾雜物等去除能力有限。生產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高質量鋼。(4)中頻爐比電弧爐設備投入少,污染小,勞動環境好。比電弧爐生產靈活,適用小重量鑄件的生產。(5)中頻爐適合采用返回料生產,生產效率高。與電弧爐冶煉相比,中頻爐熔化返回料時,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,對節約資源、降低成本具有重要意義。(6)中頻爐冶煉時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,分析結果準確,為準確調整成分創造有利條件。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,快速完成材料的復雜合金化,因此中頻爐廣泛用于生產特種合金。

             

            中頻爐由于冶金手段單一,生產高品質鋼時對原材料的質量要求非常嚴格,對操作環境和工藝要求也很嚴格,如加密封蓋和通氬氣保護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,為精煉設備提供粗煉鋼液,那么就可以放寬對原材料質量的要求。中頻爐通常與LF爐、AOD爐、VOD爐配合使用,可以雙聯也可以三聯精煉不同鋼種。

             

            中頻爐和LF爐雙聯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爐內完成合金化處理,調整成分,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爐雙聯工藝生產的鋼液比單獨用中頻爐生產的要潔凈,夾雜物和氣體含量少。兩種方式生產的鋼液夾雜物和氣體含量如表2所示。

             

            中頻爐和AOD爐雙聯可以用于精煉碳鋼、低合金鋼、不銹鋼和特種合金鑄件[o3。采用中頻爐和AOD爐雙聯工藝生產的不銹鋼比單獨用中頻爐生產的要潔凈,夾雜物和氣體含量少。兩種方式生產的zG06Cr13Ni4Mo不銹鋼夾雜物和氣體含量見表3。

             

             

            中頻爐+VOD爐雙聯可以生產不同種類碳鋼、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,鋼液質量好,能夠生產優質鋼。采用中頻爐和VOD爐雙聯工藝生產的鋼液比單獨用中頻爐生產的要潔凈,夾雜物和氣體含量少。兩種方式生產的鋼液夾雜物和氣體含量如表4所示。

             

            中頻爐+LF+VOD爐精煉中頻爐+LF+VOD爐組成三聯冶煉方式,基本能夠生產所有鋼種,鋼液質量好,能夠滿足高端裝備對材質的嚴格要求。中頻爐主要熔化爐料,LF爐主要承擔合金化,升溫,去硫等操作,VOD爐通過真空吹氧,主要承擔脫碳、除氣等任務。

             

            相同大小的中頻爐和電弧爐比較,在設備投資和冶煉成本方面,中頻爐低于電弧爐。單純從熔化角度看,中頻爐比電弧爐更經濟。中頻爐精煉能力不足,生產要求雜質含量低的鋼十分困難,對原材料要求較高。但中頻爐生產靈活,適合中小型鑄件生產,采用精料也能生產高質量鋼,生產效率高。中頻爐冶煉特種合金時,比其他設備更容易完成復雜合金化,生產出優質產品。作為冶煉鋼種前道工序與精煉設備組合,能夠生產出多種優質鋼材,滿足高端產品的性能要求。


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